PL154141B1 - Układ stacjonarnej aparatury sejsmoakustycznej - Google Patents

Description

RZECZPOSPOLITA OPIS PATENTOWY 154 141 POLSKA

URZĄD

PATENTOWY

RP

Patent dodatkowy do patentu nrZgłoszono: 87 11 20 (P. 268962)

Pierwszeństwo Int. Cl.5 _G01_V j/24

Zgłoszenie ogłoszono: 89 05 30

Opis patentowy opublikowano: 1991 11 29

Twórcy wynalazku: Marek Dworak, Jan Romanek, Krystian Żymełka

Uprawniony z patentu: Ośrodek Badawczo-Rozwojowy Elektrotechniki i Automatyki Górniczej „Emag“,

Katowice (Polska)

Układ stacjonarnej aparatury sejsmoakustycznej

Przedmiotem wynalazku jest układ stacjonarnej aparatury sejsmoakustycznej przeznaczonej do rejestracji i analizy sygnałów sejsmoakustycznych, zwłaszcza w górnictwie do bieżącego dostarczania danych służących ocenie zagrożeń tąpaniami metodą sejsmoakustyki.

Dotychczas znane są dwa rodzaje urządzeń przeznaczonych do rejestracji sygnałów sejsmoakustycznych. Pierwszy rodzaj stanowią urządzenia stałoprogramowe w postaci automatycznej stacji sejsmoakustycznej opracowanej w Głównym'Instytucie Górnictwa i stacji SMC-25 produkcji EMAG. Cechą charakterystyczną stacji GIG jest sumowanie dla każdego kanału impulsów proporcjonalnych do kwadratu amplitudy sygnału sejsmoakustycznego. Dane wynikowe wyprowadzone są na taśmę perforowaną i drukarkę. Cechą charakterystyczną stacji SMC-2s jest zastosowanie przetworników A/C 8-progowych i układów zliczających impulsy z poszczególnych klas progowych.

Wadą obydwu rozwiązań jest sztywna struktura urządzeniowa oraz stałe współczynniki przeliczeniowe amplitudy sygnałów sejsmoakustycznych na energię umowną. Urządzenia mają ograniczone możliwości funkcjonalne i nie dokonują interpretacji zarejestrowanych sygnałów.

Drugi rodzaj stanowią urządzenia programowalne znane na przykład z polskiego opisu patentowego nr 117492 dotyczącego programowanego wielokanałowego rejestratora sygnałów sejsmoak ustycznych.

Rejestrator zawiera blok sterująco-przetwarzający z pamięcią operacyjną połączony magistralą informacyjną z wyjściami przetwornika A/C, układem wejść dwustanowych, zegarem cyfrowym, pulpitem manipulacyjnym, układami sterującymi urządzeniami peryferyjnymi w zakresie obsługi drukarki wraz z klawiaturą alfa - numeryczną oraz ze specjalistycznymi analogowymi układami wejściowymi. Do wejść tych analogowych układów specjalistycznych doprowadzone są z geofonów za pośrednictwem układów transmisji sygnały sejsmoakustyczne, wyjścia natomiast są połączone za pośrednictwem kluczy z wejściem przetwornika A/C. Każdy ze specjalistycznych analogowych układów wejściowych zawiera dla jednego wejścia układ śledzący za obwiednią dodatniej części sygnału sejsmoakustycznego, który wyposażony jest w pamięć analogową połą2

154 141 czoną z układem progowym. Wyjście układu progowego jest połączone z wejściem wpisu dynamicznego pozycji rejestru zgłoszeń, na którego statyczne wejścia zerujące podłączone są wyjścia odpowiednich bramek układu bramkującego mającego do wejść doprowadzoną magistralę informacyjną.

W każdym specjalistycznym analogowym układzie wejściowym, wyjście układu pamięci analogowej śledzącego za obwiednią dodatniej części sygnału wejściowego i pamiętającego maksymalną wartość amplitudy, połączone jest z zespołem dwóch kluczy, z których jeden zawiera wyjście układu pamięci analogowej do masy, a drugi klucz łączy go do wejścia układu separującego. Klucze zwierające sterowane są przez układ bramkujący, otwierany sygnałem wyjściowym pozycji rejestru sterowania kluczy.

