RS51049B - Postupak i sistem za praćenje efekata miniranja - Google Patents

Abstract

Podsistem za merenje i prikupljanje podataka o ubrzanju čestica tla neposredno iza minskog polja, naznačen time. što su akcelerometri (A1-A3) priključeni na trokanalni brzi data loger koji je priključen na uređaj za upravljanje i punjenje (UUP).Prijava sadrži još 1 nezavisan i 12 zavisnih patentnih zahteva.

Description

Oblast tehnike:

Praćenje efekata miniranja se odnosi na oblast tehnike K 42 C 15/40 po

međunarodnoj klasifikaciji patenata.

Tehnički problem:

Parametri miniranja najviše utiču na postizanje zadovoljavajuće granulacije odminiranog materijala. Međutim, oni takođe predstavljaju i glavni faktor izazivanja potresa koji dovode do naprezanja u stenskoj masi. a samim tim i do oštećenja okolnih objekata. Sistem za praćenje efekata miniranja omogućava rešavanje dugogodišnjeg problema koji postoji između, s jedne strane, tendencije rudnika za povećanjem produktivnosti proizvodnje miniranjima pri kojima se iniciraju velike količine eksploziva po jednoj minskoj seriji i s druge strane, sve strožijim kriterijumima koji se odnose na maksimalno dozvoljene brzine pomeranja čestica tla. kao osnovnog parametra pri oceni mogućih oštećenja objekata ili okolne stenske mase nastale pri miniranju.

Određivanje preciznog vremena iniciranja minskih punjenja ti -svakoj bušoiini. olakšaće mnogo postupak utvrđivanja ulicaja miniranja na oštećenju okolnih objekata u dugogodišnjim sporovima koji se vode po sudovima. Do sada je/bog nepoznavanja preciznog intervala usporenja, usled nemogućnosti merenja. proglašavano da su minska punjenja dve susedne bušotine čiji je vremenski interval usporenja iznosio manje od 8 ms. inicirana istovremeno i tako je dohijana veća količina eksploziva inicirana po intervalu usporenja od stvarne količine. Poznata su miniranju u Španiji .mi tzv. mikrosekvencijalnim usporenjima (jedna do nekoliko milisckimdi) koja su dokazala da i usporenje između iniciranja dva eksplozivna punjenja od samo jedne milisekunde značajno utiče na smanjenje seizmičkih potresa.

Sistem za praćenje efekata miniranja se sastoji od dva međusobno spregnuta podsistema: podsistema za programirano iniciranje mreža električnih i neelektričnih detonatora (patent RS 49942) i podsistema za merenje i prikupljanje podataka o ubrzanju čestica tla neposredno iza minskog polja. Omogućava dobijanje podataka o preciznom vremenu iniciranja minskih punjenja kao i lociranje otkazanih mina. Dobijeni podaci se dalje mogu koristili u određivanju brzine prost i ran ja površinskih talasa i gubitaka energije eksploziva za pomeranjc neizminiranc sten.skc mase

Stanje tehnike:

Vibracije pri miniranju u sleni na većoj udaljenosti od minskog polja intenzivno su proučavane zadnjih nekoliko decenija. Utvrđene su dobro kako tehnike merenjalako i teorije o vibracijama pri miniranju u sleni dalje od minskog polja. Međutim, veoma mali broj istraživanja kako teorijskih lako i eksperimentalnih je urađen /a vibracije blizu minskog polja ( na rastojunju ispod 10 m od eksplozivnog punjeni.u.

Eksperimentalno ispitivanje vibracija pri iniciranju eksplozivnog punjenja dužine 2.4 m u bušotini prečnika 100 mm na raslojanju od2do 15 m od minske bušotine i oštećenje, opisano je u radu"Measurement and analvsis ol" near-lield blusi vibralion and damage". R.I..Yang. P.Rocque. P.Katsabanis. W I-'. Un\ulcn. Geotechnieal and Cieological Hnginccring. I9l)4. 12. 10^-182. \kcclerogrami izmerenih ubrzanja čestica tla na raslojanju 2 i 4 ni od minske bušotine dale su na sliei 23.

Za merenje udarnih, aperiodienih talasa, velikog ubr/ania ( ID'm's ) i maloj;

vremena trajanja (l-2ms) impulsnog karaktera, na malom raslojanju od mesta eksplozije, primenjuju se piezoelektrični akceleromeiri \isokofrck\eninog od/.i\a. Pri vibraciji kućišta, usled kretanja seizmičke mase nastaje promenjiva sila. koja deluje na pie/odiskove i na njihovim oblogama nastaje električno opterećenje, proporcionalno sili. Kako je sila. koja deluje na kristal kvarca. proporcionalna masi i ubrzanju, izlazni signal piezokrislala proporcionalan je ubrzanju pretvarača.

