Устройство для определения акустических параметров донного грунта Советский патент 1983 года по МПК G01V1/38 

Иообретелие относится к поисковой и разведочной геофизике и, в частности, может быть использовало при инженерно- геологических исследованиях структуры пород, слагающих дно морей и океанов, акустическими методами разведки. Известна цифровая геоакустическая станция для морских исследований, содер жащая излучатель, пенера1ор импульсных токов, приемное устройство, блок приема и управлен ш, регистратор, аналого-цифровой прсобразоЕ атель, устройство обработки и накопитель на магнитной ленте. Блок приема и управления формирует командные сигналы, которые поступают на излучатель, возбуждающий импульсы давления звукового диапазона частот. Отр4 жезшые волны, поступая на приемное устройство, преобразуются в непрерывны электртгческие сигналы и подаются на аналого-цифровой преобразователь. Цифровые коды сигналов с аналого-цифровог преобразователя через устройство обработки записъгоаются на магнитную ленту и могут быть использовань для обработки на ЭВМ ll . Указащшя станция не позволяет определять акустические параметры донного г зунта в процессе движения плавсредства Известны способ и устройство, позволяющие определять коэффициент отражения от морского дна. Устройство вклю юет в себя излучатель, генератор импульсных токов, приемное устройство, блок приема и управления, регистратор и определяет по временным 1-шдикациям ослабление звуковых сигналов при их отралсении от морского дна. Полученная величина потерь фиксируется в аналоговом виде и преобразуется в цифровую форму для вьтода на дисплей С 2 . Недостатками устройства являются низкая точность определения величины потерь и малая достоверность определения характера донного грунта. Наиболее близкой к предлагаемой является цифровая акусти1еская станция, содержащая излучатель, генератор импульсных токов, приемное устройство, блок приема и управления, регистратор, преобразователь аналоговых сигналов, блок вьшит ания коэффициента отражения, анализатор велич11Нкоэффициентов отраж ния, преобразователь кодов и табло отображе}1ия, при зтом вход излучателя сое дш1ен с выходом генератора импульсных токов, а выход приемного устройства соедине) с первым входом преобразоват ЛЯ аналоговых сигналов и входом блока приема и 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. В 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 вьшосится решение о характере грунта 3 . Недостатком известной цифровой акустической станции является низкая достоверность определения характера дога1ого грунта, так как для вьшесения решения о характере грунта используется только один акустический параметр. Цель 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 устройству соединен с первым входом первого преобразователя аналоговых сигналов и входо;/ блока приема и управления первый выход которого подключен к первому входу регистратора, а второй выход к вxoдJ 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 соед1тен с выходом первого преобразователя аналоговых сиг- налов, а второй вход - с выходом второ преобразователя аналоговых сигналов, пе вый вход последнего соединен с выходом второго приемного устройства, а второй вход - с вторым вькодом блока приема и управления. На чертеже приведена блок-схема уст ройства для определения акустических параметров донного грунта. Устройство для определения акустических 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 , аналоговых сигналов, преобразователь 7 кодов, анализатор 8 акустических параметров, табло 9 о1Х)бражения, второе приемное устройство 10, второй преоб разователь 11 аналоговых сигналов и блок 12 определения акустических параметров. Вход излучателя 1 соединен с выходом генератора 2 импульсных токов, а выход первого приемного устройства 3 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 ход - к входу генератора 2 импульсных токов и второму входу первого преобрб;зователя 6 аналоговых сю1алов. Первый вход и выход преобразователя 7 кодов соединены с выходом и вторым входом регистратора 5 соответственно. Выход анализатора 8 акустических параметров соед1шен с входом табло 9 отображения, а вход подключен к второму входу преоб разователя 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 сигналов, первый-вход последнего соедине с выходом второго приемного устройства t 10, а второй вход -.с вторым выходом блока 4 приема и управления, Устройство для определения акустич еских параметров донного грунта работа ет следующим образом. Командный импульс, вырабатываемый блоком 4 приема и управления, возбужда ет генератор 2 импульсных токов, электрическая энергия с которого в виде мощ ного токового импульса подается на излу чатель 1, где происходит преобразование электрической энергии в акустическую. Возбуждаемые излучателем 1 упругие колебания распрсх:траняются в воде йак по нормали к поверхности дна, так и в других направлениях, Отраже1шые от границ раздела слоев донного грунта.