DE2352318A1

DE2352318A1 - Verfahren und einrichtung zur strahlungsenergiemessung von impedanzuebergaengen in medien

Info

Publication number: DE2352318A1
Application number: DE19732352318
Authority: DE
Inventors: Jun Hubert A Wright
Original assignee: Bolt Beranek and Newman Inc
Current assignee: Bolt Beranek and Newman Inc
Priority date: 1972-10-16
Filing date: 1973-10-16
Publication date: 1974-05-02
Also published as: JPS4974974A; FR2209112A1; CA1017049A; NL7314248A; GB1447873A

Description

energiemessung von Impedanzübergängen in

Medien

Die Erfindung betrifft Verfanren und Einrichtungen zur Strahlungsenergiemessung von (kontinuierlichen und diskontinuierlichen) Impedanzübergängen in verschiedenen Medien für Peststellungs- und verwandte Zwecke und ist insbesondere auf die Bestrahlung solcher Medien durch Übertragung von Strahlungsenergie auf diese Medien und die Reflektion dieser Strahlung an den Medien gerichtet.

Die Strahlungsenergie-Nachweis- und Ortungstechnik ist angefüllt mit Systemen und Techniken zur Durchführung von Messungen für' eine Vielzahl von Zwecken aus den Reflektionen oder Echos solcher auf verschiedene Medien und Gegenstände übertragener Energie; elektromagnetische Strahlungsenergie und akustische Strahlungsenergie werden so z.B. für kontinuierliche Entfernungsbestimmung genutzt, wobei die akustische Strahlungsenergie insbesondere für Unterwasser- oder Untergrundaufzeichnung, seismische Lagerstättensuche und andere Zwecke verwendet wird.

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In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung werden jedoch durch Verwendung besonderer Arten von Wellenimpulsen und von in der Richtung der Übertragung und Reflektion der Strahlungsenergiewellen getrennte vielfache Empfänger und durch geeignete Entwicklung der hinausgehenden und der zurückkehrenden Wellen und nachfolgende Integration und geeignete Darstellung der sich ergebenden Reflektions-Irapulsantwort-Funktion gänzlich neuartige und unterschiedliche Ergebnisse dadurch erhalten, daß Impedanzübergänge auswertbar sind und nicht nur eine Abgrenzung diskreter Schichten der Medien, sonder auch quantitative graduelle Verschiebungen im akustischen Impedanzverlauf erlauben, der eine Unterscheidung durch Bestimmung der Beschaffenheit und ihrer Eigenschaften gewährleistet.

Solche Ergebnisse sind nutzvoll für eine Reihe von Anwendungen, einschließlich z.B. seismische Lagerstättensuche, geologische Auswertung und Peststellung, Bestimmung der Beschaffenheit reflektierter Medien und allgemeiner, eine Feststellung der Beschaffenheit von sonst nicht wahrnehmbaren, unzugänglichen, verhüllten oder sonstwie versteckten Objekten oder anderer Medien, einschließlich als weitere Beispiele reflektierende Teile innerhalb.der Körper von Menschen oder Tieren, die bisher nur irgendwie grob durch akustische Reflektions- und verwandte Techniken angegeben wurden.

Zum Zwecke der Veranschaulichung soll die Erfindung hiernach im einzelnen in Verbindung mit der beispielhaften Verwendung von akustischer Strahlungsenergie (und von bevorzugten Impulsarten) beschrieben werden, die für die veranschaulichten Beispiele seismischer UntergrundSchichtenfeststellung unter Wasser, die Prüfung von Kunststoffolien und dergleichen und die Anzeige von reflektierenden Oberflächen innerhalb der Körper von Menschen- und Tieren nutzvoll sind; so versteht es sich von selbst, wie es den mit dieser Technik vertrauten Fachleuten klar ist, daß das hier eingeschlossene neuartige Verfahren genau so auf andere Anwendungen anwendbar ist, eingeschlossen die oben erwähnten und den in den hiernach erwähnten älteren Patenten und veröffent-

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lichungen angegebene Anwendungen und wie auch mit anderen Arten von Strahlungsenergie, einschließlich elektromagnetischer Wellen.

Die akustische Impedanz ist ein brauchbares Maß für normale Ablag erungsarten ₃ so daß die Messung spezifischer akustischer Impedanz eines Meeresbodens z.B. dafür benutzt werden kann, um normale nicht verfestigte Meeresablagerungen festzustellen, was schon bekannt ist und z.B_o beschrieben wird in "Bulletin of the Geological Society of America", Vol. 570, von E.L. Hamilton und anderen. Die akustische Impedanz kann auch dazu benutzt werden, um nicht verfestigte von verfestigten Ablagerungen oder sogenanntes Grundgestein abzuleiten.

Auch ist den mit dieser Technik vertrauten Fachleuten¹ gut bekannt, daß die spezifische akustische Impedanz jeder Ablagerung durch das Vorhandensein von selbst kleiner Mengen ungelösten Gases, das z.B. auf dem organischen Stoffzerfall innerhalb von Ablagerungen beruht;) in hohem Maße herabgesetzt werden kann. Demgemäß kann die direkte quantitative Messung spezifischer akustischer Impedanz, die ein Gegenstand des hier veranschaulichten Beispiels der seismischen Anwendung des dieser Erfindung zugrunde liegenden Verfahrens ist, von weiterer Nützlichkeit in dem Falle von "organischen" Ablagerungen als ein empfindliches Maß für ungelösten Gasgehalt sein, wodurch eine sohnelle, entfernte, indirekte Messung von Stoff zerfall erlaubt wird,, der ein wertvolles Zeichen für gaserzeugende Ablagerungsverunreiniger sein kann.

Die Verwendung der zuvor erwähnten Entwicklungstechniken ist an sich allgemein nicht neu, Jens M. Hoven hat z.B. in einer technischen Afchanaling mit dem Titel "Deconvolution for Removing the Effects of the Bubble Pulses pt Explosive Charges", veröffentlicht auf Seite 281, Vol. 47, des "Journal of the Acoustical Society of America", enthüllt,' daß eine Entwicklung im Frequenzbereich für das ganz unterschiedliche spezifische Problem der

