Устройство для определения моментов прихода отраженных от дна сигналов Советский патент 1988 года по МПК G01V1/38 

Изобретение относится к геоакустическим К сейсмическим методам разведочной геофизики и предназначено для использования в звуковых геолокаторах и аппаратуре аналогового или аналого-цифрового типа, определяющих по параметрам отраженных от дна сигналов физические свойства и (или) тип грунтов, например грунтов дна водоема (морей, рек, озер), бесконтактным способом.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем получения информации о полярности первого вступления отраженного от грунта дна сигнала и устранение недостоверности распознавания типа донного грунта при перемене полярности первого вступления отраженного от грунта сигнала на отрицательную.

На фиг„1 представлена функхщональ- ная схема устройства для определения моментов прихода отраженных от дна сигналов; на фиг.2 - временные диаграммы работы устройства.

Устройство (фиг.) содержит блок 1 управления, временной селектор 2 отраженных сигналов, первый кЪмпара- тор 3 отраженных сигналов, формирователь 4 времени анализа шумов.

Импульс с выхода формирователя 4 15 поступает на вход управления ключа 5 анализа шумов и открывает его. Напряжение шумов (фиг,2в) с входной клеммы 8 поступает на задатчик 7 отношения сигнал/шум, где оно усили- 20 вается в установленное в задатчике 7 отношения сигнал/шум число раз (1,5-10)„ С выхода задатчика 7 усиленный шум поступает через ключ 5 анализа шума на вход пикового детек- 25 тора 6 анализа шумов, где амплитудное значение шума запоминается, а затем в качестве порогового уровня р (фиг.2в и е) подается на входы ком- . параторов 3 и 11 отраженных сигналов. 30 На вход компаратора 3 отраженных сигналов входные сигналы (фиг.2в) поступают непосредственно, а на вход-, компаратора 11 отраженных сигналов - через инвертор 10 (фиГо2е)о На выхоключ 5 анализа шумов, пиковый детектор

6 анализа шумов, задатчик 7 отношения

сигнал/шум, входную клемму В, выход- -jgдах компараторов 3 и 1 1 в течение

ную клемму 9, инвертор 10, второй ком-времени t (фиг.2б) формируются импаратор 11 отраженных сигналов, первыйпульсы (фиг,2д и ж соответственно),

триггер 12, второй триггер 13, первыйдлительность которьК соответствует

формирователь 14 импульса, второйвремени превьш1ения сигналами на вхоформирователь 15 импульса, индикатор

16знака первого вступления, первую

17и вторую 18 схемы ИЖ.

Тактовый импульс (фиг.2а), поступающий из блока 1 управления в момент излучения Импульса упругих колебаний в водную среду, запускает временной селектор 2 отраженных сигналов. Временной селектор 2 на основании измеренного и запомненнвго в предьщущем такте работы значения t (фиг.2б) временного интервала от момента по40 дах компараторов оставшегося к этому моменту на пиковом детекторе 6 анализа шумов порогового уровня, величина которого определяется постоянУстройство работает следующим обра- ной времени разряда пикового детек- зом.45 тора 6 анализа шумов (например, можно выбрать постоянную времени такую, чтобы в те 1ение одного такта работы пороговый уровень уменьшался в 1,2 5 раз)о

50 В течение времени анализа шумов tq (фиг.2г).напряжение на входе пикового детектора 6 анализа шумов превьш ает напряжение входного сигнала в число, раз, равное коэффициенту ступления тактового импульса до момен-55 усиления, установленному в задатчик та прихода отраженного от дна сигнала 7 отношения сигнал/шум. После оконча- формирует импульс t (фиг.2б), задний фронт которого в текущем такте опережает момент прихода отраженного

ния времени анализа шумов t, на входы компараторов 3 и 11 поступает напряжение и „др с пикового детектора

8840

от дна сигнала (фиг.2в) на время 1„, т.е. на ширину упреждающего временного окна. По заднему фронту импульса t (фиг.2б) запускается формирователь 4 времени анализа шумов, на выходе которого формируется импульс времени анализа шумов t, (фиг,2г). Этот импульс, в течение ко- Q торого производится анализ шумов, предшествующих отраженному сигналу , заканчивается до прихода сигнала, отраженного от дна.

