Устройство для сейсмоакустической разведки конкреций на дне океана

 

Изобретение относится к разведочной геофизике и может быть использовано при проведении морских геологоразведочных работ на шельфе и в океане для обнаружения железомарганцевых конкреций. Целью изобретения является повышение точности и оперативности обнаружения конкреций. Поставленная цель достигается за счет введения новых элементов и связей, которые позволяют повысить избирательность приема слабых сигналов на фоне шума путем устранения взаимодействия полезного сигнала с помехой. Повышение оперативности достигается за счет возможности локации конкреций в результате одного зондирования. Устройство может быть использовано при детальном картировании твердых полезных ископаемых в широком диапазоне глубин и значений излучаемых частот с борта научно-исследовательского судна. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 V 1/38

ГОСУДАРСТВЕ ННЫ И КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4375248/24-25 (22) 07,12;87 (46) 30.10.90. бюбл, 3Ф 40 (71) Рязанский радиотехнический институт (72) П,В. Карманов, В.П. Корячко, В.Н. Перепелкина, С.И.Сидельников и.С.В. Чернышев (53) 550.834 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1130816, кл. G 01 V 1/38, 23,12.84.Авторское свидетельство СССР

М 11031 66, кл. G 01 8 15/04, G 01 V 1/00, 15.07,84. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЕЙСМОАКУСТИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКИ КОНКРЕЦИЙ НА ДНЕ ОКЕАНА (57) Изобретение относится к разведочной геофизике и может быть использовано при

Изобретение относится к разведочной геофизике и может быть использовано при проведении морских геологоразведочных работ на шельфе и в океане обнаружения железо-марганцевых конкреций, Цель изобретения — повышение точности и оперативности обнаружения конкреций.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для сейсмоакустической разведки конкреций на дне океана; на фиг. 2— структурная схема детектора, на фиг. 3— структурная схема цифрового фазовращателя на х /2; на фиг. 4 — эпюры сигналов на входе, первом и третьем выходах цифрового фазовращателя на л /2, поясняющие принцип его работы.

Устройство для сейсмоакустической развед-и конкреций на дне океана (фиг. 1) „„ Ц „„1603326 Al проведении морских геологоразведочных работ на шельфе и в океане для обнаружения железо-марганцевых конкреций. Целью изобретения является повышение точности и оперативности обнаружения конкреций.

Поставленная цель достигается за счет введения новых элементов и связей, которые позволяют повысить избирательность приема слабых сигналов на фоне шума путем устранения взаимодействия полезного сигнала с помехой. Повышение оперативности достигается эа счет возможности локации конкреций в результате одного зондирования. Устройство может быть использовано при детальном картировании твердых полезных ископаемых в широком диапазоне глубин и значений излучаемых частот с борта научно-исследовательского судна. 4 ил. содержит генератор 1, излучатель 2, последовательно соединенные приемную антенну 3, полосовой усилитель 4 и полосовой фильтр 5, выход которого подключен к сигнальному входу детектора 6, первый вь)ход

7 последнего соединен с первым входом 8 вычислительного блока 9, выход которого подключен к входу регистратора 10, при этом первый выход 11 генератора 1 соединен с входом излучателя 2, генератор 12 тактовых импульсов, делитель 13 частоты, цифровой частотомер 14, делитель 15 частоты с переменным коэффициентом деления (ДПКД), цифровой фазовращатель 16 на л /2, при этом выход генератора 12 тактовых импульсов соединен с импульсным вхо дом 17 ДПКД 15 и с входом делителя 13 частоты, выход которого подключен к импульсному входу 18 цифрового частотомера

1603326

14, управляющий вход 19 последнего соеди- нен с вторым выходом 20 генератора 1, третий выход 21 которого соединен с аналоговым входом 22 цифрового частотомера 14, выход последнего подключен к цифровому входу 23 ДПКД 15, выход которого соединен с входом цифрового фазовращателя 16 на л /2, первый 24, второй

25, третий 26 и четвертый 27 выходы которого подключены соответственно к первому

28, второму 29, третьему 30 и четвертому 31 импульсным входам детектора 6, второй выход 32 последнего соединен с вторым входом 33 вычислительного блока 9.