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Entfernung von auf Blaseniiiipulsaussendungen beruhenden überzähligen Impulsen verwendet werden kann. W»D. Moon und andere haben in der US-PS 3 489 996 auch ähnliche Techniken zur Entfernung von Oberflächen-Basisvielfachen durch Entwicklung angewendet, und Bennett hat in der US-PS 3 344 396 offenbart, daß im wesentlichen nach oben gehende Signale mit im wesentlichen nach unten gehenden Signalen entwickelt werden können, um ein Amplitudenzeitsignal hervorzurufen, das in der Terminologie linearer Schaltkreise als eine Reflektlons-Impulsantwort-Funktion bezeichnet werden kann, wie zuvor erwähnt. Die Reflektions-Impulsantwort— ,Funktion muß bevorzugt werden, weil das Entwicklungsverfahren ■ im wesentlichen die Auswertbarkeit der seismischen Wellenformen durch Eliminierung von z.B. auf MehrfachausSendungen durch die Quelle oder den Wellenübertrager und Mehrfachoberflächen- und Untergrundreflektionen beruhenden' redundanten und unechten Vorgängen verbessert.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird jedoch von Impedanzeigenschaften und Entwicklungstechniken in einem neuartigen Verfahren und in einer neuartigen Einrichtung zur Erhaltung weit verbesserter Ergebnisse zur Feststellung und Festlegung der Eigenschaften von durch Strahlungswellenenergie bestrahlter Medien Gebrauch gemacht, wobei z.B. die insbesondere für seismische Anwendungen unter Wasser anwendbaren akustischen Wellen verwendet werden. Durch die Verwendung einer bevorzugten nach unten gehenden (einfallenden) Wellenform und einer bevorzugten Abtastzeit sind die Auswirkungen der Entwicklung darüber hinaus im wesentlichen weniger empfindlich gegenüber Epjergieverlust, der als ein Ergebnis von sogenanntein Rauschen auftritt. Zusätzlich wurde festgestellt, daß sich durch Integration der Reflektions-Impulsantwort-Funktion, abweichend von den oben erwähnten bekannten Systemen, ein direktes quantitatives Maß spezifischer akustischer Impedanz ergibt, das, wenn es geeignet ausgewertet wird, in dem veranschaulichten Beispiel seismischer Anwendungen dazu benutzt werden kann, um Ablagerungen festzustellen und/oder das Vorhandensein und die Menge ungelösten Gases anzuzeigen, das auf organischem

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Stoffzerfall beruht. Die einbezogenen Beziehungen hängen weiterhin nicht von der Existenz diskreter Schritte' in der spezifischen akustischen Impedanz at» und sind deshalb, abweichend von bekannten Systemen, zur Festlegung von stufenartigen Impedanzübergängen geeignet, die auf übergängen in einer Ablagerungsart oder auf einem sich stufenweise ändernden Gasgehalt in "organischen" oder verunreinigten Ablagerungen beruhen.

So ist es Aufgabe der Erfindung, ein neues und verbessertes Verfahren und eine Einrichtung zur akustischen Strahlungsenergiemessung von ImpedanzUbergängen zur Feststellung und Festlegung von Medien, wie z.B. Meeresablagerungen in dem Fall bei Meeresanwendungen unter Wasser und für anderweitige Feststellung und Festlegung der physikalischen Eigenschaften anderer Medien bei anderen Anwendungen. Weiter soll ein solches neuartiges Verfahren und eine Einrichtung auch universeller für die Verwendung bei anderen Arten von Strahlungswellenenergie einschließlich elektromagnetischer Wellen angepaßt sein. Weiterhin soll damit eine neuartige seismische Prospektionseinrichtung und ein Verfahren dazu sowie ein Verfahren einer Einrichtung zur Prüfung lameliierter und ähnlicher Materialschichten geschaffen werden. Zusätzlich soll damit ein neuartiges diagnostisches Verfahren und eine Einrichtung zur Feststellung und Festlegung der Eigenschaften und Beschaffenheit von verborgenen Objekten einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, der Objekte innerhalb der Köper von Menschen und Tieren und dergleichen geschaffen werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Medium mit entlang einer vorbestimmten Richtung abgehender Strahlungswellenenergie bestrahlt wird, daß die Wellenenergie im wesentlichen in entgegengesetzter Richtung von dem Medium als ein Ergebnis von Reflektion an dem Medium zurückgeführt wird, daß die abgehende und die zurückkehrende Wellenenergie zur ilervörrufung einer sich ergebenden Reflektions-Impulsantwort—Funktion entwickelt wird, daß die Reflektions-Impulsantwort-Funktion zwecks Lieferung eines Maßes für Impulsübergänge in dem Medium integriert wird und daß schließlich die Impulsübergänge auf Mediumeigenschaften zwecks Feststellung der Beschaffenheit des Mediums bezogen werden,,

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Eine vorteilhafte Einrichtung zur Durchführung des erfindtmgs— gemäßen wird darin gesehen, daß in Kombination enthalten sind:

a) eine mit Einrichtungen zur Richtung von entlang einer vorbestimmten Richtung abgehender Strahlungswellenenergie ausgerüstete Strahlungswellenenergiequelle zwecks Bestrahlung eines Mediums mit dieser Energie;

b) zwischen der Quelle und dem Medium im Pfad dieser Bestrahlung positionierbare Empfangseinrichtungen für die Strahlungswell en energie zwecks Smpfang der in xler entgegengesetzten . Richtung von dem Medium zurückkehrenden reflektierten Energie zumindest an zwei von dem Medium unterschiedlich räumlich voneinander getrennten Stellen;

c) mit den Empfangseinrichtungen verbundene Einrichtungen zur Entwicklung der abgehenden und zurückkehrenden Wellenenergie zwecks Erzeugung einer sich ergebenden Reflelctions—Impulsantwort—Funktion ;

d) auf die Entwicklungseinrichtungen ansprechende Einrichtungen zur Integrierung der Reilektions-Impulsantworfc-Funktion zwecks Schaffung eines Maßes für Impulsübergänge in dem Medium und

e) angeschlossene Display-Einrichtungen zur Kennzeichnung der integrierten Punktion und zur Befähigung ihrer Korrelation mit Mediumeigenschaften, zwecks Peststellung der Beschaffenheit des Mediums.

Zusammengefaßt erschließt die Erfindung jedoch, in einer bevorzugten Weise in Verbindung mit der veranschaulichten seismischen Anwendung z.B. die Benutzung von virtuell unipolaren, vorzugsweise im wesentlichen zeitasymmetrischen übertragenen akustischen Impulsen und in einigen Beispielen zumindest ein senkrecht, in einer Linie mit der Übertragerquelle angeordnetes Empfänger— paar. Abtastintervall und Abtastzeitpunkt als auch die Empfänger-Stellungen werden vorausgewählt, um die Berechnung von nach oben ' und mich unten gehenden Wellen zu vereinfachen und die Wirlcungen von Zusatzrauschen stark zu verringern. Nach oben und nach unten gehende Wellen werden im Zeitbereich entwickelt, um eine Reflektions-Impulsantwort—Funktion hervorzurufen, die integriert und darge-

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stellt ist. Quantitative Pegel der Ausgangsdarstellung sind auf Ablagerungsarten oder Gasgehalt bezogen, selbst bei Nichtvorhandensein von diskreten Schichten, Bevorzugte Techniken und Einzelheiten als auch andere Anwendungen auf andere als die seismischen Probleme sind hiernach dargestellte

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Blocksehaltplan, der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel nach dem Verfahren der Erfindung veranschaulicht; ,

Pig. 2 (Α), (b) und (C) erläuternde Wellenformen, die die Durchführung des Systems nach Fig. 1 beschreiben;

Fig. 3A und 4A mögliche Anwendungen der Erfindung;

Fig. 3B » ^Bj 5A und 5B jeweils schematische Ansichten von nach der Erfindung hergestellten Darstellungen und ihre Zuordnung zu Grundablagerungen, Testergebnissen u. dgl., wobei die Ergebnisse nach Fig. J>B und kB jeweils durch die in Fig. 3A und 4A gezeigten Anwendungen entstanden sind, und

Fig. 6 eine ähnliche Ansicht,' die sieh auf von innerhalb eines Schädels stammenden Reflektionen eines Körpers bezieht.