Merenja ubrzanja čestica tla neposredno iza minskog polja postavljanjem akcelerometara na rastojanju manjem od 10 m u odnosu na minsko punjenje su vršena i ranije, ali ne objedinjeno sa sistemom za iniciranje gde se na jedan od 16 uređaja za upravljanje i punjenje (UUP) kojim se upravlja pomoću ručnog terminala, priključuje trokanalni brzi data loger visoke frekvencije uzorkovanja (1MHz) koji se napaja i stanuje iz uređaja UUP. Na irokanalni brzi dala loger je moguće priključili tri akcelerometra sa Irekvencom do 50kHz. tako da se sistemom za praćenje efekata miniranja objedinjuje više operacija: programirano iniciranje mreža električnih i neelektričnih detonatora RF sistemom prenosa. merenje i prikupljanje podataka o ubrzanju čestica tla u vremenu neposredno iza minskog pol ja.

Opis pronalaska:

Sistem za praćenje efekata miniranja prikazan je na .-»lici I. Sastoji se od d\a međusobno spregnuta podsistema: podsistema za programirano iniciranje mreža električnih i neelektričnih detonatora (patent RS 49942) i podsistema za merenje i prikupljanje podataka o ubrzanju čestica tla neposredno iza minskog polja.

Opis crteža

Pronalazak je detaljno opisan na primeru i prikazan na nacrtu u kojem:

Slika 1 - predstavlja blok šemu sistema za praćenje efekata miniranja

Slika 2 - predstavlja blok šemu sistema za programirano iniciranje mreža električnih i neelektričnih detonatora primenom Rl- sistema premisa podataka upravljanja

Slika 3 ? predstavlja električnu šemu uređaja za iniciranje (I I) sa heksadeeimalnmi

prekidačem podataka kašnjenja

Slika 4 - predstavlja spajanje heksadecimalnog preklopnika na mikrokoniinler

Slika 5 predstavlja električnu šemu uređaja za upravljanje i punjcnie il i Pj i Kl modula

Slika 6 - predstavlja blok Šemu ručnog terminala IM sa digitalnim sakupljačem

podataka sa pokaziv ačem i Rl modulom

Slika 7 - predstavlja blok šemu uređaja za prikupljanje podataka

Slika 8 - predstavlja banku FPGA čipa (I'ID) zaduženu za konekciju sa SPI A I)

konvertorima (l!2-l<:>4) i dodatno pasivno filtriranje napona analognog i digitalnog napona napajanja A l) koinertora

Slika 9 - predstavlja analogno napajanje za AI) konvenore i referencu koje se đohija filtriranjem preko prigušnica i kondenzatora kao i aktivnim liltiraniem pomoću stabilizatora napona

Slika 10- predstavlja banku FPGA čipa (U1B) zaduženu za konekciju sa SDRAM

čipom. Onemogućenje FPGA Čipa da ode "SUSPEND" mod

Slika 11 - predstavlja DC/DC konvertore za napajanje kako srži tako i analognog i digitalnog napajanja FPGA čipa (U1E). Operacioni pojačavač (U9) u ulozi komparatora koji obezbeđuje sekvencijano podizanje napajanja FPGA čipa. Razdvajanje banki za napajanje FPGA čipa od napona napajanja tantalskim i keramičkim kondenzatorima

Slika 12 - predstavlja I/O banku FPGA čipa (Ul A) zaduženu za konekciju sa FLASH

memorijama i pomoćnim izlazima i ulazima u uređaj/.a prikupljanje podataka. LF.D signalizacija za debagovanje čipa. Veza sa spoljnjim trigerom i prekidači za biranje moda rada l-PGA čipa

Slika 13- predstavlja l'O banku FPGA čipa (l'-l(') zadu/enu /a konliguraeiiu tipa preko J'I'AG porta sa odgovarajućom terminacijom i razdvajanjem od napajanja. Otpornici za biranje moda podizanja I PG \ čipa i III) signalizacija uspesnog podizanja FPGA čipa. llanka je i>korišceii|a i za konekciju sa USB čipom

Slika 14- predstavlja SDRAM memorijski čip (Uli) sa adekvatnom serijskom terminacijom i razdvajanjem od digitalnog napajanja keramičkim kondenzatorima

Slika 15 - predstavlja strujne izvore za napajanje senzora

Slika 16 - predstavlja DC/DC konvertor za napajanje strujnih pobuda senzora sa

24VDC i filtriranje njegovog izlaza sa prigušnicama i kondenzatorima

Slika 17 - predstavlja analognu obradu signala dobijenih sa senzora za A'l) kanal 0.

