RU2028579C1

RU2028579C1 - Method and device for discrete inspection of distances to oscillation source

Info

Publication number: RU2028579C1
Authority: RU
Inventors: М.В. Пасичник
Original assignee: Пасичник Михаил Васильевич
Priority date: 1991-02-21
Filing date: 1991-02-21
Publication date: 1995-02-09

Abstract

FIELD: electronics. SUBSTANCE: at discrete inspection of distances to oscillation radiation source, the signals are received at different distances from the source. Then signals are converted into pulse sequences. The distance is determined from time shift between the sequences. Asymmetry of ordinates of measured correlation function is determined additionally relatively its maximal value. Device has two oscillation detectors 3 and 4, two pulse formers 5,6, pulse oscillator 7, frequency divider 8, shift register 9, two OR gates 10, 13, two coincidence elements 11, 12, pulse counter 14, control unit 15, asymmetry measuring unit 16. EFFECT: improved precision; improved reliability. 2 cl, 4 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к приборостроению и измерительной технике, может быть использовано в горнодобывающей, металлургической и других отраслях для измерения расстояний до источника излучения сейсмических и акустических колебаний, например определения уровня горной массы в подземных емкостях. The invention relates to instrumentation and measuring equipment, can be used in mining, metallurgical and other industries for measuring distances to the radiation source of seismic and acoustic vibrations, for example, determining the level of rock mass in underground tanks.

Известен способ компенсации погрешностей акустического измерителя расстояний, основанный на том, что одновременно излучают акустические измерительные и реперные импульсы, их принимают, усиливают, разделяют во времени, формируют и интегрируют измерительный импульс и определяют расстояние, при этом формируют опорный сигнал, интегрируемый измерительный сигнал пропускают через управляемый усилитель, сравнивают с опорным сигналом, сигналом ошибки сравнения, управляют коэффициентом передачи управляемого усилителя, в момент приема реперного импульса запоминают коэффициент передачи управляемого усилителя, а расстояние определяют по величине проинтегрированного измерительного сигнала на выходе управляемого усилителя. There is a method of compensating for errors of an acoustic distance meter, based on the fact that acoustic measuring and reference pulses are simultaneously emitted, they are received, amplified, separated in time, a measuring pulse is generated and integrated and a distance is determined, and a reference signal is formed, an integrated measuring signal is transmitted through controlled amplifier, compared with a reference signal, a comparison error signal, control the transmission coefficient of a controlled amplifier, at the moment of receiving a reference th pulse stored managed transfer coefficient of the amplifier, and the distance is determined by the value of the integrated measuring signal at the output of amplifier managed.

Этот способ реализован в акустическом измерителе расстояний, содержащем синхронизатор, генератор зондирующих импульсов, излучатель и приемник акустического датчика, реперный отражатель, усилитель, схему разделения реперного и измерительного сигналов, триггеры измерительного и реперного интервалов, интегратор, причем синхронизатор соединен с триггерами реперного и измерительного интервалов, интегратором, схемой разделения реперного и измерительного сигналов, генератором зондирующих импульсов, который соединен с излучателем акустического датчика, а приемник акустического датчика через усилитель и схему разделения реперного и измерительного сигналов соединен с триггерами измерительного и реперного интервалов, выход триггера измерительного интервала соединен с входом интегратора, и снабженным управляемым усилителем, ключом, источником опорного напряжения, схемой сравнения и запоминающим конденсатором, причем управляемый усилитель соединен сигнальным входом с интегратором, выходом - с схемой сравнения, которая соединена с источником опорного напряжения и сигнальным входом ключа, управляющий вход которого соединен с триггером реперного интервала [1]. This method is implemented in an acoustic distance meter containing a synchronizer, a probe pulse generator, an emitter and a receiver of an acoustic sensor, a reference reflector, an amplifier, a separation scheme for the reference and measurement signals, triggers for the measurement and reference intervals, an integrator, the synchronizer being connected to triggers for the reference and measurement intervals , an integrator, a separation scheme for the reference and measuring signals, a probe pulse generator, which is connected to the acoustic emitter sensor, and the receiver of the acoustic sensor through the amplifier and the separation circuit of the reference and measuring signals is connected to the triggers of the measuring and reference intervals, the output of the trigger of the measuring interval is connected to the input of the integrator, and equipped with a controlled amplifier, a key, a reference voltage source, a comparison circuit and a storage capacitor, moreover, the controlled amplifier is connected by a signal input to an integrator, and the output is connected to a comparison circuit that is connected to a reference voltage source and a signal lnym key input, the control input of which is connected to the trigger reference interval [1].

Недостатком этих способа и устройства является необходимость излучения акустических измерительных и реперных импульсов в моменты времени, задаваемые синхронизатором. Это затрудняет возможность компенсации погрешностей в условиях, когда моменты излучения сейсмических и акустических колебаний заранее неизвестны, причем принимаемые сигналы имеют характер случайногно процесса. The disadvantage of this method and device is the need for radiation of acoustic measuring and reference pulses at time instants specified by the synchronizer. This makes it difficult to compensate for errors under conditions when the moments of radiation of seismic and acoustic vibrations are not known in advance, and the received signals have the character of a random process.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ компенсации погрешностей устройства дискретного контроля уровня кусковых материалов в подземных емкостях, реализованный в устройстве [2] и основанный на том, что одновременно принимают сигналы на разном расстоянии от подземной емкости, их усиливают, преобразуют путем двухуровневого квантования в измерительные импульсные последовательности, первую из них задерживают на дискретные интервалы времени, равные периоду тактовых импульсов, а вторую подвергают дискретизации по времени импульсами, период следования которых в целое число раз меньше периода тактовых импульсов, измеряют значения взаимной корреляционной функции импульсных последовательностей по порядковому номеру интервала задержки, на котором значение ординаты корреляционной функции максимально, определяют временной сдвиг между импульсными последовательностями и по нему находят искомую высоту уровня, при этом ординаты корреляционной функции измеряют сперва на первой тактовой частоте на К дискретных интервалах задержки, а затем на второй тактовой частоте в пределах интервала задержки с максимальным значением ординаты корреляционной функции, измеренной на первой тактовой частоте, причем вторая тактовая частота в К раз выше первой. The closest in technical essence to the proposed one is a method of compensating for errors in the device for discrete control of the level of bulk materials in underground tanks, implemented in the device [2] and based on the fact that at the same time they receive signals at different distances from the underground tank, they are amplified, converted by two-level quantization into measuring pulse sequences, the first of them is delayed for discrete time intervals equal to the period of the clock pulses, and the second is subjected to discretization time intervals by pulses, the repetition period of which is an integer number less than the period of clock pulses, measure the cross-correlation function of the pulse sequences by the ordinal number of the delay interval, at which the ordinate of the correlation function is maximum, determine the time shift between the pulse sequences and find the desired height from it level, while the ordinates of the correlation function are measured first at the first clock frequency at K discrete delay intervals, and then at Torah clock frequency within the timed interval with the maximum value of the ordinate of the correlation function measured at the first clock rate, wherein the second clock rate K times higher than the first.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство дискретного контроля уровня кусковых материалов в подземных емкостях, содержащее два датчика сейсмических колебаний, связанных механически через тело горного массива с емкостью и подключенных к измерительному блоку, причем датчики расположены на разном расстоянии от подземной емкости, измерительный блок состотит из первого и второго формирователя импульсов, входы которых подключены через первый и второй входы измерительного блока к первому и второму датчику сейсмических колебаний, генератора тактовых импульсов, делителя частоты, регистра сдвига, элементов совпадения, счетчиков, блока запоминания и обработки, подключенного к выходам счетчиков, причем выход первого формирователя подключен к информационному входу регистра сдвига, выход второго формирователя подключен к первому входу первого элемента совпадения, выход генератора подключен к второму входу первого элемента совпадения и через делитель частоты к тактовому входу регистра сдвига, вторые входы оставшихся элементов совпадения подключены к выходу первого элемента совпадения, а их выходы - к счетным входам счетчиков, выходы переполнения которых подключены к различным входам многовходового элемента ИЛИ, при этом в него введены групповые элементы ИЛИ, подключенные входами к группам выходов регистра сдвига, а выходами через первые ключи и далее через двухвходовые элементы ИЛИ - к первым входам элементов совпадения, число которых и число связанных с ними счетчиков равно квадратному корню из числа контролируемых дискретных уровней, коммутатор выходов, подключенный входами к первым в каждой группе выходам регистра сдвига, второй регистр сдвига, подключенный информационным входом через второй ключ к выходу коммутатора, тактовым входом к генератору, а выходами к вторым входам двухвходовых элементов ИЛИ, и блок управления, через информационные входы которого соединены выходы переполнения счетчиков с входами многовходового элемента ИЛИ, вход синхронизации блока управления соединен с выходом генератора, при этом блок запоминания и обработки снабжен двумя информационными входами, один из которых подключен к выходам переполнения счетчиков, а другой вместе с адресным входом коммутатора - к адресному выходу блока управления, первый выход управления последнего подключен к входам управления первых ключей, второй выход - к входу управления второго ключа, третий выход - к третьим входам элементов совпадения, связанных со счетчиками, четвертый выход - к входу управления блока запоминания и обработки, пятый выход - к входам обнуления счетчиков. Кроме того, блок управления выполнен в виде запоминающего регистра, подключенного информационным входом к информационному входу блока управления, а выходом к его адресному выходу, распределителя импульсов, первого и второго триггеров, элементов совпадения, из которых первый и второй подключены первыми входами к входу синхронизации блока управления, а выходами через элемент ИЛИ к входу распределителя импульсов, второй вход второго элемента совпадения соединен с выходом многовходового элемента ИЛИ, нулевой выход распределителя импульсов подключен к третьему выходу блока управления, первый выход - через третий и четвертый элементы совпадения к входам обнуления и установки первого триггера, соединенным соответственно с входом управления регистра и с четвертым выходом блока управления, второй выход через пятый и шестой элементы совпадения - к входам установки и обнуления второго триггера, третий выход - к второму входу первого элемента совпадения и к пятому выходу блока управления, инверсный и неинверсный выходы первого триггера соединены с вторыми входами пятого и шестого элементов совпадения, а инверсный и неинверсный выходы второго триггера подключены к вторым входам третьего и четвертого элементов совпадения, связанным соответственно с первым и вторым выходами блока управления [2]. Closest to the technical nature of the proposed device is a discrete level control of bulk materials in underground tanks containing two seismic vibration sensors mechanically connected through the body of the rock mass to the tank and connected to the measuring unit, the sensors being located at different distances from the underground capacity, the measuring unit consists of the first and second pulse shapers, the inputs of which are connected through the first and second inputs of the measuring unit to the first and second sensors a bunch of seismic vibrations, a clock generator, a frequency divider, a shift register, matching elements, counters, a storage and processing unit connected to the outputs of the counters, the output of the first driver being connected to the information input of the shift register, the output of the second driver connected to the first input of the first matching element , the generator output is connected to the second input of the first coincidence element and through the frequency divider to the clock input of the shift register, the second inputs of the remaining coincidence elements They are connected to the output of the first coincidence element, and their outputs are connected to the counting inputs of the counters, the overflow outputs of which are connected to the various inputs of the multi-input OR element, while the group elements OR connected to the outputs of the shift register output groups and the outputs through the first keys and further, through two-input OR elements, to the first inputs of coincidence elements, the number of which and the number of counters associated with them are equal to the square root of the number of controlled discrete levels, the output switch connected to moves to the first in each group outputs of the shift register, the second shift register connected by the information input through the second key to the output of the switch, the clock input to the generator, and the outputs to the second inputs of two-input OR elements, and a control unit through the information inputs of which the overflow outputs of the counters are connected with inputs of a multi-input element OR, the synchronization input of the control unit is connected to the output of the generator, while the storage and processing unit is equipped with two information inputs, one of which is connected to counters overflow outputs, and the other, together with the address input of the switch, to the address output of the control unit, the first control output of the latter is connected to the control inputs of the first keys, the second output to the control input of the second key, the third output to the third inputs of matching elements with counters, the fourth output is to the control input of the memorization and processing unit, the fifth output is to the counters zeroing inputs. In addition, the control unit is made in the form of a memory register connected by an information input to the information input of the control unit, and by an output to its address output, a pulse distributor, first and second triggers, coincidence elements, of which the first and second are connected by the first inputs to the block synchronization input control, and the outputs through the OR element to the input of the pulse distributor, the second input of the second matching element is connected to the output of the multi-input element OR, the zero output of the pulse distributor c is connected to the third output of the control unit, the first output through the third and fourth coincidence elements to the inputs of zeroing and setting the first trigger connected respectively to the input of the register control and the fourth output of the control unit, the second output through the fifth and sixth elements of coincidence to the inputs of the installation and zeroing the second trigger, the third output is to the second input of the first match element and to the fifth output of the control unit, the inverse and non-inverse outputs of the first trigger are connected to the second inputs of the fifth and sixth th elements overlap, and inverted and non-inverting outputs of the second flip-flop are connected to second inputs of the third and fourth coincidence elements connected respectively with the first and second outputs of the control unit [2].

