Устройство для сейсмоакустической разведки конкреций на дне океана Советский патент 1985 года по МПК G01V1/38 

Изобретение относится к морской сейсмоакустической разведке и может быть использовано для обнаружения железомарганцевых конкреций на дне океана на ходу судна практически при любой глубине места.

Известны устройства для сейсмоакустической разведки, содержащие генератор с усилителями мощности, излучатель и приемную антенну акустических колебаний с N(N 3) параллель:но соединенными приемниками, фильтр, усилитель и регистратор fl и C2l.

Однако эти устройства обладают небольшой чувствительностью к мелкой структуре верхнего слоя дна, покрытого конкрециями; появляются рассеянные сигналы от слоев дна и стай придонных биологических скоплений, что вызвано плохой помехозащищенностью таких устройств и ведет к ложному срабатыванию системы.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для сейсмоакустической разведки конкреций на дне океана, реализующее способ обнаружения конкреций на дне океана и содержащее . последовательно соединенные задающий генерато усилитель мощности и излучатель, приемную антенну, состоящую из ) ненаправленных идентичных приемников акустических колебаний, соединенных последовательно с N усилителями, и М (М 1) блоков формирования диаграммы направленности акустического, луча, и последовательн соединенные фильтр, детектор и регисратор з 1

Недостатками известного устройства являются небольшие производительност и помехоустойчивость при обнаружении конкреций, поскольку для обнарзтжения конкреций необходимо специальным механическим или электронным устройством изменять направление антенны на разные участки дна, в то же время появление в какой-то момент биологических скоплений на дне ведет к ложному срабатыванию устройства.

Цель изобретения - повышений производительности и помехоустойчивости при разведке конкреций.

Поставленная цель достигается тем что устройство для сеймоакустической разведки конкреций на дне океана, содержащее последовательно соединенные задающий генератор, усилитель

мощности и излучатель, приемную антенну, состоящую из N(N 3) ненаправленных идентичных приемников акустических колебаний, соединенных последовательно с N усилителями, М (Н У ) блоков формирования диаграммы направ(Ленности акустического луча, при этом выходы всех N усилителей соединены с входами каждого из М блоков формирования диаграммы направленности акустического луча, и последо вательно соединенные фильтр, детектор и регистратор, введены дополнительно М блоков управляемых линий задержек, сумматор, блок управления и управляемый генератор тактовых импульсов, причем выходы блоков формирования диаграммы направленности акустического луча соединены с входами блоков управляемых линий задержек, а выходы последних соединены с входами сумматора, выход которого соединен с входом фильтра, входы блока управления являются входами устройства, выход блока управления соединен с управляющим входом запуска задакщего генератора, входом синхронизации регистратора и через управляемый генератор тактовых импульсов - с управляющими входами М . блоков управляемых линий задержек, при этом излучатель вьтолнен из последовательно соединенных пьезокерамических колец, закрепленных на отражающем акустические колебания экране, который установлен под углом 30 к вертикали, причем длина излучателя в М раз меньше длины приемной антенны.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства} на фиг. 2 - схема общего вида устройства.

Устройство содержит последовательно соединенные задающий генератор 1 тонально-импульсных сигналов, усилитель 2 мощности и излучатель 3, набранный из одинаковых последовательно соединенных пьезокерамических колец, закрепленных вдоль направления сужения судна на акустически отражающем экране, который расположен под углом к вертикали 30°.

