Способ и устройство для определения продуктивности железомарганцевых конкреций на дне океана

 

1.Способ определения продуктивности железомарганцевых конкреций на дне океана, основанный на вертикальном излучении акустических сигналов на дно, приеме рассеянных от дна сигналов, усилении, фильтрации и выделении их огибающих, о тличающийся тем, что, с целью оперативного определения продуктивности железомарганцевых конкреUfiii на дне океана и повышения его точности, излучают акустический монохроматический сигнал о длиной волны больше характерного размера конкреций, принимают рассеянный от дна сигнал в ряде точек горизонтальной плоскости, расстояние между которыми не менее 10 длин волн излучаемых сигналов, измеряют среднее значение и среднеквадратичное отклонение огибающей рассеянных сигналов, принятых в зтих точках, и по их отношению определяют продуктивность железомарганцевых конкреций на дне океана по формуле U, (d/A), М d - среднеквадратичное отклоне- S где 9 ние огибающей рассеянных сигналов; А - среднее значение огибающей; - длина волны, м; f - плотность железомарганцевых а конкре.ций, кг/м . 2, Устройство для определения проСО дуктивности железомарганцевых конкрео ций на дне океана, включающее генератор , соединенный с излучател-ем, 00 Од приемньй канаПэ содержащий последовательно соединенные ненаправленный приемник акустических колебаний, уси.литель , фильтр и дeтeкtop, и вы шслительное устройство с индикатором, отличающееся тем, что, с целью оперативного определения продуктивности железомарганцевых конкреций на дне океана и повышения его точности, введены N ) приемных каналов, (N+I) квадраторов, два сумматора и делитель, при этом выходы всех N приемных каналов соединены с входами N к задраторов, а вы

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU,» 1130816

SaO G 01Ч ъа с, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ1 ""

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA

М = 0,11ц (d/А) ° среднеквадратичное отклонение огибающей рассеянных сигналов; среднее значение огибающей; длина волны, м; плотность железомарганцевых конкреций, кг/и

3 где 1—

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3677998/24-25 (22) 28.12.83 (46) 23.12.84. Вюл. М 47 (72) Ю.Ю.Житковский и В.В.Краснобородько (71) Институт океанологии им. II, П. Ширшова (53) 550.83(088.8) (56) !.11ростаков А.JI. Электронный ключ к океану. Jl., "Судостроение ", 1978, с.97-99, 2, К. Jamake Е. Honza and Nizuno

"kellation beetween manganese module

distribution and acoustic stratigraphy in lastern half of the lentral

31

Pasific Basin в кн, Deep, sea mineral resources .investigation in the

centraleastern part of Central Pacif ic Basin": Geol Survey of Japan 1977, р.172-!76 (прототип).

3. Простаков А.J!. Электронный ключ к океану. П., "Судостроение", !978, с.166-168 (прототип). (54) СПОСОБ 011РЕДЕ31ЕНИЯ ПРОДУКТИВНОСТИ ЖЕ31ЕЭОМАРГАНЦЕВЫХ КОНКРЕЦИЙ НА

ДНЕ ОКЕАНА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУ

ЩЕСТВ.!!ЕНИН (57) 1.Способ определения нродуктивности железомарганцевых конкреций на дне океана, основанный на вертикальном излучении акустических сигналов на дно, приеме рассеянных от дна сигналов, усилении, фильтрации и выделении их огибающих, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью оперативного определения продуктивности железомарганцевых конкреций на дне океана и повьаиення его точности, излучают акустический монохроматический сигнал с длиной волны больше характерного размера конкреций, принимают рассеянный от дна сигнал в ряде точек горизонтальной плоскости, расстояние между которыми не менее 10 длин волн излучаемых сигналов, измеряют среднее значение и среднеквадратичное отклонение огибающей рассеянных сигналов, принятых в этих точках, и по их отношению определяют продуктивность желеэомарганцевых конкреций на дие океана по формуле

2. Устройство для онределения продуктивности железомарганцевых конкреций на дне океана, включающее генератор, соединенный с излучателем, приемный канал, содержащнй последо;вательно соединенные ненаправленный приемник акустических колебаний,уси.— литель, фильтр и детектор, и вычислителькое устройство с индикатором, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью оперативного определения продуктивности железомарганцевых конкрецнй на дие океана и повышения его точности, введены и (Ну!0) приемных каналов, (К+1) квадрфторов, два сумматора и делитель, при этом выходы всех N приемных каналов соединены с входами N квадраторов, а вы! 308 l 6 ходы последних — с входами первого сумматора, выходы всех Ы приемных каналов соединены с входами второго сумматора, а выход последнего через (М+!)- и квадратор соединен с первым

Изобретение относится к области морской гидроакустической техники и может быть использовано для оценки продуктивности железомарганцевых конкреций для дне океана (иногда называется плотность залегания) в дрейфе и на ходу судна практически при любой глубине места.