Urządzenie charakteryzuje się zmiennym, programowym sposobem działania oraz zastosowaniem specjalistycznych analogowych układów wejściowych złożonych z układu prostownika jednopołówkowego śledzącego obwiednię sygnału, wyposażonego w pamięć analogową, układu progowego i 8-bitowego przetwornika A/C. Urządzenie umożliwia rejestrację czasu rozpoczęcia i zakończenia sygnału w każdym kanale pomiarowym, a właściwie czasu pierwszego i ostatniego przekroczenia przez sygnał nastawionej wartości progowej, oraz maksymalnej amplitudy wyprostowanego jednopołówkowo sygnału sejsmoakustycznego.

Wadą omawianego rozwiązania jest uproszczone określanie energii umownej, duże błędy przy określaniu czasu rozpoczęcia i zakończenia oraz brak rejestracji cyfrowej sygnałów sejsmoakustycznych.

Układ stacjonarny aparatury sejsmoakustycznej według wynalazku zawiera mikrokomputer sterujący wyposażony w dysk elektroniczny i kontroler graficzny, połączony z blokiem rejestracji i blokiem detekcji, które z kolei połączone są z blokiem wejść analogowych, do którego doprowadzone są sygnały sejsmoakustyczne za pośrednictwem urządzeń transmisji. Sygnały sejsmoakustyczne doprowadzone są ponadto do bloku detekcji.

Blok wejść analogowych zawiera w każdym kanale prostownik dwupołówkowy połączony z układem kształtowania obwiedni oraz układ próbkująco-pamiętający sygnału połączony z wejściem klucza analogowego. Do wejść prostowników i układów próbkująco-pamiętających doprowadzone są sygnały sejsmoakustyczne z układów transmisji. Sygnały wyjściowe z układów kształtowania obwiedni doprowadzone są do bloku detekcji. Wyjścia kluczy analogowych połączone są parami i za pośrednictwem separatorów wejściowych podłączone są do wejść przetworników A/C sygnału, z których każdy obsługuje dwa kanały. Wyjścia przetworników A/C połączone są z wejściami buforów wyniku i buforowego rejestru znaku. Sygnały wyjściowe buforów wyniku i buforowego rejestru znaku doprowadzone są do bloku rejestracji; ponadto z tego bloku do przetworników A/C, buforów wyniku i buforowego rejestru znaku doprowadzone są sygnały sterujące.

Blok rejestracji zawiera pamięć buforową połączoną z buforem danych, układem przełącznicy adresów i sekwencyjnym układem próbkowania i przetwarzania. Do wejść pamięci buforowej doprowadzone są sygnały z bloku wejść analogowych, natomiast do tego bloku doprowadzone są sygnały z sekwencyjnego układu próbkowania i przetwarzania, który połączony jest ponadto z buforem danych, układem przełącznicy adresów, układem licznika próbek i dzielnika częstotliwości, układem maskowania zapisu i mikrokomputerem sterującym. Z mikrokomputerem sterującym połączone są również bufor danych, układ maskowania zapisu, układ licznika próbek i dzielnika częstotliwości oraz licznik adresowy pamięci i licznik adresowy próbki sygnału. Wyjścia liczników adresowych połączone są do wejścia układu przełącznicy adresów.

Blok detekcji zawiera wielowejściowy układ próbkująco-pamiętający obwiedni połączony z przetwornikiem A/C obwiedni, który z kolei połączony jest z rejestrem wyniku przetwarzania obwiedni. Na wejścia układu próbkująco-pamiętającego obwiedni doprowadzone są sygnały wyjściowe układu kształtowania obwiedni bloku wejść analogowych. Sygnały te doprowadzone są także na wejścia detektorów progowych obwiedni, których wyjścia połączone są z wejściem rejestru, do którego drugiego wejścia podłączone są sygnały wyjściowe rejestru maski zgłoszeń. Rejestr maski zgłoszeń, rejestr zgłoszeń i rejestr wyniku przetwarzania obwiedni połączone są z mikrokomputerem sterującym.

