UA156162U - Пристрій для виявлення прихованих розшарувань в масиві - Google Patents

Abstract

Пристрій для виявлення прихованих розшарувань в масиві містить ударник, послідовно з'єднані мікрофон, підсилювач та електронний ключ, а також перший та другий компаратори, перший та другий чекаючі одновібратори і піковий детектор. Крім цього, додатково введено другий електронний ключ, високочастотний та низькочастотний смугові фільтри, перший та другий амплітудні детектори, перший та другий інтегратори, цифровий вольтметр. При цьому джерело опорної напруги в складі цифрового вольтметра з'єднано з першими входами першого та другого компараторів. Другий вхід першого компаратора з'єднаний з виходом підсилювача, а вихід першого компаратора з'єднаний з входом запуску першого чекаючого одновібратора, вихід якого з'єднаний з керуючим входом другого електронного ключа та входом запуску другого чекаючого одновібратора. Керуючий вхід першого електронного ключа з'єднаний з виходом другого чекаючого одновібратора, а вихід першого електронного ключа з'єднаний з паралельними ланками, перша з яких містить послідовно з'єднані високочастотний смуговий фільтр, перший детектор, перший інтегратор, а друга - послідовно з'єднані низькочастотний смуговий фільтр, другий детектор та другий інтегратор. Вихід першого інтегратора з'єднаний з другим входом другого компаратора, вихід якого з'єднаний з входом скидання другого чекаючого одновібратора. Вихід другого інтегратора з'єднаний з входом пікового детектора, вихід якого з'єднаний з входом цифрового вольтметра та комутаційним входом другого електронного ключа.

Description

Корисна модель належить до гірничої галузі, а саме стосується засобів неруйнівного контролю для виявлення прихованих розшарувань в породному масиві чи бетонному кріпленні.

Відома апаратура для виявлення розшарувань в породному масиві, яка містить ударник для збудження вільних коливань в масиві, контактний датчик для реєстрації вібрації, послідовно з'єднані з ним підсилювач та підключені до його виходу перший і другий порогові пристрої, з'єднаний з їх виходами блок формування циклу, лічильник, лічильний вхід якого з'єднаний з виходом другого порогового пристрою, вхід дозволу роботи з'єднаний з виходом формувача циклу, а вихід з цифровим індикатором |Скипочка С.М. Аппаратура ШВК-1 для виброакустического контроля состояния массива / С.М. Скипочка, В.Н. Сергиенко //

Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр.ЛИГТМ НАН Украйнни:. - Днепропетровск, 2014. -

Вьп. 119. - С. 79-86). Недоліком апаратури є необхідність суміщення оператором двох операцій при виконанні контролю: нанесення удару по масиву та одночасного притискання до нього контактного датчика вібрації.

Найближчим аналогом корисної моделі, де реалізована безконтактна реєстрація вібрації, є дефектоскоп для моніторингу бетонного кріплення в підземних конструкціях, що містить ударник з вмонтованим датчиком у вигляді п'єзоелемента, послідовно з'єднані з п'єзоелементом перший компаратор, перший та другий чекаючі одновібратори, дистанційний реєстратор вібрації у вигляді мікрофона, з'єднаний з підсилювачем, електронний ключ, керуючий вхід якого з'єднаний з виходом першого чекаючого одновібратора, комутаційний вхід ключа з'єднаний з виходом підсилювача, а вихід ключа з входами пікового детектора та другого компаратора, а також послідовно з'єднані з виходом другого компаратора лічильник та цифровий індикатор

ІбБетіїепКо У. Оегесіозсоре ог топіюгіпу ої а сопсгеїе і(ітбегіпу ої ипаег-д"оипа сопвігосіїоп5/У. зептієпко/ЕЗ5 У/ер ої Сопіегепсез5 "Евззауз ої Міпіпа бсіепсе апа Ргасіїсе 2019". - 2019. - Мо 00084. (Електронний ресурс). ОК: пЕрз:/дої.огд/10.1051/еЗ5сопі/201910900084|. Недоліком даного технічного рішення є знижена надійність пристрою, викликана наявністю провідного зв'язку між ударником та іншими блоками дефектоскопа, що розміщені в окремому корпусі. При різких рухах при нанесенні удару можливий розрив провідника.

В основу корисної моделі поставлено задачу підвищити надійність пристрою за рахунок відмови від провідного зв'язку між ударником та іншими елементами пристрою.