Bevor das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 beschrieben wird, ist es angebracht, eine Grundlage für die der Erfindung zugrunde liegenden Prinzipien zu schaffen. Aus einer Analyse von Fehlern, die sich aus sogenanntem Zusatzrauschen ergeben, das in dem zurückkehrenden Wellenecho, in der Eeflektion oder in der nach oben gehenden Wellenform erscheint, was sich aus der nach unten gerichteten Übertragung von Strahlungsenergie aus einer Quelle zu dem reflektierenden Medium ergibt, wurde festgestellt, daß, falls

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das "Rauschen" im Mittel null, unkorreliert und stationär ist, der Freiheitsgrad der p-ten Wurzel der zuvor erwähnten Reflek— tions-Impulsantwort-Funktion im wesentlichen dann beschränkt ist, wenn die folgenden Kriterien erfüllt sind:

Zuerst werden Daten vorzugsweise im wesentlichen bei IJyquist-Frequenz oder einer Mindestabtastfrequenz abgetastet. Zweitens werden die Abtastzeitpunkte vorzugsweise ausgewählt oder speziell vorbereitet (synchronisiert), so daß das erste nicht triviale nach unten gehende oder übertragene Wellenteilbild im wesentlichen ein Maxiraum hat. Drittens wird ein Übertrager oder eine Quelle ausgewählt, der/die soweit wie möglich einen kleinen (im wesentlichen weniger als eins) Fehlerparameter E ergibt, der im wesentlichen durch den Ausdruck gegeben ist

^Ep =

worin χ die s-te Wurzel der übertragenen oder nach unten gerichs

teten Wellenform und X_n+^ das erste nicht triviale nach unten gehende Wellenteilbild ist.

Aus dem obigen folgt, daß die Dauer der von der Quelle emittierten Impulse nicht bedeutend den Reziprokwert der bandbegrenzenden Filterfrequenz überschreiten sollte. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 werden so die Quellenwellenform, die Filtergrenzfrequenz, die Abtastfrequenz und der anfängliche Ab— tastzeitpunkt so ausgewählt, daß der Fehler in Übereinstimmung mit diesen Kriterien im wesentlichen möglichst klein gehalten wird.

Bezugnehmend auf die Anwendung nach Fig. 1 müssen z.B„ die im wesentlichen nach unten gehenden übertragenen und nach oben gehenden ref lektieiben Wellen für eine Entwicklung verwendet werden, um die zuvor erwähnte echte Reflektions-Impulsantwort-Funktion zu erhalten. Wenn zwei Empfänger oder Anzeigeeinrichtungen, wie

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veranschaulicht und später detailierter beschrieben^ senkrecht untereinander angeordnet werden, dann können die senkrecht verlaufenden nach unten und nach oben gehenden Wellen aus den beiden wahrgenommenen Wellenformen an den beiden Empfängern gewonnen werden, vorausgesetzt die akustische Laufzeit zwischen den beiden Empfängern ist bekannt oder wahrnehmbar. Die Vorteile eines senkrecht untereinander angeordneten Paares von Empfängern gegenüber den herkömmlichen, sogenannten gerichteten Empfängern sind darin zu sehen, daß das Empfängerpaar wirkungsvoll in Niederfrequenzwellen trennen wird, die von besonderer Nützlichkeit in Anwendungen wie eine seismische Erschließung und dergleichen sind. Abtastinter— valle sind bereits vorausgewählt, um nach oben und nach unten gehende Wellen zu erzeugen, wie später erläutert wird.

Es wurde in Übereinstimmung mit der Erfindung festgestellt, daß die Reflektions-Impulsantwort-Funktion R (2t) entsprechend der Reflektion von einem Bereich eines mäßig kontinuierlichen Iinpedanzwechsels entlang der einfallenden Achse durch den Ausdruck R(2t)«(dz/dt)/4z und ihr Integral durch die Gleichung gegeben ist

(2) /q* R(a)da4 m [z(t)/z₀] ,

worin z(t) die Beziehung zwischen Impedanz und akustischer Laufzeit T und Z₀ die spezifische akustische- Impedanz des Mediums ist, in dem die Empfänger angeordnet sind. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Reflektions-Impulsantwort-Funktion integriert, um die akustische Impedanz einer Ablagerung oder eines anderen Mediums als eine Funktion der Laufzeit zu erhalten, wobei im wesentlichen die Beziehung verwendet wird z(t) = z_n exp

P+ -U-

(2/₀ R(a)da). Bei der seismischen Anwendung wird die spezifische akustische Impedanz dazu benutzt, um Ablagerungsart oder alternativ dazu ungelösten Gasgehalt zu bestimmen, wobei Z₀B. Beziehungen benutzt werden von Hamilton (vorher zitiert) und von A.B. Wood aus "A Textbook of Sound", veröffentlicht von MacMillan Co., 1955, in dem eine Beziehung zwischen ungelöstem Gas—(Luft—)-Gehalt und akustischer Geschwindigkeit beschrieben wird. Da die Massendichte

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unbedeutend durch kleine Volumenprozente ungelösten Gases beeinflußt wird, erlaubt die Theorie von Wood, die akustische Impedanz (Massendichte mal longitudinale Geschwindigkeit) auf den Gasgehalt zu beziehen.

Die Einzelheiten des Systems naeli Fig. 1 sollen nun in Verbindung mit dem veranschaulichten Beispiel von seismischem Unterwasserbetrieb beschrieben werden, obwohl seine direkte Anwendung für andere Verwendungen naheliegt und später ausführlicher erläutert wird«, Eine Impulswellenübertragungsquelle 1 ist von einera Rahmen ^li in seinem oberen Ende getragen dargestellt, dessen Grundfläche über einem'zu erforschenden Medium 5 ruht, wie z.B. Grundsfolage— rungen oder dergleichen. Senkrecht unter der Quelle 1 angeordnet und vom Rahmen ^lt getragen, befinden sich zumindest zwei im wesentlichen lcollineare Empfänger 2 und 3» die ihrerseits durch verschiedene Ebenen senkrecht untereinander in der Richtung von nach unten gehender Strahlungswellenenergieübertragung zur Bestrahlung des Mediums 5 von der Quelle 1 und in entgegengesetzter Richtung von nach oben gehenden Reflektionen, Echos oder Rückleitungen vom Medium getrennt sind.

