Устройство для определения акустических параметров донного грунта

Устройство для определения акустических параметров донного грунта

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДОННОГО ГРУНТА. содержа11(ее издучатель, генератор импульсных токов, первое приемное устройство, блок приема и управления, регистратор, первый преобразователь аналоговых сигналов, преобразователь кодов и табло отображения , при этом вход излучателя соединен с выходом генератора импульсных токов, а выход первого приемного устройства соединен с первым входом первого преобразователя аналоговых сигналов и входом блока приема и управления, первый i которого подключен к первому входу регистратора, а второй выход - к входу Генератора )1мпульсных токов и второму входу -первого преобразователя аналоговых сигналов, первый вход и выход преобразователя кодов соединены с ъъкор/ом и . вторым входом регистратора соответственно, отличающ-еес я тем, что, с целью повышения достоверности определения характера донного грунта, в него введены второе приемное устройство , второй прео)азователь аналоговых сигналов, блок определения акустичес сих параметров и ашшизатор акуЬтшеских i параметров, причем выход последнего соединен с входом табло отображения, а вход подключен к второму входу преобра зователя кодов и к выходу блока опреде- . ления акустических параметров, первый вход которого соединен с выходом первого преобразователя аналоговых сигналов, а второй вход - с выходом второго прв обраэователя аналоговых сигналов, первый вход последнего соединен с вводом второго приемного устройства, а второй сд вход - с вторым вьосодом блока приема Ob 00. и управления.

;„,SUÄÄ1010583

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

g . 601 Ч 1/38

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3364376/18-25 (22) 09. 12.8 1 (46) 07. 04.83. Бюл. № 13 (72) Ж. М. Булатова, Е. Ф. Дубров, Е. С. Иванов и Н. N. Шагиев (71) Научно-производственное обьединение "Рудгеофизика" (53) 550.83 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 559204, кл. 6 Ol V 1/22, 1975.

2. Патент США № 3355499, кл. 340-3, опубпик. 1971.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке ¹ 3228626/18-25, кл. G 01 Ч 1/38, 1980 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДОННОГО ГРУНТА, содержаШее излучатель, генератор импульсных токов, первое приемное устройство, блок приема и управления, регистратор, первый преобразователь аналоговых сигналов, преобразователь кодов и табло от >бражения, при этом вход излучателя соединен с выходом генератора импульсных токов, а выход первого приемного устройства соединен с первым входом первого преобразователя аналоговых сигналов и входом блока приема и управления, первый ., выход которого подключен к первому входу регистратора, а второй выход - к входу генератора импульсных токов и второму входу .первого преобразователя аналоговых сигналов, первый вход и выход преобраI зователя кодов соединены с выходом и вторым входом регистратора соответственно, о т л и ч а ю щ. е е с я тем, что, с целью повышения достоверности определения характера донного грунта, в него введены второе приемное устройство, второй преобразователь аналоговых сигналов, блок определения акустичес3сих параметров и анализатор акустических параметров, причем выход последнего соединен с входом табло отображения, а вход подключен к второму входу преобра.зователя кодов и r, выходу блока опреде ления акустических параметров, первый вход которого соединен с выходом nepsoro преобразователя аналоговых сигналов, lid% а второй вход - с выходом второго пре образователя аналоговых сигналов, пер- . Ю вый вход последнего соединен с ъй ищом второго приемного устройства, а второй вход - с вторым выходом блока приема и управления. 00

4Ф

1010883

Изобретение относится к поисковой и разведочной геофизике и, в :астности, может быть использовано при инженерногеологических исследованиях структуры пород, слагающих дно морей и океанов, 5 акустическими методами разведки.

Известна цифровая геоакустическая станция для морских исследований, содержащая излучатель, жнератор импульсных токов, приемное устройство, блок приема и управления, регистратор, аналого-циф= ровой прсобразователь, устройство обработки и накопитель на магнитной лепте.

Блок приема и угравления формирует ко15 мандные сигналы, которые поступают на излучатель, возбуждающий импульсы давления звукового диапазона частот. Отраженные волны, поступая па приемное устройство, преобразуются в непрерывные электрические сигналы и подаются на аналого-цифровой преобразователь. Бифровые коды сигналов с аналого-цифрового преобразователя через устройство обработки записываются на магнитную ленту и могут быть использованы для обрабоч ки на ЭВМ (1j.

Указанная станция не позволяет определять акустические пара метры донного грунта в процессе движения плавсредства, Известны способ и устройство, позволяющие определять коэффициент отражения от морского дна. Устройство включает в себя излучатель, генератор импульсных токов, приемное устройство, блок приема и управления, регистратор 35 и определяет по временным индикациям ослабление звуковых сигналов при их отражении от морского дна. Полученная величина потерь фиксируется в аналоговом виде и преобразуется в цифровую 40 форму для вывода на дисплей (2 ) .

