187902. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés akusztikus emissziós jelek észlelésére és rögzítésére
1 187 902 2 A találmány tárgya eljárás és berendezés különösen bányászatban, kőzetek törésekor keletkező akusztikus emissziós jelek észlelésére és rögzítésére, amely több csatornán beérkező jelek fogadására és feldolgozására alkalmas. A bányászatban a kőzetben végbemenő dinamikus folyamatok előjelzése szempontjából rendkívül fontos az anyagban létrejövő,.hangkibocsájtással járó impulzusszerű energiafelszabadulást jelző akusztikus emissziós jelek (továbbiakban AE impulzusok) megfigyelése. Egy adott kőzettérfogai'oó! felszabaduló akusztikus energia arányos a kőzet mechanikai igénybevételével, így az impulzusok ütemének növekedése erőteljes feszültségfelhalmozódásra utal, nagymértékű csökkenése vagy teljes elmaradása viszont a feszültségek stabilizálódását jelenti. A gáz- és kőzetkítörések, fedőomlás, síb. szempontjából a legnagyobb veszélyt az ilyen időlegesen stabilizálódott állapotok jelentik, mert amint a felhalmozódott feszültségek meghaladják a kőzet törési szilárdságát, az egyensúlyi helyzet megbomlik és a feszültségek robbanásszerűen oldódnak fel. Annak érdekében, hogy pontos képet lehessen alkotni a megnövekedett feszültségű zónák elhelyezkedéséről és a feszültség nagyságáról, meg kell állapítani az AE impulzusok kipattanási helyét és energiájuk nagyságát. E jellemzők meghatározásához az impulzusokat egyidejűleg több, célszerűen elhelyezett érzékelővel vagy mérőszondával lehet érzékelni és az érzékelők vagy mérőszondák jelét mérőműszerrel regisztrálni. Az ismert eljárásoknál a mérőszondák jelét - megfelelő szűrés és erősítés után a műszerrel papírra rajzoltatták majd utólag kiértékelték. A rajz alapján határozták meg a küszöbszintet, valamint a mérésnél maximálisan figyelembe vett időt. Ennek a módszernek a hátránya, hogy a mérés során, tehát akár több napon keresztül is, folyamatos felügyeletet kíván meg, hogy a mért jelek alapján szükség esetén riasztójelet adjanak ki. Ezenkívül a kiértékelés nehézkes és lassú. A találmány célja olyan eljárás és berendezés létrehozása akusztikus emissziós jelek észlelésére és rögzítésére, amely teljesen automatizálható, nem szükséges hozzá három műszakos felügyelet, azonnal kiértékelhető, azonnali riasztásra alkalmas. A találmány azon a felismerésen alapul, hogy a mérés megkezdése előtt próbamérésekkel meghatározhatók és előre beállíthatók a következő paraméterek: — a mérőszonda jelének küszöbszintje, — a frekvencia, mely a kőzet anyagára jellemző — a mérőberendezés bemeneti egységében lévő alulvágó szűrő frekvenciája — és a mérés maximális ideje. A mérőszonda jelének megfelelő szűrése és egyenirányítása, erősítése után a jellel egy vagy több fénykibocsátó diódát működtetünk, amelynek átlagos fényereje a felvillanások számától függ, így a mérési végző személy egy referencia feszültségforrás feszültségét például folyamatosan változtatva be tudja állítani azt az értéket, amelynél csak a hasznos jelek nagyobbak. A kőzet anyagára jellemző frekvenciát geofizikusok határozzák meg, szintén a mérés megkezdése előtt. A bánya körzetében működő munkagépek jelentős zajforrások, az általuk keltett zaj frekvenciája viszont áitalában 2 kHz alatt van, míg a kőzettöréskor keletkező AE impulzusok frekvenciája 10 kHz felett is észlelhető, így megfelelően megválasztott