RU2124741C1 - Ultrasound computer-aided station - Google Patents

Ultrasound computer-aided station Download PDF

Info

Publication number
RU2124741C1
RU2124741C1 RU97108206A RU97108206A RU2124741C1 RU 2124741 C1 RU2124741 C1 RU 2124741C1 RU 97108206 A RU97108206 A RU 97108206A RU 97108206 A RU97108206 A RU 97108206A RU 2124741 C1 RU2124741 C1 RU 2124741C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
analog
generator
signal processor
digital converter
input
Prior art date
Application number
RU97108206A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU97108206A (en
Inventor
О.В. Козлов
В.И. Коптев
А.И. Савич
Ю.О. Робустов
Original Assignee
Центр службы геодинамических наблюдений в электроэнергетической отрасли Филиал акционерного общества "Институт Гидропроект"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Центр службы геодинамических наблюдений в электроэнергетической отрасли Филиал акционерного общества "Институт Гидропроект" filed Critical Центр службы геодинамических наблюдений в электроэнергетической отрасли Филиал акционерного общества "Институт Гидропроект"
Priority to RU97108206A priority Critical patent/RU2124741C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2124741C1 publication Critical patent/RU2124741C1/en
Publication of RU97108206A publication Critical patent/RU97108206A/en

Links

Landscapes

  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: seismic reconnaissance equipment for investigation of rocks, concrete and other materials. SUBSTANCE: device has vibrator, which is connected to generator of sounding pulses, receiver of vibrations with preliminary and power amplifiers, analog-to-digital converter and computer as device for control, processing and storing information. In addition device has clock oscillator, optical isolation unit, and signal processor. Clock oscillator is connected to circuit for starting signal processor and generator of sounding pulses, which is supplied by high- voltage power supply. Optical isolation unit is connected between clock oscillator and generator of sounding pulses to achieve galvanic isolation. Signal processor, which is connected to computer through interface, sets modes of power amplifier, analog-to-digital converter and is equipped with synchronization unit which is connected to clock oscillator, and buffer memory unit which stores data received from analog-to-digital converter and results of processing. EFFECT: increased functional capabilities. 1 dwg

Description

Изобретение относится к сейсмической разведке и может быть использовано для исследования горных пород, бетона и других материалов. The invention relates to seismic exploration and can be used to study rocks, concrete and other materials.

Известна скважинная цифровая геоакустическая станция [1], содержащая источник и приемник упругих колебаний с усилителем, генератор, устройства управления, обработки и регистрации, аналого-цифровой преобразователь, блок ввода информации, блоки синхронизации и управления, схему начальной установки, три блока памяти, три счетчика, выход каждого из которых подключен к первому входу соответствующего блока памяти, арифметико-логическое устройство, блок памяти дисплея и последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь и электронно-лучевую трубку, при этом вход источника упругих колебаний подключен к выходу генератора, выход приемника упругих колебаний соединен последовательно с входом усилителя и аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с входом устройства обработки, к выходам которого подключены входы арифметического устройства и устройств регистрации и управления, выходы последнего подключены к входам генератора, устройства обработки, аналого-цифрового преобразователя и вторым входам блока памяти, третьи входы которого соединены с выходом арифметического устройства, а выходы с входом арифметико-логического устройства, выходы блока ввода информации подключены к входам арифметического устройства блока синхронизации, выходы которого соединены с входами схемы начальной установки и блока управления, а выходы последнего подключены к входу каждого счетчика, к второму входу каждого из которых подключен выход схемы начальной установки. Known borehole digital geoacoustic station [1], containing a source and receiver of elastic oscillations with an amplifier, a generator, control, processing and recording devices, an analog-to-digital converter, an information input unit, synchronization and control units, an initial installation circuit, three memory units, three a counter, the output of each of which is connected to the first input of the corresponding memory block, an arithmetic-logic device, a display memory block and a digital-to-analog converter and an electron connected in series o-ray tube, while the input of the source of elastic vibrations is connected to the output of the generator, the output of the receiver of elastic vibrations is connected in series with the input of the amplifier and an analog-to-digital converter, the output of which is connected to the input of the processing device, the outputs of which are connected to the inputs of the arithmetic device and registration devices and control, the outputs of the latter are connected to the inputs of the generator, processing device, analog-to-digital Converter and the second inputs of the memory block, the third inputs of which are connected to the output ohm of the arithmetic device, and the outputs with the input of the arithmetic-logic device, the outputs of the information input unit are connected to the inputs of the arithmetic device of the synchronization unit, the outputs of which are connected to the inputs of the initial setup circuit and the control unit, and the outputs of the latter are connected to the input of each counter, to the second input of each from which the output of the initial installation circuit is connected.