Ein llechteckwellengenerator 6 mit variabler Frequenz ist rait einem kapazitiv gekoppelten Ausgangskreis 7 zur Erzeugung einer Serie von Impulsen mit wechselnder Polarität, Pig. 2(a) ausgerüstet gezeigt. Bei Schließung eines Schalters 8 zur Einleitung eines Vorgangs werden so kurze Impulse wechselnder Polarität sowohl in einen Triggerimpulsformer 9 über eine Eingangsleitung 11 als auch in den Ilelltastungseingang (z-Achse) eines Zweistrahl-Kathodenstrahl—Oszilloskopen oder eines anderen Display 10 eingeführt. Der Triggerimpulsformer erzeugt bei Empfang eines positiv werdenden Impulses an der Eingangsieitung 11 am Ausgang 12 einen einzelnen elektrischen Impuls, der dazu dient, sowohl die Quelle 1 über ein energiespeicherndes Ketzteil 15 als auch die Tastzeitablenkung des Displys 10 zu trigficrn. Das Medium 5 wird so durch die nach unten gehende übertragung von der Quelle 1 bestrahlt, und die nach oben gehenden lieflektionen

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werden aufeinanderfolgend an den Empfängern 3 und 2 empfangen und dann mit den jeweiligen Tiefpaßfiltern 15 und ±h mit variabler Grenzfrequenz gefiltert und an Eingänge I„ und I- des Displays angelegt.

Bei jedem Schließen des Schalters 8 zur Einleitung eines Vorgangs werden die empfangenden Signalwellenformen von den Empfängern 2 und 3, die so empfangsbereit sind und das Display nur während der Abtastzeitpunkte, oszillographiscli darstellt, wobei die Zeitaugenblicke z.B. als Änderungen in der Leuentspurintensität erscheinen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Frequenz des Rechteckwellengenerators 6 nach jedem Vorgang so eingestellt, daß die wahrgenommenen Wellenformen in eine bevorzugte Vorabgleichung oder Synchronisation gebracht werden, wie gezeigt und später beschrieben in Verbindung mit Figo 2 (B) und (C). In einem solchen synchronisierten Zustand wird das, Fig_e 2(A), gezeigte periodische Abtastintervall aufeinanderfolgend eingestellt, bis das erste an dem zweiten Empfänger 3 ankommende Wellensignal genau η mal so groß wie das Bezugssignal 16 ist, wobei η eine ganze Zähl ist (z.B_e η = 5 nach Fig. 2). Für jeden abgetasteten Vorgang entspricht der Zeitbezug 17 einer Triggerung der Quelle 1 und ist der Zeitpunkt des ersten positiv werdenden Impulses, Fig.2(A), nach Schließung des Sehalter 8 zur Einleitung des Vorgangs. Wenn der obere Empfänger 2 in geeigneter Weise angeordnet ist, dann wird das erste ankommende Wellensignal genau m (ganze Zahl) mal so groß wie das Bezugsintervall 16 sein (mit m = 3 nach Fig. 2), Um diese Beziehung zu erhalten, können kleine E-ndeinStellungen in der Stellung des oberen Empfängers 2 durch einen einstellbaren Stiitzarm 18 bewirkt werden, falls notwendige Wenn eine Synchronisation erst einmal erreicht ist, dann werden die bandbegrenzenden Tiefpaßfilter 14 und 15 abgestimmt oder eingestellt auf im wesentlichen die sogenannte Nyquist—Frequenz entsprechend einem Abtastintervall gleich dem Bezugsintervall 16. Ein Schalter 19 für die Aufzeichnung oder Darstellung ist dann geschlossen^ um eine digitale Aufzeichnung und/oder Darstellung der an den Empfängern 2 und 3 frei gleichzeitigen AbtastZeitpunkten

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17, 17', 17'', 17''' usvi. empfangenen reflektierten Wellen auf dem Display 10 zu erlauben, indem jeweils Aufzeichnungsgeräte 20 und 21 für die Aufzeichnung von flüchtigen Vorgängen verwendet werden*

Wenn aufeinanderfolgende Abtastwerte der Wellenform von dem Empfänger 2 als P_Q, P^, P₂, P- usw. — wie durch die Abtastpunkte 22, 22^f, 22^lf, 22'^lf usw. nach Fig. 2(b) gezeigt - und Abtastwerte von dem Empfänger 3 als q_Q, q^, q₂, q„_t usw. - wie durch die Punkte 23, 23», 23'', 23·'' usw. nach Fig. 2(C) angezeigt bezeichnet werden, kann der folgende bevorzugte Algorithmus oder können im wesentlichen ähnliche Algorithmen verwendet werden, um numerisch die nach unten gehendei Wellenabtastwerte Xq, x-, X₂,.., x _t .ο,und die nach oben gehenden Wellenabtastwerte y„, y., y₂, ., y , ... zu berechnen, die durch die folgenden Gleichungen be-

stimmt sind:

Tabelle 1 ■

m m(s-l-2n+2m)

^xs ⁼ ^Ώ ^Ps+m-n " n(s-l-n+m) C^qs-2n+2m-" ^xs-2n+2ml

- χ

p = 0 (s <. ra) und

Die nach oben und nach unten gehenden Wellenformen y_ und χ

s s

können durch jede der sogenannten inversen Filtertechniken entwickelt werden, die den in dieser Technik bewanderten Fachleuten gut bekannt und z_oB. in den zuvor zitierten Veröffentlichungen beschrieben sind. In einer bevorzugten Technik sind die nach oben und nach unten gehenden Wellenformen im Zeitbereich entwickelt, wodurch auf Zeitrundung von Wellenformen beruhende Fehler vermieden

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werden und die sich ergebende Reflektions-Impulsäntwort-Funktion integriert und die spezifische akustische Impedanz daraus durch theoretische Hilfsmittel bestimmt wird. Die graphische Darstel~ lung von Impedanz über Laufzeit dient dann einmal zur Abgrenzung von Schichten des Mediums 5, falls vorhanden, um "normale" Ablagerungen auf einem Heeresgrund festztistellen, und/oder auch als ein Maß für ungelösten Gasgehalt, falls gasführend (vielleicht verunreinigt), wie zuvor bemerkt.

Wenn die abgetasteten Vierte der jeweils einfallenden und reflektierten Wellen χ , y_o durch Verwendung der obigen oder

S S

alternativer Techniken erhalten worden sind, kann die Entwicklung durchgeführt werden, indem entweder der folgende sehr bekannte Zeitbereichsalgorithmus oder alternative Hilfsmittel verwendet werden:

^^J' ρ ~L^yp ~ ο ^Xs p-sJ'^xn+l , * ^e . s=n+2 ^ '

worin R die p-te Wurzel eines bandbegrenzenden Äquivalents gegenüber der bei um eine Sekunde getrennten Intervallen T abgetasteten Reflektions-Impulsantwort-Funktion ist. Eine Integration oder das Äquivalent einer Integration wird durch algebraische Hinzufügung von aufeinanderfolgenden Werten von TR durchgeführt und die kumulative Summe dargestellt (als eine Veranschaulichung nachzulesen in "the Fourier Integral & Its Applications", von A. Papoulis, McGraw-Hill, I962, NYC, S. 502 ff, wobei geeignete Techniken von der Art sind, wie z.B. in "The Fourier Transform ans Its Applications", von R. Bracewell, McGraw-Hill, I965, KYC, S. 3Off .erschlossen).