Детектор 6 (фиг. 2) содержит последовательно соединенные повторитель 34 напряжения, первые аналоговый ключ 35, сумматор 36 и фильтр 37 нижних частот, последовательно соединенные инвертор 38 напряжения, вторые аналоговый ключ 39, сумматор 40 и фильтр 41 нижних частот, а. также третий 42 и четвертый 43 аналоговые ключи, выходы которых .соответственно подключены к вторым входам первого 36 и второго 40 сумматоров, при этом вход повторителя 34 напряжения соединен с.входом инвертора 38 напряжения и является аналоговым входом детектора 6. Вход третьего аналогового ключа 42 подключен к выходу инвертора 38 напряжения. Вход четвертого аналогового ключа 43 соединен с выходом повторителя 34 напряжения, Причем первым 28, вторым 29, третьим 30 и четвертым 31 импульсными входами детектора 6 являются управляющие входы первого 35, третьего 42, второго 39 и четвертого

43 аналоговых ключей соответственно, а первым 7 и вторым 32 выходами детектора

6 служат выходы первого 37 и второго 41 фильтров низкой частоты.

Цифровой фазовращатель 16 на u/2 (фиг. 3) содержит, первый 44 и второй 45

О-триггеры, С-входы которых соединены и являются .входом цифрового фазовращателя 16 нал /2. Прямой выход первого D-триггера 44 соединен с 0-входом второго

D-триггера 45, инверсный выход которого подключен к D-входу первого D-триггера 44.

Прямой и инверсный выходы последнего являются первым 24 и вторым 25 выходами цифрового фазовращателя 16 на л/2, третьим 26 и четвертым 27 выходами которого служат прямой и инверсный выходы второго

D-триггера 45, На фиг. 4 приведены сигнал 46 на входе цифрового фазовращателя 16 на л /2, а также сигналы 47 и 48 на его первом 25 и третьем 27 выходах. следования, равной Р (сигналы на выходах

40 26 и 27 цифрового фазовращателя 16 на л /2 являются инверсными по отношению к сигналам 47 и 48 вида соответственно и также сдвинуты друг относительно друга на л/2).

Таким образом, на импульсные входы 28—

45 31 детектора 6 поступают соответствейно сигналы ус(т), ус(), у,(т) и у (т), где т — время следующего вида

y<(t) = (2/л) (л/4 + cosset — (созЗвл)/3+, j-(cos5 вд)/s + ...), 50 у (т) = (2(it) (л /4- созв rt+(созЗвгт)/3-(соз5 вг )/s + ...), у (т) =(2(к) (л /4+ sin cu

-+ (з!п5в rt)/5 + " ) у (1) = (2/ д) (д/4 -.sin curt (з1пЗвг )/355

-(зГп5в rt)/5+ ...) . (1)

Рассеянный дном акустический сигнал, задержанный относительно излученного ,акустического сигнала на время тэ = Vah(Vaскорость распространения акустического сигна10

Устройство для сейсмоакустической разведки конкреций на дне океана (фиг. 1) работает следующим образом.

Широкополосный электрический радиоимпульс с заполнением в г в.полосе частот, при которых диапазон длин волн равен диапазону размеров конкреций, представляющих интерес при поиске, с первого выхода

11 генератора 1 подается на излучатель 2, где он преобразуется в акустический сигнал, который излучается в сторону дна направленно или во всех направлениях.

Передний фронт радиоимпульса с второго выхода 20 генератора 1 поступает на управляющий вход 19 частотомера 14 и запускает его. На импульсный вход 18 цифрового частотомера 14 с выхода делителя 13 частоты поступают прямоугольные импульсы с частотой следования Fpn/4 (Fpn — частота выходных импульсов генератора 12 тактовых импульсов). На аналоговый вход 22 цифрового частотомера 14 с третьего выхода 21 генератора 1 поступает электрический радиоимпульс также с заполнением в r. В результате цифровой частотомер 14 формирует выходной код Ивых. = Fpn (4Ег), где Fr = в r/2ê, поступающий на цифровой вход 23 ДПКД 15, на импульсный вход 17 которого поступают импульсы с частотой

Fpp, ДПКД 15 формирует прямоугольные импульсы 46 вида, поступающие на вход цифрового фазовращателя на /2, при этом частота выходных имульсов 46 ДПКД

15 pBBH3 Fpp/Nagy = 4Fp

Цифровой фазовращатель 16 на zt /2 на выходах 25 и 27 формирует прямоугольные импульсы 47 и 48 типа меандр сдвинутые друг относительно друга нам/2 и с частотой

1603326 ла, h — расстояние до дна), принимается вместе с шумами приемной антенной 3, уси-. ливается полосовым усилителем 4 и фильтруется полосовым фильтром 5 в полосе частот, соответствующей излучению. На аналоговый вход детектора 6 при этом поступает сигнал вида

А,() cos(ю+Q)+ I.(t), где Ac{t) — огибающая полезного сигнала; 10

Q — начальная фаза;

I {t) — напряжение шума.