154 141

Blok detekcji zawiera ponadto detektory progowe przeregulowań, na wejście których doprowadzone są sygnały sejsmoakustyczne z urządzeń transmisji, a których wyjścia połączone są z licznikami przeregulowań. Liczniki przeregulowań połączone są z mikrokomputerem sterującym. Z mikrokomputerem sterującym połączone są ponadto; rejestr testu transmisji i rejestr błędu transmisji, połączone także z układami transmisji.

Zaletą rozwiązania jest możliwość precyzyjnego określania czasu rozpoczęcia i zakończenia pomiaru oraz pełna cyfrowa rejestracja sygnałów sejsmoakustycznych. Ponadto, na podstawie otrzymanych wyników pomiarów możliwe jest natychmiastowe przeprowadzenie interpretacji zarejestrowanych sygnałów, a tym samym szybkie przeprowadzenie oceny stanu zagrożenia badanego rejonu.

Wynalazek uwidoczniono w przykładowym wykonaniu na rysunku, który przedstawia schemat blokowy układu stacjonarnej aparatury sejsmoakustycznej.

Układ zawiera mikrokomputer sterujący 1 wyposażony w dysk elektroniczny i kontroler graficzny połączony liniami C z blokiem rejestracji 2 i blokiem detekcji 3, które z kolei połączone są z blokiem wejść analogowych 4 odpowiednio liniami B i D.

Do bloku wejść analogowych 4 i bloku detekcji 3 doprowadzone są liniami A sygnały sejsmoakustyczne z urządzeń transmisji 31. Ponadto z urządzeń transmisji 31 do bloku detekcji 3 doprowadzone są liniami E sygnały błędu transmisji, a w kierunku przeciwnym prowadzone są także liniami E sygnały inicjujące test transmisji.

Sygnały sejsmoakustyczne doprowadzone liniami A do bloku wejść analogowych 4, wprowadzone są na wejścia prostowników dwupołówkowych 5 i układów próbkująco-pamiętających sygnałów 7. Wyjścia prostowników dwupołówkowych 5 połączone są z wejściami układów kształtowania obwiedni 6, których wyjścia połączone są liniami D z blokiem detekcji 3, natomiast wyjścia układów próbkująco-pamiętających sygnału 7 połączone są z wejściami kluczy analogowych 8. Wyjścia kluczy analogowych 8 połączone są parami, a każda para wyjść podłączona jest poprzez separator wejściowy 9 do wejścia analogowego przetwornika A/C sygnału 10. Przetworniki te mają po dwa wyjścia, z których wynikowe połączone są z buforami wyniku 11, a znakowe z rejestrem buforowym znaku 12. Wyjścia buforów wyniku 11 i buforowego rejestru znaku 12 połączone są liniami B z blokiem rejestracji 2, z którego to bloku z sekwencyjnego układu próbkowania i przetwarzania 15 doprowadzone są także liniami B sygnały na wejścia sterujące przetworników A/C sygnału 10, buforów wyniku 11 i buforowego rejestru znaku 12. Blok wejść analogowych 4 zawiera tyle układów próbkująco-pamiętających sygnału 7, kluczy analogowych 8, prostowników dwupołówkowych 5 i układów kształtowania obwiedni 6, ile posiada kanałów rejestracji, natomiast z pozostałych układów po jednym na dwa kanały, z wyjątkiem buforowego rejestru znaku 12, który jest wspólny dla wszystkich kanałów.

Sygnały wyjściowe z buforów wyniku 11 i buforowego rejestru znaku 12 wprowadzone są liniami B do bloku rejestracji 2 na wejście pamięci buforowej 13 połączonej z buforem danych 14. Pamięć adresowa jest sygnałami doprowadzonymi z wyjścia układu przełącznicy adresów 17, której wejścia połączone są z licznikiem adresowym pamięci 18 i licznikiem adresowym próbek sygnału 19. Wejścia tych liczników adresowych, a także układ licznika próbki i dzielnika częstotliwości 20, układ maskowania zapisu 16, bufor danych 14 i sekwencyjny układ sterowania i próbkowania 15 zawarte w bloku rejestracji 2 połączone są liniami C z mikrokomputerem sterującym 1. Ponadto sekwencyjny układ próbkowania 15 połączony jest z wejściami sterującymi bufora danych 14, pamięci buforowej 13 i przełącznicy adresów 17 oraz z wyjściami układu licznika danych i dzielnika częstotliwości 20 i układu maskowania zapisu 16.

