SU1734062A1 - Пьезоэлектрический геофон - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к горному делу и может быть использовано в качестве датчика акустической эмиссии. Цель - повышение чувствительности , за счет самоориентации пьезоэлемента в скважине . За счет введени  шарикоподшипника, на оси которого со смещением центра т жести относительно нее установлен на держателе пьезоэлемент, соединенный с усилителем через скольз щий контакт, обеспечиваетс  независимо от положени  корпуса одинакова  ориентаци  пьезоэлемента относительно образующей его корпуса . 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к горному делу, а именно к средствам контрол  устойчивости горного массива при добыче полезных ископаемых подземным способом, и может быть использовано в различных отрасл х народного хоз йства в качестве датчика акустической эмиссии.

Целью изобретени   вл етс  повышение чувствительности за счет самоориентации пьезоэлемента в скважине.

На фиг.1 показано продольное сечение пьезоэлектрического геофона; на фиг.2 - поперечное сечение А-А на фиг.1.

Пьезоэлектрический геофон содержит цилиндрический корпус 1, защитный кожух 2, герметизирующие уплотнители в виде заглушки 3 и пробки 4. В цилиндрическом основании 5 корпуса 1 выполнено гнездо, в которое вмонтирован шарикоподшипник 6 с осью 7. В кожухе 2 размещены пьезоэлемент 8, его держатель 9, выполненный Г-об- разным и короткой стороной закрепленный

на оси 7 подшипника 6 с возможностью свободного вращени  на ней. Пьезоэлемент 8 закреплен на длинной стороне Г-образного держател  9 посредством диэлектрических планок 10 и крепежных винтов 11. На торце цилиндрического основани  5 со стороны шарикоподшипника 6 посредством кле  укреплен токосъемник 12, выполненный из диэлектрического материала с наклеенным на немтокопровод щим кольцом 13. В верхней части короткой стороны Г-образного держател  9 выполнено сквозное отверстие, в котором запрессована диэлектрическа  втулка 14, по центру которой установлена стойка 15 из отрезка медного провода. К передней выступающей части стойки 15 подпа н вывод пьезоэлемента 8, а к задней - контактный лепесток 16. Через пробку 4 и уплотнительную шайбу 17 в заглушке 3 пропущен кабельный провод 18 К внутренней стороне заглушки 3 крепитс  монтажна  плата усилител  низкой частоты (не показаЁ

VI

СО

О

О

ю

на), а кабельный провод 18 электрически соедин ет выход указанного усилител  с головными телефонами, выключателем и источником питани  (не показаны), что в совокупности представл ет собой регистри- рующее устройство.

При произвольном повороте корпуса 1 на некоторый угол вокруг его продольной оси токосъемник 12, жестко закрепленный на основании 5, также поворачиваетс  вме- сте с корпусом 1, при этом Г-образный держатель 9 с установленным на нем пьезоэлементом 8, враща сь на оси 7 шарикоподшипника 6 в противоположном направлении , всегда стремитс  зан ть исходное положение, а контактный лепесток 16 обеспечивает электрическое соединение пьезоэлемента 8 с токопровод щим кольцом 13 токосъемника 12 и далее, через соединительный проводник 19, с входом усилител  низкой частоты (не показан).

Второй конец пьезоэлемента 8 распа н непосредственно на горизонтальном участке Г-образного держател  9 и через ось 7 на шарикоподшипнике 6 и основание 5 корпу- са присоединен к общему плюсу электрической схемы усилител  низкой частоты (не показан), а через кабельный провод 18 с положительным полюсом источника питани  (не показан).

Пьезоэлектрический геофон работает следующим образом.

Во врем  обследовани  горного массива в услови х шахты на предмет оценки его устойчивости к про влению горного давле- ни  пьезоэлектрический геофон помещают в одну из технологических (измерительных) скважин, специально пробуренных дл  этой цели, или в любую другую, подход щую по длине и диаметру и наход щуюс  на опти- мальном удалении об объема исследовани . С помощью имеющихс  средств досылки (остальные, дерев нные или дюралюминиевые штанги) геофон перемещают на некоторое рассто ние от усть  скважины, например на 2 м, а устье скважины закрывают поролоновой заглушкой с целью предотвращени  проникновени  в скважину посторонних звуков.

