Способ и устройство для определения продуктивности железомарганцевых конкреций на дне океана Советский патент 1984 года по МПК G01V1/38 

ходы последних - с входами первого входом делителя, второй вход делисумматора, выходы всех N приемных теля соединен с выходом первого сумканалов соединены с входами второго матора, а выход делителя - с входом сумматора, а выход последнего через вычислительного устройства с инди(Ы+)-й квадратор соединен с первым катором.

1130816

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

i

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 оперативную оценку продуктивности железомарганцевых конкреций с высокой точностью в глубоководных района Мирового океана.

Известен способ гидроакустического промера, основанный на излучении посылок и приеме эхо-сигналов в направлениях, перпендикулярных направлению движенияJ вправо и влево от этого направления, в сторону дна С 1Л .

Этот способ реализуется с помощью гидролокаторов бокового обзора, с;одержащих излучающую антенну в виде вытянутого цилиндра, ось которого расположена горизонтально вдоль направления движения носителя,, узкополосную приемную антенну, усилительные тракты и регистратор П.

Данный способ с использованием 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 точности в оценке продуктивности.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ определения продуктивнос,ти (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 21.

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 t31.

Однако известные способ и устройство не обладают достаточной точностью и оперативностью в оценке продуктивности железамарганцевых 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, напри мер, коэффициент затухания звука в грунте. Кроме того, требуется дополнительная обработка сигналов с целью выделения кратных отражений.

Целью изобретения является оперативное определение продуктивности железомарганцевых конкреций на дне океана и повьшение его точности.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения продуктивности железомарганцевых конкреций на дне океана, основаниему на вертикальном излучении акустических сигналов на дно, приеме рассеянных от дна сигналов,усилении, фильтрации и выделении их огиб ющих, излучают акустический монохро матический сигнал с длиной волны больше характерного размера конкреций, принимают рассеянный от дна си нал в ряде точек горизонтальной плос кости, расстояние между которыми не менее 10 длин волн излучаемых сигналов, измеряют среднее значение и среднеквадратичное отклонение огибаю щей рассеянных сигналов, принятых в этих точках, и по их отношению определяют продуктивность железомарТанцевых конкреций на дне океана по формуле М 0,llA.J(d/A). где d - среднеквадратичное отклонение огибающей рассеянных сигналов; А - среднее значение огибающей; Л - длина волны, м; Р - плотность железомарганцевых конкреций, кг/м , Поставленная цель достигается так же тем, что в устройствоДЛЯ определ ния продуктивности железомарганцевых конкреций на дне океана, включающее генератор, соединенный с излуча телем, приемный канал, содержащий по ледовательно соединенные ненаправленный приемник акустических колебаний, усилитель, фильтр и детектор и вычислительное устройство с индикатором введеныН() приемных каналов, (Ы+1) квадраторов, два сумматора и делитель, при этом выходы всех N приемных каналов соединены с входами квадраторов, а выходы последнюс - с входами первого сумматора, выходы всех N приемных каналов соединены с входами второго сумматора, а выход последнего через (Ы+1)-й квадратор соединен с первым входом делителя, второй вход делителя соединен с выходом первого сумматора, а выход делителя - с входом вычислительного устройства с индикатором. На чертеже приведена блок-схема устройства, реализующего предлагаемыА способ. Способ осуществляется следующим образом. Монохроматический электрический сигнал от генератора I подается на излучатель 2, где он преобразуется в акустический сигнал, дпина волны которого больше характерного размера конкреций. Этот сигнал излучается вертикально в сторону дна. Рассеянный ; 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 полосовыми усилителями 4 (.l-4.N) и фильтрации фильтрами 5 (5,1-5.N) на выбранной частоте излучения сигнал детектируется в детекторах 6. Выделенные таким образом огибакяцие принятого сигнала в каждом канале подаются на входы первого сумматора 7, где все . огибающие суммируются, и входы квадраторов 8 (8.1-8,N), где огибаю1ще 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 отра-. женных сигналов с выхода первого сумматора 7 поступает иа вход N+1 квадратора II,где она преобразуется в интенсивность и с вьвсода N- квадратора I1 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 12, где производится расчет продуктивности железомарганцевых конкреций, кг/м , по формуле М 0,11Д.Р (d/A), где л длина волны звука в воде, м; у- плотность железомарганцевых конкреций, кг/м ; d - среднеквадратичное отклоне- г:ие Огибающей рассеянных на дне сигналов; А - среднее значение огибающей. Можно определить

)/(|:)- .

|де AL огибающая принятого сигнала на i-OM пpиe шикe; N - количество приемных каналов

Предлагаемые способ и устройство благодаря своим высокой оперативности и точности в оценке продуктивности железомарганцевых конкреций на дне океана, а также отсутствию каких-либо ограничений по глубине места в районе их 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 хар,актерного размера неровностей на дне, коэффициент вариации огибающей (амплитуды) рассеянного от дна сигнала при нормальном падении определяется выражением

-С/ z/2F6

и о

Z-T - - ,

где о - среднеквадратичная высота

неровностей.дна.

При этом значения огибающих рассеянных сигналов необходимо измерять в некоррелированных точках пространства, т.е. на расстояниях более 10 длин волн звука, а для осреднения необходимо более 10 значений.

Количество необходи№1х приемников, а следовательно, и 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 илообразного дна океана и иногда покрыты тонким слоем этого осадка, В то же время плотность и скорость звука в конкрециях существено превьш1ает эти величины для верхнего осадочного слоя дна, Та;ким образом, железомарганцевые конкреции создают на поверхности дна неровную поверхность, среднеквадратичную высоту которой и определяют предлагаеьвле способ и устройство.

Предлагаемое изобретение при использовании на специализированных научно-исследовательских и инженерно-геологических судах обеспечит существенную экономию народнохозяйственных средств и повьш1ение качества проводиьшх работ.