Sprega sa senzorom je naizmenična. Sledi podešavanje signala po nivou, zaštita uređaja od prenapona i ofsehnanje (računa no da se u u.kn meivnia koje traje do 5 sekundi napon napajanja neće /naunje (nemali ... temperaturom). Sledi operacioni koji je sposoban da ođ vrha do dna N\oe napajanja radi u linearnom režimu

Slika 18 - predstavlja analognu obradu signalu dobijenih sa senzoia za A i) kanal I

Slika 19 - predstavlja analogna obradu signala dobijenih sa senzora za A/I) kanal 2

Slika 20 - predstavlja SPI flesh čipove (U22. U23) za trajno skladištenje podataka -

odbiraka dobijenih A/D konverzijom. Adekvatna serijska terminacija i rasprezanje kondenzatorima od digitalnog napajanja

Slika 21- predstavlja sistemski klok koji dobija digitalno pa filtrirano napajanje,

lerminisan serijski na početku\oda

Slika 22 - predstavlja USB čip (U2o) koji u sebi sadrži l SM 2.uli/kki proiok.il i mikrokonlroler 8051. I2C memoriju (1.28) iz koje se pri podizanju iz rešeta USB čip informiše u "VID" i "PID" identifikaciji koju će preko l SB-a pročitati personalni raćunar pri enumeraciji USB uređaja i naponski stabilizator (U25) koji se napaja preko USB kabla, a stabilišc napon za napajanje USB čipa

Slika 23 - predstavlja akcelerograme izmerenih ubrzanja čestica tla u funkciji vremena iz praćenih bušotina na rastojanju 2 i 4 m od minske bušotine

Podsistem za programirano iniciranje mreža električnih i neelektričnih detonatora se u celini može sagledati iz blok šema prikazanih na slikama 1 i 2. Za iniciranje NONEL mreže (slika 1) ili mreže detonirajućeg štapina. podsistem za iniciranje može da sadrži samo jedan uređaj za upravljanje i punjenje (UUP) kojim se upravlja pomoću ručnog terminala. U slučaju iniciranja mreže elekirićnih đenmaioia (slika 2). uređaj za upravljanje i punjenje (l !UP) se može koristiti zajedno sa naj\i se i o uređaja za iniciranje Ul po svakom UUP. lakode. ovaj podsistem može da inicira mreže na različitim minskim poljima sa odgovarajućim usporenjima.

Podsistem za programirano iniciranje se sastoji od uređaju za iniciranje (UU. koji predstavljaju mašine za iniciranje mreža električnih i neelektričnih detonatora sa programibilnim vremenima kašnjenja. Vrednosli vremena kašnjenja koja se postavljaju heksadecimalnim preklopnicima mogu se vizuelno čitali na svakom UI pojedinačno. Na svaki uređaj za upravljanje i punjenje (UUP) moguće je povezivanje 16 Ul. Ul su spojeni petožičnom vezom preko koje se napajaju električnom energijom iz baterije 12V 1.3 Ah iz UUP. Uređaj za upravljanje i punjenje ima DC-DC konvertor koji napaja kondezatore u UI energijom za iniciranje na napon Uc=350V. Svaki Ul indicira i pamli sledeća stanja: mreža: uklj./isklj.. napon Uc: puno/polupuno/prazno. vreme kašnjenja: 0000 do 9999 milisekundi. Zapamćene podatke stanja prikuplja UUP za svaku UI pojedinačno i šalje na ručni terminal (RT) preko svog RF modula. Ručni terminal prima podatke i prikazuje na pokazivaču. Na osnovu prikazanih podataka rukovalac miniranja daje naredbe PUNI. PALI ili PRAZNI. Povezivanje digitalnog sakupljača podataka sa pokazivačem sa RF modulom prikazano je na slici ft. Sprega formira ručni terminal (RT).

Rl- modul koristi hopping metodu na 10 Rl- kanalu sa mogućnošću sek\enci i kripto koda zbog bczbednog i pouzdanog pronosa digitalnih podataka Rl mmciii stalno prikazuje kvalilet veze na prikazivaču ručnog terminala što daje mogućnost rukuvaucu miniranja da sa sigurnošću izvrši pouzdano iniciranje mreža detonatora.

Uređaj za iniciranje, slika 3, se napaja naponom od 12 V iz akumulatora koji se nalazi u UUP preko petožilnog kabla. Uređaj je baziran na mikrokontroleru (U2). Da bi obezbedili pravilan rad potrebno je da napon od 12V smanjimo i stabilizujemo na 5V, a to radimo primenom integrisanog stabilizatora Ul. elektrolitskih kondezatora C2 i C4. kao i blok kondezatora Cl i C3 od 100 nF da bi se sprećilo da I I prooseiluje i smanji eventualne smetnje koje se mogu javili. Dioda Dl služi da spreči eventualno pogrešno spajanje UI i lako zaštiti osetljive delo\e. ()sno\a ovog uređaja je mikrokontroler 1-2 čiji oscilator čine kvarcni kristal XI od 2() Ml Iz. i kondezatori C<?>i C6. Kondezator C7 služi da bi blokirao pojavu eventualnih smetnji na napajanju od 5V. Elektrolit C9 i otpornik R3 imaju zadatak da prilikom uključivanja I I reseiuiu mikrokotroler i obezbede njegov pravilan rad.

