SU972437A1 - Device for evaluating dynamic process energy characteristics in mountain rock mass - Google Patents

Description

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ(54) DEVICE FOR ENERGY ASSESSMENT

ХАРАКТЕРИСТИК ДИHA/V ИЧECKИX ПРОЦЕССОВCHARACTERISTICS OF DIHA / V ECHECK PROCESSES

В /МАССИВЕ ГОРНЫХ ПОРОДIN / MASSIVE ROCK

1one

Изобретение относитс  к горной промышленности и может быть использовано на рудных и нерудных месторождени х дл  оценки энергетических характеристик динамических процессов, возникающих в горном массиве, например, при взрывах, горных ударах и т.д., в широком диапазоне частот и позвол ет определить энергию всего колебательного процесса динамического  влени .The invention relates to the mining industry and can be used in ore and non-ore deposits to assess the energy characteristics of dynamic processes occurring in a mountain range, for example, during explosions, mining impacts, etc., over a wide frequency range and allows determining the energy of all oscillatory process of dynamic phenomena.

Известна дл  измерений в акустике система дл  энергетической оценки акустической эмиссии, состо ща  из энергетического процессора, предназначенного дл  энергетической оценки сейсмической и акустической информации, который включает первичный преобразователь, усилитель, умножитель , фильтр и систему индикаторов 1.An acoustics measurement system is known for the energy estimation of acoustic emission, consisting of an energy processor for energy estimation of seismic and acoustic information, which includes a primary transducer, an amplifier, a multiplier, a filter, and a system of indicators 1.

Высока  погрещность измерени  в этом устройстве обусловлена выбранным методом и использованием однокомпонентного сейсмопреобразовател .The measurement error in this device is high due to the method chosen and the use of a single-component seismic converter.

Наиболее близким техническим решением к педлагаемому  вл етс  устройство дл  оценки энергетических характеристик динамических процессов в массиве горных пород, состо щее из первичного сейсмопреобразовател , соединенного последовательно с усилителем, линией св зи и регистрирующим устройством. Кроме того, в устройстве имеетс  процессор дл  энергетической оценки отдельных импульсов динамического процесса, по которому суд т об энергии всего процесса 2.The closest technical solution to the applied one is a device for estimating the energy characteristics of dynamic processes in a rock massif, consisting of a primary seismic converter connected in series with an amplifier, a communication line and a recording device. In addition, the device has a processor for energy evaluation of individual pulses of a dynamic process, which determines the energy of the entire process 2.

