Устройство для определения акустических параметров донного грунта

 

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

;„,SUÄÄ1010583

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

g . 601 Ч 1/38

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

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

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

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

4Ф

1010883

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Устройство для определения акустическихх параметров донного грунта работает следующим образом.

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

583 4 электрической энергии в акустическую.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Аои 1 „К „и (4) н A ин+-„„K 0„

ОУ оУ ИУ

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

cos6 = (Ъ) оН ОУ

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

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

Скорость С в зависимости от тре55

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

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

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

После этого определяется плотность ° породы дна водоема по формуле

9 (1+чм) Д оьау

9z= (-v„)4 (1+Чм1 (4-Uy ), 6)

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

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

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

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

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

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

Составитель Н. Журавлева

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

Заказ 2484/36 Тираж 708 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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