Adresa Ul bira se DIP prekidačima SI i to od 1 do 5. Adrese se mogu birali u intervalu od 0 do 32 ( 2^). Prilikom izbora adrese treba pazili Ja se adrese ne ponavljaju i da je adresa 0 rezerv isana za l UP.

Komunikacija od UUP i kotrola UUP vrši se serijskom komunikacijom koristeći RS 485. Mikrokontrolerov UART preko U3 vrši serijsku komunikaciju i prilagodenje na mrežu. Otpornik R4 je pull-up otpornik na pinu U3 koji služi za odabir smera komunikacije UI.

Uvezivanje heksa - decimalnih preklopnika na uređaj za iniciranje (UI) prikazano je na slici 4. Postavljanje vremena kašnjenja Ul vrsi se odabirom vrednosti na IIHX prekidačima JP1. JP2. JP3 i JP4. Svaka sekcija prekidača se sastoji od 4 lll \ prekidača gde vrednosl svakog pojedinog možemo da menjamo od 0 do si. /a čitanje postavljenih vrednosti koriste se dva 8-bitna porta U2 (port li i pori I)). Rl i K2 je mreža pull-up otpornika koja se koristi u kombinaciji sa I ll\X prekidačima.

Deo uređaja kojim upravlja mikrokontroler. a služi za detekciju spojeiiosti mreže, merenje vrednosti napona na kondenzatoru CIO. pražnjenja kondezatora CIO i iniciranje mreže spojenih detonatora, čine komponente U4. U5. U6 i l !7.

Dioda D2 služi da bi obezbedila punjenje CIO. a sprećila njegovo pražnjenje. Otpornici R8 i Ru su naponski delitelj. koji smanjuje napon od 350V na 3.5V da bi bio merljiv sa A-D konvertorom mikrokontrolera U2. Kondezator C8 služi kao h'lier. Da bi izvršio merenje mikrokontroler postavlja napon od 5V preko R17 na LED optokapler U4 ilako se dobija napon na delitelju R8. R9. Ovo merenje se vrši na zahlev UUP.

Da bi ispraznili kondezator C10 (npr. odustajemo od iniciranja), mikrokontroler U2 postavlja 5V na pin C3 i preko otpornika R13 upravlja radom optokaplera U5 i dovodi do toga da trijak optokaplera provede i CIO počinje da se prazni preko RIO i R12.

Olpornik Rl 1 je snage 5W i on služi da bi zaštitio trijak Tri od kratkog spoja. Upravljanje sa I rl i samim tim iniciranjem detonatora vrši se mikrokontrolerom preko optokaplera U6. Optokapler U7 služi da bi mikrokontroler znao da li je mreža spojena na izlazne prikljućnicc uređaja za iniciranje. Signalizacija prisutnosti mreže |cLivena LED D3. koja svet I i kada su spojeni detonatori ua prikljuemee l I

Uređaj za upravljanje i punjenje, slika 5. napaja se naponom od 12 V iz akumulatora koji se nalazi u kutiji UUP. Osnova ovog uređaja je mikrokoiiiroler l 2 čiji oscilator čine kvarcni kristal XI od 20 MHz i kondezatori C8 i C9. Kondezator C12 služi da bi blokirao pojavu eventualnih smetnji na napajanju od 5V. Elektrolit C7 i otpornik R5 imaju zadatak da prilikom uključivanja UUP resetuju mikrokotroler i obezbede njegov pravilan rad.

Deo za stvaranje napona od 350V se sastoji od: oscilatora sa 4 NI kola Uo i pogonskih tranzistora Q4 i Q5 koji rade kao prekidači napajanja primara transformatora TI. Na sekundaru se indukuje visoki napon. Napon se isparavlja sa diodnim mostom D3. D4. D5.Dbi puni kondezator CM preko optokaplera l 7. Frekvencija oscilatora je određena RC konstantom RI2. Pl i C5. a iznosi oko IX kllz.

Da bi se sprečilo da napon na Cll prede potrebnih 350V i izazove havarim uređaja, brine se deo uređaja sa komparatorom U5. Na ulaze dovodimo napon -.a kondezatora Cl I i delitelja RI7 i R18 i referentni napon koji deliui.šemo Jcliieljima RIO i R9. Ukoliko napon na kondezatoru Cll prede napon od i5()Yizlazkomparaiora menja stanje i preko Q3 pobuđuje optokapler 13. koji delovanjem na bazu (J2 prekida napajanje oscilatora U6.