Приемная антенна состоит из ненаправленных идентичных приемников 4 акустических колебаний (4.1-4.N), выставленных в горизонтальную линию и соединенных последовательно с усилителями 5 (5.1 - 5.N), выходы которых соединены с каждым из входов М блоков 6 t6,l-6M) формирования диаграммы направленности луча, выходы последних через М блоков 7 (7.1-7.м) управляемых линий задержек соединены с входами cjTMMaropa 8, который после довательно соединен с фильтром 9, де тектором 10 и регистратором II. Управляющий вход блоков 7 управляемых линий задержек соединен через управляемый генератор 12 тактовых импульсов блок6м 13:управления, первый вход которого соединен с выходом судового лага, а второй вход - с выходом судового эхолота, выход блока 13 управления соединен с управлякщим входом запуска задающего генератора и входом синхронизации регистратора П. Устройство работает следующим. образом; Электрический сигнал заданной частоты, длительности и периода повторения задакяцего генератора 1 через усилитель 2 мощности, где он усиливается, поступает на излучатель 3, набранный из последовательно соединенных пьезокерамических колец, закрепленных в направлении движения судна на акустически отражающем экране, установлен под углом ЗО к вертикали. Ширина диаграммы направленности излучателя в вертикальной плоскости (поперек движения) меньше 60. Излучатель 3 преобразует электрический сигнал в акус тцческий. Акустическая посылка, достигнув дна, рассеивается на нем и возвращается в обратном направлени поступая на приемники 4. 1-4. N, где она преобразуется в электрический сигнал. Принятые сигналы усиливаются в усилите лях 5. I-5.N и поступают в М блоков 6.16м формирования диаграммы направленности луча. Так как в формировании участвует вся длина антенны, которая в М раз длиннее излучающей, то и ширин в этом направлении каждого луча приемной антенны будет в М раз уже. Соседние оси диаграмм направленности лучей располагаются так, чтобы расстояния между ними равнялись этой ширине. Общая щирина всех М лучей не должна превышать 10-20°. Принятый сигнал от каждого направления поступает на блоки 7.1-7.М управляемых линий задержек и далее на входы сумматора 8. Блоки 7.1-7М управляемы 1 75 линий задержек (выполненные, например, на сдвиговых регистрах ) задерживают принятый сигнал на время, за которое последний (по ходу судна/ луч на дне займет положение этого луча т.е. когда рассеянные области их совпадают. Таким образом, сигнал на выходе сумматора 8 представляет собой сумму М сигналов, рассеянных от одного и того же участка дна, снятого в разное время под разными углами, что приводит к уменьщению случайного выброса в Ум раз. На управлянадие входы блоков 7 управляемых линий задержек поступают тактовые импульсы от управляемого генератора 12 тактовых импульсов, частота которых и, следовательно, время задержки в блоках 7 определя,ются блоком 13 управления, вход которого соединен с управлянщим входом генератора 12 тактовых импульсов. На входы блока 13 управления подаются данные о скорости движения (V) и глубине места (Н ас вьпсода блока 13 управления поступает сигнал в управляемый генератор 12 тактовых импульсов, пропорциональный Скорости движения судна и обратно пропорциональный глубине, места. Полученный таким образом сигнал с выхода сумматора 9 последовательно фильтруется в фильтре 9, вьщеляется амплитуда сигнала в детекторе 10 и регистрируется в регистраторе 11, . где амплитуда рассеянного сигнала записьшается в виде, например, затемнения, пропорционального амплитуде, а время прихода пропорционально расстоянию от приемной антенны до озвученного участка (фиг. 2). С целью синхронизации с выхода блока 13 управления подаются сигналы на начало излучения посылки в задающий генератор 1 и регистратор 11. Следовательно, в регистраторе 11 в вкде, например, яркостной картины в реальном масштабе времени получается картина дна океана с расположемн оми на ней конкреционными участками в виде затемнений. Величина затемнений зависит от плотности залегания конкреций на дне. Возможность практического-осуществления предлагаемого устройства бьта проверена в условиях открытого океана в Институте океанологии им. П. П. Ширшова АН СССР в 6-м . S1 се (акустическом, специализированном по поиску конкреций) на НИС Академик Мстислав Келдыш в июне сентябре 1983 года. Рабочая частота составляла 6,5 кГц при длительности посыпок 2-200 мс. Диаграммы направленности излучателя составляли в вертикальной плоскости поперек движения 57, вдоль - 12, а приемной антенны поперек круговая, а вдоль движения 0,8°. Исследования производились при глубине места 4 км. Эксперименты подтвердили полную работоспособность устройства и суще 5 ственное увеличение производительности и помехоустойчивости по сравнению с базовым устройством. Исходя из большей значимости задачи по обнаружению железомарганцевых конкреций на дне океана и их добычи, можно предполагать, что устройство при использовании его на специализированных научно-исследовательских и геологических судах обеспечит существенную экономию народнохозяйственных средств при разведке новых районов железомарганцевых конкрёций.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЕЙСМОАКУСТИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКИ КОНКРЕЦИЙ НА ДНЕ ОКЕАНА, содержащее последовательно, соединенные задающий генератор, усилитель мощности и излучатель, приемную антенну, состоящую Из N(N 3) ненаправленных идентичных приемников акустических колебаний, соединенных последовательно с N усилителями, М (М 1) блоков формирования диаграммы направленности акустического луча, при этом выходы всех N усилителей соединены с входами каж,дого из М блоков формирования диаграммы направленности акустического луча, и последовательно соединенные фильтр, детектор и регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения его производительности и помехоустойчивости при разведке конкреций, оно дополнительно содержит М блоков управляемых линий задержек, сумматор, блок управления и управляемый генератор тактовых импульсов, причем выходы блоков формирования диаграммы направленности акустического луча соединены с входами блоков управляемых линий задержек, а выходы последних соединены с входами сумма§ тора, выход которого соединен с входом фильтра, входы блока управления СО являются входами устройства, выход блока управления соединен с зтравляющим входом запуска задающего генератора, входом синхронизации регистрато-а ра и через управляемый генератор тактовых импульсов - с управляющими входами М блоков управляемых линий 00 00 задержек, излучатель при этом выполнен из последовательно соединенных -Nj пьезокерамических колец, закрепленных г на отрайсающем акустические колебания СП экране, который установлен под углои 30 к вертикали, причем длина излучателя в М раз меньше длины приемной антенны.

I

г I

/р/ V

Г