Однако известные способ и устройство имеют следующие недостатки. Точность компенсации систематической погрешности, обусловленной дискретизацией сигналов и интервалов задержки, ограничивается длительностью периода следования импульсов на тактовой частоте, в пределах которого находится остаточная погрешность. Повышение точности требует увеличения числа измерительных счетчиков и других, связанных с ними элементов. Кроме того, измерение осуществляется за два цикла, из-за чего снижается быстродействие. However, the known method and device have the following disadvantages. The accuracy of systematic error compensation due to discretization of signals and delay intervals is limited by the duration of the pulse repetition period at the clock frequency, within which the residual error is located. Improving accuracy requires an increase in the number of measuring counters and other related items. In addition, the measurement is carried out in two cycles, which reduces performance.

Цель изобретения - повышение точности компенсации и увеличение быстродействия за счет повышения частоты следования импульсов дискретизации. The purpose of the invention is to increase the accuracy of compensation and increase speed by increasing the repetition rate of sampling pulses.

Это достигается тем, что в способе компенсации погрешностей дискретного измерителя расстояний до источника излучения сейсмоакустических колебаний, основанном на том, что одновременно принимают сигналы на разном расстоянии от источника, их усиливают, преобразуют путем двухуровневого квантования в измерительные импульсные последовательности, первую из них задерживают на дискретные интервалы времени, равные периоду тактовых импульсов, а вторую подвергают дискретизации по времени импульсами, период следования которых меньше периода тактовых импульсов, измеряют значения взаимной корреляционной функции импульсных последовательностей по порядковому номеру интервала задержки, на котором значение ординаты корреляционной функции максимально, определяют временной сдвиг между импульсными последовательностями и по нему находят расстояние. Согласно изобретению дополнительно определяют асимметрию ординат измеренной корреляционной функции относительно ее максимума,а временной сдвиг находят из выражения
θ^* =

j +

T+Δ_н1-Δ_н2, (1) где θ^*- оценка взаимного временного сдвига сигналов;
j - номер дискретного интервала задержки, на котором значение ординаты корреляционной функции максимально (j = 0,1,2,...);
n_j-1, n_j, n_j+1 - дискретные значения ординат взаимной корреляционной функции на (j-1)-м, j-м и (j+1)-м интервалах задержки;
Т - период повторения тактовых импульсов;
Δ_н1, Δ_н2 - корректирующие поправки на величину начального смещения, возникающего при задержке первой и в результате дискретизации второй измерительной импульсной последовательности, задаваемые характеристиками измерителя, Δ_н1 ≅ T/2, Т_о/2 ≅ Δ_н2 < Т_о;
Т_о - период повторения импульсов дискретизации.This is achieved by the fact that in the method of compensating for errors of a discrete distance meter to the radiation source of seismic-acoustic vibrations, based on the fact that at the same time signals are received at different distances from the source, they are amplified, converted by two-level quantization into measuring pulse sequences, the first of which is delayed by discrete time intervals equal to the period of the clock pulses, and the second is subjected to time sampling by pulses, the period of which is less than the period t such as are for pulses measured values of the cross correlation function of the pulse sequences of the sequence number of delay interval in which the ordinate value of the correlation function is maximum, determining a time shift between the pulse sequences and spacing found thereon. According to the invention, the asymmetry of the ordinates of the measured correlation function relative to its maximum is additionally determined, and the time shift is found from the expression
θ ^* =

j +

T + Δ _n1 -Δ _n2 , (1) where θ ^* is the estimate of the mutual time shift of the signals;
j is the number of the discrete delay interval at which the ordinate of the correlation function is maximum (j = 0,1,2, ...);
n _j-1 , n _j , n _{j + 1} - discrete values of the ordinates of the mutual correlation function at the (j-1) th, jth and (j + 1) -th delay intervals;
T is the repetition period of clock pulses;
Δ _n1 , Δ _n2 - correcting corrections for the value of the initial bias arising from the delay of the first and as a result of discretization of the second measuring pulse sequence, defined by the characteristics of the meter, Δ _n1 ≅ T / 2, T _o / 2 ≅ Δ _n2 <T _o ;
T _about - the repetition period of the sampling pulses.