Недостатками данного устройства являются невозможность полноценной цифровой обработки сигнала, включая его накопление и фильтрацию, недостаточная помехоустойчивость и оперативность. The disadvantages of this device are the inability to fully digitally process the signal, including its accumulation and filtering, insufficient noise immunity and efficiency.

Известна также скважинная цифровая геоакустическая станция [2], содержащая скважинный источник упругих колебаний, подключенный к генератору, и скважинные приемники упругих колебаний с усилителями, аналого-цифровой преобразователь, устройство управления и регистрации, два блока памяти, цифровую вычислительную машину, блоки синхронизации и ввода информации. Станция дополнительно снабжена схемой запуска, наземными передатчиком и приемником, цифроаналоговым преобразователем, интерфейсами системы излучения и системы приема, времяамплитудным анализатором, мультиплексором, дополнительными скважинными приемниками с усилителями, дешифратором и устройством видеомультипликации, причем вход генератора связан с выходом схемы запуска, вход которой связан с выходом наземного приемника, соединенного радиоволновой связью с наземным передатчиком, вход которого связан с выходом цифроаналогового преобразователя, вход которого связан с выходом интерфейса системы излучения, вход которого связан с первым выходом блока синхронизации, первый вход которого связан с выходом интерфейса системы приема, вход которого связан с выходом второго блока памяти, вход которого связан с выходом аналого-цифрового преобразователя, вход которого связан с выходом времяамплитудного анализатора, вход которого связан с выходом мультиплексора, к входу которого через усилители подключены скважинные приемники упругих колебаний, второй вход блока синхронизации связан с первым выходом устройства управления, вход которого связан с первым выходом блока ввода информации, второй выход блока синхронизации связан с первым входом первого блока памяти, второй вход которого связан с выходом дешифратора, вход которого связан со вторым выходом блока ввода информации, второй выход устройства управления связан со вторым входом цифровой вычислительной машины, первый выход которой связан с входом устройства видеомультипликации, второй выход которой связан с устройством регистрации. Also known is a borehole digital geoacoustic station [2], which contains a borehole source of elastic vibrations connected to a generator and downhole receivers of elastic vibrations with amplifiers, an analog-to-digital converter, a control and recording device, two memory units, a digital computer, synchronization and input units information. The station is additionally equipped with a start-up circuit, a ground-based transmitter and receiver, a digital-to-analog converter, interfaces of a radiation system and a reception system, a time-amplitude analyzer, a multiplexer, additional downhole receivers with amplifiers, a decoder and a video animation device, the generator input being connected to the output of the starting circuit, the input of which is connected to the output of a ground-based receiver connected by radio wave communication with a ground-based transmitter, the input of which is connected to the output of a digital-analogue an educator whose input is connected to the output of the radiation system interface, the input of which is connected to the first output of the synchronization unit, the first input of which is connected to the output of the reception system interface, the input of which is connected to the output of the second memory block, the input of which is connected to the output of the analog-to-digital converter, input which is connected to the output of the time-amplitude analyzer, the input of which is connected to the output of the multiplexer, to the input of which borehole receivers of elastic vibrations are connected through amplifiers, the second input of the synchronization unit The input is connected to the first output of the control device, the input of which is connected to the first output of the information input unit, the second output of the synchronization unit is connected to the first input of the first memory unit, the second input of which is connected to the output of the decoder, the input of which is connected to the second output of the information input unit, second output the control device is connected to the second input of the digital computer, the first output of which is connected to the input of the video animation device, the second output of which is connected to the registration device.

