Устройство для определения слоистости донных осадков Советский патент 1984 года по МПК G01V1/38 

Изобретение относится к геоакустическим сейсмическим и гидрографическим исследованиям донных осадков на акваториях, когда важно получить сведения о строении и физико-механических свойствах грунтов, например упругих свойствах, их однородности и т. п., что необходимо при проведении геологических и инженерно-геологических изысканий на акваториях, постановке судов на якоря, строительстве в портах и т. п. Известно устройство для определения сложности донных осадков, в котором с целью улучшения разрешающей способности (выделения более тонких по сравнению с основной длиной волны излученного сигнала слоев) предусмотрено применение двух поочередно работаюш.их излучаюш,их и приемных каналов, причем один из них по сравнению с другим возбуждает менее энергоемкий и более короткий по длительности излученный сигнал 1. Недостатками этого устройства, помимо усложнения аппаратуры, являются невозможность корреляции осей синфазности на границе смены записей, зарегистрированных от разночастотных излучателей; невозможность выделения тонких слоев, слоев - мошность которых меньше пространственной длительности излученного сигнала. Известно устройство, позволяющее определять коэффициент отражения от донных осадков акваторий, состоящее из излучателя, приемника, источника возбуждения и схемы обработки сигналов 2. В этом устройстве величина коэффициента отражения получается с низкой точностью, так как обрабатываются аналоговые сигналы, слоистость осадков не регистрируется. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является цифровая акустическая станция, содержащая излучатель, генератор импульсных токов, приемное устройство, блок приема и управления, регистратор, преобразователь аналоговых сигналов, причем первый вход регистратора подключен к первому выходу блока приема и управления, второй выход которого соединен с входом генератора импульсных токов, первый выход последнего подключен

к входу излучателя, а второй выход - к первому входу преобразователя аналоговых сигналов 2.

