МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Московский государственный горный университет»

Кафедра физико-технического контроля процессов

горного производства

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по методической работе и качеству образования В. Л. Петров «» _2011 г.

РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

ДС.Ф.03. ПРИБОРЫ ДЛЯ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ И

НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ

Направление подготовки 130400 «Горное дело»

Специальность «Физические процессы горного или нефтегазового производства»

Форма обучения:

очная Москва

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью изучения дисциплины является получение студентами знаний о принципах построения, устройстве, параметрах, характеристиках, а также применении современной аппаратуры и приборов для геофизических исследований и неразрушающего контроля.

Основные задачи дисциплины:

- овладение терминологией в области приборостроения;

- получение сведений о типах радиоэлектронных приборов и областях их применения в геофизике и неразрушающем контроле;

- ознакомление с основными параметрами современной аппаратуры и методами обоснования этих параметров в зависимости от решаемых задач;

- ознакомление с основными узлами радиоэлектронной аппаратуры, применяемой в геофизике и неразрушающем контроле;

- освоение методов расчета основных узлов аппаратуры;

- изучение первичных измерительных преобразователей, методик их расчета, а также согласования с объектами наблюдений и аппаратурой для обработки и преобразования сигналов;

- освоение методик настройки и применения аппаратуры для решения задач горной геофизики и неразрушающего контроля.

2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ

ДИСЦИПЛИНЫ

Студенты получают знания об элементах, узлах, блоках, приборах и оборудовании для геофизического контроля и исследования процессов горного производства, их параметрах и характеристиках, методах практического применения. Студенты должны уметь выбирать аппаратуру для решения конкретной задачи контроля процессов горного производства в соответствии с требуемыми параметрами и характеристиками, проектировать простейшие устройства контроля, формулировать требования к аппаратуре, производить измерения и обрабатывать результаты. Студенты получают навыки работы с аппаратурой, устройствами и оборудованием для геофизического контроля процессов горного производства, навыки проведения измерений, обработки результатов, расчета основных параметров первичных измерительных преобразователей.

Изучение дисциплины базируется на знаниях математических, естественно-научных и общепрофессиональных дисциплин: "Математика", "Физика", "Информатика", "Электроника и измерительная техника", "Измерения в физическом эксперименте".

3. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ

Вид учебной работы Всего часов Семестры Общая трудоемкость дисциплины Аудиторные занятия 102 Лекции 68 Практические занятия (ПЗ) - Семинары (С) – – Лабораторные работы (ЛР) 34 И (или) другие виды аудиторных занятий – – Самостоятельная работа Курсовой проект (работа) Расчетно-графические работы – – Реферат – – И (или) другие виды самостоятельной ра- – – боты Вид итогового контроля (зачет, экзамен) зачет, экзамен

4. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1. Разделы дисциплины и виды занятий № Раздел дисциплины Лек ПЗ ЛР п/п ции 1. Физико-технические измерения при геофизиче- х ских исследованиях 2. Радиоэлектронные устройства аппаратуры для х х х геофизических исследований и контроля свойств и состояния сред 3. Первичные измерительные преобразователи в гео- х х х физической аппаратуре и аппаратуре неразрушающего контроля процессов горного производства 4. Аппаратура для геофизического контроля и иссле- х х х дования процессов горного производства 5. Согласование первичных преобразователей с элек- х х х тронной частью прибора и средой 6. Средства доставки скважинных приборов и вспо- х х х могательное оборудование 7. Системы автоматизированного контроля и иссле- х х х дования процессов горного производства

ВВЕДЕНИЕ

Назначение и содержание курса, его роль в формировании знаний инженера по специализации "Горная геофизика и неразрушающий контроль".

Роль отечественных ученых в разработке средств геоконтроля и приборов для геофизических исследований.

Основные направления применения приборов контроля в горном деле.

Основные разделы курса и их характеристика.

Раздел 1. ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ ПРИ

ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

Классификация измерительных приборов. Погрешности измерений.