Однако данное устройство также большие погрешности оценки.However, this device also has large error estimates.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности и информативности энергетической оценки.The aim of the invention is to improve the accuracy and information content of the energy estimate.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в устройстве дл  оценки энергетических характеристик динамических процессов, состо шем из первичного сейсмопреобр.чзо15 вател , соединенного носледовательно с усилителем и линией св зи, и регистрирующего устройства, первичный сейсмопреобразователь выполнен в виде трехкомпонентного сейсмопреобразовател  и в устройство введены соединенные с усилителем трехка ° нальный блок аналоговой обработки сейсмосигналов , каждый из каналов которого состоит из последовательно соединенных аттенюатора , фильтра, нормирующего усилител  и формировател  модул  мгновенного значени  переменного напр жени , трехканальный блок цифровой обработки сигналов ,каждый из каналов которого состоит из четырех подканалов с общим входом, подключенным к выходу блока аналоговой обработки , состо щих из последовательно соединенных компаратора с пороговым уровнем , отличающимс  от уровн  соседнего подканала в два раза, схема совпадени , схема «Счет, пам ть, индикаци , а выходы подканалов подсоединены к суммирующему счетчику с пам тью и индикацией, блок счетных импульсов, состо щий из генератора , к выходу которого подключены последовательно четыре делител  частоты, выходы которых соединены с вторыми входами схем совпадений соответствующих подканалов блока цифровой обработки сигналов , причем первый делитель соединен со схемой совпадени  подканала с наибольшим пороговым уровнем, блок управлени , состо щий из последовательно соединенных схемы управлени  и таймера, центральный счетчик, на вход которого подключены выходы блоков цифровой обработки сигналов, а выход соединен с регистрирующим устройством , причем выходы схемы управлени  соединены со схемами «Счет, пам ть, индикаци  каждого подканала, с центральным счетчиком и регистрирующим устройством , а вход блокауправлени  соединен с выходами компараторов подканалов с наименьщим пороговым уровнем. На чертеже дана структурна  схема устройства. Устройство состоит из трехкомпонентного первичного сейсмопреобразовател  1, многоканального усилител  2 зар да, блоков 3-5 аналоговой обработки сигналов по каждой измер емой компоненте отдельно, блоков 6-8 цифровой обработки сигналов, блока 9 счетных импульсов, блока 10 управлени , центрального счетчика И и регистрирующего устройства 12. Каждый блок аналоговой обработки сигнала включает аттенюатор 13, фильтр 14, усилитель 15 и формирователь 16 модул  мгновенного значени  переменного напр жени . Три аналоговых блока цифровой обработки сигнала состо т каждый из компараторов 17, схем 18 совпадени , схем 19 «Счет, пам ть, индикаци  и суммирующего счетчика 20 компоненты. Блок 9 счетных импульсов содержит задающий генератор 21 и четыре схемы делителей 22-25. В блок 10 управлени  включены таймер 26 и схема 27 управлени . В устройстве трехкомпонентный первичный преобразователь 1 соединен с многоканальным усилителем 2 зар да, три выхода которого соединены с трем  блоками 3-5 аналоговой обработки сигналов. В каждом блоке аналоговой обработки включены последовательно аттенюатор 13, фильтр 14, усилитель 15 и формирователь 16 модул  мгновенного значени  переменного напр жени , выход которого соединен с четырьм  схемами компараторов 17 блоков 6-8 цифровой обработки сигнала. Выходы каждого компаратора соединены с6 схемами 18 совпадени , на второй вход которых поступают импульсы с соответствующих делителей 22-25. Выходы схем 18 совпадений соединены со схемами 19 «Счет, пам ть, индикаци , на вторые входы которых поступают сигналы со схемы 27 управлени , а выходы соединены с суммирующим счетчиком 20 «Компонента , пам ть, индикаци , на который также поступают сигналы со схемы 27 управлени . Сигналы с суммирующих счетчиков 20 каждого блока цифровой обработки поступают на центральный счетчик 11, куда поступают импульсы со схемы 27 управлени . Выход центрального суммирующего счетчика 11 соединен с регистрирующим устройством 12, на второй вход которого поступают сигналы со схемы 27 управлени . Выход компаратора по нижнему уровню обрабатываемого сигнала в каждом блоке цифровой обработки соединен со схемой таймера 26, выход которого соединен со схемой 27 управлени . Трехкомпонентный первичный преобразователь 1 предназначен дл  приема механических колебаний, возникающих в массиве горных пород, и преобразовани  их в электрический сигнал раздельно по трем компонентам (по трем взаимно перпендикул рным направлени м). Многоканальный усилитель 2 зар да предназначен дл  усилени  электрических сигналов, поступаюндих с первичного трехкомпонентного преобразовател  раздельно по каждой компоненте. Блок 3 аналоговой обработки сигнала предназначен дл  преобразовани  измер емой информации к форме, удобной дл  цифровой обработки, и включает аттенюатор 13, который нормирует сигнал по амплитуде , фильтр 14, выдел ющий полосу частот, усилитель 15 преобразованного сигнала и формирователь 16 модул  мгновенного значени  переменного напр жени , который преобразует сигналы в однопол рные путем переворачивани  отрицательных импульсов. Блок 9 счетных импульсов включает кварцевый генератор 21 и четыре делител  22-25 частоты и предназначен дл  вырабатывани  счетных импульсов определенной частоты, необходимых дл  заполнени  обрабатываемого импульса по четырем уровн м. Блок 10 управлени  обработкой сигнала включает таймер 26 и схему 27 управлени . Таймер 26 предназначен дл  программировани  временных интервалов, с которыми необходимо производить обработку сигнала , а схема 27 управлени  - дл  управлени  счетными и регистрирующими схемами .This goal is achieved by the fact that in a device for estimating the energy characteristics of dynamic processes, consisting of a primary seismic converter connected to an amplifier and a communication line, and a recording device, the primary seismometer is designed as a three-component seismic converter and the device is connected to three-channel amplifier; a central unit for analog processing of seismic signals, each of whose channels consists of an attenuator connected in series, fil a trap, a normalizing amplifier, and a generator of an instantaneous value of an alternating voltage module; a three-channel digital signal processing unit, each channel of which consists of four subchannels with a common input connected to the output of an analog processing unit, consisting of series-connected comparator with a threshold level different from the level of the adjacent subchannel twice, the coincidence circuit, the “Account, memory, indication” circuit, and the subchannel outputs are connected to a summing counter with memory and indication, pulses consisting of a generator to the output of which four frequency dividers are connected in series, the outputs of which are connected to the second inputs of the matching circuits of the respective subchannels of the digital signal processing unit, the first divider connected to the matching circuit of the subchannel with the highest threshold level from the series-connected control circuit and timer, the central counter, to the input of which the outputs of the digital signal processing units are connected, and the output is connected to the register conductive device, the control circuit outputs connected to circuitry "Account, memory, indication of each subchannel, with the central counter and recording device, and the input blokaupravleni connected to the outputs of comparators subchannels naimenschim threshold level. The drawing is a block diagram of the device. The device consists of a three-component primary seismic converter 1, a multichannel charge amplifier 2, blocks 3-5 of analog signal processing for each measured component separately, blocks 6-8 of digital signal processing, block 9 of counting pulses, block 10 of control, central counter And and registering devices 12. Each analog signal processing unit includes an attenuator 13, a filter 14, an amplifier 15, and a shaper 16 of an instantaneous variable voltage value module. The three analog digital signal processing units consist of each of the comparators 17, the matching circuit 18, the counting, memory, indication, circuit 19, and the summing counter 20 components. Block 9 counting pulses contains the master oscillator 21 and four circuits of dividers 22-25. The control unit 10 includes a timer 26 and a control circuit 27. In the device, a three-component primary converter 1 is connected to a multichannel charge amplifier 2, three outputs of which are connected to three blocks 3-5 of analog signal processing. In each analog processing unit, an attenuator 13, a filter 14, an amplifier 15 and a generator 16 of an instant variable voltage unit are connected in series, the output of which is connected to four comparators 17 circuits of blocks 6-8 of digital signal processing. The outputs of each comparator are connected with c6 coincidence circuits 18, to the second input of which pulses are received from the respective dividers 22-25. The outputs of coincidence circuits 18 are connected to circuits 19 "Counting, memory, indication, the second inputs of which receive signals from control circuit 27, and the outputs are connected to summing counter 20" Component, memory, display, which also receives signals from circuit 27 management The signals from the summing counters 20 of each digital processing unit arrive at the central counter 11, where the pulses from the control circuit 27 arrive. The output of the central summing counter 11 is connected to the recording device 12, the second input of which receives signals from the control circuit 27. The output of the comparator on the lower level of the signal being processed in each digital processing unit is connected to a timer circuit 26, the output of which is connected to the control circuit 27. The three-component primary transducer 1 is designed to receive mechanical vibrations arising in the rock massif and convert them into an electrical signal separately in three components (in three mutually perpendicular directions). A multichannel charge amplifier 2 is designed to amplify the electrical signals coming from the primary three-component converter separately for each component. The analog signal processing unit 3 is designed to convert the measured information to a form convenient for digital processing, and includes an attenuator 13 that normalizes the signal in amplitude, a filter 14 that separates the frequency band, a converted signal amplifier 15 and an instantaneous variable value driver 16 which converts the signals into unipolar by turning negative pulses. The counting pulses unit 9 includes a crystal oscillator 21 and four frequency dividers 22-25 and is designed to generate counting pulses of a certain frequency necessary to fill the processed pulse over four levels. The signal processing control unit 10 includes a timer 26 and a control circuit 27. Timer 26 is designed to program the time intervals at which signal processing is required, and control circuit 27 to control the counting and recording circuits.