Импульс с выхода формирователя 4 15 поступает на вход управления ключа 5 анализа шумов и открывает его. Напряжение шумов (фиг,2в) с входной клеммы 8 поступает на задатчик 7 отношения сигнал/шум, где оно усили- 20 вается в установленное в задатчике 7 отношения сигнал/шум число раз (1,5-10)„ С выхода задатчика 7 усиленный шум поступает через ключ 5 анализа шума на вход пикового детек- 25 тора 6 анализа шумов, где амплитудное значение шума запоминается, а затем в качестве порогового уровня р (фиг.2в и е) подается на входы ком- . параторов 3 и 11 отраженных сигналов. 30 На вход компаратора 3 отраженных сигналов входные сигналы (фиг.2в) поступают непосредственно, а на вход-, компаратора 11 отраженных сигналов - через инвертор 10 (фиГо2е)о На выхор

В течение времени анализа шумов tq (фиг.2г).напряжение на входе пикового детектора 6 анализа шумов превьш ает напряжение входного сигнала в число, раз, равное коэффициенту усиления, установленному в задатчик 7 отношения сигнал/шум. После оконча

ния времени анализа шумов t, на входы компараторов 3 и 11 поступает напряжение и „др с пикового детектора

6 анализа шумов. Первое вступление (первая полуволна) отраженного от дна сигнала и зависимости от типа донного грунта может иметь как положительную полярность (на фиг,2в, +) так и отрицательную полярность (на фиГо2в, -)о В момент превышения отраженным сигналом порогового уровня УПОР на выходах компараторов 3 и 11 формируются импульсы (фиг,2д и ж), длительность которых соответствует времени превышения положительными полуволнами отраженного сигнала порогового уровня. В случае положительной полярности первого вступления отраженного сигнала первым по первому вступлению отраженного сигнала срабатывает компаратор 3 (фиг.2д). В случае отрицательной полярности первого вступления отраженного сигнала первым по первому вступлению отраженного сигнала срабатывает компаратор 11 (фиг.2ж). Импульсы (фиг.2д) с выхода компаратора 3 поступают на вход синхронизации триггера 12 D-типа, а импульсы (фиг.2ж) с выхода компаратора 11 - на вход синхронизации триггера 13 также D-типа.

Временная селекция отраженного от дна сигнала осуществляется следующим образом

Импульс длительностью t „ (фиг.2б) с выхода временного селектора 2 отраженных сигналов поступает на первый вход схемы ИЛИ 17, на второй вход которой поступает импульс длительностью t (фиГо2г) с выхода формирователя 4 времени анализа шумов. В течение импульса, имеющего длительность, равную сумме 12 и t, и формируемого На вьрсоде схемы ИЛИ 17, триггеры 12 и 13 по установочным входам удерживаются в исходном (нулевом) состоянии и не срабатывают от поступающих на их входы синхронизации импульсов с выходов компараторов 3 и 1I. Длительность импульса t (фиг.2г) выбирается таким образом, что он заканчивается за несколько миллисекунд до прихода отраженного от дна сигнала, и к моменту появления отраженного от дна сигнала триггеры 12 и 13 растормаживаются и подготавливаются к работе. В случае положительной полярности первого вступления отраженного сигнала импульс (фиг.2д) с выхода компаратора 3 опрокидывает триггер 12, при этом импульс (фиг.2и) с

5

10

15

20

25

368840

инверсного выхода триггера 12 поступает на информационный вход (вход D) триггера 13 и блокирует срабатывание последнего от следуюпшх позднее импульсов (фиг.2ж) с выхода компаратора II. По переднему фронту импульса (фиг.2и) с выхода триггера 12 формирователь 14 импульса вырабатывает импульс (фиг.2к), поступающий через схему ИЛИ 18 на выходную клемму 9 устройства (фиГо2н) и соответствующий моменту прихода отраженного от дна сигнала. В случае отрицательной полярности первоК-о вступления отраженного сигнала импульс (фиг.2ж) с выхода компаратора 11 опрокидьгаает триггер 13,при этом ипульс (фиг,2л) с инверсного выхода триггера 13 поступает на информационный вход (вход D) триггера 12 и блокирует его срабатывание от следующих позднее импульсов (фиг.2д) с выхода компаратора 3.

По переднему фронту импульса (фиг.2л) с выхода триггера 13 формирователь 15 импульса вырабатывает импульс (фиг.2м), поступающий через схему ИЛИ 18 на выходную клемму 9 устройства (фиг.2н) и соответствующий моменту прихода отраженного от дна сигнала. Импульсы с выхода схемы ИЛИ 18 также поступают на вход временного селектора 2 для формирования совместно с тактовым импульсом (фиг.2а) временного интервала t (фиг.2б) текущей реализации, Тое„ временного интервала от момента излучения до момента приема отраженного от дна сигнала. Первоначальная установка временного интервала t производится вручную, исходя из визуальных наблюдений на .экране осциллографа отраженного от дна сигнала или на основании данньпс эхолота, Бы- g ходные ипульсы триггеров 12 и 13 поступают на индикатор 16 знака первого вступления (например, светодиоды) и индицируют знак первого вступления отраженного от дна сигнала. Импульсы с выходов триггеров 12 и 13 могут также поступать на регистрирующее устройство и записываться в едином временном масштабе, например, с сейсмоакустическим разрезом дна. При пропуске отраженного от дна сигнала, т,е, если отраженный сигнал оказался меньше порогового уровня, в следующем такте работы временной интервал 12. автоматически устанав30