Дистанционный неконтактный акустический метод позволяет получить !О оперативную оценку продуктивности железомарганцевых конкреций с высокой точностью в глубоководных районах

Мирового океана.

Известен способ гидроакустическо- 15 го промера, основанный на излучении посылок и приеме эхо-сигналов в направлениях, перпендикулярных направлению движения, вправо и влево от этого направления, в сторону 20 дна Е!7.

Этот способ реализуется с помощью гидролокаторов бокового обзора, содержащих излучающую антенну в виде вытянутого цилиндра, ось которого 25 расположена горизонтально вдоль направления движения носителя, узкополосную приемную антенну, усилитепьные тракты и регистратор Г17.

Данный способ с использованием щ гидролокаторов бокового обзора обеспечивает обнаружение малоразмерных подводных объектов и незначительных неровностей рельефа дна, однако оперативную оценку продуктивности железомарганцевых конкреций этот способ не может дать, так как это требует дополнительной обработки получаемых записей, например, численного подсчета среднего количества конкреций, лежащих на дне океана. Кроме того, разрешающая способность спосо ба существенно зависит от глубины места и частоты излучения, что в конечном счете ведет к уменьшению точ- 4> ности в оценке продуктивности, входом делителя, второй вход делителя соединен с выходом первого сумматора, а выход делителя — с входом вычислительного устройства с индикатором.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ определения продуктивности (или концентрации) железомарганцевых конкреций, основанный на вертикальном излучении акустических сигналов на дно,приеме рассеянных от дна сигналов антенной, ориентированной вертикально вниз, усилении, фильтрации, выделении их огибающей, определении толщины акустически прозрачного слоя осадков и на его основе определении концентрации конкреций на дне океана Е27.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство — профилограф, которое состоит из генератора, соединенного с излучателем, приемного канала, содержащего последовательно соединенные ненаправленный приемник акустических колебаний и усилитель, фильтр и детектор и вычислительное устройство с индикатором t 3).

Однако известные способ и устройство не обладают достаточной точностью и оперативностью в оценке продуктивности желеэамарганцевых конкреций, поскольку толщина акустически прозрачного слоя осадков зависит не только от самого верхнего слоя, где лежат конкреции, но и в большей степени от характеристик ниже лежащих слоев, таких, как, например, коэффициент затухания звука в грунте. Кроме того, требуется дополнительная обработка сигналов с целью выделения кратных отражений.

Целью изобретения является оперативное определение продуктивности желеэомарганцевых конкреций на дне океана и повышение его точности.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения продуктивности железомарганцевых конкреций на дне океана, основанно!!ЭО8!Ь

М = 0,!ИУ(с1/А).

М = О, !Л Р (d/А), му на вертикальном излучении акустических сигналов на дно, приеме рассеянных от дна сигналов,усилении, фильтрации и выделении их огибающих, излучают акустический монохроматический сигнал с длиной волны больше характерного размера конкреций, принимают рассеянный от дна сигнал в ряде точек горизонтальной плоскости, расстояние между которыми не менее 10 длин волн излучаемых сигналов, измеряют среднее значение и среднеквадратичное отклонение огибающей рассеянных сигналов, принятых в этих точках, и по их отношению определяют продуктивность железомарганцевых конкреций на дне океана по формуле где d — среднеквадратичное отклонение огибающей рассеянных сигналов;

А — среднее значение огибающей;

7!. — длина волны, м;

P — - плотность железомарганцевых конкреций, кг/м

Поставленная цель достигается также теи, что в устройство для определения продуктивности железомарганце- О вых конкрецнй на дне океана, включающее генератор, соединенный с излучатепем, приемный канал, содержащий последовательно соединенные ненаправленный приемник акустических коле- д баиий, усилитель, фильтр и детектор, и вычислительное устройство с индикатором, введены N(N >1О) приемных каналов, (N+! ) квадраторов, два сумматора и делитель, при этом выходы 4г. всех N приемных каналов соединены с входами квадраторов, а выходы последних — с входами первого сумматора, выходы всех N приемных каналов соединены с входами второго сумма- 4 тора, а выход последнего через (N+1)-й квадратор соединен с первым входом делителя, второй вход делителя соединен с выходом первого сумматора, а выход делителя — с входом б вычислительного устройства с индикатором.