колебания поступают на первое и второе приемные устройства 3 и 1О, в которык эти колебания преобразуются в электрические сигналы. Причем первое приемное устройство 3 принимает колебания, отраженные ло 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. Электр1П1еские 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, вырабатываемый блоком 4 приема и управления, поступая на генератор 2 импульсных токов, одновременно поступает и на первьй 6 и второй 11 преобразователи аналоговых сшгналов, в которых производится формирование временных окон для приема излученного и отраженных сигналов, В каждом из преобразователей 6 и 11 аналоговых сигналов электрические сигналы, поступают щие с приемных устройств 3 и 1О cooa ветстве1шо, преобразуются в цифровую форму и затем путем последовательного сравнения цифровых кодов вьщеляются максимальные значения амплитуд излушнного и отраженных сигналов, Так, в первом преобразователе 6 аналоговых сигналов определяется значение максимальной амдлитудй излученного сигнала А ,ц и значение максимальной амплитуды отраженного по нормали к поверхности дна А он I во втором преобразователе 11 аналоговых сигналов определяется значение максимальной амплитуды излученного сигнала А , поступившего на второе П1эиемное устройство 10, и значение максимальной амплитуды отраженного под некоторым углом от поверхности дна сигнала XQ,, , Кроме того,, в первом преобразователе 6 аналоговых снгигшов производится измерения времен распространэ ия звуковых колебаний от излучателя 1 до первого приемного устройства 3 -Ь и измерение BpeiieHH pacnpocTpeuieiraH звуковых колебаний по пути излучатель - цно - первое приемное устройство , а во втором преобразователе 11 аналоговых сигналов производится измерение времени распространекия звуковых колебаний от излучателя 1 до второго приемного устройства 10 tj и измерение времени распрост ранения звуковых колебаний по пути излу штель - дно - второе приемное стройство 1 Q4, . Цифровые коды максималь ного значения амплитуд сигналов и коды времени распространения звуковых колебаний из преобразователей 6 и 11 аналоговых сигналов передаются в блок 12 определения акустических параметров ,в котором по полученным кодам произво дится вначале определение коэффициентов отражения сигналов по нормали от дна J ц и коэффициента отражения сигна лов от Д11а под некоторьш углом Vsj п след юишм формулам: ОН ОН Мf ljut мн ми иу где Ку,н , KO , KHV и KOV - коэффициенты передачи изл енного и отраженного сигналов. Затем в блоке 12 определения акустических параметров вьтчисляют угол падения звуковой волны & ; на границу раздела вода дно по форму ле . ,а . i-i ,-1 COH оу иу С0, tov По вычисленным значениям коэффициентов отражения и косинусу угла падения определяют скорость распространения упругих колебаний в породах два водоема по формуле Vi-coo e vi- CI-VH). (Wv) где C - скорость распространения звуковой во/шы в воде. Скорость С в зависимости от требуемой то шости вычисляется по извести ному расстоянию ме)кду излучателем 1 и приемными устройствами 3 и 10 и соответствующему времени -t «ц , -t 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 15ОО м/с. После этоЬз определяется плотность . породы дна водоема по формуле y/U + Vn V-l-cos e Wl .) С01-С i-voH Vv) где j3 - плотность водной среды. В выражении (5) плотность водной среды р 1 г/см и при вычислении задается константой. Цифровые коды вычисленных величин Мц , Cj и Р/2. блока 12 определения акустических параметров подаются на преобразователь 7 кодов, в котором указанные коды прёобр)азуются таким образом, чтобы выра-батъгоались сигналы для регистратора 5, обеспечивающие фиксацию текущих значений VH С, и Яг. в виде штрихов, длина которых пропорциональна соответствующим значениям величин Му , Со Ра. того, цифровые коды величин Уц . Сд. P-j блока 12 определения акустических параметров поступают на анализатор 8 акустических параметров, где цифровые коды указанных величин сравниваются с предварительно зафиксированными границами изменения акустических параметров дoшiыx грунтов с различным литологическим составом и относятся к соответствующему типу донных грунтов. Анализатор 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 регистратора 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 огфеделения характера донного,грунта по сравнению с прототипом получается за счет того, что в донном устройстве определение ха7 1010585,8

рактера дояного грунта производится поме того, три акустических параметра

трем акустическим параметрам, а не по . позволяют расчленить дошше грунты I окяому, как в устройстве-прототипе. Кро- более мелкие геологические разийсти.

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 соответст- венно, 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.