Блоки 6-8 цифровой обработки предназначены дл  счета импульсов заполнени  по определенным уровн м принимаемого сигнала, а затем общего суммировани  их и включает кажда  по четыре компаратора 17, четыре схемы 28 совпадени , чет-ре схемы 19 «Счет, пам ть, индикаци  и один суммирующий счетчик 20 «Компонента , пам ть, индикаци .The digital processing blocks 6-8 are designed to count the filling pulses at certain levels of the received signal, and then total them and include each of four comparators 17, four coincidence circuits 28, four counters 19 "Counting, memory, indication and one summation counter 20 "Component, memory, indication.

Компаратор 17 предназначен дл  передачи импульсов разрешени  схеме 18 совпадени  при повышении сигналов заданного уровн  и настроен на один из соответствующих уровней.The comparator 17 is designed to transmit resolution pulses to the coincidence circuit 18 when raising the signals of a given level and is set to one of the respective levels.

Схема 18 совпадени  предназначена дл  пропускани  счетных импульсов, поступающих с одного из соответствующих делителей частоты задающего генератора при поступлении импульсов разрешени  с компаратора .Matching circuit 18 is designed to pass counting pulses from one of the respective frequency dividers of the master oscillator when the enable pulses are received from the comparator.

Схемы 19 «Счет, пам ть, индикаци  фиксируют число импульсов соответствующего заполнени  по определенному уровню сигнала.Schemes 19 "Counting, memory, indication" fix the number of pulses of the corresponding filling according to a certain signal level.