Детектор 6 производит синхронное детектирование полезного сигнала

Ac(t) cos (юг + Q) и асинхронное детекти- 15 рование шума. Отличительной особенностью синхронного детектирования является повышенная избирательность приема слабых сигналов на фоне шума. В результате на первом 7 и втором 32 выходах детектора 6 20 формируются соответственно сигналы вида

2 xcosQA<(t); 2/7в!пОА (С), (2) поступающие на входы 8 и 33 вычислитель- 25 ного блока 9, который в аналоговой или цифровой форме производит вычисление огибающей Ас{т) полезного сигнала в соответствии с выражением

30 л.(t) = ((Р.(t) sos 0P + (n.(t) sin С

{3) которая и регистрируется регистратором 10, Детектор 6 {фиг. 2) работает следующим образом.

На сигнальные входы первого 35 и четвертого 43 аналоговых ключей с выхода повторителя 34 напряжения, который служит для компенсации фазовых по- 40 грешностей, вносимых инвертором 38 напряжения, поступает сигнал вида

Ag(t) cos (аЛ + Q) + IUi(t) . На сигнальные входы второго 39 и третьего 42 аналоговых ключей с выхода инвертора 39 45 напряжения поступает проинвертированный сигнал полосового фильтра 5.

На управляющие входы первого 35, второго 39, третьего 42 и четвертого 43 аналоговых ключей поступают соответственно

Сигналы вида ус(t), y (t); ys(t), y>(t),определяемые выражением {1), Выходные сигналы аналоговых ключей 35, 39, 42, 43 равны произведению сигналов на их сигнальных и управляющих входах, Первый сумматор 36 производит суммирование выходных напряжений первого 35 и третьего 43 аналоговых ключей, второй сумматор 40 — выходных напряжений второго 39 и четвертого 43 аналоговых ключей. С учетом действия первого

37 и второго 41 фильтров низкой частоты, частота пропускания которых существенно меньше опорной частоты й) г и асинхронного детектирования шума 1ш(1) аналоговыми ключами 35, 39, 42 и 43, для выходных напряжений фильтров 37 и 41 будут справедливы выражения вида {2).

Таким образом, в предлагаемом устройстве для сейсмоакустической разведки конкреций на дне океана обеспечивается синхронное детектирование полезного сигнала, а выделение огибающей Ас{<) производится и при малом отношении сигнал — шум.

В результате обнаруженйе и исследование свойств конкреций может производиться на больших глубинах дна океана и в более широком диапазоне изменения опорной частоты N < генератора 1.

Формула изобретения

Устройство для сейсмоакустической разведки конкреций.на дне океана, содержащее генератор, излучатель, последовательно соединенные приемную антенну, полосовой усилитель и полосовой фильтр, выход которого подключен к сигнальному входу детектора, первый выход которого соединен с первым входом вычислительного блока, выход которого подключен к входу регистратора, при этом первый выход генератора соединен с входом излучателя, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и оперативности обнаружения конкреций, в него дополнительно введены генератор тактовых импульсов, делитель частоты, цифровой частотомер, делитель частоты с перемен ным коэффициентом деления и цифровой фазовращатель на к /2, при этом выход генератора тактовых импульсов соединен с импульсным входом делителя частоты с переменным коэффцииентом деления и с входом делителя частоты, выход которого подлючен к импульсному входу цифрового частотомера, управляющий вход которого соединен с вторым выходом генератора, третий выход которого соединен с аналоговым входом цифрового частотомера, выход которого подключен к цифровому входу делителя частоты с переменным коэффициентом деления, выход которого соединен с входом цифрового фазовращателя на л/2, первый, второй, третий и четвертый выходы которого подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому импульсным входам детектора, второй вь.ход которого соединен с вторым входом вычислительного блока, а детектор содержит последовательно соединенные повто1603326 ритель напряжения, первые аналоговый улюч, сумматор и фильтр нижних частот, последовательно соединенные инвертор напряжения, вторые аналоговый .ключ, сумматор и фильтр нижних частот, а также третий и четвертый аналоговые ключи, выходы которых соответственно подключены к вторым входам первого и второго сумматоров, при этом вход повторителя напряжения соединен с входом инвертора напряжения и является аналоговым входом детектора, входтретьего аналогового ключа подключен к выходуинвертора напряжения, входчетвертого аналогового ключа соединен с выходом повторителя напряжения, причем пер5 вым, вторым, третьим и четвертым импульсными входами детектора являются управляющие входы первого, третьего, второго и четвертого аналоговых ключей соответственно, а первым и вторым выхо10 дами детектора служат выходы первого и второго фильтров низкой частоты.

1603326Составитель Ю.Старовойт

Редактор .И.Касарда Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор И.Муска

Заказ 3383 Тираж 419 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101