Bezugnehmend auf die Fig. 3A und 3B kann eine typische Darstellung des Integrals der Reflektions-Irapulsantwort-Funktion, als "Impedanzdiagramm" (Fig. 3B) bezeichnet, in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung mit Korrelation mit den innerhalb des Untergrundes einer Ablagerung 5» Fig. 3A, festgestellten tatsächlichen Schichten hervorgerufen werden. Das Ergebnis ist eine graphische Darstellung, die im Falle nicht, verfestigter Ablagerungen Schichten abgrenzt und auch die AbIa- _1h

' 40 9 8Ί 87 T 2 0-5 -^-

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gerungsart durch Verwendung der gekennzeichneten quantitativen Pegel feststellt. Die in der Ablagerung 5 begrabene "Sandysehicht, Fig. 3A, erscheint z.D. als ein Anstieg im Pegel 24, Fig. 3B, da die Impedanz von Sand die Impedanz von Schlamm übertrifft. Weiter unten ist der stufenmäßige Übergang von Schlamm über 3 c hl amins and zu Sand durch einen allmählichen Anstieg im Integral der Reflektions—Impulsantwort des Impedanzdiagramms gekennzeichnet. Auf ähnliche ¥eise führt die Reflektion von "Felsboden"- oder verfestigten Ablagerungen zu einem Anstieg bis zu einem quantitativen Pegel 25, Fig. 3B, der für nicht verfestigte Ablagerungen zu hoch ist (größer als 0,5) und deshalb der Reflektion von verfestigtem Gestein, wie z.B. Sandstein, Kalkstein usw., entsprechen muß.

Bei einer alternativen oder äquivalenten Technik können Messungen der obigen Art unter Verwendung einer Irapulsquelle und nur eines Empfängers durchgeführt werden, indem jedoch Messungspaare bei verschiedenen relativen Erapfänger-zu-Boden-Stellungen vorgenommen werden, so daß in einer Messung die Ablagerungen näher zum Em- . pfanger als in der anderen zu liegen kommen. Wenn die.von der Quelle emittierte Wellenform reproduzierbar ist, dann können diese zwei Wellenformen dazu verwendet werden, um die einfallende und die reflektierte Wellenform zu berechnen. Bei einem Versuch nach der obigen Technik, veranschaulicht in Fig. 4A, wurden z,B. eine elektrodenlose funkenakustische Impulsquelle 26 und ein Unterwasser-Schallempfänger 27 (Atlantic Research LC-32) an ihren Kabeln über Ablagerungen 28 aufgehängt. Zwei Messungen wurden durchgeführt, zuerst wurde mit einem Abstand des Empfängers 27 von ungefähr 60 cm über dem schlammigen Boden der Ablagerungen 28 und dann mit einem um ungefähr 45 cm verringerten Abstand für die Impulsquelle 26' und auch den Empfänger 27¹ bis in die jeweils geeigneten Stellungen gearbeitet, so daß sich der Empfänger vielleicht nur 15 cm über dem Boden befand.

Durch Vergleich der beiden Wellenformen wurde die einfallende und die reflektierte Wellenform wie folgt ermittelt. Die Wellen«

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form zwischen den Zeitpxinkten 31¹ und 32* , Fig. 4B, ist die nach unten gehende oder einfallende Wellenform, wohingegen zwischen den Zeitpunkten 32' und 33' die Differenz zwischen den beiden Wellenformen (als kreuzweise schaffiert gezeigt) die reflektierte Wellenform ist*

Diese Technik ist weniger universell als die vorher in Verbindung mit dem Ausführungsheispiel nach Fig. 1 erläuterte Doppeleinpfängertechnik, aber sie ist eiisf acher und für die Analyse von Gegebenheiten geeignet, in der die einfallende Wellenform (nicht nur eine quellenemittierte Wellenform) innerhalb des inteiessierenden Zeiteinfallfeldes reproduzierbar ist.

Bei Versuchen wurde die Impulsquelle durch einen elektrischen Impuls entladen, der von einem Triggerxmpulskreis 31 erzeugt wurde, der einen Hoch spannung s—Energiespeicher bzw. eine Ilochspannungs—Triggervorrichtung 32 wild die horizontale Ablenkung eines Kathodenstrahl-Oszilloskopem 33 triggerte. Durch den Unterwasser—Schallempfänger 27 (27¹) angezeigte Druckwellenformen wurden durch ein (Kron-Hite-Modell 3202) elektronisches Filter tiefpaßgefilter"fc, auf einem (Tektronix 535) Oszilloskop 33 dargestellt und mit einer (Polaroid) Oszilloskopkamera fotografiert. Die wahrgenommenen Wellenformen waren im wesentlichen den in Fig. ^B dargestellten ähnlich. Diese bandbegrenzten Wellenformen wurden durch Skalenwerte an periodischen Zeitpunkten direkt von dem (Polaroid) Foto abgenommen. Die Entwicklungs-, Zeitsteuerung^- und Abtastteehniken waren die gleichen wie oben erläutert. Durch die Auswertung der Reflektions-Impulsantwort-Funktionwurde das sogenannte Impedanzdiagramm der ersten 45 cm einer Ablagerung auf zwei verschiedenen Seiten eines untersuchten Untergrundes (Hafenbecken) erhalten.

Das experimentell wahrgenommene Impedanzdiagramm über einem schlammigen Boden ist in Fig. 5A gezeigt, und ein ähnliches Ergebnis wurde über einem Sandboden erhalten, wie in Fig. 5B gezeigt. In jedem Falle wurde die tatsächliche Beschaffnheit

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des Bodens durch Bezugnahme auf veröffentlichte Berichte als auch durch die direkte Inaugenscheinnahme Destimmt. In Fig, 5A und 5B gibt es Bereiche, die als Schlamm 34 und als Sand 35 bezeichnet werden, die unter Verwendung der Gleichung (l) und der veröffentlichten Werte für "normale" Meeresablagerungen berechnet werden. Auch ist eine Grenze zwischen Schlamm und Sand gekennzeichnet. Es wurde festgestellt, daß in jedem Falle das Impedanzdiagranim "korrekte" quantitative Pegel entsprechend jeweils dem Schlamm und dem Sand anzeigte, wodurch die Zuverlässigkeit akustischer Feststellungen von Meeresablagerungen nachgewiesen wurde, wie oben erläutert. Genauere Ergebnisse und eine größere Eindringung werden auch mit hochentwickelten Techniken erreicht, wie zuvor besehrieben. ^λ

Die oben erläuterten neuartigen Ergebnisse sind darüber hinaus um so mehr überraschend im Hinblick auf die frühere Erfahrung mit Diagnosevorriehtungen für akustische ¥ellen in dieser Technik, wobei diese Vorrichtungen in Erscheinung traten, um auf die Notwendigkeit für Beflektionsempfang in einer einzigen, genau kontrollierten Ebene hinzuweisen. Die mit versetzter Ebene arbeitende kollineare Einzelempfängertechnik nach der Erfindung, die so grundlegend von bekannten Techniken und herrschenden Lehren abweicht, hat zu einem wesentlichen Durchbruch in akustischer Feststellung und Festlegung erlaubt.