При этом в дискретный измеритель расстояний до источника излучения сейсмоакустических колебаний, содержащий два датчика колебаний, связанных механически через среду с источником, расположенных на разном расстоянии от него и подключенных к измерительному блоку, состоящему из первого и второго формирователя импульсов, входы которых подключены через первый и второй входы измерительного блока к первому и второму датчику сейсмоакустических колебаний, генератора тактовых импульсов, делителя частоты, регистра сдвига, элементов совпадения, счетчиков, двухвходовых схем ИЛИ, число которых равно числу счетчиков, многовходовой схемы ИЛИ, блока управления, соединенного информационным входом с выходами переполнения счетчиков, а входом синхронизации с выходом генератора, и блока запоминания и обработки результатов, снабженного двумя информационными входами, первый из которых подключен к адресному выходу блока управления, причем выход первого формирователя подключен к информационному входу регистра сдвига, выход второго формирователя подключен к первому входу первого элемента совпадения, выход генератора подключен к второму входу первого элемента совпадения и, через делитель частоты к тактовому входу регистра сдвига, выходы которого соединены с первыми входами оставшихся элементов совпадения, подключенных вторыми входами к выходу первого элемента совпадения, блок управления связан первым управляющим выходом с третьим входом первого элемента совпадения, вторым выходом - с входом управления блока запоминания и обработки результатов и входом обнуления счетчиков, введен блок измерения асимметрии, подключенный информационным входом к выходам переполнения счетчиков, адресным входом к адресному выходу блока управления, информационным выходом к второму информационному входу блока запоминания и обработки, входом синхронизации к выходу генератора, импульсным выходом к входам двухвходовых схем ИЛИ, через которые выходы элементов совпадения связаны со счетными входами счетчиков, первым управляющим входом к первому, а вторым управляющим входом к третьему выходу блока управления, который оснащен вторым входом синхронизации, связанным с управляющим выходом блока измерения асимметрии, при этом выходы регистра сдвига подключены через многовходовую схему ИЛИ к четвертому входу первого элемента совпадения. Блок измерения асимметрии выполнен в виде первого и второго коммутаторов, первого, второго и третьего триггеров, счетчика импульсов, схема ИЛИ-НЕ и элементов совпадения, из которых первый и второй подключены выходами через схему ИЛИ-НЕ к счетному входу счетчика, первыми входами - к инверсным выходам первого и второго триггеров, вторыми входами вместе с импульсным выходом блока измерения асимметрии - к выходу третьего элемента совпадения, каждый i-й информационный вход первого коммутатора подключен к (i-1)-му разряду, а второго коммутатора - к (i+1)-му разряду информационного входа блока измерения асимметрии, адресные входы первого и второго коммутаторов подключены к адресному входу блока, а их выходы - к входам установки соответственно первого и второго триггеров, входы обнуления всех триггеров и счетчика соединены с первым управляющим входом блока, неинверсные выходы первого и второго триггеров подключены к входам четвертого элемента совпадения, кроме того, инверсный выход первого триггера и инверсный выход второго триггера связаны с входами пятого элемента совпадения, подключенного выходом к входу установки третьего триггера, неинверсный выход которого и выходы счетчика соединены с информационным выходом блока измерения асимметрии, первый вход третьего элемента совпадения подключен к второму управляющему входу блока, выход четвертого элемента совпадения подключен к управляющему выходу блока, его третий вход вместе с вторым входом третьего элемента совпадения соединен с входом синхронизации блока. Кроме того, блок управления, содержащий промежуточный регистр, распределитель импульсов, элемент совпадения и схему ИЛИ, подключен информационным входом через преобразователь кода к информационному входу регистра и через первую схему ИЛИ - к первому входу элемента совпадения, первым входом синхронизации - к второму входу элемента совпадения, связанного выходом с первым входом второй схемы ИЛИ, вторым входом синхронизации через вторую схему ИЛИ - к входу распределителя, адресным выходом - к выходу регистра, первым, вторым и третьим управляющим выходами - соответственно к четвертому , первому и второму выходам распределителя импульсов, соединенного третьим и четвертым выходами через третью схему ИЛИ с третьим входом элемента совпадения, а третьим выходом с входом управления регистра. At the same time, in a discrete meter of distances to the radiation source of seismoacoustic vibrations, containing two vibration sensors mechanically coupled through a medium to a source located at different distances from it and connected to a measuring unit consisting of the first and second pulse shapers, the inputs of which are connected through the first and the second inputs of the measuring unit to the first and second sensor of seismic-acoustic vibrations, clock generator, frequency divider, shift register, matching elements, counters, two-input OR circuits, the number of which is equal to the number of counters, a multi-input OR circuit, a control unit connected to the information input with the overflow outputs of the counters, and a synchronization input to the output of the generator, and a storage and processing unit equipped with two information inputs, the first of which is connected to the address output of the control unit, the output of the first driver connected to the information input of the shift register, the output of the second driver connected to the first input of the first element and coincidence, the output of the generator is connected to the second input of the first coincidence element and, through the frequency divider to the clock input of the shift register, the outputs of which are connected to the first inputs of the remaining coincidence elements connected by the second inputs to the output of the first coincidence element, the control unit is connected by the first control output to the third the input of the first coincidence element, the second output - with the control input of the unit for storing and processing the results and the input for resetting the counters, an asymmetry measuring unit is introduced, connected the information input to the overflow outputs of the counters, the address input to the address output of the control unit, the information output to the second information input of the storage and processing unit, the synchronization input to the generator output, the pulse output to the inputs of two-input OR circuits through which the outputs of the matching elements are connected to the counting inputs counters, the first control input to the first, and the second control input to the third output of the control unit, which is equipped with a second synchronization input associated with the control conductive yield asymmetry measuring unit, wherein the outputs of the shift register are connected through a multi-input OR gate to a fourth input of the first matching element. The asymmetry measurement unit is made in the form of the first and second switches, the first, second and third triggers, a pulse counter, an OR-NOT circuit and coincidence elements, of which the first and second are connected by outputs through the OR-NOT circuit to the counter input of the counter, the first inputs to the inverse outputs of the first and second triggers, the second inputs together with the pulse output of the asymmetry measuring unit - to the output of the third coincidence element, each i-th information input of the first switch is connected to the (i-1) th discharge, and the second switch to (i + 1) th category of the information input of the asymmetry measurement unit, the address inputs of the first and second switches are connected to the address input of the unit, and their outputs are connected to the installation inputs of the first and second triggers, respectively, the zeroing inputs of all triggers and the counter are connected to the first control input block, non-inverse outputs of the first and second triggers are connected to the inputs of the fourth match element, in addition, the inverse output of the first trigger and the inverse output of the second trigger are connected to the inputs of the fifth match element, sub input to the installation input of the third trigger, the non-inverse output of which and the outputs of the counter are connected to the information output of the asymmetry measuring unit, the first input of the third coincidence element is connected to the second control input of the block, the output of the fourth coincidence element is connected to the control output of the block, its third input together with the second the input of the third matching element is connected to the synchronization input of the block. In addition, the control unit, containing an intermediate register, a pulse distributor, a matching element and an OR circuit, is connected by an information input through a code converter to the register information input and through the first OR circuit to the first input of the matching element, the first synchronization input to the second input of the matching element associated with the output with the first input of the second OR circuit, the second synchronization input through the second OR circuit - to the input of the distributor, the address output - to the register output, the first, second and third control output outputs, respectively, to the fourth, first and second outputs of the pulse distributor, connected by the third and fourth outputs through the third OR circuit with the third input of the coincidence element, and the third output with the register control input.

Сопоставительный анализ показывает, что предлагаемые способ и устройство отличаются от прототипа измерением асимметрии ординат корреляционной функции относительно ее максимума, определением временного сдвига сигналов с учетом относительной величины асимметрии. изменением состава и взаимосвязи элементов. Comparative analysis shows that the proposed method and device differ from the prototype in measuring the asymmetry of the ordinates of the correlation function relative to its maximum, determining the temporal shift of the signals taking into account the relative magnitude of the asymmetry. a change in the composition and relationship of the elements.

Таким образом, предлагаемый способ и устройство соответствуют критерию "новизна". Thus, the proposed method and device meet the criterion of "novelty."

Сравнение предлагаемых технических решений с прототипом и другими техническими решениями в данной области техники показывает, что в известных решениях временной сдвиг сигналов от обоих датчиков, характеризующий расстояние до источника излучения сейсмических и акустических колебаний, определяется сперва в пределах суммы К дискретных интервалов задержки, а затем в пределах одного из интервалов, но на повышенной в К раз тактовой частоте. В предлагаемом техническом решении точность компенсации погрешности дискретности повышается благодаря дополнительной информации об асимметрии ординат измеренной корреляционной функции сигналов, а быстродействие - за счет того, что результат выдается за один цикл измерения вместо двух циклов по прототипу. Введение в предлагаемые способ и устройство новых признаков обеспечивает повышение точности компенсации, исключает зависимость остаточной погрешности дискретности от числа измерительных счетчиков, при этом результат измерения достигается в два раза быстрее, чем в прототипе. Следовательно, предложенные технические решения соответствуют критерию "существенные отличия". A comparison of the proposed technical solutions with the prototype and other technical solutions in this technical field shows that in the known solutions the time shift of the signals from both sensors, characterizing the distance to the radiation source of seismic and acoustic vibrations, is determined first within the sum K of discrete delay intervals, and then in within one of the intervals, but at a clock frequency increased by a factor of K. In the proposed technical solution, the accuracy of compensation for the discreteness error is increased due to additional information about the ordinate asymmetry of the measured correlation function of the signals, and the speed is due to the fact that the result is displayed in one measurement cycle instead of two prototype cycles. Introduction to the proposed method and device of new features provides an increase in the accuracy of compensation, eliminates the dependence of the residual discreteness error on the number of measuring counters, while the measurement result is achieved two times faster than in the prototype. Therefore, the proposed technical solutions meet the criterion of "significant differences".