Поставлена задача вирішується тим, що пристрій для виявлення прихованих розшарувань в масиві, що містить ударник, послідовно з'єднані мікрофон, підсилювач та електронний ключ, а також перший та другий компаратори, перший та другий чекаючі одновібратори і піковий детектор, згідно з корисною моделлю, додатково містить другий електронний ключ, високочастотний та низькочастотний смугові фільтри, перший та другий амплітудні детектори, перший та другий інтегратори, цифровий вольтметр, причому джерело опорної напруги в складі цифрового вольтметра з'єднано з першими входами першого та другого компараторів, другий вхід першого компаратора з'єднаний з виходом підсилювача, а вихід першого компаратора з'єднаний з входом запуску першого чекаючого одновібратора, вихід якого з'єднаний з керуючим входом другого електронного ключа та входом запуску другого чекаючого одновібратора, керуючий вхід першого електронного ключа з'єднаний з виходом другого чекаючого одновібратора, а вихід першого електронного ключа з'єднаний з паралельними ланками, перша з яких містить послідовно з'єднані високочастотний смуговий фільтр, перший детектор, перший інтегратор, а друга - послідовно з'єднані низькочастотний смуговий фільтр, другий детектор та другий інтегратор, вихід першого інтегратора з'єднаний з другим входом другого компаратора, вихід якого з'єднаний з входом скидання другого чекаючого одновібратора, вихід другого інтегратора з'єднаний з входом пікового детектора, вихід якого з'єднаний з входом цифрового вольтметра та комутаційним входом другого електронного ключа.

Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю суттєвих ознак та досягненням технічного результату полягає в наступному.

Використання першого компаратора, послідовно з'єднаного з виходом підсилювача сигналу з виходу мікрофона, забезпечує подальшу обробку лише потужних акустичних імпульсів, за рахунок чого досягається синхронізація роботи пристрою з моментом удару без застосування провідного з'єднання між ударником та іншими блоками. Додатково наявність чекаючих одновібраторів та електронних ключів забезпечує блокування надходження наступних акустичних сигналів з виходу мікрофона для їх обробки на період індикації результату.

Структурна схема пристрою представлена на фіг. 1, а діаграми роботи електронної схеми - на фіг. 2.

Досліджуваним елементом є локальна ділянка 1 поверхні породного масиву. Механічна частина пристрою реалізована у вигляді ударника 2. Електронний блок містить послідовно 60 з'єднані мікрофон 3, підсилювач 4 та перший електронний ключ 5, а також перший компаратор

5, перший вхід якого з'єднаний з джерелом опорної напруги, що є елементом цифрового вольтметра 6, другий вхід першого компаратора 5 з'єднаний з виходом підсилювача 4, а вихід першого компаратора 5 з'єднаний з входом запуску першого чекаючого одновібратора 7, вихід першого чекаючого одновібратора 7 з'єднаний з входом запуску другого чекаючого одновібратора 8, вихід другого чекаючого одновібратора 8 з'єднаний з керуючим входом першого електронного ключа 9. До виходу першого електронного ключа 9 приєднано дві паралельні ланки, перша з яких містить послідовно з'єднані високочастотний смуговий фільтр 10, перший амплітудний детектор 11 та перший інтегратор 12, а друга, відповідно, послідовно з'єднані, низькочастотний смуговий фільтр 13, другий амплітудний детектор 14 та другий інтегратор 15. Перший вхід другого компаратора 16 з'єднаний з джерелом опорної напруги в складі цифрового вольтметра 6, а другий - з виходом першого інтегратора 12. Вихід другого компаратора 16 з'єднаний з входом скидання другого чекаючого одновібратора 8. Вхід пікового детектора 17 з'єднаний з виходом першого інтегратора 12, а вихід - з входом цифрового вольтметра б. Керуючий вхід другого електронного ключа 18 з'єднаний з виходом першого чекаючого одновібратора, а його комутаційний вхід - з виходом пікового детектора 17.

Збудження вільних коливань на поверхні локальної ділянки 1 породного масиву здійснюють з використанням ударника 2. Акустичний імпульс від поверхні масиву поширюється в повітрі і досягає мікрофона 3, що перетворює його в електричний сигнал, який підсилюється підсилювачем 4 (діаграма а). Перший компаратор 5 служить для амплітудної селекції сигналу.

На його перший вхід подається сигнал від джерела опорної напруги, що входить в склад цифрового вольтметра 6. На другий вхід першого компаратора 5 подається аналоговий сигнал з виходу підсилювача 4. У випадку, коли миттєвий рівень сигналу перевищить значення опорної напруги, на виході першого компаратора 5 формується імпульс, який запускає перший чекаючий одновібратор 7. Тривалість імпульсу, сформованого першим чекаючим одновібратором 7, визначає час індикації результату (діаграма 6). По передньому фронту імпульсу здійснюється запуск другого чекаючого одновібратора 8 (діаграма в). Впродовж тривалості імпульсу, сформованого другим чекаючим одновібратором 8, відкривається перший електронний ключ 9.