Es versteht sich von selbst, daß, zusätzlich zu der oben bevorzugten Technik die Genauigkeit von Ergebnissen durch bewährte, den in der seismischen Technik und verwandten Techniken bewanderten Fachleuten bekannte Techniken verbessert werden kann» wie z,33, durch iriederholten Betrieb der Einrichtung an einer festgelegten Stelle, wobei die Wellenformen in geeigneter Weise addiert werden., so ä&ß zufällige, fehlerhafte Komponenten vorzugsweise unterdrückt werden. Brauchbare Abtast-, Addier- und Integrier^Tecliniken sind z.B. in den zuvor erwähnten Fourier-Teixten besctoriefeeii. Bas Verfahren der Synchronisation der Einrichtung, das «!ben ajLs ejbne manuelle Aufgabe beschrieben wurde,, kann rüiber frfeaM« «durcii den im Scfaaltkreiiseptwurf bewanderten

«■ %7 -

mann gut bekannte Techniken automatisiert werden, oder es können numerische Berechnungen manuell durchgeführt werden, wie z.B. unter Verwendung von Rechenmaschinen oder von schnelleren automatisierten Recheneinrichtungen, wie z„B. in dem "PDP-IO Reference Handbook, Digital Equipement Corporation, I969, beschrieben. . >

Mit einer geeigneten Abwandlung in den theoretischen Beziehungen können darüber hinaus auch gerichtete Quellen -und/oder Empfänger verwendet werden. Ähnlich könnten Ergebnisse von geeignet unterteilten, benachbarten Seiten hinzugefügt werden, um vorzugsweise auf rauhe, unebene Grenzflächen beruhende Vorgänge zu unterdrücken. Aufeinanderfolgende Messungen unter 'Verwendung allmählicher langsamerer oder "schnellerer Abtastgeschwindigkeiten mit entsprechend langsameren oder schnelleren Filtergrenzfrequenzen können auch angewendet und die Ergebnisse in geeigneter Weise kombiniert werden. ·

Die anordnungsmäßige Steuerung, die mit der standfesten Einrichtung verbunden ist, die in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 beschrieben wurde, kann weiterhin aufgegeben werden, wenn komplizierte Abtastfrequenz- und Abtastzeitpunkt—Kriterien angewendet werden. In diesem Fall können in geringem Maße gesteuerte Vorrichtungen verwendet werden, einschließlich Schleppoder beweglicher Einrichtungen. Zusätzlich können, wie zuvor erklärt, die dem oben erläuterten Verfahren und der Einrichtung inne-wohnenden Prinzipien schnell auf andere technische Bereiche angewendet werden, um die Informationswiedergewinnung und die Verständlichkeit von reflektierten oder übertragenen ¥e.llenverläufen zu steigern, einschließlich Wellenenergiesysteme mit elektromagnetischer Strahlung aus jedem Strahlenbereich vom sichtbaren oder unsichtbaren Licht über die Radio-Mikrowellen- und Hitzespektren. In einem solchen Fall können die Quelle 1 nach Fig. 1 ein elektromagnetischer Übertrager (Laser, Magnetron, usw.) und die Empfänger 2 und 3 entsprechend geeignete Detektoren sein, was gut bekannt ist» Bei

k 0 9 8 1 8 / 1 2 0 5

den akustischen Anwendungen können darüber hinaus unter Verwendung noch höherer Frequenzen,, kürzerer akustischer Impulse und schnellerer Abtastgesehwlndigkeiten Reflektionen von Materialien, wie z_oB. sogenannte Laminate, wie oben verarbeitet und die sich ergebende Impedanz über Laufzeit für zerstörungsfreie Diagnose von z.B. schlechten Laminatverbindungen verwendet werden, die sieh durch sold» Faktoren wie gasförmige Einschlüsse (Blasen) und dergleichen ergeben. Ähnlich können komplizierte Impedanzprofile, wie sie z.B. bei mit biologischen Sachverhalten verbundenen Vorgängen zu erwarten sind, wie z,B. Blutgerinseln, im wesentlichen wie oben vorteilhaft untersucht werden. Bei jeder dieser alternativen Anwendungen kann die theoretische Beziehung zwischen Impedanz und Reflektions-Iiapulsantwort-Funktion ausgeweitet werden, um Hochimpedanzschichten, Bögen, Eichtvermögen oder andere Betrachtungen zu berücksichtigen, was den in akustischer, elektromagnetischer und seismischer Signalverarbeitungstechnik bewanderten Fachleuten gut bekannt ist,

Fig. 6 veranschaulicht noch ein weiteres Beispiel für die Nützlichkeit der obigen Techniken, daß von Y. P. Jones auf dem "83rd meeting of the Acoustical Society of America 18-21 April, 1972 at Buffalo, New York", mündlich beschrieben wurde. In einem Laborversuch, bei dem ein Bruchstück eines mit einem Blutgerinsel versehenen Schädelknochens von einem Menschen Verwendung fand, wurden die einfallenden und die reflektierten Impulse, wie oben erläutert, entwickelt, die sich ergebende Eeflektions-Impulsantwort-Funlction integriert und die Impedanz in bezug auf die umgebende Kochsalzlösung unter Verwendung der folgenden angenäherten Gleichung bestimmt:

2t _Λ

(h) /R(a) daastanh (~ In a(t)/3_n) . ₀ d. υ

allgemeiner kann für einen monotonen Anstieg im Impedanzverlauf der folgende Ausdruck mit einer iterativen Technik verwendet werden, um die Gleichung für Glieder höherer Ordnung anzupassen, wenn diese auftreten:

409818/1205 - ±9 -

(5) j¹ R(a)da^C (i lngp/g )
O

j
O

worin C Koeffizienten in der Erweiterung des tanh χ für kleine Werte sind and R₂ .eine Reflektionsantwort der Zahl 2n-i ist.

Aus Fig. 6 geht augenscheinlich hervor, daß die oben beschriebenen Techniken von großer Nützlichkeit sein können bei der Anzeige, Lokalisierung und der quantitativen Messung von'Gewebe von Menschen oder Tieren. Als ein Ergebnis wird die Technik als ein wertvolles Werkzeug für solche Anwendungen angesehen, wie die Diagnose von "intracranial hematomas" (Blutgerinsel) und dergleichen.- .

Ähnliehe Ergebnisse wurden erzielt, wie zuvor erwähnt, bei Versuchen mit Materialien, wie z.B. verbundene Laminate von Fiber, die durch Plastik oder Gummi verstärkt sind»

Zusätzlich Irann die Abtastung der Anzeige entweder mechanisch oder durch elektrischen oder elektronischen Betrieb eines Vielfachfeld es mit Hilfe bekamst er Techniken angewendet werden, um mehrdimensionale Displays herzustellen, die besonders für die oben erwähnten Diagnoseanwendungen zweckdienlich sind.