На фиг.1 показано расположение датчиков относительно источника сейсмоакустических колебаний; на фиг.2 - схема дискретного измерителя расстояний, реализующего предлагаемый способ; на фиг.3 и 4 - графики, поясняющие работу способа и устройства, а также показывающие характер и пределы изменения погрешности до и после компенсации. Figure 1 shows the location of the sensors relative to the source of seismic acoustic vibrations; figure 2 - diagram of a discrete distance meter that implements the proposed method; figure 3 and 4 are graphs explaining the operation of the method and device, as well as showing the nature and extent of the change in error before and after compensation.

Предлагаемый способ включает следующие операции: одновременный прием сигналов на разном расстоянии от источника, их усиление, преобразование путем двухуровневого квантования в измерительные импульсные последовательности, задержку первой из них на дискретные интервалы времени, равные периоду тактовых импульсов, дискретизацию второй, сдвинутой по времени последовательности импульсами с меньшим чем у тактовых импульсов периодом следования, измерение ординат взаимной корреляционной функции импульсных последовательностей на интервалах задержки, измерение асимметрии ординат корреляционной функции относительно ее максимума, оценку по выражению (1) взаимного временного сдвига принятых сигналов и определение по этому сдвигу искомого расстояния. The proposed method includes the following operations: simultaneous reception of signals at different distances from the source, their amplification, conversion by two-level quantization into measuring pulse sequences, the delay of the first of them at discrete time intervals equal to the period of the clock pulses, sampling of the second time-shifted sequence of pulses with shorter than for clock pulses the repetition period, the measurement of the ordinates of the mutual correlation function of the pulse sequences per interval axes of delay, measurement of the asymmetry of the ordinates of the correlation function relative to its maximum, an estimate from the expression (1) of the mutual time shift of the received signals, and determination of the desired distance from this shift.

Источниками излучения сейсмических и акустических колебаний могут быть, например, подземная технологическая емкость для промежуточного накопления и хранения горной массы, в которой колебания возбуждаются на уровне заполнения ударами падающего кускового материала, подземные коммуникации, используемые для транспортирования жидких и газообразных продуктов под избыточным давлением и излучающие шумы в местах повреждения, человек, находящийся под снежным или иным завалом и подающий аварийные сигналы, и другие объекты. Между источником 1 сейсмических и акустических колебаний, находящимся в точке А, существует механическая связь через физическую среду 2 (например, через тело горного массива) с датчиками 3 и 4, установленными в точках В и С. Датчик 3 размещен на кратчайшем расстоянии АВ от источника 1, а датчик 4 - на известном расстоянии ВС от датчика 3 (при этом АВ < АС). Датчики 3 и 4 соединены электрически с измерительным блоком. The sources of radiation of seismic and acoustic vibrations can be, for example, an underground technological capacity for intermediate accumulation and storage of rock mass, in which vibrations are excited at the level of filling by impacts of falling bulk material, underground utilities used to transport liquid and gaseous products under excessive pressure and emitting noise in places of damage, a person who is under a snow or other blockage and gives alarms, and other objects. Between the source 1 of seismic and acoustic vibrations located at point A, there is a mechanical connection through the physical medium 2 (for example, through the body of the rock mass) with sensors 3 and 4 installed at points B and C. Sensor 3 is located at the shortest distance AB from the source 1, and the sensor 4 - at a known distance of the aircraft from the sensor 3 (while AB <AC). Sensors 3 and 4 are electrically connected to the measuring unit.

