SU934410A1 - Устройство дл определени коэффициента отражени от дна водоема - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к поиско оразведочной геофизике и может быть использовано при инженерно-геологических исследовани х структуры пород, слагающих дно водоёмов акустичесгкими методами разведки.

Известна аппаратура, измер юща  мгновенные амплитуды падающей и отраженной продольных волн и выдел юща  из них реальную и мнимую часть комплексного коэффициента отражени  от донного грунта на выбранной частоте 11 .

Примен емые дл  зондировани  дна импульсные сигналы имеют широкую полосу частот, и обеспечить посто нство мгновенных значений амплитуд излученного сигнала в узкой полосе частот от зондировани  к зондированию практически невозможно. А это, в свою очередь, порождает большой разброс текущих значений коэффициентов отражени  от грунта дна, вьмисленных по мгновенным значени м амплитуд излученного и отраженного сигналов на выбранной частоте.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс устройство, позвол ющее определ ть коэффициент отражени  от морского дна, предназначено дл 

совместного использовани  с акустической аппаратурой и определ ет по временным индикаци м ослабление звуковых сигналов при их отражении от морского дна. Устройство содержит усилители, подключенные ко входу устройства, измеритель временных интервалов, схему управлени , схему

10 задержки импульсов, элементы хранени  кодов и аналого-цифровой преобразователь . Сигналы обрабатываютс  в аналоговом виде и полученна  величина потерь преобразуетс  в цифровую форму дл  вывода на дис11лей 2 .

15

Недостатками данного устройства  вл ютс  большой разброс величины потерь по профилю и нестабильность пиковых значений гшплитуд от зондировани  к зондированию.

20

Цель изобретени  --увеличение точности определени  коэффициента отражени  от дна водоема и уменьшение разбросов текущих значений коэффициентов отрг1жени  от грунта с одним