Форма сигналу на його виході представлена у вигляді фрагмента хвильового пакета (діаграма г). Сигнал з виходу першого електронного ключа 9 проходить подальшу обробку в двох паралельних ланках. В першій з них здійснюється виділення високочастотної складової сигналу високочастотним смуговим фільтром 10, її детектування першим амплітудним детектором 11 та інтегрування першим інтегратором 12. Форма сигналу на виході першого інтегратора 12 близька до експоненціальної (діаграма д). В другій ланці здійснюється відповідно виділення низькочастотної складової сигналу низькочастотним смуговим фільтром 13, детектування другим амплітудним детектором 14 та інтегрування другим інтегратором 15. При досягненні напруги на виході першого інтегратора 12, що рівна опорному значенню, на виході другого компаратора 16 стрибком змінюється рівень сигналу, що ініціює закінчення імпульсу другим чекаючим одновібратором 8. З даного моменту і до закінчення імпульсу, сформованого першим чекаючим одновібратором 7, перший електронний ключ 9 закривається і обробка сигналів з мікрофона З припиняється (діаграма є). Піковий детектор 17 фіксує кінцеве значення напруги на другому інтеграторі 15 на момент припинення аналізу вхідного сигналу. Воно вимірюється цифровим вольтметром 6. По закінченню імпульсу з виходу першого чекаючого одновібратора 7 другий електронний ключ 18 шляхом розрядки конденсатора переводить другий інтегратор 15 в нульовий стан (діаграма ж). Цикл роботи закінчено.

Інформативним параметром, що вимірюється цифровим вольтметром б, є відношення інтегральних характеристик акустичного імпульсу в низькочастотній та високочастотній ділянках спектра. У випадку відсутності розшарувань спектральний склад коливань зміщений в сторону високих частот. При наявності розшарування відбувається зсув максимуму спектральної густини в сторону низьких частот і, відповідно, зростає значення інтегральної характеристики в виділеній смузі низьких частот та величина її відношення до відповідної характеристики в високочастотній ділянці спектра. Стабільність результатів контролю забезпечується приведенням базової інтегральної характеристики в високочастотній смузі пропускання до однакового рівня опорної напруги цифрового вольтметра.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Пристрій для виявлення прихованих розшарувань в масиві, що містить ударник, послідовно з'єднані мікрофон, підсилювач та електронний ключ, а також перший та другий компаратори, перший та другий чекаючі одновібратори і піковий детектор, який відрізняється тим, що

   60 додатково містить другий електронний ключ, високочастотний та низькочастотний смугові фільтри, перший та другий амплітудні детектори, перший та другий інтегратори, цифровий вольтметр, причому джерело опорної напруги в складі цифрового вольтметра з'єднано з першими входами першого та другого компараторів, другий вхід першого компаратора з'єднаний з виходом підсилювача, а вихід першого компаратора з'єднаний з входом запуску першого чекаючого одновібратора, вихід якого з'єднаний з керуючим входом другого електронного ключа та входом запуску другого чекаючого одновібратора, керуючий вхід першого електронного ключа з'єднаний з виходом другого чекаючого одновібратора, а вихід першого електронного ключа з'єднаний з паралельними ланками, перша з яких містить послідовно з'єднані високочастотний смуговий фільтр, перший детектор, перший інтегратор, а друга - послідовно з'єднані низькочастотний смуговий фільтр, другий детектор та другий інтегратор, вихід першого інтегратора з'єднаний з другим входом другого компаратора, вихід якого з'єднаний з входом скидання другого чекаючого одновібратора, вихід другого інтегратора з'єднаний з входом пікового детектора, вихід якого з'єднаний з входом цифрового вольтметра та комутаційним входом другого електронного ключа. КВ В В В еВ БИ ТИКИ ПИТИ ВИП ПЛИНИ ШИ ЕП ПНЕ ЛИПИ ПИ НИ ШИШОК ШИ НПК ПИШИ ння с нн. о в Ин ГЕ ПЕВ ОХ в они ЕК ОО ОК КОКО ОО Е фо и КПК ВИП ШИПИ ПП ШИП Ши ЛИТИХ що х з до : Ж зако . МО ; : КО : -- че в і УМ сх, . М ж: 3 п 1 Кт Ки ор В нн ння В І | ; 1 ї їн ! ши яке ник | тт і ТТ ря

   Фіг. 1 о І : У У Її с конк ЗА ефе нт ще : Ікеєссккскикккииииииюинжижккжжажжи нн ння ннн яння СКС Ю КК ЖЖ Ж ЖАН ЖЖ КН Ж Ж АНА А Аснс жисАсиснсасасиссасисиссасисвсвсься ккя яяччкчяюк м ЕЙ : Ї З У 1 і Е ї х :- Ка ! ; Бе і і пккнкнннннннну 1 Кооеюкеттттттессесс в кухескеююскесекссссессск есе ото о ток схеоккх сек сскюоск сосок ото Хо А ютокннкунннф М | : а | ' г ях : ЖЕНЕ В ! Е- петанк нн МИ ЧЕ і ! ї ДИ | Ї пиши і | і : : і ! ! в Мк ев 4 і шо | і но ' м ! фоссссссос І ууосееекюююєссююскх ї ! ! я : | ! нн пп ооо о о т т оч то о оо тот т ооо етео отого т тт тет стеессссссс фр ОО щої : ;

   о. Кт тео ддрркеесесеєквснесвенян ання пінного есе ееесескесеессекеснекв нів кіна інн аеетееттееекекескекеснт я БО : і 1 : Х У доня нннжннтютя чина жа нкуААААА тт тт У А я АК АААКААААА АХА ХАА АХА АЛ ААА АЛ ння тн ннняних Дон АААААХАЛАКАА ТЕ ї ї

   Фіг. 2