Кроме датчиков 3 и 4 дискретный измеритель расстояний, осуществляющий предлагаемый способ, содержит подключенные к датчикам формирователи 5 и 6 прямоугольных импульсов, выполненные в виде усилителя и триггера Шмитта (при необходимости в их состав включается полосовый фильтр), генератор 7 импульсов, подключенный через делитель частоты 8 к тактовому входу регистра сдвига 9, который связан информационным входом с выходои формирователя 5, а выходами - через схему ИЛИ 10 с входом элемента совпадения 11, подключенного другими входами к выходу формирователя 6 и генератору 7, а выходом через элементы 12 совпадения и схему ИЛИ 13 к счетным входам счетчиков 14, причем элементы 12 соединены входами с выходами регистра 9, блок 15 управления, блок 16 измерения асимметрии и блок 17 запоминания и обработки результатов измерения, подключенный первым информационным входом вместе с адресным входом блока 16 к адресному выходу блока 15, вторым информационым входом к информационному выходу блока 16, информационные входы блоков 15 и 16 соединены с выходами переполнения счетчиков 14, первый вход синхронизации блока 15 и вход синхронизации блока 16 - с выходом генератора 7. Блок 15 управления содержит преобразователь кода 18, схему ИЛИ 19, входы которых соединены с информационным входом блока 15, выход преобразователя 18 подключен к информационному входу промежуточного регистра 20, связанного своим выходом с адресным выходом блока 15, элемент 21 совпадения, схему ИЛИ 22, распределитель импульсов 23, подключенный четвертым выходом через первый управляющий выход блока 15 к первому управляющему входу блока 16, к входу элемента 11 и через схему ИЛИ 24 к входу элемента 21, связанного другими входами с выходом схемы ИЛИ 19 и первым входом синхронизации блока 15, а выходом через схему ИЛИ 22 подключенным другим входом к второму входу синхронизации блока 15 с входом распределителя импульсов 23, третий вход которого подключен к управляющему входу регистра 20 и входу схемы ИЛИ 24, его второй выход через третий выход блока 15 - к второму управляющему входу блока 16, а первый выход распределителя 23 через второй выход блока 15 - к управляющему входу блока 17 и к входам обнуления счетчиков 14. Блок 16 измерения асимметрии состоит из коммутаторов (мультиплексоров) 25 и 26, подключенных адресными входами к адресному входу блока 16, триггеров 27, 28 29, элементов совпадения 30 - 34, схемы ИЛИ-НЕ 35 и счетчика 36, информационные выходы которого и выход триггера 29 подключены к информационному выходу блока 16, вход синхронизации которого соединен с входами элементов 30 и 31 совпадения, первый управляющий вход - с входами обнуления триггеров 27, 28, 29 и счетчика 36, второй управляющий вход - с входом элемента 31 совпадения, связанного выходом через элементы 33, 34 совпадения, и далее через схему ИЛИ-НЕ 35 со счетным входом счетчика 36, а через импульсный выход блока 16 с вторыми входами схемы ИЛИ 13, каждый i-й информационный вход коммутатора 25 подключен к (i-1)-му разряду, а коммутатора 26 - к (i+1)-му разряду информационного входа блока 16, входы установки триггеров 27 и 28 подключены к выходам коммутаторов 25 и 26, их инверсные выходы - к входам элементов 33 и 34, неинверсные выходы - к входам элемента 30, соединенного выходом через управляющий выход блока 16 со вторым входом синхронизации блока 15, неинверcный выход триггера 27 и инверсный выход триггера 28 связаны через элемент 32 с входом установки триггера 29. In addition to sensors 3 and 4, a discrete distance meter that implements the proposed method includes rectangular pulse shapers 5 and 6 connected to the sensors, made in the form of an amplifier and Schmitt trigger (if necessary, a band-pass filter is included in their composition), a 7 pulse generator connected via a frequency divider 8 to the clock input of the shift register 9, which is connected by the information input to the outputs of the shaper 5, and the outputs through the OR 10 circuit with the input of the coincidence element 11 connected by other inputs to the output of the shaper the generator 6 and the generator 7, and the output through the matching elements 12 and the OR circuit 13 to the counting inputs of the counters 14, and the elements 12 are connected by the inputs to the outputs of the register 9, the control unit 15, the asymmetry measurement unit 16 and the measurement results storage and processing unit 17 connected the first information input together with the address input of block 16 to the address output of block 15, the second information input to the information output of block 16, the information inputs of blocks 15 and 16 are connected to the overflow outputs of the counters 14, the first synchronization input block 15 and the synchronization input of block 16 - with the output of the generator 7. The control unit 15 contains a code converter 18, an OR 19 circuit, the inputs of which are connected to the information input of the block 15, the output of the converter 18 is connected to the information input of the intermediate register 20, connected by its output to the address output block 15, coincidence element 21, OR circuit 22, pulse distributor 23, connected by a fourth output through the first control output of block 15 to the first control input of block 16, to the input of element 11 and through the OR circuit 24 to the input of element 21, s associated with other inputs with the output of the OR circuit 19 and the first synchronization input of block 15, and the output through the OR circuit 22 connected by another input to the second synchronization input of block 15 with the input of the pulse distributor 23, the third input of which is connected to the control input of the register 20 and the input of the OR circuit 24 , its second output through the third output of block 15 is to the second control input of block 16, and the first output of the distributor 23 through the second output of block 15 is to the control input of block 17 and to the inputs of zeroing counters 14. Block 16 of the asymmetry measurement consists of mmutators (multiplexers) 25 and 26 connected by address inputs to the address input of block 16, triggers 27, 28 29, matching elements 30 - 34, OR-NOT 35 and counter 36, the information outputs of which and the output of trigger 29 are connected to the information output of the block 16, the synchronization input of which is connected to the inputs of the coincidence elements 30 and 31, the first control input - with the zeroing inputs of the triggers 27, 28, 29 and the counter 36, the second control input - with the input of the coincidence element 31 connected by the output through the coincidence elements 33, 34, and further through the OR-NOT 3 scheme 5 with the counter counter input 36, and through the pulse output of block 16 with the second inputs of the OR 13 circuit, each i-th information input of the switch 25 is connected to the (i-1) th discharge, and the switch 26 to (i + 1) - category of the information input of block 16, the installation inputs of the triggers 27 and 28 are connected to the outputs of the switches 25 and 26, their inverse outputs are connected to the inputs of the elements 33 and 34, non-inverse outputs are connected to the inputs of the element 30 connected by the output through the control output of the block 16 to the second input synchronization block 15, the inverted output of the trigger 27 and the inverse output of the trigger 28 is connected s through element 32 with the trigger installation input 29.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Излучаемые источником 1 сейсмические и акустические колебания распространяются в физической среде 2, окружающей источник 1, и возбуждают в датчиках 3 и 4 электрические сигналы. В приближенном к источнику датчике 3 сигнал появляется раньше, чем в отдаленном датчике 4. Временной сдвиг сигналов, определяемый разностью хода сейсмических и акустических лучей через среду 2 от точки А до точек В и С, где установлены датчики 3 и 4. функционально связан с расстоянием между датчиком 3 и источником 1 колебаний. Чем больше расстояние АВ при фиксированном базовом расстоянии ВС, тем меньше разность хода сейсмических и акустических лучей и соответственно короче время сдвига сигнала отдаленного датчика 4 относительно сигнала ближнего датчика 3. Сигналы, поступающие от датчиков 3 и 4 в измерительный блок, по своей структуре идентичны, поскольку излучаются общим для обоих датчиков источником 1 колебаний. Полезные сигналы от датчиков 3 и 4, которые могут искажаться помехами, физически связаны между собой взаимным временным сдвигом, что позволяет выделить их из смеси с помехами и измерить величину указанного сдвига путем совместной корреляционной обработки сигналов. При цифровом измерении временного сдвига возникают погрешности, обусловленные преобразованием сигналов и представлением непрерывных величин через их дискретные отсчеты. Первая составляющая систематической погрешности образуется при формировании дискретных интервалов задержки, вторая - при дополнительной временной дискретизации сигнала, третья - это разность между оценкой взаимного временного сдвига принятых сигналов, выраженной числом дискретных интервалов задержки, и истинным значением этого сдвга. Первые две составляющие постоянны, их значения определяются характеристиками измерителя. Значение третьей составляющей зависит от значения измеряемого временного сдвига.Сигналы от датчиков 3 и 4 поступают на формирователи 5 и 6, где усиливаются и преобразуются посредством двухуровневого квантования, осуществляемого с помощью триггера Шмитта, в измерительную импульсную последовательность. Амплитуда импульсов последовательности постоянна и соответствует уровню логической единицы, а их длительность и скважность меняется в зависимости от параметров входного сигнала. В формирователях 5 и 6 может осуществляться фильтрация сигналов с целью лучшего выделения полезного сигнала. С выхода формирователя 5 сигнал поступает на информационный вход регистра сдвига 9 непосредствено либо через схему коррекции начального смещения первой измерительной импульсной последовательности относительно тактовых импульсов (не показано). На регистре 9 осуществляется задержка сигнала с интервалом, равным периоду Т тактовых импульсов, поступающих на тактовый вход от генератора 7 через делитель частоты 8. При наличии на информационном входе единичного сигнала в нулевой разряд регистра 9 записываются единицы, а при их отсутствии - нули. По мере продвижения сигналов логических единиц и нулей по регистру 9 эти сигналы последовательно появляются на его разрядных выходах, откуда поступают на входы элементов совпадения 12 и через схему ИЛИ 10, на вход элемента 11. The seismic and acoustic vibrations emitted by source 1 propagate in the physical medium 2 surrounding source 1 and excite electrical signals in sensors 3 and 4. In the sensor 3, which is close to the source, the signal appears earlier than in the remote sensor 4. The temporal shift of the signals, determined by the difference in the travel of the seismic and acoustic rays through medium 2 from point A to points B and C, where sensors 3 and 4 are installed, is functionally related to the distance between the sensor 3 and the source 1 of the oscillations. The greater the distance AB at a fixed base distance of the aircraft, the smaller the difference in the travel of seismic and acoustic rays and, accordingly, the shorter the shift time of the signal from the remote sensor 4 relative to the signal from the near sensor 3. The signals from the sensors 3 and 4 to the measuring unit are identical in structure, since they are emitted by a common source of oscillation 1 for both sensors. Useful signals from sensors 3 and 4, which may be distorted by noise, are physically interconnected by a mutual time shift, which allows them to be separated from the mixture with noise and measure the magnitude of the specified shift by means of joint correlation signal processing. When digitally measuring the time shift, errors arise due to the conversion of the signals and the presentation of continuous quantities through their discrete samples. The first component of the systematic error is formed during the formation of discrete delay intervals, the second with additional time sampling of the signal, the third is the difference between the estimated mutual time shift of the received signals, expressed as the number of discrete delay intervals, and the true value of this shift. The first two components are constant, their values are determined by the characteristics of the meter. The value of the third component depends on the value of the measured time shift. The signals from the sensors 3 and 4 are fed to the shapers 5 and 6, where they are amplified and converted by means of two-level quantization, carried out using the Schmitt trigger, into a measuring pulse sequence. The amplitude of the sequence pulses is constant and corresponds to the level of a logical unit, and their duration and duty cycle varies depending on the parameters of the input signal. In shapers 5 and 6, signal filtering can be carried out in order to better highlight the useful signal. From the output of the shaper 5, the signal is fed to the information input of the shift register 9 either directly or through the correction circuit of the initial displacement of the first measuring pulse sequence relative to clock pulses (not shown). On the register 9, the signal is delayed at an interval equal to the period T of clock pulses supplied to the clock input from the generator 7 through the frequency divider 8. If there is a single signal at the information input, units are written to the zero bit of register 9, and if they are absent, zeros are written. As the signals of logical units and zeros move along register 9, these signals sequentially appear on its bit outputs, from where they arrive at the inputs of matching elements 12 and through the OR circuit 10, at the input of element 11.

На вторые входы элементов 12 одновременно подаются группы импульсов от генератора 7 через элемент 11, если он открыт единичными сигналами с выхода схемы ИЛИ 10, с первого управляющего выхода блока 15 и импульсами второй измерительной последовательности, поступающей с выхода формирователя 6. Тем самым эта измерительная импульсная последовательность подвергается на элементе 11 дополнительной временной дискретизации импульсами от генератора 7, период следования которых равен То<Т, с целью последующего цифрового измерения ординат взаимной корреляционной функции и их асимметрии с заданной точностью. С выходов элементов 12 группы импульсов поступают через схему ИЛИ 13 на счетные входы счетчиков 14. Интенсивность появления импульсов (среднее число импульсов за единицу времени) максимальна на том интервале задержки и соответственно на выходе того элемента 12, на котором происходит совпадение сигнала от датчика 3 , задержанного регистром 9, с одноименным сигналом от датчика 4. Поэтому счетчик 14 на данном интервале задержки переполняется в процессе измерения раньше других. Номер переполнения счетчика 14 определяет число интервалов (тактов) задержки, соответствующее значению временного сдвига сигналов с учетом погрешности дискретности, равной ± Т/2. Сигналы с выходов переполнения счетчиков 14 подаются на информационные входы блока 15 управления и блока 16 измерения асимметрии. Результат измерения обрабатывается блоком 17 запоминания и обработки, на первый информационный вход которого поступает код номера переполненного счетчика 14 с адресного выхода блока 15, а на второй информационный вход - дополнительная информация с информационного выхода блока 16 о значении и знаке разности чисел импульсов, накопленных смежными с переполненным счетчиками. The second inputs of the elements 12 are simultaneously supplied with groups of pulses from the generator 7 through the element 11, if it is opened by single signals from the output of the OR circuit 10, from the first control output of the block 15 and pulses of the second measuring sequence coming from the output of the shaper 6. Thus, this measuring pulse the sequence is subjected to an element 11 of additional time discretization by pulses from the generator 7, the repetition period of which is equal to To <T, for the purpose of subsequent digital measurement of the ordinates of the mutual correlation relational functions and their asymmetries with a given accuracy. From the outputs of elements 12, groups of pulses arrive through the OR circuit 13 to the counting inputs of the counters 14. The intensity of the appearance of pulses (average number of pulses per unit time) is maximum in that delay interval and, accordingly, at the output of that element 12 where the signal from sensor 3 coincides, delayed by register 9, with the same signal from sensor 4. Therefore, counter 14 at this delay interval is overflowed during the measurement process before the others. The counter overflow number 14 determines the number of delay intervals (ticks) corresponding to the value of the time shift of the signals, taking into account the discreteness error of ± T / 2. The signals from the outputs of the overflow of the counters 14 are fed to the information inputs of the control unit 15 and the asymmetry measurement unit 16. The measurement result is processed by the storage and processing unit 17, the first information input of which receives the number code of the overflow counter 14 from the address output of the block 15, and the second information input receives additional information from the information output of the block 16 about the value and sign of the difference in the numbers of pulses accumulated adjacent to crowded with counters.