Недостатками устройства являются низкая точность определения величины потерь и малая достоверность определения характера донного грунта. 45

Наиболее близкой к предлагаемой является цифровая акустическая станция, содержащая излучатель, генератор импульсных токов, приемное устройство, 50 блок приема и управления, регистратор, преобразователь аналоговых сигналов, блок вычитания коэффициента отражения, анализатор величин коэффициентов отражения, преобразователь кодов и табло отображения, при этом вход излучателя сое- 55 динен с выходом генератора импульсных токов, а выход приемного устройства соединен с первым входом преобразователя аналоговых сигналов и входом блока приема н управления, первый вход которого подключен к первому входу регистратора, а второй вход - к входу генератора импульсных токов и второму входу преобразователя аналоговых сигналов, первый вход и выход преобразователя кодов соединены с выходом и вторым входом регистратора соответственно.

B процессе движения плавсредства, на котором установлена цифровая акустическая станция, регистрируется временной акустический разрез профиля и величины коэффициентов отражения от грунта дна водоема. На основе анализа величин коэффициентов отражения выносится решение о характере грунта (3) .

Недостатком известной цифровой акустической станции является низкая достоверность определения характера донного грунта, так как для вынесения решения о характере грунта используется только один акустический параметр.

Бель изобретения - повышение достоверности определения характера донного грунта в процессе движения плавсредства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения акустических параметров донного грунта, содержащее излучатель, генератор импульсных токов, первое приемное устройство, блок приема и управления, регистратор, первый преобразователь аналоговых сигналов, преобразователь кодов и табло отображения, при этом вход излучателя соединен с выходом генератора импульсных токов, а выход первого приемного устройства соединен с первым входом первого преобразователя аналоговых сигналов и входом блока приема и управления первый выход которого подключен к первому входу регистратора, а второй выход« к входу генератора импульсных токов и второму входу первого преобразователя аналоговых сигналов, первый вход и выход преобразователя кодов соединены с выходом и вторым входом регистратора соответственно, введены второе приемное устройство, второй преобразователь аналоговых сигналов, блок определения акустических параметров и анализатор акустических параметров, причем выход последнего соединен с входом табло отображения, а вход подключен к второму входу преобразователя кодов и к выходу блока определения акустических параметров, первый вход которого соединен с выходом первого преобразователя аналоговых сиг3 3.010 палов, а второй вход - с выходом второго преобразователя аналоговых сигналов, первый вход последнего соединен с выходом второго приемного устройства, а второй вход - с вторым выходом блока приема и управления.

На чертеже приведена -блок-схема устройства для определения акустических параметров донного грунта.

Устройство для определения акусти- to ческих параметров донного грунта со. держит излучатель 1, генратор 2 импульсных токов, первое приемное устрой.

- ство 3, блок 4 приема и управления, регистратор 5, первый преобразователь 35 . аналоговых сигналов, преобразователь 7. кодов, анализатор 8 акустических параметров, табло 9 отображения, второе приемное устройство 10, второй преобразователь 11 аналоговых сигналов и 20 . блок 12 определения акустических параметров.

Вход излучателя 1 соединен с выходом генератора 2 импульсных токов, а выход первого приемного устройства 3 25 соединен с первым входом первого преобразователя 6 аналоговых сигналов и входом блока 4 приема и управления, первый выход которого подключен к первому входу регистратора 5, а второй вы- Зй ход - к входу генератора 2 импульсных токов и второму входу первого преобразователя 6 аналоговых сигналов. Первый вход и выход преобразователя 7 кодов соединены с выходом и вторым входом регистратора 5 соответственно. Выход анализатора 8 акустических параметров соединен с входом табло 9 отображения, а вход подключен к второму входу преобразователя 7 кодов и к выходу блока 12 . определения акустических параметров, первый вход которого соединен с выходом первого преобразователя 6 аналоговых сигналов, а второй вход — с выходом второго преобразователя 11 аналоговых

45 сигналов, первый вход последнего соединен, с выходом второго приемного устройства

lO, а второй вход - с вторым выходом блока 4 приема .и управления.

Устройство для определения акустическихх параметров донного грунта работает следующим образом.

Комаддный импульс, вырабатываемый блоком 4 приема и управления, возбуждает генератор 2 импульсных токов, электрическая энергия с которого в виде мощного токового импульса подается на иэлу чатель 1, где происходит преобразование

583 4 электрической энергии в акустическую.

Возбуждаемые излучателем 1 упругие колебания распространяются в воде как по нормали к поверхности дна, так и в других налравлениях. Отраженные от границ раздела слоев донного грунта. колебания поступают на первое и второе приемные устройства 3 и 10, в которых эти колебания преобразуются в электрические сигналы. Причем первое приемное устройство

3 принимает колебания, отраженные по нормали к поверхности дна, и расположено вблизи излучателя 1. Второе приемное устройство 10 принимает колебания, отраженные под некоторым углом к поверхности дна, и расположено в точке, отстоящей на некотором расстоянии от первого приемного устройства 3.

Электрические сигналы с первого приемного устройства 3 поступают в блок 4 приема и управления, где они фильтруются и затем фиксируются методом яркостной модуляции на регистраторе

5. В результате на регистраторе 5 документируется временной акустический разрез профиля при движении плавсредства, на котором установлено устройство для определения акустических параметров грунтов дна.