25 и тем же литологическим составом и (Сглаживание указанных величин по профилю.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  определе30 ни  коэффициента отражени  от дна водоема, содержащее первый и второй масштабные усилители, аналого-цифро вой преобразователь, измеритель временных интервалов, схему управле ни ,, схему задержки импульсов и пер вый и второй регистры, при этом пер вый и второй масштабные усилители подключены параллельно к первому входу устройства, первые выходы масштабных усилителей подключены к первому и второму входам аналогоцифрового преобразовател , первый вход схемы управлени  подключен ко второму входу устройства, а выход схемы управлени  соединен со входом схемы задержки импульсов, входом измерител  временных интервалов и третьим входом аналого-цифрового преобразовател , выход схемы задерж ки импульсов подключен ко второму входу схемы управлени , выходы первого и второго регистров  вл ютс  выходами устройства, дополнительно введены амплитудно-временной селектор , схема отношений, схема задержки кодов, схема выбора длительности и арифметический блок, при этом пер вый вход схемы отношений подключен к третьему входу устройства, второй и третий входы - ко вторым выходам масштабных усилителей, а последний, четвертый, вход схемы отношений сое динен с выходом измерител  временны интервалов, входы арифметического блока соединены с выходами первого регистра, схемы задержки кодов,схемы отношений и измерител  временных интервалов, с первым выходом амплитудно-временного селектора и выходо схемы управлени , выход которой под ключен также к входу схемы выбора длительности и первым входам схекод задержки кодов и амплитудно-временного селектора, вторые входы которы подсоединены к выходу аналого- цифрового преобразовател , второй выход амплитудно-временного селектора соединен с третьим входом схемы управлени , а четвертый вход схемы управлени  подключен к выходу схемы выбора длительности, выход ари  лети ческого блока соединен со входами .первого и второго регистров. На чертеже приведена структурна  схема предлагаемого устройства дл  определени  коэффициента отражени  от дна водоема. Устройство дл  определени  коэффициента отражени  от дна водоема содержит первый и второй масштабные усилители 1 и 2, аналого-цифровой преобразователь 3, амплитудно-временной селектор 4, схему 5 отношений , измеритель 6 временных интервалов , схему 7 управлени , схему 8 задержки импульсов, арифметический блок 9, первый регистр 10, второй регистр 11, схему 12 з,здержки кодов и схему 13 выбора длительности. Входы масштабных усилителей 1 и 2 подключены к первому входу устройства . Первый вход схемы 7 управлени  подключен ко второму входу устройства, а первый вход схемы 5 отношений соединен с третьим входом устройства. Входы арифметическо- го блока 9 соединены с выходом первого регистра 10, с первым выходом амплитудно-временного селектора 4, с выходом схемы 5 отношений, с выходом измерител  б временных интер- . валов и с выходом схём1л 7 управлени , выход которой подклю 1ен также ко входам схемы 8 задержки импульсов и измерител  б временных интервалов,к третьему входу аналого-цифрового преобразовател  3 и первому вхрду амплитудно-временного селектора 4. Второй выход последнего соединен с третьим входом схемы 7 управлени , второй вход которой подключен к выходу схемы 8 задержки импульсов,первые выходы масштабных усилителей 1 и 2 подключены ко входам аналогоцифрового преобразовател  3, а вторые выходы - ко втором:/ и третьему входам схемы 5 отношений, последний, четвертый вход которой соединен с выходом измерител  б временных интервалов . Выход аналого,-цифрового преобразовател  3 соединен параллельно со вторыми вход.ами амплитудновременного селектора 4 и схемы 12 задержки кодов« Выход схемы 13 выбора длительности соединен с четвертым вхоДсэм схемы 7 управлени , выход которой подключен ко входу схемы 13 выбора длительности и к первому входу схемы 12 задержкикодов , вь1ход последней соединен с шестым входом арифметического блока 9. Выход арифметического блока 9 соединен с входами первого и второго регистров 10 и 11, выходы которых  вл ютс  выходами устройства. В процессе исследовани  грунта дна водоемов акустическими методами разведки одним из наиболее важных. параметров, характеризующих свойства донного грунта,  вл етс  коэффициент отражени  звуковых колебаний от гранищл раздела вода-дно. Величина его определ етс  по формуле BH-toTR(O)o Bo-tv,TIR(0)H гд;е В,, и Вр- коэффициенты передачи амплитуд излученного и отраженного сигналов соответственно; врем  распространени  звуковых колебаний по пути излучатель-дноприёмник и от излучател  до приемникаJ R(O)o - автокоррел ционна  фун ци  отраженного сигнал при нулевой задержке; Е(О)ц - автокоррел ционна  фун ци  излученного сигнал при нулевой задержке. Значени  К(О)оИ RCO) равны соот ветственно энерги м отраженного и и лученного сигналов, с точностью до посто нного множител , и наход тс  путем накоплени  квадратов мгновенных значений амплитуд, т.е. )H g/Jui м RCOJ,.Jj-2Ajb-), где NV( и NO - число выборок,участвую щих в накоплении квадратов амплитуд излученного и отраженного сигналов;; Ам(1) и Ajjd) - цифровые коды мгновенных значений ампл туд излученного и отраженного сигнало соответственно. Алгоритм, реализующий приведенную формулу, заложен в основу данного устройства дл  определени  коэффициента отражени  от дна водоема. . Устройство предназначено дл  сов местной работы с акустической аппаратурой , с которой на первый вход устройства подаютс  аналоговые сигналы с предварительного усилител  приемной системы, на третий вход сигналы о коэффициентах передачи изцученного и отраженного сигналов (K,j и ) , а на второй вход - командный импульс, совпадающий по времени с созданием звуковой волны излучающим устройством. С первого входа устройства сигна лы с приемной системы акустической аппаратуры подаютс  одновременно на входы масштабных усилителей 1 и 2. Масштабный усилитель 1 служит дл  приведени  максимальной величины амплитуды излученного сигнала к верхнему пределу диапазона аналогоцифрового преобразовател  3 путем установки соответствующего коэффициента передачи. В масштабном усилителе 1 производитс  также формирование цифрового кода величины установленного коэффициента передачи излученного , сигнала (К). Масштабный усилитель 2 используетс , дл  тех же целей, только в нем приводитс  максимальна  амплитуда отраженного от дна сигнала и формируетс  код коэффициента передачи отраженного сигнала (KO). Приведенные аналоговые сигналы с выходов масштабных усилителей 1 и 2 подаютс  на аналогоцифровой преобразователь 3, на Ъходе которого установлен сдвоенный компаратор напр жени , управл емый стробирующими импульсами со схемы 7 управлени . Через второй вход устройства командный импульс с акустической аппаратуры поступает на схему 7 управлени , где по переднему фронту этого импульса формируютс  команданачальной установки схем устройства и импульсы запуска аналого-цифрового преобразовател  3, измерител  б временных интервалов, и схемы 8 задержки импульсов. Команда начальной установки подготавливает устройство к р.аботе. Импульсы запуска, поступающие на аналого-цифровой преобразователь 3, разрешают преобразование аналоговых сигналов в цифровые коды. Причем по командному импульсу производитс  преобразование сигналов, поступающих с масштабного усилител  1, так как стробирующие импульсы со схемы 7 управлени  подаютс  на ту ПОЛОВИНУ сдвоенного компаратора, вход которой соединен с выходом масштабного усилител  I. Цифровые коды с аналого-цифрового преобразовател  3 подаютс  на амплитудно-временный селектор .4 и схему 12 задержки кодов. По импульсу запуска схема 8 задержки импульсов обеспечивает задержку переднего фронта командного импульса на два регулируемых раздельно временных интервала (t3i и t3i2) . В конце каждого интервала формируютс  импульсы, которые через схему 7 управлени  поступают на амплитудновременной селектор 4,. разреша  его работу. Так как при исследовани х грунта дна: водоема акустическими методами расстановка приемно-излучающей системы известна и известна примерно глубина водоема, то соответствующей установкой задержки переднего фронта командного импульса исключаетс  возможность ложного срабатывани  устройства, от помех, возникающих в приемной системе акустической аппаратуры нА интервалах времени от командного импульса до момента приема излученного сигнала и между излученным и отраженным сигналами. Другими словами,амплитудно-временной селектор 4 начинает работу с приходом импульсов со схемы 8 задержки импульсов, осуществл   тем самым селекцию сигналов по времени . По этим же импульсам в амплитудно-временном селекторе 4 производитс  сравнение кодов текущих значений амплитуд преобразуемых сигналов с кодом заданного порога, при превышении которого амплитудно-временной селектор 4 переходит в режим выделени  кода максимального значени  амплитуды сигнала. Выбор максимального кода производитс  путем анализа предыдущего и поступившего в данный момент кодов текущих значений амплитуд сигнала. При превышении предьщущего кода над поступившим в амплитудно-временном селекторе 4 вырабатываетс  первый импульс максимума, который поступает на схему 7 управлени , в последней по первому импульсу максимума формируетс  команда, разрешающа  считывание кодов текущих значений амплитуд излученного сигнала со схемы