Weitere Abwandlringen sind dem mit dieser Technik vertrauten Fachmann möglich und werden als innerhalb des Umfangs und des Wesens der Erfindung .fallend betrachtet.

!Patentansprüche;

Claims

Patentansprüche

i^f 1.j Verfahren zur Strahlungsenergiemessung von Impedanz- ^übergängen in Medien, dadurch gekennzeichnet, daß ein Medium mit entlang einer vorbestimmten Richtung abgehender Strahlungswellenenergie bestrahlt wird, daß die Wellenenergie im wesentlichen in entgegengesetzter Richtung von dem Medium als ein Ergebnis von Reflektion an dem Medium, zurückgeführt wird, daß die abgehende und die zurückkehrende Wellenenergie zur Hervorrufung einer sich ergebenden Eeflektions-Impulsantwort-Ifunktion entwickelt wird, daß die Reflektions-Impulsantwort-Funktion zwecks Lieferung eines Maßes für Impulsübergänge in dem Medium integriert wird und daß schließlich die Impulsübergänge auf Mediumeigenschaften zwecks Feststellung der Beschaffenheit des Mediums bezogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Entwicklungsschritt durch wirkungsvollen Empfang der zurückkehrenden Wellenenergie an Abtastzeitpunkten bewirkt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurchgekennzeichnet, daß der Empfang zumindest an zwei Stellen in entlang der vorbestimmten Richtung räumlich voneinander getrennten Ebenen bewirkt wird.

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0 9 8 1 8 / 1 2 0 5

4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die AbtastZeitpunkte im wesentlichen auf die minimale ITyquist-Abtastfrequenz eingestellt werden«

5. Verfahren nach Anspruch. 3» d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Abtastzeitpunkte so ausgewählt werden, daß das erste nicht triviale abgehende Wellenteilbild im wesentlichen ein Maximum hat.

6. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennz e i chn et, daß die Wellenform der bestrahlenden Wellenenergie zur Erzeugung eines relativ kleinen (weniger als 2) ffehlerparameters E eingestellt wird, der im wesentlichen durch den Ausdruck gegeben ist

^E _P - S-n+2 ^(x

worin χ die s-te Wurzel der bestrahlenden Wellenform, X_n+Zj das erste nicht triviale abgehende Wellenteilbild und η eine ganze Zahl ist.

7. Verfahren nach. Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Empfang innerhalb einer bandbegrenzenden Grenzfrequenz bewirkt wird und die bestrahlende Wellenenergie eine im wesentlichen unipolare Impulsform und eine nicht bedeutende Impulsdauer besitzt, um im wesentlichen den Eeziprokwert der bandbegrenzenden Grenzfrequenz zu überschreiten.

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8. Verfahren nach. Anspruch. 5, dadurch, gekennzeichnet, daß die Abtastung im wesentlichen in Übereinstimmung mit den nach Tabelle 1 geltenden Kriterien für den Algorithmus eingestellt wird.

9. Verfahren nach. Anspruch. 1, dadurch. gekennzeichnet, daß die Strahlungswellenenergie akustische Impulsenergie ist.

10. Verfahren nach. Anspruch. 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Impuls im wesentlichen zeitasymmetrisch, eingestellt wird.

11. Verfahren nach Anspruch. 9» daß für seismisch.e und verwandte Anwendungen angepaßt ist_a dadurch, gekenn zeichnet, daß die Schritte zur Bestrahlung mit akustischen Wellen und ihre Rückkehr in einer Anordnung über einem geologischen oder verwandten Medium bewirkt werden«

12. Verfahren nach. Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Entwicklungsschritt durch, wirkungsvollen Empfang der zurückkehrenden akustischen Wellenenergie an AbtastZeitpunkten bewirkt wird.

13· Verfahren nach. Anspruch. 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfang zumindest an zwei Stellen in entlang der vorbestimmten Richtung räumlich, voneinander getrennten Ebenen über dem geologischen oder verwandten Medium bewirkt wird.

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14-. Verfahren nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastzeitpunkte im wesentlichen auf die minimale ITyquist-Abtastfrequenz eingestellt werden.

15° Verfahren nach Anspruch 13_S dadurch gekennzeichnet, daß die AbtastZeitpunkte so ausgewählt werden, daß das erste nicht triviale, zu dem geologischen oder verwandten Medium abgebende akustische Wellenteilbild im wesentlichen ein Maximum hat.

16. Verfahren nach Anspruch 13? dadurch gekennzeichnetj daß die Wellenform der das·geologische oder verwandte Medium bestrahlenden akustischen Wellenenergie zur Erzeugung eines relativ kleinen Eehlerparsmeters E eingestellt wird₉ der im wesentlichen durch den Ausdruck gegeben ist

^EP ■

worin χ die s-te Wurzel der. bestrahlenden akustischen Energiewellenform, x_n+>i das erste nicht triviale abgehende akustische Wellenteilbild und η eine ganze Zahl ist.

17» Verfahren nach Anspruch 13_S dadurch gekennzeichnet, daß der Empfang innerhalb einer bandbegrenzenden akustischen Grenzfrequenz bewirkt wird und die das geologische oder verwandte Medium bestrahlende akustische Wellenenergie im wesentlichen eine unipolare

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Impulsform und eine nicht bedeutende Impulsdauer hat, um im wesentlichen den Reziprokwert der bandbegrenzenden akustischen Grenzfrequenz zu überschreiten.

18. Verfahren nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastung im wesentlichen in Übereinstimmung mit den nach Tabelle 1 geltenden Kriterien für den Algorithmus eingestellt wird.

19« Verfahren nach Anspruch 9» das für eine Peststellung und Diagnostizierung,von Teilen innerhalb von Körpern von Menschen und Tieren angepaßt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte zur Bestrahlung mit akustischen Wellen und ihre Rückkehr durch Anordnung in der Nahe von und über zumindest eines Teils eines solchen Körpermediums bewirkt werden.

20. Verfahren nach Anspruch 19j dadurch gekennzeichnet, daß der Entwicklungsschritt durch wirkungsvollen Empfang der zurückkehrenden akustischen Wellenenergie an AbtastZeitpunkten bewirkt wird»

ο Verfahren nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastzextpunkte im wesentlichen auf die minimale Nyquist-Abtastfrequenz eingestellt werden.

22· Verfahren nach Anspruch 19| dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastzextpunkte so ausgewählt werden, daß das erste nicht triviale, zu dem Körpermedium

409818/1205 ~²⁵~

abgehende akustische Wellenteilbild im wesentlichen ein Maximum hat.

23. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenform der das Körpermedium bestrahlenden akustischen Wellenenergie zur Erzeugung eines relativ kleinen Pehlerparameters E eingestellt wird, der im wesentlichen durch den Ausdruck gegeben ist

P ₂

P * s-n+2 sr Πΐ+'κ »

worin x_ die s-te Wurzel der bestrahlenden akustischen Energiewellenform, X_n+^ das erste nicht triviale abgehende akustische Wellenteilbild und η eine ganze Zahl ist.