Суммирующие счетчики 20 предназначены дл  итогового счета сосчитанных импульсов по четырем уровн м заполнени  по каждой из компонент.Summation counters 20 are intended for the total count of the counted pulses in four filling levels for each of the components.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Механические колебани , возникающие в массиве горных пород, принимаютс  трехкомпонентным первичным преобразователем 1, преобразуютс  в электрические сигналы по трем взаимно перпендикул рным направлени м и передаютс  многоканальному усилителю 2 зар да, где усиливаютс  раздельно по каждой компоненте и подаютс  в блоки 3-5 аналоговой обработки сигнала . Аттенюаторами 13 сигналы нормируютс  по амплитуде, затем с помощью фильтров 14 выдел етс  полоса частот и усиливаетс  усилител ми 15. Усиленные сигналы в схеме формировател  16 модул  мгновенного значени  переменного напр жени  преобразуютс  в однопол рные. Усиленные и сформированные по амплитуде пол рности в заданной полосе частот сигналы передаютс  в блоки 6-8 цифровой обработки и поступают одновременно на четыре различных фиксированных уровн  сигнала. При достижении сигналом определенного уровн  компараторами 17 передаетс  соответствующей схеме 18 совпадени  импульс разрешени  счета в течение длительности информационного импульса по данному уровню.Mechanical oscillations occurring in the rock mass are received by a three-component primary converter 1, converted into electrical signals in three mutually perpendicular directions and transmitted to a multichannel charge amplifier 2, where they are amplified separately for each component and fed into blocks 3-5 of analog signal processing . Attenuators 13 signals are normalized in amplitude, then a band of frequencies is allocated by filters 14 and amplified by amplifiers 15. The amplified signals in the driver circuit 16 of the module of the instantaneous value of alternating voltage are converted to unipolar. The amplified and amplitude-generated polarities in a given frequency band are transmitted to blocks 6-8 of digital processing and fed simultaneously to four different fixed signal levels. When the signal reaches a certain level, the comparators 17 transmit to the corresponding circuit 18 a coincidence resolution pulse for the duration of the information pulse on that level.

По сигналу с одного из трех компараторов , настроенных по минимальному уровню обрабатываемого сигнала, осуществл етс  запуск таймера 26, а затем схемы 27 управлени , где формируютс  сигналы, которыми регламентируетс  работа схем 19 «Счет,The signal from one of the three comparators, which are set to the minimum level of the signal being processed, starts the timer 26, and then the control circuit 27, where the signals are formed that regulate the operation of the schemes 19

пам ть, индикаци , центрального счетчика 11 и регистрирующего устройства 12. Аналогично по трем компонентам обрабатываемого сигнала (покомпонентно) в схемах 18 совпадени  за врем  длительности сигнала, поступивщего с соответствующего компаратора, пропускаетс  число импульсов с определенного делител  частоты и считываетс  в схемах 19 «Счет, пам ть , индикаци .memory, indication, central counter 11 and recorder 12. Similarly, the three components of the signal being processed (componentwise) in coincidence circuits 18 over the duration of the signal received from the corresponding comparator, the number of pulses from a certain frequency divider is transmitted and read in circuits 19 , memory, indication.

Далее покомпонентно с четырех схем 19 «Счет, пам ть, индикаци  в схеме суммирующий счетчик 20«Компонента, пам ть, индикаци  производит суммирование счетных импульсов по четырем различным уровн м.Next, component by component with four schemes 19 "Count, memory, indication in the circuit, summing counter 20" Component, memory, indication produces summation of the counting pulses at four different levels.

5 Централь,ым суммирующи.м счетчиком И ,тс  и считываютс  резу.пьтап по трем кс мпонентам вместе и далее регистрируютс  в блоке 12.5 The central unit, the summed meters, the counter I, ts, and are read by a reset. Three key components together and then are recorded in block 12.

Основными особенност ми устройства  вл ютс  ныоокое быстродействие, точностьThe main features of the device are current speed, accuracy

0 и информативность энергетической оценки динамических процессов.0 and informative energy evaluation of dynamic processes.

Таким образом, предлагаемое устройство позвол ет повысить точность измерений и быстродействие системы при измеренииThus, the proposed device allows to increase the measurement accuracy and system speed in measuring

энергии горных ударов, а это существенно повышает эффективность контрол  и прогнозов толчков, горных ударов в массиве горных пород на глубоких горизонтах подземных горных предпри тий.energy of rock bursts, and this significantly increases the efficiency of monitoring and predictions of shocks, rock bursts in the rock mass at the deep horizons of underground mountain enterprises.

30thirty

Claims (2)

1.Каталог фирмы Данеган-Эндевко, 1978, модель 602.1. The catalog of the company Danegan-Endevko, 1978, model 602. 2.Патент ПНР № 80944, кл. 42, с 42, опублик. 1975 (прототип).2.Patent Poland number 80944, cl. 42, with 42, published. 1975 (prototype).