Сигнал переполнения любого из счетчиков 14 поступает через информационный вход блока 15 на преобразователь кода 18 и через схему ИЛИ 19 на вход элемента 21, на другой вход которого в это время подается единичный сигнал с четвертого выхода распределителя 23 импульсов через схему ИЛИ 24. Через открытый элемент 21 и схему ИЛИ 22 с первого входа синхронизации блока 15 проходит первый синхронизирующий импульс, переключающий распределитель 23 в состояние, когда единичный сигнал исчезает на четвертом и появляется на его третьем выходе. При этом прекращается поступление импульсов с выхода элемента 11, так как он закрывается нулевым сигналом, поступающим через первый управляющий выход блока 15 с четвертого выхода распределителя 23, и тем самым фиксируется состояние счетчиков 14 с сигналом переполнения одного из них. Единичный сигнал с третьего выхода распределителя 23 поступает на вход элемента 21 через схему ИЛИ 24 и на управляющий вход регистра 20, в котором запоминается код номера переполненного счетчика 14, формируемый преобразователем кода 18. Второй синхронизирующий импульс переводит распределитель 23 в состояние, при котором единичный сигнал появляется только на его втором выходе, откуда подается на третий выход блока 15 управления. Поступление импульсов на распределитель 23 с первого входа синхронизации блока 15 прекращается на время измерения асимметрии, поскольку элемент 21 закрыт нулевым сигналом с выхода схемы ИЛИ 24. Исходное состояние блока 16 измерения асимметрии устанавливается единичным сигналом, поступающим с первого выхода блока 15 через первый управляющий вход блока 16 на входы обнуления триггеров 27, 28, 29 и счетчика 36. С адресного выхода блока 15 через адресный вход блока 16 на адресные входы коммутаторов 25 и 26 подается код j-го счетчика 14, переполненного раньше других в данном цикле измерения. Учитывая, что информационный вход блока 16 подключен к информационным входам коммутаторов 25 и 26 со смещением номеров разрядов соответственно на +1 и на -1, выходы коммутаторов соединяются согласно коду j-го счетчика через информационный вход блока 16 с выходами переполнения (j-1)-го и (j+1)-го счетчиков 14. The overflow signal of any of the counters 14 enters through the information input of block 15 to the code converter 18 and through the OR circuit 19 to the input of element 21, the other input of which at that time is supplied with a single signal from the fourth output of the pulse distributor 23 through the OR circuit 24. Through an open element 21 and the OR circuit 22 from the first synchronization input of block 15, a first synchronizing pulse passes, switching the distributor 23 to the state where a single signal disappears at the fourth and appears at its third output. This stops the flow of pulses from the output of element 11, since it is closed by a zero signal coming through the first control output of block 15 from the fourth output of the distributor 23, and thereby the status of counters 14 with an overflow signal of one of them is fixed. A single signal from the third output of the distributor 23 is fed to the input of the element 21 through the OR circuit 24 and to the control input of the register 20, which stores the number code of the overflow counter 14 generated by the code converter 18. The second synchronizing pulse puts the distributor 23 into a state in which the unit signal appears only on its second output, from where it is supplied to the third output of the control unit 15. The pulses to the distributor 23 from the first synchronization input of block 15 are stopped during the asymmetry measurement, since element 21 is closed by a zero signal from the output of the OR circuit 24. The initial state of the asymmetry measurement block 16 is set by a single signal from the first output of block 15 through the first control input of the block 16 to the inputs of zeroing triggers 27, 28, 29 and counter 36. From the address output of block 15 through the address input of block 16 to the address inputs of the switches 25 and 26, the code of the j-th counter 14 is overflowed before ugih in this measurement cycle. Considering that the information input of block 16 is connected to the information inputs of switches 25 and 26 with a shift of the bit numbers by +1 and -1, the outputs of the switches are connected according to the code of the jth counter through the information input of block 16 with overflow outputs (j-1) th and (j + 1) th counters 14.

В момент поступления единичного сигнала с третьего выхода блока 15 через второй управляющий вход блока 16 на вход элемента 31 через него начинают проходить импульсы с входа синхронизации блока 16 на входы элементов совпадения 33,34 и через импульсный выход блока 16 и схему ИЛИ 13 на счетные входы всех счетчиков 14. При этом,поскольку элементы совпадения 33 и 34 открыты единичными сигналами с инверсных выходов триггеров 27 и 28, импульсы проходят через них на входы схемы ИЛИ-НЕ 35, на выходе которой импульсы появляются при их наличии только на одном из ее входов. При переполнении (j-1)-го [либо (j+1)-го] счетчика 14 единичный сигнал, поступающий с его выхода переполнения через коммутатор 25 (26), переключает триггер 27 (28), в результате чего закрывается элемент совпадения 33 (34) нулевым сигналом инверсного выхода триггера 27 (28). С этого момента импульсы продолжают поступать только на один из входов схемы ИЛИ-НЕ 35 и счетчик 36 начинает подсчет его выходных импульсов. В зависимости от очередности поступления сигналов переполнения и соответственно переключения триггеров 27 и 28 триггер 29 либо переключается сигналом с выхода элемента совпадения 32 (если первым переключается триггер 27), либо остается в исходном состоянии (если первым переключается триггер 28). Значение сигнала на выходе триггера 29 определяют знак измеряемой асимметрии. При переполнении второго, смежного с j-тым, счетчика 14 единичным сигналом с его выхода переполнения переключается второй из триггеров 27 и 28, в результате чего прекращается поступление импульсов на счетчик 36. Результат измерения асимметрии подается с информационного выхода счетчика 36 и триггера 29 через информационный выход блока 16 на второй информационный вход блока 17. При этом единичные сигналы с неинверсных выходов триггеров 27 и 28 открывают элемент совпадения 30, через который проходят импульсы с входа синхронизации на второй управляющий выход блока 16 и далее через второй вход синхронизации блока 15 и схему ИЛИ 22 на вход распределителя 23 импульсов. At the time of the arrival of a single signal from the third output of block 15, through the second control input of block 16 to the input of element 31, pulses begin to pass through it from the synchronization input of block 16 to the inputs of coincidence elements 33.34 and through the pulse output of block 16 and the OR circuit 13 to the counting inputs all counters 14. Moreover, since coincidence elements 33 and 34 are opened by single signals from the inverse outputs of flip-flops 27 and 28, pulses pass through them to the inputs of the OR-NOT 35 circuit, at the output of which pulses appear when they are present only on one of its moves. When the (j-1) th [or (j + 1) th] counter 14 is overflowed, a single signal coming from its overflow output through the switch 25 (26) switches the trigger 27 (28), as a result of which the coincidence element 33 is closed (34) the zero signal of the inverse output of the trigger 27 (28). From this moment on, pulses continue to arrive at only one of the inputs of the OR-NOT 35 circuit and the counter 36 starts counting its output pulses. Depending on the sequence of arrival of the overflow signals and, accordingly, switching the triggers 27 and 28, the trigger 29 is either switched by the signal from the output of the matching element 32 (if the trigger 27 is the first to switch), or remains in the initial state (if the trigger 28 is the first to switch). The value of the signal at the output of the trigger 29 determines the sign of the measured asymmetry. When the second counter adjacent to the jth counter overflows with a single signal from its overflow output, the second of the triggers 27 and 28 switches, as a result of which the pulses to the counter 36 are stopped. The result of the asymmetry measurement is transmitted from the information output of the counter 36 and trigger 29 through the information the output of block 16 to the second information input of block 17. At the same time, single signals from the non-inverse outputs of flip-flops 27 and 28 open a coincidence element 30 through which pulses pass from the synchronization input to the second control sync block output 16 and further through the second input unit 15 and the OR gate 22 to the input of the pulse distributor 23.