Командный импульс, выраба п даваемый блоком 4 приема и управления, поступая на генератор 2 импульсных тсков, одновременно поступает и на первый 6 и второй 11 преобразователи аналоговых сигналов, в которых производится формирование временных окон для приема излученного и отраженных сигналов. В каждом из преобразователей 6 и 11 аналоговых сйгналов электрические сигналы, поступающие с приемных устройств 3 и 10 соответственно, преобразуются в цифровую форму и затем путем последовательного сравнения цифровых кодов выделяются максимальные значения амплитуд излученного и отраже™ных сигналов.

Так, в первом преобразователе 6 аналоговых сигналов определяется значение максимальной амплитуды иэлученного сигнала А ц и значение максимальной амплитуды отраженного по нормали к поверхности дна Ао, а во втором преобразователе 11 аналоговых сигналов опрьделяется значение максимальной амплитуды излученного сигнала А ц,, поступившего на второе приемное устройство 10, и значение максимальной амплитуды отраженного под некоторым углом от поверхности дна сигнала А, . Кроме того, в

5 10105 первом преобразователе 6 аналоговых сигналов производится измерения времени распространя ия звуковых колебаний от излучателя 1 до первого приемного устройства 3 +ии и измерение времени распространения звуковых колебаний по пути излучатель — дно — первое приемное устройство 4îí а во втором преобразователе 11 аналоговых сигналов производится измерение времени распро- 10 странения звуковых колебаний от излуча теля l до второго приемного устройства

10 иу и измерение времени распрост- ранения звуковых колебаний по пути излучатель — дно — второе приемное уст- 15 ройство > о> . цифровые коды максимального значения амплитуд сигналов и коды времени распространения звуковых колебаний из преобразователей 6 и 11 аналоговых сигналов передаются в блок 20

12 определения ахустических параметров,,в котором по полученным кодам производится вначале определение коэффициентов отражения сигналов по нормали от дна 4 и коэффициента отражения сигна- 15 лов от дна под некоторым углвм 3у по следующим формулам:

Аои 1 „К „и (4) н A ин+-„„K 0„

ОУ оУ ИУ

Аиу + иУ <оУ, где Ин KO„Киу и Kpy — коэфФициенты передачи излученного и отражен-. 55 ного сигналов. Затем в блоке 12 определения акустических параметров вычисляют угол падения звуковой волны 9 . на границу раздела вода дно по формуле 40 1 "2. он оУ- иУ

cos6 = (Ъ) оН ОУ

По в численным значениям коэффициентов отражения и косинусу угла падения определяют скорость распространения упругих колебаний в породах дна водоема по формуде

50 (4) где C4 — скорость распространения звуковой волны в воде.

Скорость С в зависимости от тре55

1 буемой точности вычисляется по известному расстоянию между излучателем 1 и приемными устройствами 3 и 10 и

83 4 соотвек:твуюшему времени+ а, + иу ..

Скорость С в выражении (4) может задаваться константой, определяемой по таблицам зависимости скорости в воде от солености, температуры и гидростатического давления, либо приниматься равной средней величине 1500 Mfc.

После этого определяется плотность ° породы дна водоема по формуле

9 (1+чм) Д оьау

9z= (-v„)4 (1+Чм1 (4-Uy ), 6)

cos0 (4-Ч„) U+ У Р где 9 — плотность водной среды.

В выражении (5) плотность водной среды „= 1 г/см и при вычислении 3 задается константой. цифровые коды вычисленных величин

Яи, Q< и Р иэ блока 12 определения акустических параметров подаются на преобразователь 7 кодов, в котором указанные коды преобразуются таким образом, чтобы вырабатывались сигналы для регистратора 5, обеспечивающие фиксацию текущих значений /и, С и Р в виде штрихов, длина которых пропорциональна соответствующим значениям величин Чн, С, ц p . Кроме того, цифровые коды величин яН, С и р из блока 12 определения акустических параметров поступают на анализатор 8 акустических параметров, где цифровые коды указанных величин сравниваются с предварительно зафиксированными границами изменения акустических параметров донных грунтов с различным литологическим составом и относятся к соответствующему типу донных грунтов.

Лнализатор 8 акустических параметров вырабатывает сигнал, который поступает на табло 9 отображения и высвечивает транспорант с соответствующим типом грунта.

Таким образом, в процессе движения плавсредства, на котором установлено устройство для определения акустических параметров донного грунта, на регистраторе 5 документируется временной.акустический разрез профиля, текущие значения величин коэффициента отражения, скорости и плотности донного грунта. Кроме того, на табло 9 отображения индицируется изменение характера донного грунта по профилю..

Повышение достоверности определения характера донного, грунта по сравнению с прототипом получается за счет того, что в донном устройстве определение ха7 - 3010583 8 рактера донного грунта производится по ме того, три акустических параметра трем акустическим параметрам, а не по:, позволяют расчленить доннью грунтм sa одному, как в устройстве-прототипе. Кро- более мелкие геологические разности.

Составитель Н. Журавлева

Редактор А. Фролова Техред Т.Маточка Корректор А. Иванн

Заказ 2484/36 Тираж 708 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35;. Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент, r. Загород, ул. Проектная, 4