Аппаратура для картирования грунтов дна водоема Советский патент 1985 года по МПК G01V1/38 

Изобретение относится к геофизической аппаратуре, предназначенной для сейсмоакустических исследований структурных и литологических особенностей донных отложений на акваториях, и может быть использовано при выполнении работ по геологическому картированию донных осадков.

Цель изобретения - повышение точности построения карт распределения донных осадков за счет определения местоположения отражающей по нормали поверхности дна.

На фиг. 1 изображена структурная схема аппаратуры для картирования грунтов дна водоема; на фиг. 2 - функциональная схема многоканального порогового устройства; на фиг. 3 - схема измерения глубины и удаления отражающих поверхностей дна.

Аппаратура содержит блок управления 1, источник возбуждения 2, приемоизлучающую систему 3, коммутатор 4, аналого-цифровой преобразователь 5 (АЦП), устройство обработки 6 и устройство регистрации 7, соединенные последовательно, оперативное запоминающее устройство 8 (ОЗУ), выход которого подключен к второму входу устройства обработки 6, измеритель временных интервалов 9 и соединенные последовательно многоканальное пороговое устройство 10, постоянное запоминающее устройство 11 (ПЗУ), сумматор 12, косинусно-синусный вычислитель 13 и умножитель 14, причем выход последнего соединен с третьим входом устройства обработки 6, а второй вход - с выходом оперативного запоминающего устройства 8, вход которого соединен с выходом измерителя временных интервалов 9 и вторым выходом блока управления 1. Сигнальный вход 17 многоканального порогового устройства 10 подключен параллельно с входом коммутатора 4 к выходу приемоизлучающей системы 3, первый выход 18 подключен параллельно с входом постоянного запоминающего устройства 11 к управляющему входу коммутатора 4, второй выход 19 - к входу измерителя временных интервалов 9. Второй вход сумматора 12 является входом аппаратуры.

Многоканальное пороговое устройство 10 содержит п компараторов 20.1, 20.2, ..., 20.п, п триггеров 21.1, 21.2, ..., 21.п, мультиплексор 22, источник опорного напряжения 23, дешифратор 24, логическую схему И 25 и счетчик 26. Первые входы компараторов 20.1, 20.2, ..., 20.П объединены и подключены к выходу источника опорного напряжения 23, а вторые входы подключены к входу 17 устройства. Выходы компарато ров 20.1, 20.2, ..., 20.n подключены соответственно к первым входам триггеров 21.1, 21.2, ..., 21.rt, выходы которых подключены к соответствующим сигнальным входам мультиплексора 22. Выход мультиплексора 22 подключен к выходу 19 устройства и через первый вход логической схемы И 25 - к входу счетчика 26, выходы которогб подключены к выходу 18 устройства, соответствующим адресным входам мультиплексора 22 и сигнальным входам дешифратора 24, управляющий вход которого соединен с входом 15 устройства, а выходы подключены к вторым входам соответствующих триггеров 21.1, 22.2, ..., 21л. Второй вход логической схемы И 25 соединен с входом 16 устройства.

Аппаратура работает следующим образом.

Командный импульс, вырабатываемый блоком управления 1, запускает источник возбуждения 2, электрические импульсы с которого поступают на приемоизлучающую акустическую систему 3, где происходит преобразование электрической энергии в акустическую. Приемонзлучающая акустическая система 3 выполнена в виде ненаправленного излучающего и многоэлементного приемного акустического преобразователей, причем каждый элемент имеет узкую диаграмму направленности. Диаграмма направленности одного из элементов совмещена с диаметральной плоскостью судна (нулевой луч), а диаграммы направленности других элементов находятся под постоянными углами р по отношению к соседним (фиг. 3). Кроме того, имеется один элемент, диаграмма направленности которого направлена в сторону излучающего акустического преобразователя, для обеспечения неискаженного приема прямого (излученного) сигнала. Создаваемые упругие колебания распространяются в воде и принимаются приемоизлучающей системой 3, электрические сигналы с которой поступают на коммутатор 4 и на вход 17 многоканального порогового устройства 10. Причем в последнем сигналы с каждого г-го

элемента многоэлементного приемного акустического преобразователя поступают на вход соответствующего компаратора 20.1, на второй вход которого подается регулируемое пороговое напряжение с источника опорного напряжения 23. При превышении

0 входным сигналом уровня порогового напряжения срабатывает компаратор 20.i и на его выходе формируется сигнал, который поступает на триггер 21.г и устанавливает его в единичное состояние.

Одновременно с командным импульсом в блоке управления 1 вырабатываются синхроимпульсы, которые поступают на устройство регистрации 7, измеритель временных интервалов 9 и на вход 16 многоканального

0 порогового устройства 10. В последнем через логическую схему И 25 синхроимпульсы поступают на счетчик 26, в котором производится счет этих импульсов по модулю п, где п - число каналов многоканального порогового устройства 10. На выходе счетчика

5 26 формируются каналы номеров каналов, ко торце поступают на адресные входы мультиплексора 22, подключая поочередно (последо вательно опрашивая) выходы триггера 21.1,