Tranzistor QI služi kao prekidač pomoću kojeg mikrokontroler U2 uključuje oscilator za generisanje napona od 350V. Oscilator radi sve dok U2 ne dobije komandu za iniciranje ili komandu za pražnjenje.

Komunikacija od UUP sa UI vrši se dvosmernom serijskom komunikacijom koristeći RS 485. Mikrokontroler U2 preko U3 vrši serijsku komunikaciju i prilagođenje na mrežu. Otpornik RIO je pull-up otpornik na pinu U3 koji služi za odabir smera komunikacije sa Ul. Otpornici R29 i R31 služe za smanjivanje smetnji na liniji, a otpornik R30 je otpornik koji služi zalerminisanje početka lini je.

Komunikacija mikrokontrolera sa RF modulom vrši se takođe serijskom komunikacijom upotrebom IC U4 i to preko RS232.

Deo uređaja koji se upravlja mikrokontrolerom. a služi za detekciju spojennsti mreže, merenje vrednosti napona i pražnjenja kondezatora CIO i iniciranje mreže spojenih detonatora čine U8. U9. I.110 i l 7.

Otpornici R17 i RI8 su naponski delilelj. koji smanjuju napon od 350V na 3.5V da bi bio mcrljiv sa A-D konverlorom mikrokontrolera 1.2. Kondezator CIO služi kao filter.

Da bi ispraznili kondezator Cl 1 (npr. odustajemo od iniciranja), mikrokontroler U2 postavlja 5V na pin C3 i preko otpornika R23 upravlja radom optokaplera U9 i dovodi do toga da trijak optokaplera provede i Cl 1 počinje da se prazni preko R20 i R21.

Otpornik R22 je snage 5W i on služi da bi zaštitio trijak Tri od kratkog spoja na izlaznim priključnicama. Upravljanje sa Tri i samimm tim iniciranje detonatora vrši se mikrokontrolerom preko optokaplera 119. Optokapler 110 služi da bi mikrokontroler znao da li je mreža spojena na izlazne priključmee uređaja za iniciranje na UUP. Signalizacija prisutnosti mreže je crvena l.F.D D8. koja svetli kada su spojeni detonatori na priključnice UUP.

Sastavni deo uređaja za upravljanje i punjenje UUP je i RF modul preko kojeg se vrši komunikacija sa ručnim terminalom koji se nalazi kod korisnika. U UUP je korišćen gotov fabrički modul koji ima nekoliko vrsta zaštita podataka, na smetnje i namerno ometanje. Frekvencija na kojoj modul radi je 900 MHz. snage od 10 mW do 1W, a napon napajanja je 5V. Struja potrošnje zavisi od snage kojom sc vrši predaja. Komunikacija sa mikrokontrolerom je dvosmerna i obavlja se brzinom od 9600 bita/s Ručni terminal RT takođe je spojen na identičan RF modul.

Da bi se olakšala upotreba sistema za daljinsko miniranje, koristimo ručni terminal (RT), slika 6. Ručni terminal je realizovan upotrebom PDA računara. sa pripadajućim operativnim sistemom, digitalnog sakupljača podataka sa pokazivačem sa posebno napisanim programom i RF modulom. Komunikacija i/medu ovog malo«.-računara i sistema za miniranje sc obavlja preko KF modula. Komunikacija je serijska i dvosmerna i koristi se RS232 protokol, a napajanje RF modula je izvršeno akumulatorskom baterijom od 12V kapaciteta 1.3 Ah.

Zadatak programa je da šalje komande ka uređajima za upravljanje i punjenje i da prikuplja informacije o stanjima pojedinih uređaja za iniciranje preko UUP. Prikljupljene informacije u vidu kašnjenja, napunjenosti kondezatora i priključenosti mreže detonatora, kvalitetu RF signala i stanju akumulatora, prikazuje se na ekranu ručnog terminala.

Podsistem za merenje i prikupljanje podataka prikazan je na slici I. Sastoji se od trokanalnog brzog data logera sa frekvencijom uzorkovanja od I MHz na kog je moguće priključiti tri akcelerometra sa mogućnošću merenja ubrzanja čestica tla maksimalne frekvencije do 50 kHz.