Совпадают с существенными признаками заявляемого изобретения - источник упругих колебаний, подключенный к генератору со схемой запуска, приемники упругих колебаний с усилителями сигнала, аналого-цифровой преобразователь, ЭВМ в качестве устройства управления, обработки и регистрации информации. Поэтому данный аналог, как наиболее близкий к заявляемому, взят за прототип. They coincide with the essential features of the claimed invention — an elastic oscillation source connected to a generator with a start-up circuit, elastic oscillation receivers with signal amplifiers, an analog-to-digital converter, a computer as a device for controlling, processing and recording information. Therefore, this analogue, as the closest to the claimed, is taken as a prototype.

Недостатками прототипа является отсутствие возможности обработки сигналов (цифровой фильтрации, накопления и др.) в режиме "реального времени", что приводит к снижению помехоустойчивости, а также отсутствие возможности операций над числами с плавающей точкой, что ограничивает динамический диапазон регистрации сигнала, аппаратная зависимость длины оцифрованного сигнала от размеров ОЗУ. The disadvantages of the prototype are the lack of the ability to process signals (digital filtering, accumulation, etc.) in the "real time" mode, which leads to a decrease in noise immunity, as well as the lack of the possibility of operations with floating point numbers, which limits the dynamic range of signal registration, the hardware dependence of the length digitized signal from RAM size.

Целью изобретения является улучшение соотношения сигнал - помеха. Ускорение процесса обработки информации и глубинности обследования, что особенно важно при решении инженерно-геофизических задач в условиях строящихся или эксплуатируемых сооружений. The aim of the invention is to improve the signal-to-noise ratio. Acceleration of the processing of information and the depth of the survey, which is especially important when solving engineering and geophysical problems in conditions of buildings under construction or in operation.

Поставленная цель достигается тем, что в ультразвуковую компьютеризированную станцию, содержащую источник упругих колебаний, подключенный к генератору зондирующих импульсов, приемник упругих колебаний с предварительным и основным усилителями, аналого-цифровой преобразователь и ЭВМ в качестве устройства управления, обработки и регистрации информации, вводятся внешний тактовый генератор, узел оптронной развязки и сигнальный процессор, причем тактовый генератор размещен на блоке аналоговых устройств и связан со схемой запуска сигнального процесса и генератором зондирующих импульсов, который питается от источника высокого напряжения; узел оптронной развязки, который также размещен на блоке аналоговых устройств, связывает тактовый генератор и генератор зондирующих импульсов и обеспечивает их гальваническую развязку, а сигнальный процессор, размещенный на блоке цифровой обработки и управления и связанный через интерфейс с управляющей ЭВМ, устанавливает режимы основного усилителя, аналого-цифрового преобразователя и оснащен узлом синхронизации, связанным с тактовым генератором на блоке аналоговых устройств, и буферной памятью, в которой накапливаются данные, поступающие с аналого-цифрового преобразователя, и результаты обработки. This goal is achieved by the fact that in an ultrasonic computerized station containing an elastic oscillation source connected to a probe pulse generator, an elastic oscillation receiver with preliminary and main amplifiers, an analog-to-digital converter and a computer as an information control, processing and recording device, an external clock a generator, an optocoupler isolation unit and a signal processor, the clock generator being located on the block of analog devices and connected to the signal trigger circuit Nogo process and sounding pulse generator, which is powered by a high voltage source; the optocoupler isolation unit, which is also located on the block of analog devices, couples the clock generator and the probe pulse generator and ensures their galvanic isolation, and the signal processor, located on the digital processing and control unit and connected through the interface to the control computer, sets the modes of the main amplifier, analog -digital converter and is equipped with a synchronization unit associated with a clock generator on the block of analog devices, and a buffer memory in which data is accumulated, digits together with the analog-to-digital converter and processing results.