frekvenciájú alulvágó szűrővel a munkagépek zaja kiszűrhető. Kivételt képeznek a gépek által a kőzettöréskor keltett zajok (fúrógép, réselőgép, stb.). Mivel ezek a gépek az AE impulzus időtartamánál jóval hosszabb ideig működnek, a jelhossz maximalizálásával e zajok figyelmen kívül hagyhatók. Az akusztikus emissziós jelek észlelése és rögzítése automatizálható, ha a mérőberendezést időszakosan vagy állandóan (on-line) számítógéppel kötjük össze és az adatkiértékelést azzal végezzük. A fentieknek megfelelően olyan eljárást dolgoztunk ki akusztikus emissziós jelek észlelésére és rögzítésére, amelynek során meghatározott helyeken mérőszondákat helyezünk el, amelyeket mérőberendezés bemenőegységeire csatlakoztatunk, ahol a bemenőegységek alulvágó szűrőket tartalmaznak, a mérést központi vezérlőegységgel indítjuk, a mérőszondák jelét a mérőberendezésre továbbítjuk és ott tároljuk, végül a mérést leállítjuk. A találmány szerint tehát a mérés megkezdése előtt próbamérésekkel beállítjuk a bemenőegységek küszöbszintjét, az alulvágó szűrők vágási frekvenciáját, valamint a maximálisan figyelembevett mérési időtartamot (Tmax), a mérési adatokat a mérés folyamán ideiglenesen, a mérés végeztével pedig véglegesen tároljuk, és a véglegesen tárolt adatokat automatikusan, előnyösen számítógéppel értékeljük ki. A fenti eljárás végrehajtásához olyan berendezést hoztunk létre, amely mérőszondákat, mérőberendezést és adattároló egységet foglal magába, ahol a mérőberendezés bemenöegységekel tartalmaz, amelyek vonalillesztőkkel és alulvágó szűrőkkel vannak ellátva és a mérőszondákkal vannak összekötve, ahol a találmány szerin,t a bemenőegységben a vonalillesztő kimenetére többállású kapcsoló van csatlakoztatva, amelynek egyik kimenete közvetlenül, a többi kimeneté különböző írek. venciájú alulvágó szűrőkön keresztül komparátor és beíró logika egyik bemenetére van csatlakoztatva, amelynek másik bemenetére változtatható értékű referenciafeszültség (Uref) van kapcsolva, a bemenőegységek kimenetelt képező komparátor és beíró logika kimenetek analóg multiplexer és analóg/dsgitál átalakító bemenetéire vannak csatlakoztatva, amelynek kimenete input/ /output egység bemenetével, központi egység bemeneté vei, memória egység beíró bemenetével és kommunikációs illesztő egység bemenetével van összekötve, a központi egység vezérlője! kimenete az analóg multiplexer és analóg/digilál átalakító, az input/output egység, a memória egység és a kommunikációs illesztő egység vezérlőbemencteire van kapcsolva. A találmány szerinti eljárást és berendezést az alábbiakban kiviteli példa kapcsán, a mellékelt rajz alapján ismertetjük részletesebben, ahol az 1. ábrán kőzet törésekor keletkező akusztikus emiszsziós jel ti pikus jelalakja ; a 2. ábrán a mérőszondák elhelyezésének vázlata; a 3. ábrán egy négycsatornás berendezés bemenőjelei; a 4. ábrán a találmány szerinii berendezés kapcsolási tömbvázlata; az 5. ábrán a 4. ábrán látható I bemenőegység részletesebb kapcsolási vázlata látható; és végül a 6. ábrán bemutatjuk a mérés folyamatábráját. Az 1. ábrán kőzet törésekor keletkező akusztikus emissziós jel, AE impulzus tipikus jelalakja látható, ahol a vízszintes tengelyen t közös időalap függvényében rajzoltuk fel az AE impulzust, amelynek T időtartama Tnïix maximális időtartamnál rövidebb, és a T időtarta-5 10 15 20 AC i D oo 35 10 45 50 55 60 65 2