Blok šema uređaja za prikupljanje podataka - trokanalnog brzog data logera

(A) prikazana je na slici 7. Uređaj se napaja iz spoljnjeg napajanja (25) i ima ulogu da pobuđuje spoIjnje senzore ubrzanja (21-23) konstantnom strujom, a od njih da dobija

naponski signal za dalju obradu koji se filtrira sa propusnikom opsega i uzorkuic sa analogno-digitalnim konvenorima (9-11). Analogno napajanje za Al) kou\utore i referencu koja se dobija filtriranjem preko prigušnica i kondenzatora kao i aktivnim [Utiranjem pomoću stabilizatora napona, prikazano je na slici y

Odbirci dobijeni AD konverzijom prikupljaju se preko programabilnog ASIC kola u SDRAM memoriju. Banka FPCJA čipa (U1B) zadužena za konekciju sa SDRAM čipom. prikazana je na slici 10. SDRAM memorija ima kapacitet od 16 miliona 16 to bitnih uzoraka (slika 14).

Strujni izvori za napajanje senzora prikazani su na slici 15. Na slici 16 predstavljen je DC/DC konvertor za napajanje strujnih pobuda senzora sa 24VDC i filtriranje njegovog izlaza sa prigušnicama i kondenzatorima.

Povezivanje senzora i ovog uređaja vrši se pomoću koaksijalnog voda pri čemu se i senzor napaja preko istog voda i šalje signal takođe. Sva tri senzora se povezuju sa uređajem istom vrstom kabla određene dužine. Dužina kabla je značajno manja od kritične dužine na kojoj se pojavljuje efekat transmisione linije koji počinje na frekvenciji pri kojoj je brzina porasla signala veća od vremena za ko]c signal otputuie do kraja voda odbija se od istog (jer je ulazna impedansa uređaja znatno veća od karakteristične impedance kabla) i vrati nazad (pri čemu on putuje brzinom svetlosti u dotičnom dielektriku od čega je kabl napravljen tj. C/2). Kapacitivnost kabla se očekuje znatno manja od toga da ona sa izlaznom impedansom senzora napravi niskopropusnik na frekvencijama od interesa (< 10 nF).

Na ulazu uređaja se očekuje naizmenični napon amplitude 4.4Vpp. Ulazna impedansa je pretežno realnog karaktera i kreće se u granicama 11 k oma do 15 k oma na frekvencijama od interesa.

Početak uzorkovanja je šinhroiiizovan sa spo Ij nj im irigerom. Inicrval uzorkovanja je 1 mikro sekunda, a amplitudska rezolucija je I 6553o Očekiv ana • - 3 I.SB ?-/- 3 l.SB. očekuje se uniformnu raspođela šuma po frekvenciji

Sve fillcrskc karakteristike su snimane sa senzorom čija je izlazna impedansa 100 oma i pretežno je realnog karaktera. Ulazni filter se sastoji iz. visokopropusnika sa reznom frekvencijom 5.5Hz i 3 dB/OCT strmini reza pri čemu je pomeraj u fazi -"30 stepeni i niskopropusnika na 26 kHz i 18 dB/OCT pri čemu je faza -73 stepena. Propusni opseg celog filtera pri čemu je faza u granicama>'-10 stepeni je 25 Hz do 3.4 kllz.

Ako frekvencije od interesa budu do 50 kHz onda će aliasing iz druge Nikvistove zone biti na frekvenciji 1MHz. - 50 kHz. filter suzbija amplitude na tim frekvencijama za 68 dB. Na tim frekvencijama se ne očekuju pune amplitude signala odnosno očekuje se da frekventna karakteristika senzora i kabla tu već ima značajan pad.

Za početak će (ako se utvrdi da nema sadržaja u signalu koje će aliasing-ovati) biti korišćena decimacija ulaznih odbiraka sa 2. ako se kasnije ukaže potreba pre decimacije biće uključen niskopropusni FIR filter implementiran u programuhilnom ASIC u (FPGA koji je okosnica uređaja).

Na slici II. predstavljeni su DC'DC konvertori za napajanje kako si/i iako i analognog i digitalnog napajanja FPGA čipa (U 11-). Operacioni pojačavuc tl'y>uulozi komparatora obezbeđuje sekvencijano podizanje napajanja FPGA čipa. Na slici 8 predstavljena je banka FPGA čipa (Uli)) zadužena za konekciju sa SPI A/I.) konvertori ma iU2-U4) i dodatno pasivno filtriranje napona analognog i digitalnog napona napajanja A/l.) konvertora.

Analogna obrada signala dobijenih sa senzora za A/D kanal 0. prikazana je na slici 17. Sprega sa senzorom je naizmenična. Zatim sledi podešavanje signala po nivou, zaštita uređaja od prenapona i ofsetovanje (računa se da se u toku merenja koje traje do 5 sekundi napon napajanja neće znatnije menjati sa temperaturom). Zatim sledi operacioni koji je sposoban da od vrha do dna svog napajanja radi u linearnom režimu. Analogna obrada signala dobijenih sa senzora za A/D kanal 1 i A/D kanal 2. prikazana je na slikama 18 i 19.