12задержки кодов на арифметический блок 9, и последовательность импульсов с частотой запуска аналого-цифрового преобразовател  3, котора  поступает на схему 13 выбора длительности .

Схема 12 задержки кодов выполнена по рринципу сдвиговых регистров,причем в ней предусмотрена регулировка времени задержки кодов путем выбора необходимого числа элементов хране ни  кодов. Врем  задержки кодов задаетс  равным дл-ру ельности фронта излученного сигнала. По сигналу со схемы 7 управлени  схема 12 задержки кодов подает на арифметический блок 9 не код максимума излученного сигнала , а код амплитуды первого вступлени  фронта излученного сигнала и, таким образом, в вычислении автокоррел ционной функции излученного сигнала участвуют и коды амплитуд его переднего фронта. Арифметический блок 9 в процессе поступлени  кодов накапливает квадраты текущих значений амплитуд излученного сигнала , т.е. вычисл ет S A(i) . Из последовательности импульсов, поступающих со схемы 7 управлени  на схему

13выбора длительности, е последней формируетс  код текущего числа импульсов , который сравниваетс  с заранее заданным кодом числа выборок текущих значений амплитуд излученного сигнала, необходимых дл  вычислени  R(O)vi . При равенстве указанных кодов схема 13 выбора длительности вырабатывает импульс конца обработки излученного сигнала, который поступает на схему 7 управлени .

По импульсу конца обработки излученного сигнала схема 7 управлени  запрещает считывание кодов со схемы 12 задержки кодов, запрещает подачу |Импульсов на схему 13 выбора длительности , переключает стробирующие импульсы на вторую половину сдвоенного компаратора аналого-цифрового преобразовател  3, вход которого соединен с выходом масштабного усилитевп  2, и формирует команду Корень дл  арифметического блока 9. По команде Корень арифметический блок 9 вычисл ет значение квадратного корн  автокоррел ционной функции излученного сигнала при нулевой задержке, т.е. fR(0) .

По командному импульсу на измеритель 6 временных интервалов подаетс  последовательность импульсов со схемы 7 управлени , а по первому импульсу максимума в измерителе

б временных интервалов формируетс  код временногсэ интервала от командного импульса до момента выбора максимальной амплиту,цы излученного сигнала (ty,) .

0 По второму задержанному импульсу t3(j амплитудно-временной селектор 4 переходит снова в режим выделени  кода максимального значени  амплитуды , но теперь уже отраженного сигнала. При выделении максимального кода в амплитудно-временном селекторе 4 вырабатываетс  второй импульс максимума , который поступает на схему 7 управлени . Далее устройство работает аналогично, как и после первого импульса максимума. Но теперь схема 13 выбора длительности при равенстве кода текущегочисла импульсов с заранее заданным кодом числа

5 выборок текущих значений амплитуд отраженного сигнала, необходимых дл  вычислени  R(O)o , вырабатывает импульс конца обработки отраженного сигнала, который также поступает на

Q схему 7 управлени .

