Устройство для контроля состояния заколов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 5 );)2 С 39, ) НИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Институт готехнической механикиАН УССР(54) УСТРО СТВО,1 Л Я КОНТРО,1 ЯСОСТОЯНИЯ ЗАКОЛОВ НА КОНТУРЕВЫРАБОТКИ(57) Изооретецие относится к горночу лслуи предназначено лля Обнаружения заколовна контуре выработки. Цель - повыцп ниеэффективности контроля состояния заколовна контуре выработки за счет определения;кесткости связи закола с чдссивом.,ьлля дто 301627696 А 1)с гро и 1 со снь дсцо стсрж цсч, и;) ) л. ьн)ч конь которсно с;скроилн носбхлиге,ьь, колебаний,; нд лргоч - чикрсф)ц 4 Нд вс сбулите,ьс жс тко с;крс лен ньс.с)- элечсн (П:- 3. Микрос)ь 4 рсз после. дондтсльцо сселиненныс усилитель 12, клн)ч 3, полосонс)й филь,тр 14, блок 15 с чко.ти ь)ь 5)ги и АЦ 1 г волк,)н)чец к ннф роночу ив;ьикь) )ру 17, и 113 3 чс рс зсилите,ьь 7 сослицсн с ьсхс)л;ьчи цороьоноь каскада (1 К) 8 и пиковгс летсктр; (П с) 9 Гос,)слона ьсгсьно с с ьхолсч 1 К 8 соелиьцы блок О .сдлсржки импульс; и форчироь)атель 1 ичц,н ссьс. Выход 1;1нолкльочен к унрдн,ьян)ньсхь нхо.ьу усц,ьигеля 13. 13 хол установки ися б.сока 15 соелнцсн с вхоло 1 К 8, и входы ус; нонки нуля Г.1 9 и АЦ 1 16 сое:ьццснь с ныхолоч ф)рчиронателя 1.,1 ржь стержень ркс)ььи со стсроны чикрофоца 4, с)ирдтср цацосит нибронозбулителс м удар цо .сь)колу Сила ,ьырд изчеряется 11:Э 3. ровлцсдя но но 5.ь 1 хч но, нь 0 Г нс)нер хцости зс ко, с проходит к микрофону 4. Эгьектронно) схечой производится обрдботкд сигндлс;н От микрофоцд 4 и ПЭ 3 и Осуцьествгьяется индикация результата н цифровой форче 3 ит=ф(у, (1) 40 45 50 55 Изобретение относится к горному делу и предназначено для обнаружения заколов на контуре выработки и определения жесткости связи их с массивом.11 ель изобретения - повышение информативности контроля состояния заколов на контуре выработки за счет определения жесткости связи закола с массивом.На фиг. 1 представлено конструктивное выполнение устройства; на фиг. 2 - электрическая блок-схема устройства; на фиг. 3 - временные диаграммы работы устройства.Основой конструкции является стержень 1. На одном его конце закреплен возбудитель 2 колебаний, представляющий собой, в простейшем случае, металлическую болванку со сферической контактной поверхностью, На возбудителе жестко закреплен пьезоэлемент 3. Микрофон 4 через акустический изолятор 5 закреплен на другом конце стержня. На этом же конце находится корпус 6, в котором расположена электронная схема.Пьезоэлемент 3 соединен с входом первого усилителя 7. Выход усилителя 7 соединен с входами порогового каскада 8, выполненного, например, в виде триггера Шмидта и пикового детектора 9. Последовательно с выходом порогового каскада 8 соединены блок 1 О задержки импульса, выполненный, например, в виде ждущего одновибратора и формирователь 11 импульса, также выполненный в виде ждущего одновибратора. Последовательнро с выходом микрофона 4 соединены второй усилитель 12, коэффициент усиления которого зависит от уровня постоянного напряжения на управляющем входе, ключ 13, который соединен управляющим входом с выходом формирователя 11 импульса, полосовой фильтр 4, имеющий полосу пропускания, нижняя граница которой выше основной частоты изгибных колебаний стержня, а верхняя граница - не ниже, чем верхняя граница воспринимаемых микрофоном частот, блок 15 емкостной памяти, имеющий в своем составе одну интегрирующую ячейку с постоянной интегрирования, намного превышающей продолжительность колебаний за кола, аналогово-цифровой преобразователь 16, цифровой индикатор 17. Управляющий вход второго усилителя 13 соединен с выходом пикового детектора 9. Вход установки нуля (сброса) блока 15 емкостной памяти соединен с входом 8 порогового каскада. Входы установки нуля (сброса) пикового детектора 9 и аналогово- цифрового преобразователя 16 соединены с выходом формирователя 11. Блок 18 питания обеспечивает подачу необходимых питающих напряжений на все остальные блоки.Устройство работает следующим образом.Держа стерженьруками со стороны микрофона оператор наносит возбудителем 5 10 15 20 25 30 35 удар по заколу (имеющемуся или предполагаемому). С помощью пьезоэлемента 3 осуществляется измерение силы удара и синхронизация электронной схемы. Прошедшая по воздуху волна от поверхности закола проходит к микрофону 4, акустически изолированному от стержня изолятором 5, Часть электронной схемы, расположенной в корпусе 6, производит обработку поступившего от микрофона сигнала и осуществляет индикацию результата в цифровои форме.Работа электронной схемы в подробнос. тях иллюстрируется временными диаграммами согласно фиг. 3 и происходит следующим образом.