21.2, ..., 21.n к входу логической схемы И 25. При срабатывании одного из компараторов, например компаратора 20./,сигнал с его выхода изменяет состояние соответствующего триггера 21./ и при подключении его входа к логической схеме И 25 сигнал с триггера 21./ запрещает прохождение синхроимпульсов на вход счетчика 26, на выходе которого в эго время сформирован код /-го канала. Кроме того, сигнал с триггера 21./ через мультиплексор 22 и выход 19 поступает на вход измерителя временных интервалов 9, где производится счет синхроимпульсов и формируется код текущего времени t/, который записывается в /-ю ячейку памяти оперативного запоминающего устройства 8. По окончании записи кода текущего времени оперативное запоминающее устройство 8 вырабатывает импульс, который через стробирующий вход 15 многоканального порогового устройства 10 поступает на управляющий вход дещифратора 24, на вход которого подан код У-ГО канала, и появляется на /-м выходе дешифратора 24, который подключен к второму входу триггера 21./, переводя этот триггер в нулевое состояние, тем самым вырабатывая сигнал, разрешающий вновь прохождение синхроимпульсов через логическую схему И 25 на счетчик 26.

Код г-го канала со счетчика 26 через выход 18 многоканального порогового устройства 10 поступает на вход постоянного запоминающего устройства 1 1, где этот код используется в качестве кода адреса ячейки, в которой хранится код угла /р наклона г-го луча к нулевому лучу /р, и считывает его для передачи в сумматор 12. На второй вход сумматора 12 через вход аппаратуры подается текущее значение угла крена судна (Y) , на котором установлена аппаратура. Полученная сумма углов, определяющая наклон г-го луча к вертикальной линии, поступает на синусно-косинусный вычислитель 13, где вырабатываются цифровые коды синуса и косинуса этой суммы, т. е. Sin (/P+v и cos (i + T), и передается на умножитель 14, на второй вход которого подается с оперативного запоминающего устройства 8 код /,, значение этого кода пропорционально расстоянию до отражающей поверхности дна

по i-му лучу. Скорость распространения звуковых колебаний в воде С может быть измерена перед началом работ или задана, значение С/2 заносится в определенную , ячейку оперативного запоминающего устройства 8 и после каждого кода А передается на умножитель 14. В последнем производится вычисление глубины Л, и удаления d{ отражающей поверхности дна по i-му лучу:

О/г, |-/,cos(/p-f Y),

ii, ,sin(/p +Y).

Вычисленные значения /z, и rf, передаются на устройство обработки 6.

Код г-го канала подается также на коммутатор 4, который подключает /-ый элемент приемоизлучающей системы 3 к входу аналого-цифрового преобразователя 5. Цифровые коды с выхода аналого-цифрового преобразователя 5 поступают на устройство обработки 6.

Информация с канала, в котором первым сработал компаратор 20./, считается принятой по нормальному лучу и подается на устройство регистрации 7 для записи временного акустического разреза и поправок на местоположение отражающей поверхности по нормальному лучу.

В устройстве обработки 6 производится вычисление акустических параметров грунтов дна, анализ и определение типа грунта. Информация о типе грунта и вычисленные поправки на местоположение отражающей поверхности относительно курса судна выводятся на устройство регистрации 7, где наносятся на карту.

Кроме того, с устройства обработки 6 выводится на устройство регистрации 7 информация о глубине и удалении отражающей поверхности дна по каждому лучу для построения эхограммы рельефа дна.

Таким образом, данная аппаратура позволяет определять и наносить на карту тип грунта в той точке, откуда произошло отражение от поверхности дна по нормальному лучу, независимо от качки судна и наклона дна, а также позволяет получить дополнительно сведения о рельефе дна.

1. АППАРАТУРА ДЛЯ КАРТИРОВАНИЯ ГРУНТОВ ДНА ВОДОЕМА, содержащая блок управления, источник возбуждения, приемоизлучающую систему, коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, устройство обработки и устройство регистрации, соединенные последовательно, и оперативное запоминающее устройство, выход которого подключен к второму входу устройства обработки, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности построения карт распределения донных осадков, в нее введены измеритель временных интервалов и соединенные последовательно многоканальное пороговое устройство, постоянное запоминающее устройство, сумматор, синусно-косинусный вычислитель и умножитель, причем выход последнего соединен с третьим входом устройства обработки, а второй вход - с выходом оперативного запоминающего устройства, вход которого соединен с выходом измерителя временных интервалов, а стробирующий выход - со стробирующим входом многоканального порогового устройства, управляющий вход которого соединен с упляющими входами устройства регистрации и измерителя временных интервалов и вторым входом блока управления, сигнальный вход - с выходом приемоизлучающей системы, первый выход - с управляющим входом коммутатора, а второй выход - с входом измерителя временных интервалов, второй вход сумматора является входом аппаратуры. 2. Аппаратура по п. 1, отличающаяся тем, что многоканальное пороговое устройi ство содержит п компараторов, п триггеров, мультиплексор, логическую схему И и счет(Я чик, соединенные последовательно, дешифратор и источник опорного напряжения, причем выход последнего параллельно подключен к первым входам всех компараторов, вторые входы которых являются входом устройства, вторые входы триггеров подключены к соответствующим выходам дешифратора, сигнальные входы которого 00 00 О5 соединены с соответствующими адресными входами мультиплексора и выходами счетчика, которые являются выходом устройства, 00 | импульсный выход устройства соединен с выходом мультиплексора, управляющий вход устройства подключен к второму входу логической схемы И, а стробирующий вход - к управляющему входу дещифратора.