По импульсу конца обработки отраженного сигнала схема 7 управлени  запрещает считывание кодов со схемы 12 задержки кодов, запрещает подачу

- импульсов на схему 13 выбора длительности , запрещает прохождение стробирующих Импульсов на сдвоенный компаратор аналого-цифрового преобразовател  3 и формирует команду Вычисление дл  арифметического

0 блока 9.

Кроме того, по второму импульсу максимума схема 7 управлени  запрещает подачу последовательности им5 пульсов-на измеритель б временных интервсшов, а в последнем формируетс  код временного интервала от командного импульса до момента выбора максимальной амплитуды отраженного 0 сигнала (t0 ).

При натурных исследовани х глубина водоема в районе работ может мен тьс  в широких пределах, что

5 обуславливает широкий диапазон изменени  величины времени распространени  звуковых колебаний tg. При сохранении одинаковой точности измерени  величин t, и to в результате измерений получаетс  многоразр дный двоичный код tg И ДЛЯ выполнени  вычислительных операций с указанным кодом требуютс , соответственно, многоразр дные вычислительные устройства . Чтобы уменьшить разр дность

65 кода величины tp, схема отношений

ройство дополнительно введены амплитудно-временной селектор, схема отношений , схема задержки кодов, схема выбора длительности и арифметический блок, при этом первый вход схемы отношений подключен к третьему входу устройства, второй и третий входы - ко вторым выходам масштабных усилителей, а последний, четвертый, вход схемы отношений соединен с выходом измерител  временных интервалов , входы арифметического блока соединены с выход гили первого регистра , схемы задержки кодов, схемы отношений и измерител  временных интервалов,с первым выходом амплитудно-временного селектора и выходом схемы управлени , выход которой подключен также к входу схемы выбора длительности и первым входам схемы задержки кодов и амплитудновременного селектора, вторые входы которых подсоединены к выходу аналого-цифрового преобразовател ,второ выход амплитудно-временного селектора соединен с третьим входом схемы управлени , а четвертый вход схекш управлени  подключен к выходу схемы выбора длительности, выход арифметического блока соединен с входами первого и второго регистров.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Патент США 3346067,кл.73-555, опублик. 1967,

2. Патент США 3555499,кл.340-3, опублик. 1971 (прототип).

Claims (1)

1. Формула изобретения

   35 Устройство для определения коэффициента отражения от дна водоёма, содержащее первый и второй масштабные усилители, аналого-цифровой преобразователь, измеритель временных 40. интервалов, схему управления, схему · задержки импульсов и первый и второй регистры, при этом первый и второй масштабные усилители подключены параллельно к первому входу устройства,

   45 первые выходы масштабных усилителей подключены к первому и второму входам аналого-цифрового преобразователя, первый вход схемы управления подключен ко второму входу устройства, а выход схемы управления соеди“ нен с входом схемы задержки импульсов, входом измерителя временных интервалов и третьим входом аналого.цифрового преобразователя, выход схемы задержки импульсов подключен

   55 ко второму входу схемы управления, выхода первого и второго регистров являются выходами устройства, о тличающееся тём, что, с целью увеличения точности определе60 ния коэффициента отражения от дна водоема и уменьшения разбросов текущих значений коэффициентов отражений от грунта с одним и тем же лито-, логическим составом и сглаживания

   65· указанных величин по профилю, в уст ройство дополнительно введены амплитудно-временной селектор, схема отношений, схема задержки кодов, схема выбора длительности и арифметический блок, при этом первый вход схемы отношений подключен к третьему входу устройства, второй и третий входы - ко вторым выходам масштабных усилителей, а последний, четвертый, вход схемы отношений соединен с выходом измерителя временных интервалов, входы арифметического блока соединены с выходами первого регистра, схемы задержки кодов, схемы отношений и измерителя временных интервалов,с первым выходом амплитудно-временного селектора и выходом схемы управления, выход которой подключен также к входу схемы выбора длительности и первым входам схемы задержки кодов и амплитудновременного селектора, вторые входы которых подсоединены к выходу аналого-цифрового преобразователя,второй 5 выход амплитудно-временного селектора соединен с третьим входом схемы управления, а четвертый вход схемы управления подключен к выходу схемы выбора длительности, выход арифме10 тического блока соединен с входами первого и второго регистров.