24·. Verfahren nach Anspruch 19» dadurch gekenn*- z ei c h η et, daß der Empfang innerhalb einer bandbegrenzenden akustischen Grenzfrequenz bewirkt wird und die das Körpermedium bestrahlende akustische Wellenenergie im wesentlichen eine unipolare Impulsform und eine nicht bedeutende Impulsdauer hat, um im wesentlichen den Eeziprokwert der bandbegrenzenden akustischen Grensfrequenz zu überschreiten.

25· Verfahren nach Anspruch 19» dadurchgekennzeichnet, daß die Abtastung im wesentlichen in Übereinstimmung mit den nach Tabelle 1 geltenden Kriterien für den Algorithmus eingestellt wird.

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26, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, daß die Strahlungsenergie elektromagnetische Energie ist.

27- Verfahren nach. Anspruch. 1, dadurch, gekennzeichnet, daß der Entwicklungsschritt zur Erzeugung eines Integrals nach, im wesentlichen der Form einer der Gleichungen (2),(4·) und (5) bewirkt wird.

28. Verfahren nach. Anspruch. 1, dadurch, gekennzeichnet, daß der Entwicklungsschritt im wesentlichen mit den Kriterien des Algorithmus nach. Gleichung "bewirkt wird.

29..Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 28 für Strahlungsenergiemessung von Impedanzübergängen in Medien, dadurch, gekennzeichnet, daß in Kombination enthalten sind!

a) eine mit Einrichtungen zur Eiclitung von entlang einer vorbestimmten Richtung abgehender Strahlungswellenenergie ausgerüstete Strahlungswellenenergiequelle (1) zwecks Bestrahlung eines Mediums mit dieser Energie 5

b) zwischen der Quelle und dem Medium im Pfad dieser Bestrahlung positionierbare Empfangseinrichtungen (2, 3j 27,27') für die Strahlungswellenenergie zwecks Empfang der in der entgegengesetzten Eich.tung von dem Medium zurückkehrenden reflektierten Energie zumindest an zwei von dem Medium unterschiedlich räumlich, voneinander getrennten Stellen;

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c) mit den Empfangseinrichtungen verbundene Einrichtungen zur Entwicklung der abgehenden und zurückkehrenden Wellenenergie zwecks Erzeugung einer sish ergebenden Beflektions-Impulsantwort-Funktion;

d) auf die Enfrwicklungseinrichtungen ansprechende Einrichtungen zur Integrierung der Reflektions-Impulsantwort-lPunktion zwecks Schaffung eines Maßes für Impulsübergänge in dem Medium und

e) angeschlossene Display-Einrichtungen zur Kennzeichnung der integrierten !funktion und zur Befähigung ihrer Korrelation mit Mediumeigenschaften, zwecks feststellung der Beschaffenheit des Mediums«

Einrichtung nach Anspruch 29,. dadurch gekennz e ich. η e t₉ daß die Quelle (1) Einrichtungen zur Erzeugung von im wesentlichen unipolaren zeitasymmetrischen Impulsen einer solchen Meilenenergie umfaßt,=

ο Einrichtung nach Anspruch 29? dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangs- und Entwicklungseinrichtungen ansprechen auf und gesteuert sind durch Abtasteinrichtung en s die im wesentlichen auf zumindest eine.-der minimalen Hyquist-Abtastfrequensen und auf Abtastzeitpunkte so eingestellt ist, daß das erste nicht triviale, abgehende ¥ellenteilbild im wesentlichen ein Maximum hat.

Einrichtung nach Anspruch 29 »dadurch gekennzeichnet, daß zumindest entweder die Quelle (i) oder die Abtasteinrichtungen mit einer Einstelleinrichtung zur Erzeugung eines relativ kleinen IPehler-

4098 18/1205 .."=-" -28-

parameter E versehen sind, der im wesentlichen durch, den Ausdruck gegeben ist.

* s*«n+2

worin χ die s-te Wurzel der bestrahlenden Wellenform,

χ y. das erste nicht triviale abgehende Well ent eilbild und η eine ganze Zahl ist.

33. Einrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangseinrichtungen mit abgestimmten mehrstufigen Filtereinrichtungen zur Erzeugung einer vorbestimmten bandbegrenzenden Grenzfrequenz und zur Einstellung der nicht großen Impulsdauer der Quelle vorgesehen sind, um den Keziprokwert der bandbegrenzenden Grenzfrequenz im wesentlichen zu überschreiten.

34-. Einrichtung nach Anspruch. 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle und die Empfangseinrichtungen jeweils akustische Wellen übertragende und empfangende Geräte sind.

35· Einrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle und die Empfangseinrichtungen jeweils elektromagnetische Wellen übertragende und empfangende Geräte sind.

36. Einrichtung nach Anspruch. 30» clas für seismische und verwandte Anwendungen geeignet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle und die Empfangseinrichtungen

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Jeweils akustische Wellenenergie übertragen und empfangen und Einrichtungen zur Anordnung der Quelle und Empfangseinrichtungen über eine geologische oder verwandte Mediumoberfläche vorgesehen sind.

37· Einrichtung nach Anspruch 34· zur Verwendung für die Feststellung und Diagnostizierung von Teilen in Körpern von Menschen und Tieren und dergleichen, dadurch g e k enn ζ e i chn'et, daß Einrichtungen zur Anordnung der .Quelle und der Empfangseinrichtungen über zumindest einem vorbestimmten Teil solcher Körper vorgesehen sind.

38. Einrichtung nach Anspruch 37ι dad urr ch gekennzeichn et, daß die Quelle Einrichtungen zur Erzeugung von im wesentlichen unipolaren zeitasymmetrischen akustischen Impulsen umfaßt.

39· Einrichtung nach Anspruch 38, dadurch geke n.nz e i chn et, daß die Empfangs- und Entwicklungseinrichtungen ansprechen auf und gesteuert sind durch Abtasteinrichtungen, die zumindest auf eine der minimalen Hyquist-Abtastfrequenzen und auf Abtastzeitpunkte so eingestellt sind, daß das erste nicht triviale abgehende Wellenteilbild im wesentlichen ein Maximum hat.

40. Einrichtung nach Anspruch 38» dadurch, g e k e η η ζ e ichne t, daß die Quelle mit Einrichtungen zur Einstellung der Wellenform der bestrahlenden akustischen Wellenimpulsenergie zur Erzeugung eines relativ, kleinen

-30-4 0 9 8 18/1205

]?ehlerparameter E versehen ist, der im wesentlichen durch den Ausdruck gegeben ist

Pp

E * 2 _Λ Cx /χ ) . ρ s»n+2 ^v s'na+i' ·

worin χ die s-te Wurzel der bestrahlenden Wellenform, Xjj.yi <ias erste nicht triviale abgehende akustische Wellenimpulsteilbild und η eine ganze Zahl ist.

41. Einrichtung nach Anspruch 38» dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtungen im wesentlichen in Übereinstimmung¹ mit den nach. Tabelle 1 geltenden Kriterien für den Algorithmus eingestellt sind.

Rä/MSi - 25-441

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