Основные определения метрологии. Принципы построения измерительных приборов. Характеристики измерительных приборов. Классификация погрешностей. Систематические и случайные погрешности. Методы оценки погрешностей.

Измерение характеристик и параметров сигналов.

Функциональные схемы измерителей напряжений, используемых в геофизической аппаратуре. Измерение интенсивности синусоидальных колебаний. Структурные схемы устройств. Измерения фазы синусоидального напряжения сигнала. Определение отношения амплитуд сигналов. Измерение амплитудно-частотных характеристик и фазо-частотных характеристик.

Измерение параметров элементов цепей.

Приборы для измерения, анализа, регистрации и настройки геофизической аппаратуры.

Источники синусоидальных и импульсных сигналов. Электронный осциллограф. Спектроанализаторы. Самописцы. Цифровые измерительные приборы. Корреляционные измерения.

Градуировка и калибровка геофизической аппаратуры.

Методы градуировки аппаратуры. Калибровка электрического тракта.

Калибровка первичных преобразователей.

Геофизические измерительные системы Требования к аппаратуре контроля. Обобщенная структурная схема приборов контроля. Обобщенная структурно-функциональная схема скважинной телеизмерительной системы и её характеристики. Особенности конструирования аппаратуры контроля для работы на горных предприятиях.

Раздел 2. РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА АППАРАТУРЫ

ДЛЯ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ И КОНТРОЛЯ СВОЙСТВ И

СОСТОЯНИЯ СРЕД

Усилительные устройства. Основные типы усилителей. Классы усиления. Резонансные и апериодические усилители. Генераторы непрерывного и импульсного напряжения. Автогенераторы гармонических колебаний.

Схемы трехточечных автогенераторов. Основные расчетные соотношения.

Стабилизация частоты. Кварцевые автогенераторы. Релаксационные генераторы. Мультивибраторы. Блокинг-генераторы. Генераторы ударного возбуждения. Генераторы видео- и радио импульсов. Основные расчетные соотношения. Область применения. Импульсные и цифровые устройства аппаратуры контроля. Электронный ключ. Ключевой каскад на биполярном транзисторе. Триггеры. Их типы. Схемные решения. Область применения.

Счетчики. Регистры памяти. Регистры сдвига. Устройство и применение.

Шифраторы и дешифраторы. Мультиплексор и демультиплексор. Логические схемы. Основные типы и выполняемые функции. Сравнения параметров логических элементов, их выбор в зависимости от конкретного назначения.

Преобразование электрических сигналов.

Амплитудная модуляция. Схемы амплитудной модуляции. Частотная и фазовая модуляция. Схемы частотных модуляторов. Импульсная модуляция. Частотное и временное разделение каналов.

Аналогоцифровые преобразователи (АЦП). Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП). Принцип действия, назначение и параметры АЦП и ЦАП.

Фильтры. Схемы фильтров. Расчет фильтров. Область применения.

Мостовые схемы в аппаратуре контроля свойств и состояния сред.

Раздел 3. ПЕРВИЧНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ В ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ

АППАРАТУРЕ И АППАРАТУРЕ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ

ПРОЦЕССОВ ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Классификация первичных преобразователей.

Параметрические и генераторные преобразователи, принцип их действия. Акустические преобразователи. Область применения первичных преобразователей.

Параметрические первичные преобразователи.

Резистивные преобразователи.

Тензорезисторы, терморезисторы, магниторезисторы, потенциометрические преобразователи. Характеристики резистивных преобразователей.

Область применения.

Индуктивные и емкостные преобразователи. Основные характеристики, конструктивные решения, область применения.

Радиационные преобразователи.

Газоразрядные, сцинтилляционные и полупроводниковые преобразователи. Основные характеристики, устройство и область применения.

Магнитоупругие преобразователи.

Магнитоупругий и магнитострикционный эффекты. Основные соотношения. Конструкции и область использования магнитоупругих и магнитострикционных преобразователей.