При контакте поверхности возбудителя колебаний с поверхностью закола в обоих соприкасающихся телах возникают колебания. Чем слабее связан закол с массивом, тем больше добротносты его как колебательной системы и, следовательно, амплитуда и длительность колебательного процесса. Возникшие в возбудителе колебания преобразуются пьезоэлементом (акселерометром) в электрический аналог с пропорциональностью напряжения сигнала силе удара (фиг. За). Усиленный усилителем 7 сигнал с пьезоэлемента попадает на вход порогового каскада 8, на выходе которого формируется прямоугольный импульс (фиг. 36). В пиковом детекторе 9 запоминается максимальная амплитуда сигнала с пьезоэлемента. По переднему фронту импульса на выходе порогового каскада запускается ждуший одновибратор блока 1 О задержки (фиг. Зв). Длительность импульса в блоке задержки определяется из выра. жения где К= 0,8 - 0,9;1, - расстояние между контактной поверхностью возбудителя и микрофоном;х - скорость звука в воздухе.По заднему фронту импульса блока 10 задержки запускается формирователь 11 импульса (фиг. Зг), Длительность импульса выбирают наверняка большей, чем продолжительность колебательного процесса в заколе. Последняя находится в пределах 0,5 - 50 мс.После нанесения удара волна упругой деформации распространяется по стержню и с некоторой задержкой, ослабленная акустическим изолятором 5, попадает в микрофон 4 (фиг. Зд). Из-за частотной дисперсии в акустическом изоляторе в спектре электрического сигнала на зажимах микрофона преобладают низкочастотные составляющие. Через некоторое время микрофона достигает волна, прошедшая от кровли по воздуху (фиг. Зд). Сигнал с микро фона усиливается усилителем 2. За время между появлением сигнала в пьезоэлементе 3 и приходом к микрофону воздушной волны от колеблющейся кровли в усилителе 12 успевает пройти переходной процесс, в результате которого коэффициент усиления однозначно определяется уровнем напряжения на выходе пикового детектора. Причем большему уровню напряжения соответствует меньшее усиление и наоборот Таким образом, существенно уменьшается влияние силы удара по пара метра м исследуемого в дальнейшем пришедшего от закола сигнала.Пройдя через усилитель 12, сигнал .поступает на ключ 13. С помощью этого ключа осуществляется временная селекция сигнала, так как он отпирается формирователем 1 импульса, непосредственно перед приходом к микрофону воздушной волны от колеблющегося закола. С целью подавления низкочастотных состав. ляющих сигнала, вызванных неуспевшими затухать колебаниями стержня, используется полосовой фильтр 14, ориентировочная полоса пропускания которого 200 в 200 Гц.Подачей импульса с выхода порогового каскада 8 на вход установки нуля блока 15 емкостной памяти в последнем перед поступлением сигнала через открытый ключ 13 устанавливается О на выходе. При поступлении сигнала на вход блока 15 происходит его детектирование и последующее интегрирование. Поскольку постоянная времени ьыбрана намного больше длительности сигнала, то напряжение на выходе блока 15 находится в прямой пропорциональной зависимости от амплитуды и длительности сигнала,По заднему фронту импульса формирователя 11 происходит установка нуля в пиковом детекторе 8 и происходит запуск аналого-цифрового преобразователя6. Б течение некоторого интервала времсни (фиг. Зг) происходит преобразование аналогового сигнала на выходе блока 15 в цифровой 5 код и подача его на цифровой видика.тор 7.форму.га изобретения Устройство для контроля состояния заколов на контуре выработки, содержащее возбудитель колебаний, расположенный на возбудителе пьезоэлемент, последовательно соединенные с пьезоэлементом первый усилитель, пороговый каскад, блок задержки импульса и формирователь импульса, преоб разователь колебаний в электрический сигнал, выполненный в виде микрофона, с которым последовательно соединены второй усилитель, управляемый формирователем импульса ключ, полосовой фильтр, блок емкостной памяти и блок питания, ог,ичагоиееся тем, что, с целью новы пения информативности контроля состояния заколов на контуре выработки за счет опре.деления жесткости связи закола с массивом, оно снабжено стержнем, на одном 25 конце которого расположен возбудительколебаний, а на другом - микрофон, пиковым детектором, соединенным с выходом первого усилителя, последовательно соединенными с выходом блока емкостной памяти аналогово-цифровым преобразователем и цифровым индикатором, причс м второй усилитель выполнен с автоматической регулировкой усиления и соединен входом управления этой регулировки с выходом пикового детектора, вход установки нуля блока емкостной памяти сосдинен с З 5 выходом порогового каскада, а входы блока установки нуля пикового детсктора и аналого-цифрового преобразователя соединены с выходом формироватсля импульса.1627696 г д етениям и открытиям при ГЕНТ .ССРушская наб., д. 45тент, г Ужгород, ул. Гагарина, О Редактор М, Товтин Закал 323 НИИПИ Госуларственн 13035,Производственно.нализСоста в и тель Текрел Л, Кран Тираж 294 го комитета по изобр Моска а, Ж 35, Р аьский комбинат П