Третий синхронизирующий импульс переключает распределитель 23 так, что единичный сигнал на втором выходе исчезает, закрывая тем самым элемент 31 в блоке 16, и появляется на первом выходе распределителя, откуда поступает через второй выход блока 15 на вход управления блока 17 запоминания и обработки результатов и на входы обнудения счетчиков 14. По этому сигналу в блоке 17 фиксируются данные, присутствующие на его информационных входах, а именно код номера переполненного счетчика 14, значение и знак разности чисел импульсов на счетчиках 14, смежных с переполнением счетчиком. Четвертый синхронизирующий импульс переводит распределитель 23 в исходное состояние, при котором единичный сигнал присутствует только на его четвертом выходе. По этому сигналу, поступающему через первый выход блока 15 на вход обнуления триггеров 27, 28, 29 и счетчика 36 в блоке 16 и на вход элемента совпадения 11, завершается текущий и начинается очередной цикл измерения. Элемент 30 закрывается нулевыми сигналами триггеров 27 и 28, поэтому поступление синхронизирующих импульсов на распределитель 23 прекращается до момента переполнения одного из счетчиков 14 в следующем цикле измерения. В блоке 17 осуществляется вычисление согласно выражению (1) временного сдвига сигналов и по нему искомого расстояния до источника сейсмических и акустических колебаний. Для этого в блок 17 предварительно вводятся данные о скорости распространения колебаний в среде 2, расстоянии между датчиками 3 и 4, максимальном значении n_j ординаты корреляционной функции, равном емкости счетчика 14, значениях поправок Δ_н1, Δ_н2 и других.The third clock pulse switches the distributor 23 so that a single signal at the second output disappears, thereby closing the element 31 in block 16, and appears at the first output of the distributor, from where it enters through the second output of block 15 to the control input of the block 17 for storing and processing the results and the inputs of the nulling of the counters 14. According to this signal, in block 17, the data present on its information inputs are recorded, namely, the code number of the overflowed counter 14, the value and sign of the difference in the number of pulses on the counters 14 adjacent with overflow counter. The fourth synchronizing pulse transfers the distributor 23 to its initial state, in which a single signal is present only at its fourth output. By this signal, which passes through the first output of block 15 to the input of zeroing of triggers 27, 28, 29 and counter 36 in block 16 and to the input of coincidence element 11, the current one is completed and the next measurement cycle begins. Element 30 is closed by the zero signals of flip-flops 27 and 28, therefore, the arrival of synchronizing pulses to the distributor 23 stops until one of the counters 14 overflows in the next measurement cycle. In block 17, the calculation according to expression (1) of the temporal shift of the signals and from it the desired distance to the source of seismic and acoustic vibrations is performed. For this, data on the velocity of oscillation propagation in medium 2, the distance between the sensors 3 and 4, the maximum value n _{j of the} ordinate of the correlation function equal to the capacity of the counter 14, the correction values Δ _n1 , Δ _n2 and others are preliminarily entered into block 17.

Значение корректирующей поправки Δ_н1 определяется погрешностью, возникающей при формировании дискретных интервалов задержки на регистре сдвига 9. При подаче импульсов первой измерительной последовательности на информационный вход регистра 9 непосредственно с выхода формирователя 5 они смещаются относительно тактовых импульсов в среднем на величину Т/2. В этом случае значение поправки Δ_н1 = Т/2. Если указанные импульсы поступают на информационный вход регистра 9 через схему предварительной коррекции их начального смещения, то значение поправки Δ_н1≈ 0. Поправка Δ_н2, компенсирующая начальное смещение второй измерительной импульсной последовательности, которое возникает вследствие ее дискретизации на элементе совпадения 11, зависит от скважности импульсов дискретизации. При скважности, равной двум, начальное смещение в среднем равно Т_о/2 и соответственно значение поправки Δ_н2 = = Т_о/2. При увеличении скважности это смещение возрастает (не достигая значения Т_о). Точность компенсации погрешностей определяется точностью измерения ординат взаимной корреляционной функции и их асимметрии, что в свою очередь зависит от частоты следования импульсов дискретизации. С повышением частоты возрастает точность компенсации и соответственно точность результата измерения. Поэтому длительность периода Т_овыбирается исходя из предельно допустимого значения остаточной погрешности дикретности. Если при этом период Т тактовых импульсов выбран из условия, при котором он не превышает половины периода высокочастотной составляющей входного сигнала, то после компенсации всех составляющих систематической погрешности пределы остаточной погрешности, не скомпенсированной в силу ее малости, составляют ± Т_о/2 при среднем значении, равном или близким к нулю, и среднем квадратическом отклонении порядка Т_о/2

.The value of the correction correction Δ _n1 is determined by the error that occurs during the formation of discrete delay intervals on the shift register 9. When applying the pulses of the first measuring sequence to the information input of the register 9 directly from the output of the shaper 5, they are shifted relative to the clock pulses by an average of T / 2. In this case, the correction value Δ _n1 = T / 2. If these pulses arrive at the information input of register 9 through a preliminary correction scheme for their initial displacement, then the correction value Δ _n1 ≈ 0. The correction Δ _n2 , which compensates for the initial displacement of the second measuring pulse sequence, which occurs due to its discretization on coincidence element 11, depends on the duty cycle sampling pulses. When the duty cycle is equal to two, the initial bias is on average equal to T _o / 2 and, accordingly, the correction value Δ _n2 = = T _o / 2. With increasing duty cycle, this shift increases (not reaching the value of T _about ). The accuracy of error compensation is determined by the accuracy of measuring the ordinates of the mutual correlation function and their asymmetry, which in turn depends on the sampling pulse repetition rate. With increasing frequency, the accuracy of compensation increases and, accordingly, the accuracy of the measurement result. Therefore, the duration of the period T _about is selected based on the maximum permissible value of the residual error of decree. If in this case the period T of clock pulses is selected from the condition under which it does not exceed half the period of the high-frequency component of the input signal, then after compensation of all components of the systematic error, the limits of the residual error, not compensated due to its smallness, are ± T _о / 2 with an average value equal to or close to zero, and the standard deviation of the order of T _about / 2

.

В примере, приведенном на фиг.3 и в таблице, показано изменение остаточной погрешности с уменьшением длительности периода Т_о в пределах 1,0-0,0625 мс при фиксированном значении интервала задержки Т = 1 мс ( К= Т/Т_о = 1,2,4,8,16), действительных значениях сдвига θ_о = 9,1 мс и измеряемого расстояния z_о = 28,55 м, значениях поправок Δ_н1 = Т/2, Δ_н2 = T_o/2. В этом примере максимальное число импульсов при всех значениях Т_о накапливается на счетчике N 9. Если учесть только поправку Δ_н1, то без компенсации остальных составляющих систематической погрешности оценка сдвига составляет θ*₁ = 9Т + Δ_н1 = =9,5 ± 0,5мс, а действительная погрешность Δθ₁ = θ*1 _- θ_о = 0,4 мс. Соответственно оценка измеряемого расстояния в этом случае Z*₁ = =26,17 м, пределы погрешности -2,77 . . .+3,03 м, действительная погрешность Z₁* = 26,17-28,55 = -2,38 м. Оценки сдвига θ₂*, полученные после компенсации погрешностей по выражению (1), расстояния Z₂*, значения остаточной погрешности Δθ₂ = θ₂* - θо и ΔZ₂ = Z*₂ - Z_о приведены в таблице.In the example shown in figure 3 and in the table, the change in the residual error with a decrease in the duration of the period T _about in the range of 1.0-0.0625 ms for a fixed value of the delay interval T = 1 ms (K = T / T _about = 1 , 2,4,8,16), the actual values of the shift θ _about = 9.1 ms and the measured distance z _about = 28.55 m, the values of the corrections Δ _n1 = T / 2, Δ _n2 = T _o / 2. In this example, the maximum number of pulses for all values of Т _{о is} accumulated on the counter N 9. If only the correction Δ _{н1 is taken} into account, then without offsetting the remaining components of the systematic error, the shift estimate is θ * ₁ = _9Т + Δ _н1 = 9.5 ± 0, 5ms, and the actual error Δθ ₁ = θ * 1 _- θ _o = 0.4 ms. Accordingly, the assessment of the measured distance in this case is Z * ₁ = 26.17 m, the error limits are 2.77. . . + 3.03 m, actual error Z ₁ * = 26.17-28.55 = -2.38 m. Shear estimates θ ₂ * obtained after compensation of errors by expression (1), distance Z ₂ *, residual values the errors Δθ ₂ = θ ₂ * - θо and ΔZ ₂ = Z * ₂ - Z _о are given in the table.

На фиг.4 показаны пределы и характер изменения погрешности на двух интервалах задержки Т до компенсации (погрешность Δθ₁/Т) и после компенсации (остаточная погрешность Δθ₂/Т) систематической погрешности в зависимости от фазы тактовых импульсов относительно момента совпадения отстающего входного сигнала с опережающим сигналом, задержанным на регистре 9. Изменения погрешности показаны на отрезке временного сдвига θ= =7,8...10,2 мс при изменении действительного значения сдвига θ_очерез 0,1 и частично через 0,05 мс, интервале задержки Т = 1 мс, отношении К = Т/Т_о = 8.Figure 4 shows the limits and nature of the error in two delay intervals T before compensation (error Δθ ₁ / T) and after compensation (residual error Δθ ₂ / T) of the systematic error depending on the phase of the clock pulses relative to the moment of coincidence of the lagging input signal with leading signal delayed at register 9. Changes in the error are shown on the segment of the time shift θ = 7.8 ... 10.2 ms when the actual value of the shift θ _о changes after 0.1 and partially after 0.05 ms, the delay interval T = 1 ms, rel K = T / T _o = 8.