Sygnały wyjściowe układów kształtowania obwiedni 6 bloku wejść analogowych 4 doprowadzone są liniami D do bloku detekcji 3, który zawiera wielowejściowy układ próbkująco-pamiętający obwiedni 21, połączony z przetwornikiem A/C obwiedni 22, który z kolei połączony jest z rejestrem wyniku przetwarzania obwiedni 23. Ponadto linie D doprowadzają te sygnały do detektorów progowych obwiedni 24 połączonych z rejestrem zgłoszeń 25, który połączony jest z rejestrem maski zgłoszeń 26. Rejestr wyniku przetwarzania obwiedni 23, rejestr zgłoszeń 25 i rejestr maski zgłoszeń 26 połączone są liniami C z mikrokomputerem sterującym 1.

Sygnały sejsmoakustyczne z wejść układów transmisji 31 są doprowadzone liniami A także do wejść detektorów progowych przeregulowań 27, których wyjścia połączone są z licznikami przere4

154 141 gulowań 28, a te połączone są liniami C również z mikrokomputerem sterującym 1. Z mikrokomputerem sterującym 1 liniami C połączone są także wejścia rejestru transmisji 29 i wyjścia rejestru błędu transmisji 30, które to rejestry, służące do testowania poprawności pracy urządzeń transmisji 31 połączone z tymi urządzeniami liniami E.

Działanie urządzenia według wynalazku jest następujące. Po załączeniu napięcia zasilania i wykonaniu procedury uruchamiania, która wpisuje odpowiednie maski do układu maskowania zapisu 16 i rejestru maski zgłoszeń 26 oraz liczbę określającą częstotliwość próbkowania sygnału do układu licznika próbek i dzielnika częstotliwości 20, rozpoczyna się dwutorowy proces próbkowania i przetwarzania sygnałów sejsmoakustycznych. W torze szybkozmiennym sygnały wyjściowe z urządzeń transmisji 31 doprowadzone liniami A do bloku wejść analogowych 4, są równocześnie próbkowane we wszystkich kanałach w układach próbkująco-pamiętających sygnału 7, w których zostaje zapamiętana chwilowo wartość sygnałów. Sygnały wyjściowe z tych układów poprzez klucze analogowe 8 i separatory wejściowe 9 są podłączone do przetworników A/C sygnału 10, gdzie następuje konwersja amplitudy sygnałów na postać cyfrową, przy czym klucze analogowe 8 dokonują rozdziału w czasie mierzonych sygnałów na dwie grupy, tak że przetworzenie wszystkich sygnałów wymaga dwukrotnej konwersji przez przetworniki A/C sygnału 10, których jest dwukrotnie mniej niż kanałów rejestracji. Wartości cyfrowe amplitudy sygnałów z kanałów nie maskowanych przez układ maskowania zapisu 16 zostają wpisane poprzez bufory wynikowe 11 do pamięci buforowej 13 liniami B, do której zostaje wpisane również słowo znakowe próbek skompletowane w buforowym rejestrze znaku 12 z bitów znakowych przetworników A/C sygnału 10. Próbkowanie, przetwarzanie i wpis do pamięci bufrowej odbywa się z częstotliwością określoną przez układ licznika próbek i dzielnika częstotliwości 20 i jest sterowane sygnałami z sekwencyjnego układu próbkowania i przetwarzania 15, przy czym adres próbek generowany jest w cyklicznym liczniku adresowym próbek sygnału 19.

W torze wolnozmiennym z sygnałów wyjściowych urządzeń transmisji 31 doprowadzonych liniami A do bloku wejść analogowych 4, wyprostowanych w prostownikach dwupołówkowych 5, tworzone są sygnały obwiedni w układach kształtowania obwiedni 6. Sygnały obwiedni dą doprowadzone liniami D do wielowejściowego układu próbkująco-pamiętającego obwiedni 21, który próbkuje kolejno sygnały z wszystkich kanałów pomiarowych i podłącza je do przetwornika A/C obwiedni 22, skąd wynik konwersji wpisany jest do rejestru wyniku przetwarzania obwiedni 23. Z rejestru tego wartości cyfrowe amplitudy obwiedni pobierane są do mikrokomputera sterującego 1, który steruje procesem próbkowania.