Генераторные преобразователи.

Пьезоэлектрические преобразователи.

Прямой, обратный, продольный и поперечный пьезоэффект. Основные соотношения. Конструкции и область применения пьезопреобразователей.

Пьезоматериалы и их характеристики.

Индукционные преобразователи. Конструкции и область применения.

Основные характеристики. Индукционные (электродинамические) геофоны (сейсмоприемники). Методика расчета.

Термоэлектрические и фотоэлектрические преобразователи. Термопары.

Акустические преобразователи.

Теория акустического (электромеханического) преобразователя.

Электроакустические и электромеханические аналогии. Эквивалентные электрические схемы и круговые диаграммы преобразователей. Методика расчета акустических преобразователей. Согласование первичных преобразователей с электронной частью прибора и средой.

Основные принципы конструирования акустических преобразователей.

Лазерные устройства в приборах контроля.

Раздел 4. АППАРАТУРА ДЛЯ ГЕОФИЗИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ И

ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Аппаратура для геофизических исследований скважин.

Аппаратура для шахтной геофизики.

Аппаратура для прогноза внезапных выбросов и горных ударов.

Аппаратура для контроля состава атмосферы, Аппаратура для контроля параметров технологического процесса.

Аппаратура для контроля напряженно-деформированного состояния горных пород.

Аппаратура для неразрушающего контроля материалов, изделий и конструкций и контроля качества продукции.

Средства доставки скважинных приборов и вспомогательное оборудование.

Раздел 5. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО КОНТРОЛЯ И

ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Определение систем автоматизированного контроля и исследования.

Задачи, решаемые системами контроля и исследования процессов горного производства. Принципы построения и основные составные части. Первичные преобразователи. Блоки усиления, преобразование и управление процессом измерений. Блоки, устройства и сети передачи данных. Блоки и устройства обработки показаний (процессоры, микро-ЭВМ, однокристальные микро-ЭВМ. Устройства регистрации результатов (самописцы, печатающие устройства, принтеры, магнитные регистраторы на дисках, лентах и т.

д.). Устройства отображения данных индикации и сигнализации.

Системы натурных исследований и контроля. Системы деформационного контроля и измерений напряженного состояния горных пород. Основные узлы и блоки деформационных систем. Региональный и локальный контроль. Системы деформационного контроля устойчивости кровли и целиков на рудниках.

Системы сейсмического и сейсмоакустичеокого контроля удароопасности горных пород. Системы контроля акустической эмиссии. Основные узлы и блоки систем. Системы регионального и локального контроля. Системы определения параметров сигнала и координат источника разрушения.

Специализированные системы контроля. Системы на базе измерительновычислительных комплексов.

Системы лабораторных исследований и контроля. Стандарты КАМАК, МЭК-625. Канал общего пользования. Приборы с выходом КОП.

Блоки КАМАК. Системы лабораторных исследований физико-технических свойств горных пород.

5. ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ

№ № раздела Наименование лабораторных работ п/п дисциплины 1 1 1. Электронный осциллограф и его применение 2. Самопишущие приборы для регистрации электрических сигналов 3. Исследование частотных характеристик магнитофона.

5. Исследование характеристик направленности преобразователей № № раздела Наименование лабораторных работ п/п дисциплины 2 2 6. Исследование интегрального операционного усилителя.

8. Исследование автогенераторов на транзисторах 9. Исследование усилителей высокой частоты на интегральных схемах 10. Исследование триггерных схем на транзисторах.

11. Исследование мультивибратора и блокинг-генератора.

12. Исследование генераторов пилообразных напряжений.

13. Сборка и исследование цифровых схем из базовых логических элементов.

14. Изучение принципов работы аналого-цифровых преобразователей 15. Изучение принципов работы цифро-аналоговых преобразователей 3 3 16. Исследование пьезоэлектрических преобразователей.

17. Исследование магнитострикционных преобразователей.

18. Исследование электродинамических преобразователей 4 4 19. Изучение электроразведочной аппаратуры.