Затем оператор одевает головные теле- фоны (не показаны) и посредством соединительного шнура подключает выход геофона (через разъем на корпусе источника питани ) на вход портативного магнитофона, после чего последовательно включает питание магнитофона и пьезоэлектрического геофона . За это врем  угловые колебательные движени  Г-образного держател  9 с установленным на нем пьезоэлементом 8 полностью затухают и своей рабочей

поверхностью устанавливаетс  параллельно плоскости, секущей скважину вдоль ее оси.

Упругие колебани  звуковой частоты, образующиес  от микроразрушений, происход щих в очаге напр женного состо ни  горного массива, через контакт, образуемый стенкой скважины и корпусом геофона, поступают на пьезоэлемент 8, который благодар  Г-образному держателю 9, укреплен- ному на шарикоподшипнике 6, всегда обращен к линии этого контакта, а значит в направлении максимума сигнала, резониру- емого корпусом датчика в этом месте. В результате воздействи  этих колебаний на пьезоэлемент 8 он начинает совершать микроколебани  в направлении перпендикул рном его рабочей поверхности (плоскости), при этом на его обкладках возникает электрический потенциал, соразмерный воспринимаемому упругому колебанию звуковой частоты и совпадающему с ним по фазе. Затем этот потенциал, мен ющийс  во времени как по амплитуде, так и по частоте , т.е. несущий информацию полезный сигнал, через кольцевой токосъемник 12 поступает на вход 4-каскадного усилител  низкой частоты (не показан), выполненного на бипол рных транзисторах малой мощности, например КТ203Б, где он усиливаетс  до необходимого значени . Максимальный коэффициент усилени  такого усилител  составл ет К 10000, а диапазон воспроизводимых частот 1-20000 Гц, что достаточно дл  регистрации полученной от горного массива информации в области всего звукового диапазона как на высококачественные головные телефоны, так и дл  записи на магнитную ленту с целью последующего воспроизведени  этой информации на самописец или осциллограф (не показаны).

Об устойчивости исследуемого участка горного массива в целом и о локализации очага напр женности на этом участке, в частности , и св занной с ними звукоактивно- сти, оператор судит по количеству регистрируемых импульсов микроразрушени  за промежуток времени, например за 5 мин, а также по интенсивности (амплитуде) этих импульсов, о чем делает запись в журнале .

Прослушав массив на звукоактив- ность в данной точке, оператор выключает магнитофон и источник питани  (не показаны ) пьезоэлектрического геофона и, перемеща  геофон дальше, вглубь скважины, устанавливает его в новой точке наблюдени , удаленной от предыдущей на рассто нии 3-5 м.

При досылке геофона в каждой новой точке наблюдени  его корпус 1 неизбежно испытывает на себе вли ние сил, закручивающих его вокруг продольной оси на некото- рый угол, однако держатель 9 с закрепленным на нем пьезоэлементом 8 каждый раз возвращаетс  в исходное положение , ориентиру  его в направлении исследуемого объекта.

Так как пьезоэлемент 8 геофона своей рабочей плоскостью самоустанавливаетс  в направлении исследуемого массива, что совпадает с максимумом упругой звуковой волны, излучаемой на границе контакта корпус геофона - стенка скважины и при этом чувствительность геофона увеличиваетс , остава сь (по абсолютному значению) равной во всех точках измерений вдоль оси скважины, это позвол ет получать неискаженные и сопоставимые друг с другом достоверные данные как о локализации отдельных очагов разрушени , так и о состо нии горного массива в целом.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Пьезоэлектрический геофон, содержащий герметизированный цилиндрический

   корпус, в котором размещены пьезоэлемент , его держатель, консольно соединенный с цилиндрическим основанием корпуса, и усилитель, выход которого соединен с кабелем , проход щим через герметизирующие уплотнители, отличающийс  тем, что, с целью повышени  чувствительности за счет самоориентации пьезоэлемента в скважине, в него введены шарикоподшипник с осью, размещенный в цилиндрическом основании корпуса, и скольз щий контакт, токопровод щее кольцо которого установлено на цилиндрическом основании и соединено с входом усилител , а контактный лепесток установлен на держателе и соединен с пьезоэлементом, при этом держатель пьезоэлемента выполнен Г-образ- ным, на длинной стороне его установлен пьезоэлемент, а коротка  сторона держател  закреплена на оси подшипника таким образом, что центр т жести держател  с пьезоэлементом смещен относительно оси подшипника с возможностью свободного вращени  на ней.

   -Я -/Ј AN J&& i l

   /,.- //7

   (

   Urr.-1 А

   .2