Блок аналоговых устройств включает тактовый генератор, оптронную развязку, усилитель-формирователь, генератор зондирующих импульсов, согласующее устройство, узел предварительных усилителей, аттенюаторы и аналоговые фильтры. The block of analog devices includes a clock generator, optocoupler isolation, an amplifier-driver, a probe pulse generator, a matching device, a unit of preliminary amplifiers, attenuators, and analog filters.

Блок цифровой обработки и управления включает узел синхронизации, основной усилитель, аналого-цифровой преобразователь, буферную память, сигнальный процессор и ЭВМ. The digital processing and control unit includes a synchronization unit, a main amplifier, an analog-to-digital converter, a buffer memory, a signal processor, and a computer.

На чертеже приведена функциональная схема ультразвуковой компьютеризированной станции. The drawing shows a functional diagram of an ultrasonic computerized station.

Станция содержит тактовый генератор 1, который через оптронную развязку 2 и усилитель-формирователь 3 подключен к генератору зондирующих импульсов 4, соединенному через согласующее устройство 6 с источником упругих колебаний 7; n приемников ультразвуковых колебаний 9 подключены к узлу предварительных усилителей 10, соединенных через аттенюаторы 11 и аналоговые фильтры 12 с программируемыми основными усилителями 13, выходы которых подключены к аналого-цифровому преобразователю 14, который через буферную память (ОЗУ) 15 связан с сигнальным процессором 16 и ЭВМ 17. Вход узла синхронизации 8 соединен с тактовым генератором 1, а выход - с сигнальным процессором 16. The station contains a clock generator 1, which through an optocoupler isolation 2 and an amplifier-driver 3 is connected to a probe pulse generator 4 connected through a matching device 6 to a source of elastic vibrations 7; n ultrasonic vibration receivers 9 are connected to a node of preliminary amplifiers 10 connected through attenuators 11 and analog filters 12 to programmable main amplifiers 13, the outputs of which are connected to an analog-to-digital converter 14, which is connected through a buffer memory (RAM) 15 to the signal processor 16 and Computer 17. The input of the synchronization node 8 is connected to the clock generator 1, and the output to the signal processor 16.

В качестве источника упругих колебаний 7 и приемника упругих колебаний 9 могут быть использованы пьезокристаллические и пьезокерамические преобразователи. Генератор 4 может быть выполнен в виде импульсного тиристорного генератора, питаемого высоким напряжением с блока питания 5. As a source of elastic vibrations 7 and a receiver of elastic vibrations 9, piezocrystalline and piezoceramic transducers can be used. The generator 4 can be made in the form of a pulsed thyristor generator, powered by a high voltage from a power supply 5.

В качестве ЭВМ 17 может применяться мини-ЭВМ типа "Note book", удобная для операций в полевых условиях. Сигнальный процессор 16, программируемый основной усилитель 13, аналого-цифровой преобразователь 14 и буферная память 15 могут быть выполнены на основе известных стандартных элементов и узлов. As a computer 17 can be used mini-computers such as "Note book", convenient for operations in the field. The signal processor 16, the programmable main amplifier 13, the analog-to-digital converter 14 and the buffer memory 15 can be made on the basis of known standard elements and nodes.

Ультразвуковая компьютеризированная станция работает следующим образом. Ultrasonic computerized station operates as follows.

Тактовый генератор 1 блока аналоговых устройств вырабатывает импульсы, синхронизирующие работу системы. Импульсы поступают на узел оптронной развязки 2, на выходе которого находится усилитель-формирователь 3. Сформированный импульс запуска используется для открывания тиристорного генератора зондирующих импульсов 4, высокое напряжение для которого поступает с высоковольтного генератора блока питания 5. Зондирующий импульс через узел согласования 6 подается на пьезопреобразователь 7. The clock generator 1 block of analog devices generates pulses that synchronize the operation of the system. The pulses are fed to the optocoupler isolation unit 2, at the output of which there is an amplifier-driver 3. The generated trigger pulse is used to open the thyristor generator of probing pulses 4, the high voltage for which comes from the high-voltage generator of the power supply unit 5. The probe pulse is supplied through the matching unit 6 to the piezoelectric transducer 7.