Na slici 21 je prikazan sistemski klok koji dobija digitalno pa filtrirano napajanje, terminisan serijski na početku voda.

Hada se odbirci prikupe u SDRAM memoriji, prehaeuiu se a I-LAMI memoriju. FLASH memorija ima kapacitet odXmilimui 16 to bunili uzoraka .-.lik;; 20). Na slici 12 predstavljena je I/O banka FPGA čipa (U 1 A) zadužena za konekciju sa FLASH memorijama i pomoćnim izlazima i ulazima u uređaj za prikupljanje podataka, kao i LED signalizacija za debagovanje Čipa. veza sa spoljnjim trigerom i prekidači za biranje moda rada FPGA čipa.

Pošto FLASH memoriji ne treba napajanje da bi držala podatke, kad se uređaj ugasi podaci ostaju prikupljeni u FLASH memoriji i čekaju da ih neko pročita preko USB porta personalnog računara. Na slici 13. predstavljena je l/O banka FPGA čipa (U1C) zadužena za konfiguraciju čipa preko JTAG porta sa odgovarajućom terminacijom i razdvajanjem od napajanja, otpornici za biranje moda podizanja FPGA čipa i LED signalizacija uspešnog podizanja FPGA čipa. Banka je iskorištena i za konekciju sa USB čipom.

USB čip (U26) koji u sebi sadrži USB 2.0 lizički protokol i mikrokontroler 8051. 12C memorija (U28) iz. koje se pri podizanju iz. rešeta USB čip intbrmiše o "VID" i "PID" identifikaciji koju će preko USB a pročitati personalni računar pri enumeraciji USB uređaja i naponski stabilizator (U25) koji se napaja preko l<!>SB kabla, a stabiliše napon za napajanje USB čipa. prikazani su na slici 22.

Za ovaj uređaj postoji pogodan drajver za Windows kao i korisnička aplikacija na računam sa kojom je moguće pročitati FLASH čip i izbrisati isti zbog pripreme narednog prikupljanja podataka. U korisničkoj aplikaciji je inkorporiran i prikaz podataka kao i čuvanje podataka u pogodnom formatu u datoteku.

Pošto su AD konvertori u sinhronizmu to će i odbirci potekli od senzora bili u sinhronizmu. Na korisniku je da radi sa njima sve što smatra za potrebno da bi izvukao korisne informacije iz sva tri talasna oblika, bilo da je to neko filtriranje, pomeranje po fazi. autokorelacija. kroskorelacija. furijeova transformacija, velvet itd.

Postupak merenja ubrzanja čestica tla se sastoji iz sleđećeg: akeelerometri (Al-A3) prikazani na slici I. postavljaju se jedan iza drugog na rastojanjima od 5t). 100 i 150 d (d- prečnik minske bušotine) od zadnjeg reda min.skili bušotina. Akeeleromeiri sc učvršćuju lako što se navrću na klinasti nosač zaboden u prethodno izrađen oi\oi. Sva tri akcelerometra se postavljaju u isiom pravcu.

Uređaj za upravljanje i punjenje (UUP) kojim sc upravlja pomoću ručnog terminala napaja i starluje trokanalni brzi data loger. Uređaj za prikupljanje podataka (trokanalni brzi data loger) pobuđuje spoljnje senzore ubrzanja konstantom strujom i od njih dobija naponski signal za dalju obradu koji se filtrira sa propusni kom opsega i uzorkuje sa analogno-digitalnim konvertorima. Odbirci dobijeni nalaj način se prikupljaju preko programabilnog ASIC kola u SDRAM memoriju. Početak uzorkovanja je sinhronizovan sa spoljnjim trigerom. Kada se odbirci prikupe u SDRAM memoriju, prebacuju se u FLASH memoriju odakle se mogu pročitati preko USB porta personalnog računara.

Podsistem za merenje i prikupljanje podataka poseduje drajver za VV'inđous i korisničku aplikaciju na računani sa kojom je moguće pročitati I LASU čip i izbrisan isti zbog pripreme narednog prikupljanja podataka. Aplikativni program obrađuje podatke i ispisuje ih na monitoru u vidu akcelerograma ubrzanja čestica tla u lunkeiii vremena kao što je prikazano na slici 23.

Na akcelerogramu sc uočavaju pikovi koji predstavljaju maksimalne\rednosti ubrzanja čestica tla u momentu iniciranja svakog minskog punjenja. Očitavanjem vremena sa akcelerograma izraženih u ms za svaki pik. dobija se tačno vremc iniciranja minskih punjenja u svakoj bušotini. Osim tačnih vremena iniciranja, moguće je locirati otkazane mine poređenjem poznatog redosleda iniciranja i nedostatka pika na akcelerogramu.