Jeżeli choć jeden z sygnałów obwiedni utworzonych w układach kształtowania obwiedni 6 i doprowadzonych liniami D do detektorów progowych obwiedni 24 przekroczy ustawioną wartość progową, to do rejestru zgłoszeń 25 wpisane zostanie zgłoszenie w przypadku, jeżeli kanał w którym taka sytuacja wystąpiła nie jest maskowany przez rejestr maski zgłoszeń 26 i wygenerowane zostanie przerwanie liniami C do mikrokomputera sterującego 1. Jeżeli na podstawie analizy wartości amplitudy obwiedni i przerwań pochodzących od przekroczenia progu przez obwiednie, mikrokomputer stwierdzi, że obserwowane zjawisko jest istotne, uruchamia pomiar ilości przeregulowań w sygnałach sejsmoakustycznych i określa czas, po którym należy zakończyć rejstrację sygnałów w torze szybkozmiennym. Inicjacja pomiaru ilości przeregulowań polegająca na przesłaniu odpowiednich słów sterujących do liczników przeregulowań 28 powoduje zliczanie przez te liczniki impulsów z wyjść detektorów progowych przeregulowań 27, na których wejścia liniami A doprowadzone są sygnały z urządzeń transmisji 31.

Określenie czasu, po którym należy zakończyć rejestrację sygnałów w torze szybkoziemnym, polega na przesłaniu liniami C do układu licznika próbek i dzielnika częstotliwości 20 odpowiedniego słowa określającego ilość próbek sygnałów sejsmoakustycznych, po obliczneniu której nastąpi zablokowanie wpisu do pamięci buforowej i zatrzymanie procesu próbkowania. Po zatrzymaniu próbkowania sygnalizowanego generacją przerwania do mikrokomputera sterującego 1 po liniach C, pobiera on z licznika adresowego próbek sygnału 19 adres ostatniej zapamiętanej próbki, odczytuje po liniach C zawartość interesującego obszaru pamięci buforowej 13 z zarejestrowanym zjawiskiem i ponownie inicjuje rejestrację. Odczyt pamięci buforowej 13 następuje poprzez bufor danych 14, przy czym pamięć adresowana jest z licznika adresowego pamięci 18.

154 141

Możliwa jest równoczesna rejestracja spróbkowanych sygnałów sejsmoakustycznych w pamięci buforowej 13 i odczyt zawartości pamięci, przy czym pamięć jest wtedy adresowana z licznika adresowego próbek sygnału 19 i licznika adresowego pamięci 18 poprzez układ przełącznicy adresów 17. Zawartość liczników przeregulowań 28 jest pobierana przez mikrokomputer sterujący 1, który zatrzymuje proces zliczania. Informacje o zjawisku takie jak: zarejestrowane przebiegi sygnałów sejsmoakustycznych, zarejestrowane przebiegi obwiedni wyprostowanych dwupołówkowo sygnałów, liczba przeregulowań sygnałów, wraz z parametrami czasowymi są przedmiotem przetwarzania mikrokomputera sterującego 1.