Импульс тактового генератора поступает также на вход узла синхронизации 8 цифровой обработки и блока управления. С этого момента начинается процесс регистрации сигнала, поступающего с пьезопреобразователя 9. Сигнал усиливается предварительным усилителем 10. Коэффициент усиления предварительного каскада устанавливается ручным ступенчатым аттенюатором 11. Далее сигнал фильтруется аналоговым фильтром 12. Коэффициент основного усилителя 13 устанавливается программно. Аналого-цифровой преобразователь 14 преобразует усиленный сигнал по заданному программой номеру канала. Результат оцифровки размещается в буферном ОЗУ 15 и обрабатывается сигнальным процессором 16 (DSP). Рассмотренный процесс повторяется столько раз, сколько указано в счетчике накоплений управляющей программы. По запросу программы управляющей ЭВМ 17 результаты обработки передаются для визуализации и сохранения на магнитном носителе ЭВМ. The pulse of the clock generator is also fed to the input of the synchronization unit 8 of the digital processing and the control unit. From this moment, the process of registering the signal coming from the piezoelectric transducer 9 begins. The signal is amplified by a preliminary amplifier 10. The gain of the preliminary stage is set by a manual step attenuator 11. Next, the signal is filtered by an analog filter 12. The coefficient of the main amplifier 13 is set programmatically. An analog-to-digital converter 14 converts the amplified signal to the channel number specified by the program. The result of digitization is placed in the buffer RAM 15 and processed by the signal processor 16 (DSP). The considered process is repeated as many times as indicated in the accumulation counter of the control program. At the request of the host computer program 17, the processing results are transmitted for visualization and storage on a magnetic computer medium.

Блок аналоговых устройств и блок цифровой обработки и управления питаются от блока 18. Общее электропитание станции может осуществляться как от сети переменного тока 220 В, так и от источника постоянного тока +12В. The block of analog devices and the block of digital processing and control are powered by the block 18. The general power supply of the station can be carried out both from an alternating current main 220 V and from a direct current source + 12V.

Источники 7 и приемники 9 упругих колебаний могут при работе находиться как на поверхности объекта, так и внутри его, например в скважинах и шпурах. Sources 7 and receivers 9 of elastic vibrations can be located both on the surface of the object and inside it, for example, in wells and boreholes.

Использование сигнального процессора 16 позволяет намного повысить оперативность и скорость цифровой обработки сигналов, расширить возможный набор манипуляций с сигналом, таких как различные виды накопления сигнала, его цифровой фильтрации. Все это приводит к существенному увеличению полезного сигнала на фоне помех, повышает размер базы возможных ультразвуковых измерений. The use of the signal processor 16 can significantly increase the efficiency and speed of digital signal processing, expand the possible set of manipulations with the signal, such as various types of signal accumulation, its digital filtering. All this leads to a significant increase in the useful signal against the background of interference, increases the size of the base of possible ultrasonic measurements.

Применение оптронной развязки повышает надежность работы прибора, так как препятствует возможному попаданию высокого напряжения и импульсных помех на низковольтные схемы ЭВМ и DSP. The use of optocoupler isolation improves the reliability of the device, since it prevents the possible hit of high voltage and impulse noise on low-voltage computer circuits and DSP.

Применение автономного тактового генератора обеспечивает широкий выбор режимов работы станции: в ждущем, одиночном, периодическом режиме, что расширяет возможности станции. The use of an autonomous clock generator provides a wide selection of station operating modes: in standby, single, periodic mode, which expands the capabilities of the station.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1242881, G 01 V 1/40 от 02.01.1985.
Sources of information
1. USSR author's certificate N 1242881, G 01 V 1/40 dated 01/02/1985.

2. Патент РФ N 2050012, G 01 V 1/40 от 24.03.1992. 2. RF patent N 2050012, G 01 V 1/40 dated 03.24.1992.