20. Изучение радиоволновой аппаратуры.

21. Изучение сейсмостанций и приобретение навыков работы.

22. Изучение аппаратуры для дефектоскопии и диагностики и приобретение навыков работ.

23. Изучение устройства и принципа работы инклинометров и кавернометров.

24. Изучение устройств для контроля качества продукции.

5 5 Система сейсмического контроля удароопасности "Регион-16" 26. Система деформационного контроля горных пород Практических занятий не предусмотрено.

6. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

а) основная литература:

1. Вознесенский А. С., Шкуратник В. Л. Электроника и измерительная техника: Учеб. для вузов. М.:Изд. МГГУ, 2008, 477 с.

2. Вознесенский А.С., Набатов В.В., Дагаев В.Ю. Приборы для геофизических исследований и неразрушающего контроля. Ч.1. Руководство по лабораторно-практическим занятиям. М.: МГГУ, 2006. – 76 с.

3. Вознесенский А.С., Набатов В.В., Тамарин Д.В. Приборы для геофизических исследований и неразрушающего контроля. Ч.2. Георадары и их использование в задачах геофизики и неразрушающего контроля. Руководство по лабораторно-практическим занятиям. М.: МГГУ, 2007. – 38 с.

4. Вознесенский А.С., Гайсин Р.М., Закржевская Н.А. Приборы для геофизических исследований и неразрушающего контроля. Учебное пособие по курсовому проектированию. – М.: МГГУ, 2009. – 121 с.

5. Основы теории электрических цепей и электроники. Учебник для вузов/В. П. Бакалов и др. - М.: Радио и связь, 6. Справочник в электронике. Справочник под ред. Кузнецова В. А.М.: Энергоиздат, 7. Чумичев А. М., Первичные измерительные преобразователи.М.:МГГУ, 1991.

8. Чумичев А. М.Техника и технология неразрушающегго контроля горного оборудования.-М.:Изд. МГГУ, 1998.

9. Чумичев А. М. Акустические устройства аппаратуры геоконтроля.М.: МГИ, б) дополнительная литература 1. Ямщиков В. С. Контроль процессов горного производства.-М.:

Недра. 2. Коробейников Н. С., Чумичев А. М. Акустическая аппаратура геоконтроля.-М., МГИ, 3. Скаржепа В. А., Луценко А. Н. Электроника и микросхемотехника.К.: Высш. школа. Головное издательство, 4. Быстров В. А., Мирошенко И. Г. Электронные цепи и устройства, Учебн. пособие - М.: Высшая школа, 5. Горбачев Г. Н., Чаплыгин Е. Е. Промышленная электроника: Учебник для вузов/ Под ред. В. А. Лабунцова, - М.: Энергоатомиздат, 6. Воробьев Н. И. Проектирование электронных устройств:Учебное пособие - М.: Высшая школа, 7. В.М. Ушаков. Неразрушающий контроль и диагностика горношахтного и нефтегазового оборудования. – М., Мир горной книги, 2006.

6.2. Средства обеспечения освоения дисциплины Программное обеспечение:

– программный пакет Surfer;

– программный пакет MathCAD;

– программный пакет Statistica.

1. http://interunis.ru/ (сайт компании «Интерюнис», производителя акустиэмиссионных систем) 2. http://www.logsys.ru/ (сайт компании «Логические системы», производителя геофизического обрудования).

1. Геология и геофизика. Ежемесячный научный журнал, издается СО РАН.

2. Каротажник. Ежемесячное издание Ассоциации исследователей скважин.

3. Горный информационно-аналитический бюллетень.

7. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ДИСЦИПЛИНЫ

Специализированная лаборатория, учебный компьютерный зал с компьютерами Pentium, комплекс электронно-измерительных приборов и лабораторных стендов.

Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования подготовки дипломированных специалистов по направлению 130400 по специальности 130401 "Физические процессы горного или нефтегазового производства".

Программу составили