ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Цель - составление описания рекомендаций для начинающих шахтных прибористов.

Успех исследования фотонной эмиссии горных пород, находящихся под нагрузкой, разработка и внедрение в рудники нового метода прогноза, высокочувствительного к проявлению горных ударов, в значительной степени зависят от правильного, рационального выбора метода изучения.

Интенсивность светового излучения горных пород при естественных нагрузках является слабой. Отсюда возникает задача регистрации слабых световых сигналов. Для данной цели разработан переносной измеритель фотонной эмиссии. Прибор состоит из датчика-детектора и регистратора-пульта. Датчик содержит фотоэлектронный умножитель, генератор-преобразователь постоянного тока в переменный, выпрямитель, собранный по схеме умножения напряжения и являющийся одновременно делителем напряжений и усилитель, размещение которого в корпусе датчика позволяет удлинить кабель передачи информации на пульт.

Основным узлом электрической схемы датчика является чувствительный элемент. В настоящее время наиболее высокочувствительным оптическим детектором является фотоэлектронный умножитель (ФЭУ), который представляет электровакуумный прибор с фотокатодом и системой динодов для умножения электронов. ФЭУ, как усилитель, имеет наиболее высокое отношение сигнал-шум. В натурных условиях интенсивность излучения превышает уровень собственных шумов ФЭУ. В этом случае выходной сигнал ФЭУ содержит отклик от отдельных фотонов и собственный шум, то есть сигнал в основном формируется из термо- и фотоэлектронов. Поэтому важным моментом в разработке метода регистрации фотонной эмиссии (ФЭ) является правильный выбор режима работы оптического датчика. Темновой ток ФЭУ обусловлен термоэлектронной и автоэлектронной эмиссией фотокатода и диодов, создающими белый шум, током, создаваемым ионами остаточного газа в колбе ФЭУ и обратной оптической связью и током утечки в анодной цепи ФЭУ.

Токи, обусловленные первыми двумя процессами, определяются конструкцией и технологией изготовления ФЭУ и их можно «учесть» путем выбора ФЭУ по параметрам темнового тока и вольтамперных характеристик (ВАХ), то есть исследованиями зависимости выходного тока от напряжения питания. По ВАХ можно выбрать режим работы ФЭУ.

Шумовые вклады токов, обусловленные двумя последними процессами, зависят от качества монтажа и конструкции внутреннего блока ФЭУ.

Анализ темнового тока ФЭ проводят двумя способами. Первый способ заключается в измерении тока ФЭУ, усредненного за интервал времени, определяемый постоянной времени выходной цепи ФЭУ.

Второй способ состоит в исследовании амплитудного распределения выходных импульсов ФЭУ. Для этой цели необходимо использовать широкополосные усилители и многоканальные анализаторы импульсов, так как темновой ток, в основном, состоит из отдельных импульсов, созданных выходом электронов с фотокатода с временным интервалом от единиц до десятков наносекунд. Этот способ является более информативным. Преимущество применения ФЭУ в режиме счета фотонов состоит в малом вкладе в шумы флуктуаций от одноэлектронных сигналов ФЭУ, вызываемых отдельными фотонами.

Удобство счета фотонов в одноэлектронном режиме заключается в представлении информации в цифровой форме, что является следствием квантовой природы света.

Для реализации счета фотонов необходимо выбрать ФЭУ с хорошими одноэлектронными характеристиками: ярко выраженным одноэлектронным максимумом и амплитудном распределении импульсов выходного тока ФЭУ и наличием плато в счетной характеристике зависимости скорости счета выходных импульсов тока от приложенного напряжения к ФЭУ.

В области 50-60 В междиодного напряжения преобладает ток омических утечек, в области 60-100 В - преобладает в основном термоэлектронная эмиссия и зависит от коэффициента усиления ФЭУ, более 100 - ток обусловлен ионизационным эффектом остаточного газа в колбе ФЭУ.

Токовая и счетная характеристики позволяют выбрать ФЭУ и режим работы его, а также создать схему измерения слабых световых сигналов с максимальным отношением сигнал/шум.

При разработке схемы усилителя учитывались характерные параметры фотонной эмиссии массивов горных пород, полученные с помощью дозиметров типа ДРГЗ и экспериментального прибора. Полезный сигнал с выхода датчика на вход пульта передается по коаксиальному радиочастотному кабелю с волновым сопротивлением 50 Ом.

Питание датчика осуществляется от блока питания регистратора по кабелю, соединенному с помощью разъема Х2. Регистратор содержит входную часть, которая служит для согласования параметров датчика и регистратора. От качества согласования зависит точность регистрируемой информации. Параметры схемы измерителя амплитуды обеспечивают высокую стабильность показаний стрелочного прибора, шкала которой отградуирована в единицах мощности излучения (в ваттах) с помощью измерителя средней мощности и энергии лазерного излучения ИМО-2Н. Стрелочный прибор может коммутироваться для контроля напряжения аккумуляторной батареи. Выход усилителя датчика согласован по напряжению со входом счетчика импульсов, при этом обеспечивается неискаженная передача импульсов отрицательной полярности.

Счетчик собран на микросхемах, поэтому измерители фотонной эмиссии являются портативными.

Для переключения к зарядному устройству прибор снабжен разъемом Х1.

Установление номинального режима питания ФЭУ производится регулировкой выходного напряжения стабилизатора с помощью переменного резистора.

Разработка защищена патентом РФ № 1703815.