Сигналы приемника - излученный и отраженный от дна одновременно подаются в преобразователь аналоговых сигналов, где они разделяются по двум каналам, каждый со своим коэффициентом передачи К и Ко производится их временная селекция с определением кодов времени вступления if и to , вычисление поправочных коэффициентов , последовательное преобразование сигналов в цифровую форму и выделение максимальных значений амплинен с входом генератора импульсных токов, первый выход последнего подключен к входу излучателя, а второй.выход - к первому входу преобразователя аналоговых сигналов, введены коммутатор, блок квадратор-сумматор, запоминающее устройство, блок вычисления текущего значения коэффициента отражения по энергии, блок сравнения и вычисления мощности тонких слоев, преобразователь код-напряжение, причем выход приемного устройства через коммутатор подключен к входу блока приема и управления и к второму входу преобразователя аналоговых сигналов, первый туд излученного AM. и отраженного сигнала АО. Все перечисленные коды передаются в блок вычисления коэффициентов отражения по амплитуде и энергии, реализующий алгоритмыл/ & АО . / А. о4. ./- ;-гг-г где R(o)o и-R(o)f - автокорреляционные функции излученного и отраженного сигналов заранее заданной длительности Тп То , В этом же блоке выполняется осреднение значений Ул или Кэ по группам из п значений, код среднего V поступает на анализатор, где величина сравнивается с предварительно зафиксированными значениями изменения V от донных грунтов с различ,ным составом, вырабатывается сигнал, который поступает на табло отображения и высвечивается тип грунта. С блока вычисления коэффициента отражения коды величин V и V подаются на преобразователь кодов, вырабатывающий сигналы для записи на регистратор диаграмм УЛ и Уэ текущих и средних их значений в десятичных цифрах, Слоистость осадков этим устройством регистрируется в виде осей синфазности по временным (кинематическим) параметрам отраженных от поддонных слоев волн. Недостатком устройства является невозможность выделения тонкой слоистости, так как выделяемый минимальный слой по мощности не может быть меньще длительности Б пространстве излученного сигнала. Цель изобретения - повыщение разрещающей способности. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения слоистости донных осадков, содержащее излучатель, генератор импульсных токов, приемное устройство, блок приема и управления, регистратор,преобразователь аналоговых сигналов, причем первый вход регистратора подключен к первому выходу блока приема и управления, второй выход которого соедивыход последнего соединен с первым входом блока вычисления текущего значения коэффициента отражения по энергии, второй вход которого соединен с выходом запоминающего устройства, а третий вход - с первым выходом блока квадратора-сумматора, второй выход которого соединен с входом запоминающего устройства, а вход- с вторым выходом преобразователя аналоговых сигналов, выход блока вычисления текущего коэффициента отражения по энергии через блок сравнения и вычисления мощности тонких слоев и через преобразователь код-напряжение подключен к второму вход.у регистратора. На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 - схема распространения и приема сигналов; на фиг. 3 - амплитудная характеристика принятых сигналов. Устройство содержит излучатель 1, генератор 2 импульсных токов, приемник 3, коммутатор 4, блок 5 приема и управления, регистратор 6, преобразователь 7 аналоговых сигналов, квадратор-сумматор 8, oneративное запоминающее устройство 9, блок 10вычисления текущего энергетического коэффициента отражения по энергии, блок 11сравнения и вычисления мощности слоев, преобразователь 12 код-напряжение. Вход излучателя 1 подключен к первому выходу генератора 2 импульсных токов, вход которого соединен с вторым выходом блока 5 приема и управления. Выход приемника 3 через коммутатор 4 подключен к второму входу преобразователя 7 аналоговых сигналов и входу блока 5 приема и управления, первый выход последнего соединен с первым входом регистратора 6, а второи - с входом генератора 2 импульсных токов. Второй выход генератора 2 импульсных токов соединен с первым входом преобразователя 7 аналогичных сигналов, первый выход которого соединен с первым входом блока .10 вычисления текущего значения коэффициента отражения по энергии, второй вход последнего подключен к выходу запоминающего устройства 9, а третий вход - к первому входу блока 8 квадратора-сумматора, второй выход которого соединен с входом запоминающего устройства 9. Вход блока 8 квадраторасумматора подключен к второму выходу преобразователя 7 аналоговых сигналов. Выход 10 вычисления текущего значения коэффициента отражения по энергии, через блок 11 сравнения и вычисления мощности слоев и через преобразователь 12 код-напряжение подключен к второму входу регистратора 6. На фиг. 2 представлена схема распространения и приема сигналов, поясняющих интерференцию при тонкослоистом разрезе (для лучщего понимания и наглядности лучи на фиг. 2 показаны падающими под с, углом). С помощью излучателя 1 излучают акустический сигнал, который доходит до дна и последующих hi.... Нг, Нгь,,слоев и отражается от них. Принимают прямую волну по пути излучатель 1 - приемник 3 и отражение F(t) дна и тонких слоев F(t) hi, F(t)h2 . F(t)h,,, регистрирующиеся на г иемнике в интерференционном JE F(t и сигнал F(t)hnM,который попадает на приемник 3 без интерференции. Суммарный сигнал А зарегистрируется приемником как один сигнал, отраженный от дна, поэтому на акустико-геологическом разрезе в известных способах из-за раздельного приема только сигнала F(t)hn.,yдaeтcя выделить мощный слой дно +hn.i, а слои h, hz., ha не выделяются. Прямой сигнал и принятые отраженные сигналы разбивают на п последовательно возрастающих по времени интервалов. Длительность первого времанного интервала п составляет долю всей длительности излученного сигнала, например 1/4 первого максимума, с приращением Л h для следующего временного интервала, равным h. В каждом временном интервале h определяют энергетический коэффициент отражения Vn - Найденные текущие значекия Vn записывают методом яркостной модуляции в функции времени, в результате чего находится зависимость Упот времени распространения. В моменты времени, соответствующие вступлению отдельных волн от тонких слоев, характер зависимости текущего коэффициента отражения будет изменяться, даже если интерференционный сигнал не имел видимых изменений в форме суммарного отражения. Выделяя времена t/ , при которых произменение текущего коэффициен определяется мощность слоя t-, во временном мащстабе по простому соотношениюь . - ii Url г г 1 fii z Если априори известна скорость распространения в осадках, то мощность слоя мо жет быть определена и в метрическом масщтабе по формуле Ьп1 с М. Разрещающая способность при этом величиной приращения длительности окна, в котором определяют текущий энергетический коэффициент отражения. Устройство работает следующим образом. Управляющий импульс с блока 5 приема и управления возбуждает генератор 2 импульсных токов, подающий энергию на излучатель 1 и вырабатывающий импульс запуска. Прямой и отраженный от дна и поддонных слоев сигналы принимают приемником 3, с которого предварительно усиленные сигналы поступают в блок 5 приема и управления, имеющий на своем входе коммутатор 4, который автоматически включает выход с приемника 3 на вход 7 преобразователя аналоговых сигналов или на вход блока 5 приема и управления в момент времени, устанавливаемый оператором. В исходном положении коммутатор 4 соединяет выход приемника 3 с входом преобразователя 7 аналоговых сигналов для последующего получения высокой разрещающей способности верхней части акустико-геологического разреза. Для регистрации глубинного разреза коммутатор 4 подключает выход приемника 3 к входу блока 5 приема и управлейия, и дальнейщая регистрация глубинной части разреза осуществляется обычным для звуковой геолокации методом, а именно: в блоке - приема и управления сигналы усиливаются, фильтруются и подаются на вход регистратора 6, где записываются методом яркостной модуляции. Ниже описываются операции, выполняемые для регистрации верхней части разреза с высокой разрещающей способностью по слоям, т. е. в исходном положении коммутатора 4, когда сигнал приемника 3 поступает на вход преобразователя 7 аналоговых сигналов где они разделяются по двум каналам - излученный с коэффициентом передачи К, отраженный К, выполняется их временная селекция, вычисление времени вступления от импульса запуска tn. и to поступающего с генератора 2 импульсных токов, а затем последовательное преобразование в цифровую форму, производится выделение максимумов излученного ИМм. , и отраженного ИМо сигналов, и в соответствующие максимумам времена вырабатывается командный импульс, вычисляется коэффициент с +Ки с - fТ/ Задержанные цифровые коды излученного и отраженного сигналов и управляющие сигналы: импульс запуска и импульсы максимума ИМм и ИМо поступают на вход квадратора-сумматора 8; код 6 и коды времен распространения t и i, на блок 10 вычисления текущего энергетического коэффициента отражения. Импульсом запуска квадратор-сумматор 8 подготавливается к работе, а по команде импульса ИМц выполняет возведение в квадрат и последовательное накопление суммы квадратов текущих амплитуд излученного сигнала, таки,м образом, что парная сумма A(i) фиксируется в окне, равном интервалу от времени задержки до временной координаты ИМм , далее к полученной сумме прибавляется квадрат следующего за выделенным максимумом кода амплитуды и так далее до заданной длительности излученного сигнала. Полученные коды сумм поступают в оперативное запоминающее устройство 9 по команде устройства управления, размещенного в квадраторе-сумматоре 8. Когда импульс максимума ИМ поступает в квадратор-сумматор 8. Описанные операции начинают выполняться с отраженным сигналом. По команде устройства управления первая сумма отраженного сигнала A,{i ) в окне импульс задержки - время максимума отраженного сигнала передается в блок 10 вычисления текущего энергетического коэффициента отражения и туда же из оперативного запоминающего устройства 9 поступает код первой суммы излученного сигнала, где выполняется вычисление энергетического коэффициента отражения по алгоритму V e/if y4n(L) Van - , 71 tnVS Afro где/(, Л/о число выборок, участвующих в накоплении квадратов амплитуд; У - цифровые коды текущих значений амплитуд излученного и отраженных сигналов. По мере поступления кодов отраженного сигнала в квадратор-сумматор 8 и получения накопленных сумм из оперативного запоминающего устройства извлекаются соответствующие суммы излученных сигналов и передаются на вход блока 10 вычисления текущего энергетического коэффициента отражения, где вычисляется последовательность текущих энергетических коэффициентов отражения. Полученные коды этих коэффициентов Уэ(, г, VSj , ...Van передаются на блок 11 сравнения и вычисления мощности слоев, который вычисляет временную координату точек перегиба функции текущего энергетического коэффициента отражения во времени и вычисляет мощность слоя по формуле h -Inti - In. п„2 где С- скорость распространения, м/с; t - время точки перегиба от момента импульса запуска (начала возбуждения излучателя). Если скорость распространения неизвестна, то мощность слоя определяется во временном масщтабе. Цифровые коды, соответствующие полученным временам, поступают в преобразователь 12 код-напряжение, где вырабатывается последовательность импульсов, передающихся на вход регистратора 6 для записи акустико-геологического разреза с высокой разрешающей способностью.