Из примеров видно, что оценки сдвига θ*, полученные из выражения (1), тем ближе к действительным значениям θ_о, чем меньше длительность периода Т_о следования импульсов дискретизации. Повышение точности компенсации погрешностей за счет повышения частоты следования импульсов дискретизации достигается без увеличения числа счетчиков 14, но требует увеличения их емкости (фиг.3). Остаточная погрешность дискретности после компенсации не выходит за пределы ± Т_о/2 при всех значениях периода Т_оимпульсов дискретизации и фазы тактовых импульсов. Среднее арифметическое значение остаточной погрешности Δθ₂ (фиг.4) 0,0072 мс, т.е. |0,0072 мс| << Т_о = 0,125 мс. а ее среднее квадратическое отклонение 0,03 мс ≈ T_o/2

= 0,036 мс.From the examples it is seen that the shift estimates θ * obtained from expression (1), the closer to the actual values of θ _о , the shorter the duration of the period T _{about the} follow of the sampling pulses. Improving the accuracy of error compensation by increasing the repetition rate of sampling pulses is achieved without increasing the number of counters 14, but requires an increase in their capacity (figure 3). The residual discrete error after compensation does not go beyond ± T _o / 2 for all values of the period T _{o of the} sampling pulses and the phase of the clock pulses. The arithmetic average value of the residual error Δθ ₂ (figure 4) 0,0072 ms, i.e. | 0.0072 ms | << T _o = 0.125 ms. and its standard deviation is 0.03 ms ≈ T _o / 2

= 0.036 ms.

Если применяется схема предварительной коррекции начального сдвига первой измерительной импульсной последовательности (не показана) и Δ_н1= 0, то эти величины при указанных выше исходных данных соответственно равны 0,0022 мс << Т_о, 0,04 мс ≈ T_o/2

.If a preliminary correction scheme for the initial shift of the first measuring pulse sequence (not shown) and Δ _n1 = 0 is _applied , then these values with the above initial data are respectively equal to 0.0022 ms << T _o , 0.04 ms ≈ T _o / 2

.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство обеспечивают компенсацию всех составляющих систематической погрешности результата измерения, обусловленных дискретизацией сигналов и интервала задержки опережающего по времени сигнала, а также сокращают время измерения. В отличие от прототипа точность компенсации погрешностей в них не зависит от значения периода следования тактовых импульсов, повышение точности достигается без увеличения числа измерительных счетчиков. Остаточная погрешность после компенсации определяется частотой следования импульсов дискретизации отстающего по времени сигнала, причем ее абсолютное значение не превышает половины периода следования импульсов дискретизации независимо от периода и фазы тактовых импульсов. Thus, the proposed method and device provide compensation for all components of the systematic error of the measurement result due to the discretization of the signals and the delay interval of the time-ahead signal, and also reduce the measurement time. Unlike the prototype, the accuracy of compensation for errors in them does not depend on the value of the repetition period of clock pulses, increasing accuracy is achieved without increasing the number of measuring counters. The residual error after compensation is determined by the repetition rate of the sampling pulses of the time-lag signal, and its absolute value does not exceed half the repetition period of the sampling pulses, regardless of the period and phase of the clock pulses.

Технико-экономический эффект от применения предлагаемых способа и устройства обеспечивается за счет повышения точности определения расстояния до источника излучения сейсмических и акустических колебаний и сокращения времени измерения. The technical and economic effect of the application of the proposed method and device is ensured by increasing the accuracy of determining the distance to the radiation source of seismic and acoustic vibrations and reducing the measurement time.

Claims

METHOD FOR DISCRETE CONTROL OF DISTANCES TO A VIBRATION SOURCE AND A DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION.

1. The method of discrete control of distances to the source of oscillation, in which signals are simultaneously received at different distances from the source, amplified and converted by two-level quantization into measuring pulse sequences, the first of which is delayed for discrete time intervals equal to the period of the clock pulses, and the second is subjected sampling time pulses, the repetition period of which is less than the period of the clock pulses, measure the values of the mutual correlation function of the pulse sequences according to the ordinal number of the delay interval, at which the ordinate of the correlation function is maximum, determine the time shift between the pulse sequences and find the distance from it, which, in order to improve accuracy and increase speed, additionally determine the asymmetry of the ordinates of the measured correlation function of its maximum, and the time shift is found from the expression

where θ ^* is the estimate of the mutual time shift of the signals;
j is the number of the discrete delay interval at which the ordinate of the correlation function is maximum (j = 0, 1, 2, ...);
n _j _- ₁ , n _j , n _j ₊ ₁ - discrete values of the ordinates of the mutual correlation function on the (j - 1) -, j- and (j + 1) -th delay intervals;
T is the repetition period of clock pulses;

- corrective corrections for the value of the initial bias arising from the delay of the first and as a result of discretization of the second measuring sequences, specified by the characteristics of the meter;

T ₀ - the repetition period of the sampling pulses.

2. A device for discrete control of distances to the oscillation source, containing the first and second oscillation sensors connected through the medium to the source, located at different distances from it and connected to the measuring unit, made in the form of the first and second pulse shapers, the inputs of which are connected respectively to the first and a second oscillation sensor, pulse generator, frequency divider connected to the output of the pulse generator, a shift register, the first and second inputs of which are connected respectively to the output the first pulse shaper and the frequency divider, the first OR circuit, to the inputs of which the outputs of the shift register, the first coincidence element are connected, the second and third inputs of which are connected respectively to the outputs of the second pulse shaper and the pulse generator, second coincidence elements, to the first and second inputs of which respectively, the outputs of the shift register and the output of the first coincidence element, second OR circuits, pulse counters, an information storage and processing unit, and a control unit connected are connected to the measuring unit and containing the first and second OR circuits, a coincidence element, a pulse distributor and a register, while the inputs of the first OR are information inputs of the control unit and are connected to the overflow outputs of the pulse counters, the output of the first OR circuit is connected to the second input of the coincidence element, the third the input of which is the synchronization input of the control unit and is connected to the output of the pulse generator, the output of the matching element is connected to the first input of the second OR circuit, the output of which is connected to the input m pulse distributor, the first output of which is the second control output of the control unit and connected to the inputs of zeroing the pulse counters and the control input of the storage and information processing unit, the output of the register is the address output of the control unit and connected to the first information input of the storage and information processing unit, characterized in that, in order to increase accuracy and increase speed, an asymmetry measuring unit is introduced into it, and an additional converter is introduced into the control unit an ode whose input is connected to the information input of the control unit, and a third OR circuit, with the first input of which and the control input of the register connected to the third output of the pulse distributor, the fourth output of which, which is the first control output of the control unit, is connected to the second input of the third OR circuit and the fourth the input of the first matching element of the measuring unit, the output of the first circuit OR measuring unit, the output of the third circuit OR block is connected to the first input of the first matching element of the measuring unit board connected to the first input of the coincidence element of the control unit, the asymmetry measurement unit is made in the form of the first and second switches, the first, second and third triggers, the first, second, third, fourth and fifth elements of coincidence, the circuit OR is NOT and the pulse counter, the output of which and the output of the third trigger are the information output of the asymmetry measurement unit and are connected to the third input of the storage and information processing unit, the first inputs of the first and second switches are the information input asymmetry measurement unit and connected to the outputs of the pulse counters of the measuring unit, the second inputs of the switches are the address input of the asymmetry measurement unit and connected to the output of the control unit register, the outputs of the switches are connected to the installation inputs of the first and second triggers, zeroing inputs of the first, second, third triggers and counter pulses are the first control input of the asymmetry measurement unit and are connected to the output of the control unit register, the outputs of the switches are connected to the inputs of the installation of the first and second triggers, the zeroing inputs of the first, second, third triggers and a pulse counter are the first control input of the asymmetry measuring unit and are connected to the second output of the pulse distributor of the control unit, the non-inverse outputs of the first and second triggers are connected respectively to the third and second inputs of the fourth coincidence element, whose first input and the first input of the third coincidence element are the second control input of the asymmetry measurement unit and are connected to the output of the pulse generator, the output of the fourth matching element is the control output of the asymmetry measuring unit and is connected to the second input of the second OR circuit of the control unit, the inverse outputs of the first and second triggers are connected to the first inputs of the second and first matching elements, the outputs of which are connected OR to the counter input of the counter pulses, the inverse output of the first and the inverse output of the second trigger are connected to the inputs of the fifth coincidence element, the output of which is connected to the installation input of the third trigger, W The second input of the third coincidence element is the synchronization input of the asymmetry measurement unit and is connected to the second output of the pulse distributor of the control unit, the output of the third coincidence element connected to the second input of the second coincidence element is the pulse output of the asymmetry measurement unit and is connected to the second inputs of the second OR circuits of the measurement unit .