Dobijeni podaci se dalje mogu koristiti u određivanju brzine prostiranja površinskih talasa, kao i gubitaka energije eksploziva za pomeranje neizminirane stenske mase. Takođe. na osnovu analize dobijenih vrednosti ubrzanja čestica tla. moguće je razmatrati eventualnu izmenu korišćenih parametara miniranja (npr. redosleda iniciranja minskih punjenja, rasporeda minskih bušotina, smanjenja količine iniciranog eksploziva po intervalu usporenja ild.) da bi se smanjili negativni efekti miniranja.

Claims (14)

1. Podsistem za merenje i prikupljanje podataka o ubrzanju čestica tla neposredno iza minskog polja, naznačen time, što su akcelerometri (A1-A3) priključeni na trokanalni brzi data loger koji je priključen na uređaj za upravljanje i punjenje (UUP).

2. Podsistem za merenje i prikupljanje podataka prema zahtevu 1. naznačen time. da sadrži trokanalni brzi data loger sa frekvencijom uzorkovanja ođ 1 MHz na koga se priključuju tri akcclerometra (A1-A3) sa merenjem ubrzanja čestica tla maksimalne frekvencije do 50 kHz.

3. Podsistem za merenje i prikupljanje podataka prema zahtevu 1. naznačen time. da se trokanalni brzi data loger napaja i stanuje uređajem za upravljanje i punjenje (UUP) kojim se upravlja pomoću ručnog terminala.

4. Podsistem za merenje i prikupljanje podataka prema zahicui 3. naznačen time. što se uređaj za prikupljanje podataka (A) napaja iz spoljnjeg napajanja <2^i i pobuđuje spoIjnje senz.ore ubrzanja (21-23) konstantnom strujom, a od nn'h dobija naponski signal za dalju obradu koji se filtrira sa propusnikum upsega i uzorku je sa analogno-digitalnim konvertori ma (9-1 I).

5. Podsistem za merenje i prikupljanje podataka prema zahtevu 4. naznačen time. da je početak uzorkovanja sinhronizovan sa spoljnjim trigerom a odbirci dobijeni na taj način prikupljaju se preko programabilnog ASIC kola u SDRAM memoriju (5) i prebacuju u FLASH memoriju (7) odakle se mogu pročitati preko USB porta personalnog računara.

6. Podsistem za merenje i prikupljanje podataka prema zahtevu 5. naznačen time. da poseduje drajver za Windows i korisničku aplikaciju na računam su kojom je moguće pročitali FLASH čip i izbrisati isti zbog pripreme narednog prikupljanja podataka.

7. Podsistem za merenje i prikupljanje podataka prema zaluevu 0. naznačen time. da je u korisničkoj aplikaciji inkorporiran prikaz podataka kao i čuvanje podataka u pogodnom formatu u datoteku.

8. Postupak za merenje ubrzanja čestica tlu. naznačen time. da se akcelerometri (AI-A3) postavljaju jedan iza drugog u istom pravcu na rastojanjima ud šo. 100 i 150 d (d- prečnik minske bušotine) od zadnjeg reda minskih bušotina i učvršćuju navrtanjem na klinasti držač zaboden u prethodno izrađen otvor.

9. Postupak za merenje ubrzanja čestica tla prema zahtevu 8. naznačen time. da akcelerometri mere ubrzanja čestica tla nastala usled miniranja a uzorkovanje i prikupljanje podataka se vrši u trokanalnom brzom dala logeru.

10. Postupak za merenje ubrzanja čestica tla prema zahtevu 9. naznačen time. da se prikupljeni podaci mogu pročitati preko USB porta personalnog računara uz postojanje odgovarajućeg drajvera za Windows i korisničke aplikacije.

1 I. Postupak/.a merenje ubrzanja čestica tla prema/ahlcvu 10. naznačenlime. da aplikativni program obraduje podatke i daje prikaz rezultata u obliku akcelerograma u funkciji vremena.

12. Postupak za merenje ubrzanja čestica tla prema zahtevu 1 1. naznačen time. da se na akcelerogramu mogu uočiti pikovi koji predstavljaju maksimalne vrednosti ubrzanja čestica tla u momentu iniciranja svakog minskog punjenja.

13. Postupak za merenje ubrzanja čestica tla prema zahtevu 12. naznačen time. da se očitavanjem vremena sa akcelerograma izraženih u ms za svaki pik dobija lačno vreme iniciranja minskih punjenja svake bušotine, kao i lokacija otkazane mine poređenjem poznatog redosleda iniciranja i nedostatka pika na akcelerogramu.

14. Postupak za merenje ubrzanja čestica tla prema zahlcui I V naznačen ume. da se sa akcelerograma ubrzanja čestica ila u funkciji \ remena dobija brzina prostiranja površinskih talasa i gubitak energije eksplozi\a/.i punu-iamc neizminirane sicnske mase