С помощью данного устройства зафиксированы текущие энергетические коэффициенты отражения на грунтах, представленных слоистыми глинисто-ал вристистыми илами, что подтверждено пробоотбором.

Получены текущие энергетические коэффициенты отражения во временных окнах

разной длительности; по полученной зависимости выделены тонкие 25-80 см слои при длине волны излученного сигнала 3 м и длительности его в пространстве 16 м.

Это указывает на правильность принципа построения устройства, а также на перспективность применения устройства для разделения отраженных сигналов в зонах интерференции, что может найти щирокое применение в морских сейсмических, акустич еских и гидрографических работах.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СЛОИСТОСТИ ДОННЫХ ОСАДКОВ, содержащее излучатель, генератор импульсных токов, приемное устройство, блок приема и управления, регистратор, преобразователь аналоговых сигналов, причем первый вход регистратора подключен к первому выходу блока приема и управления, второй выход которого соединен с входом генератора импульсных токов, первый выход последнего подключен к входу излучателя, а второй выход - к первому входу преобразователя аналоговых сигналов. отличающееся тем, что, с целью повышения разрешающей способности, в него введены коммутатор, блок квадратор-сумматор, запоминающее устройство, блок вычисления текущего значения коэффициента отражения по энергии, блок сравнения и вычисления мощности тонких слоев, преобразователь код-напряжение, причем выход приемного устройства через коммутатор подключен к входу блока приема и управления и к второму входу преобразователя аналоговых сигналов, первый выход последнего соединен с первым входом блока вычисления текущего значения коэффициента отражения по энергии, второй вход которого соединен с выходом запоминающего устройства, а третий вход - с первым выходом блока квадратора-сумматора, второй выход коtoporo соединен с входом запоминающего (Л устройства, а вход - с вторым выходом преобразователя аналоговых сигналов, выход блока вычисления текущего коэффициента отражения по энергии через блок сравнения и вычисления мощности тонких слоев и через преобразователь код-напряжение подключен к второму входу регистратора. СП ю