На чертеже приведена блок-схема устройства, реализующего предлагаеA@A способ, Способ осуществляется следующим образом.

Манохроматический электрический сигнал от генератора 1 подается на излучатель 2, где он преобразуется в акустический сигнал, длина волны которого больше характерного размера конкреций. Этот сигнал излучается вертикально в сторону дна. Рассеяннкй, дном в обратном направлении сигнал принимают приемниками 3, расположенными в ряде точек горизонтальной плоскости, расстояние между которыми больше десяти длин волн излучения, После усиления сигнала на каждом приемнике полосовыии усилителями 4 (4.1-4.N) и фильтрации фильтрами 5 (5.1-5.К) на выбранной частоте излучения сигнал детектируется в детекторах 6. Выделенные таким образом огибающие принятого сигнала в каждом канале подаются на входы первого сумматора 7, где все огибающие суммируются, и входы квадраторов 8 (8.1-8.N), где огибающие возводятся в квадрат, т.е. преобразуются из амплитуды в интенсивность. Интенсивность принятых сигналов по каждому приемному каналу с выходов квадраторов 8 (8.1-8.N) поступает на входы второго сумматора 9, с выхода которого суммарная интенсивность поступает на первый вход делителя 10. Суммарная огибающая отраженных сигналов с выхода первого сумматора 7 поступает на вход 0+1 квадратора 11, где она преобразуется в интенсивность и с выхода N+l квадратора ll поступает на второй вход делителя 10, где происходит деление суммарной интенсивности огибающих принятых сигналов на интенсивность суммы огибающих всех каналов . Полученное таким образом отношение двух сигналов поступает на вход вычислительного устройства с индикатором !

2, где производится расчет продуктивности желеэомарганцевых конкреций, кг/м, по формуле где д. — длина волны звука в воде, м; р — плотность железомарганцевых конкреций, кг/м

4 — среднеквадратичное отклоне-ч

:ие огибающей рассеянных на дне сигналов;

А — среднее значение огибающей.

Можно определить

1 l 308 l 6

diA =l(a f А, )((А;) -1

ЗНИИПИ Заказ 9605/33 Тираж 710 Повдисное

Филиал ШШ Gates i r.Ужгород, ул.Проектная, 4 де А — огибающая принятого сигнаЬ ла на i-ом приемнике;

N — количество приемных каналов.

Предлагаемые способ и устройство благодаря своим высокой оперативкости и точности в оценке продуктивности жепезомарганцевых конкреции на дне океана, а также отсутствию каких-либо ограничений по глубине места в районе нх использования могут обеспечить при внедрении существенный экономический эффект.

При отражении от неровной поверхности акустические сигналы испытывают сильные флуктуации. В случае, когда длина волны звука Л больше характерного размера неровностей на дне, коэффициент вариации огибающей (амплитуды) рассеянного от дна сигнала при нормальном падении определяется выражением

d тГа 75 т=

4 где 8 — среднеквадратичная высота неровностей.дна.

При этом значения огибающих рассеянных сигналов необходимо измерять в некоррелированных точках пространства, т.е. на расстояниях более

l0 длин волн звука, а для осреднения необходимо более 10 значений.

5 Количество необходимых приемников, а следовательно, н приемных каналов (число N) выбирается эмпирически исходя из наименьшего значения N,,выше которого коэффициент вариации огибающей остается постоянным.

Исследования подтвердили, что конкреции залегают на поверхности жидкого нлообразного дна океана и иногда покрыты тонким слоем этого осадка. В то же время плотность и скорость звука в конкрециях существенно превьппает эти величины для верхнего осадочного слоя дна. Таким об20 разом, железомарганцевые конкреции создают на поверхности дна неровную поверхность, среднеквадратичную высоту которой и определяют предлагаемые способ и устройство.

11редлагаемое изобретение при использовании на специализированных научно-исследовательских и инженерно-геологических судах обеспечит существенную экономию народнохозяйЗо ственных средств и повышение качества проводимых работ.