35

40

50

55

ливается по хранящемуся в ячейке памяти временного селектора 2 значению t предыдущего такта работы. Если отраженный от дна сигнал выделен, то код временного интервала t предыдущей реализации стирается из ячейки памяти временного селектора 2 и в нее переписывается код временного интервала t текущей реализации. Если пропуск отраженного от дна сигнала происходит в течение нескольких на-. перед заданных тактов работы, то временной селектор 2 выдает сигнал сбоя работы аппаратуры.

Использование новых элементов - второго компаратора отраженных сигналов, инвертора, двух схем ИЛИ, двух триггеров, двух формирователей импульсов и индикатора знака первого вступления, соединенных соответствующим образом, отличает предлагаемое устройство от известного, так как позволяет расширить функциональные возможности путем получения информации о полярности первого вступления отраженного от грунта дна сигнала, а также устраняет недостоверность распознавания типа донного грунта при перемене положительной полярности первого вступления отраженного от грунта сигнала на отрицательную.

Формула изобретения Устройство для определения моментов прихода отраженных от дна сигналов, содержащее блок управления, временной селектор отраженных сигналов, по первому SxoAy соединенный с блоком управления, компаратор отраженных сигналов, по входу соединенный с входной клеммой, формирователь времени анализа шумов, по входу соединенный с временным селектором отраженны сигналов, пиковый детектор анализа шумов, по выходу соединенный с компаратором отраженных сигналов, клзоч

5

0

5

0

5

0

5

анализа шумов, по входу управления соединенный с формирователем времени анализа шумов, а по выходу - с входом пикового детектора анализа шумов, и задатчик отношения сигнал/шум, по входу соединенный с входной клеммой, а по выходу с сигнальньм входом ключа анализа шумов, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства путем получения информации о полярности первого вступления отраженного от грунта дна сигнала и устранения недостоверности распознавания типа донного грунта при перемене полярности отраженного от грунта сигнала, в него введены инвертор, вход которого соединен с входной клеммой, второй компаратор отраженных сигналов, по первому входу соединенный с выходом инвертора, первая схема ИЛИ, по первому входу соединенная с выходом временного селектора отраженных сигналов, а по второму входу соединенная с выходом формирователя времени анализа шумов, первый и второй триггеры, установочные входы которых соединены с выходом первой схемы ИЛИ, а входы синхронизации - с выходами первого и второго компараторов отраженных сигналов соответственно, ин- форма1;, вход первого триггера соединен с инверсным выходом второго триггера, а информационный вход вто рото триггера соединен с инверсным выходом первого триггера, первый и второй формирователи, по входам соединенные с прямыми выходами триггеров соответственно, вторая схема ИЛИ, по входам соединенная с выходами формирователей, а по выходу - с вторьм входом временного селектора отраженных сигналов и с выходной клеммой устройства, и индикатор знака первого вступления, по входам соединенный с прямыми 1-ыходами триггеров.

ilMt/ f t W/-7 Ufr/To c fp C7/77 t/ffo .ci/e//o ir/ - /VtVv x,-/ л ..

иШ

h I . I II V/1 I 11

12ЬТ yi

R 11 It

I I I II

Л I n П П ПППП I П n

Г7/ . тг /ТТГПГ

- V

I .n

пп jnnnn I

4-ZL

t i

I П n

г /ТТГПГ

I .n

I

I

/ z /

Изобретение относится к геоакустическим и сейсмическим методам разведочной и предназначено для использования в звуковых геолокаторах и аппаратуре, определяющей по параметрам отраженных от дна сигналов физические свойства и тип грунтов, например грунтов дна водоема (морей, рек, озер), бесконтактным способом. Для расширения функционапь- ньпс возможностей устройства путем получения информации о полярности первого вступления отраженного от грунта дна сигнала и устранения недостоверности распознавания типа донного грунта при перемене полярности первого вступления отраженного от грунта сигнала на отрицательную в устройство введены второй компаратор отраженных сигналов, инвертор, две схемы ИЛИ, два триггера, два формирователя импульсов и индикатор знака первого вступления. 2 ил„ ю ел