Niezależnie mikrokomputer sterujący 1 bada poprawność zasilania poszczególnych kanałów urządzeń transmisji 31 za pośrednictwem rejestru błędu transmisji 30, z którym połączony jest liniami E oraz inicjuje test poprawności działania poszczególnych kanałów transmisji za pośrednictwem rejestru testu transmisji 29.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ stacjonarnej aparatury sejsmoakustycznej przeznaczonej do rejestracji i przetwarzania sygnałów sejsmoakustycznych, wyposażony w mikrokomputer sterujący z dyskiem elektronicznym i kontrolerem graficznym, znamienny tym, że zawiera blok wejść analogowych (4) połączony liniami (A) z układami transmisji (31), liniami (B) z blokiem rejestracji (2), liniami (D) z blokiem detekcji (3), który połączony jest ponadto liniami (C) z mikrokomputerem sterującym (1) i liniami (A, E) z układami transmisji (31), natomiast blok rejestracji (2) połączonyjest ponadto liniami (C) z mikrokomputerem sterującym (1).
2. 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że blok wejść analogowych (4) zawiera układy próbkująco-pamiętające (7) sygnału, których wejścia połączone są liniami (A) z układami transmisji (31), a wyjścia połączone są wejściami kluczy analogowych (8), których wyjścia z kolei połączone są ze sobą parami, a każda para wyjść połączona jest za pośrednictwem separatora wejściowego (9) z wejściem przetwornika A/C sygnału (10), którego jedno wyjście połączone jest z wejściem bufora wyniku (11), a drugie wyjście połączone jest z wejściem buforowego rejestru znaku (12), którego wyjście oraz wyjścia buforów wyniku (11) połączone są liniami (B) z blokiem rejestracji (2), z którym to blokiem jest połączony ponadto liniami (B) buforowy rejestr znaku (12), przetwornik A/C sygnału (10) i bufory wyniku (11) a ponadto zawiera prostowniki dwupołówkowe (5), których wejścia są połączone liniami (A) z układami transmisji (31), natomiast ich wyjścia połączone są z wejściami układów kształtowania obwiedni (6), których wyjścia połączone są liniami (D) z blokiem detekcji (3).
3. 3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że blok rejestracji (2) zawiera pamięć buforową (13) połączoną z wyjściem układu przełącznicy adresów (17), buforem danych (14), sekwencyjnym układem próbkowania i przetwarzania (15), oraz za pomocą linii (B) z blokiem wejść analogowych (4), z których to blokiem jest także połączony liniami (B) sekwencyjny układ próbkowania i przetwarzania (15), który jest ponadto połączony z wejściami sterującymi bufora danych (14), układu przełącznicy adresów (17) z wyjściami układu licznika próbek i dzielnika częstotliwości (20) i wyjściami układu maskowania zapisu (16), natomiast liniami (C) jest połączony z mikrokomputerem sterującym (1), z którym są także liniami (C) połączone bufor danych (14), układ maskowania zapisu (16), układ licznika próbek i dzielnika częstotliwości (20), licznik adresowy pamięci (18) i licznik adresowy próbek sygnału (19), przy czym licznik adresowy pamięci (18) i licznik adresowy sygnału (19) połączone są z wyjściem układu przełącznicy adresów (17).
4. 4. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że blok detekcji (3) zawiera wielowejściowy układ próbkująco-pamiętający obwiedni (21) sygnału, którego wejścia połączone są liniami (D) z blokiem wejść analogowych (4) a wyjście połączone jest z wejściem przetwornika A/C obwiedni (22), którego wyjście połączone jest z wejściem rejestru wyniku przetwarzania obwiedni (23), a ponadto wejścia układów próbkująco-pamiętających obwiedni (21) połączone są z wejściami detektorów progowych obwiedni (24), których wyjścia połączone są z jednym wejściem rejestru zgłoszeń (25), natomiast drugie wejście tego rejestru połączone jest z wyjściem rejestru maski zgłoszeń (26), przy
5. 6 154 141 czym wyjścia rejestru wyniku przetwarzania obwiedni (23), rejestru zgłoszeń (25) i wejścia rejestru maski zgłoszeń (26) połączone są liniami (C) z mikrokomputerem sterującym (1), a ponadto wejścia detektorów progowych przeregulowań (27) połączone są liniami (A) z układami transmisji (31), a ich wyjścia połączone są z wejściami liczników przeregulowań (28), których wyjścia połączone są liniami (C) z mikrokomputerem sterującym (1), ponadto w bloku detekcji (3) wejścia rejestru błędu transmisji (30) i wyjścia rejestru testu transmisji (29) połączone są liniami (E) z układami transmisji (31), natomiast wyjścia rejestru błędu transmisji (30) i wejścia rejestru testu transmisji (29) połączone są liniami (C) z mikrokomputerem sterującym (1).

   Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 100 egz.

   Cena 3000 zł