Claims (1)

Ультразвуковая компьютеризированная станция, содержащая источник упругих колебаний, подключенный к генератору зондирующих импульсов, приемник упругих колебаний с предварительным и основным усилителями, аналого-цифровой преобразователь и ЭВМ в качестве устройства управления, обработки и регистрации информации, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены тактовый генератор, узел оптронной развязки и сигнальный процессор, причем тактовый генератор через оптронную развязку и усилитель-формирователь подключен к генератору зондирующих импульсов, соединенному через согласующее устройство с источником упругих колебаний, n приемников ультразвуковых колебаний подключены к узлу предварительных усилителей, соединенных через аттенюаторы и аналоговые фильтры с программируемыми основными усилителями, выходы которых подключены к аналого-цифровому преобразователю, который через буферную память связан с сигнальным процессором и управляющей ЭВМ, при этом вход узла синхронизации соединен с тактовым генератором, а выход - с сигнальным процессором. An ultrasonic computerized station containing an elastic oscillation source connected to a probe pulse generator, an elastic oscillation receiver with preliminary and main amplifiers, an analog-to-digital converter and a computer as a device for controlling, processing and recording information, characterized in that a clock generator is additionally introduced into it , an optocoupler isolation unit and a signal processor, the clock generator being connected to the probe generator through the optocoupler isolation and the driver amplifier pulses connected through a matching device to a source of elastic vibrations, n ultrasonic vibrations receivers are connected to a preliminary amplifier assembly connected through attenuators and analog filters with programmable main amplifiers, the outputs of which are connected to an analog-to-digital converter, which is connected via a buffer memory to a signal processor and a control computer, while the input of the synchronization node is connected to the clock generator, and the output to the signal processor.
RU97108206A 1997-05-13 1997-05-13 Ultrasound computer-aided station RU2124741C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97108206A RU2124741C1 (en) 1997-05-13 1997-05-13 Ultrasound computer-aided station

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97108206A RU2124741C1 (en) 1997-05-13 1997-05-13 Ultrasound computer-aided station

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2124741C1 true RU2124741C1 (en) 1999-01-10
RU97108206A RU97108206A (en) 1999-05-20

Family

ID=20193098

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97108206A RU2124741C1 (en) 1997-05-13 1997-05-13 Ultrasound computer-aided station

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2124741C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1470437B1 (en) Acoustic logging tool having programmable source waveforms
US7414918B2 (en) Method for normalizing signals in a cement bond logging tool
US7372777B2 (en) Sonic instrumentation apparatus and method for cement bond logging
US5265067A (en) Methods and apparatus for simultaneous compressional, shear and Stoneley logging
US6862252B1 (en) Method and apparatus for acoustic detection of buried objects
JPS5829455A (en) Ultrasonic diagnostic apparatus
GB2578697A (en) Formation acoustic property measurement with beam-angled transducer array
Balthasar et al. Evidence for quasi-periodic Doppler motions in solar prominences
RU2124741C1 (en) Ultrasound computer-aided station
Siggins Dynamic elastic tests for rock engineering
Johnson et al. Continuous wave phase detection for probing nonlinear elastic wave interactions in rocks
JPH0133788B2 (en)
SU693309A1 (en) Acoustic well-logging apparatus
SU1442957A1 (en) Device for acoustic logging of wells
Chernenko et al. Experimental investigations of acoustic field in sea shelf zone
SU1073698A1 (en) Material acoustic checking device
SU721791A1 (en) Method of acoustic well-logging
SU1405002A1 (en) Apparatus for impedance acoustic well logging
SU1520460A1 (en) Device for acoustic logging of bore-holes
SU1117479A1 (en) Device for acoustic well-logging
RU2050012C1 (en) Borehole digital geoacoustic station
SU1408396A1 (en) Deep-well seismoacoustic station
Diodati Ultrasonic precursor signals of seismic events revealed on Volcano Stromboli
RU1798749C (en) Method of vibration seismic prospecting
SU1179239A1 (en) Ground installation of acoustic videologging