Устройство для обнаружения и регистрации сейсмических и сейсмоакустических сигналов Советский патент 1988 года по МПК G01V1/24 

1

Изобретение относится к сейсмометрии, и может быть использовано для обнаружения и регистрации сейсмических и сейсмоакустических сигналов при низком отношении сигнал/помеха.

Цель изобретения - повышение надежности обнаружения сейсмических и сейсмоакустических сигналов.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства для обнаружения и регистрации сейсмоакустических сигналов; на фиг. 2 - схема обнаружения сигнала; на фиг. 3 - схема разрешения регистрации; на фиг. 4 - схема ,упранления. , .

Устройство для обнаружения и регистрации сейсмоакустических сигналов содержит, коммутатор 1 каналов, входы которого соединены с выходами усилителей сейсмоакустических приемников соответствующих каналов (не обозначены), а выход - с входом аналого- цифрового преобразователя (АЦП) 2, выходы знака и кода которого подклю.- чены к входам блока 3 промежуточной памяти, выход которого соединен с входом регистратора 4 сейсмосигнала, а выход кода АЦП 2-е входом схемы 5 обнаружения сигнала, установочные входы и выходы которой подключены к

4

оо

4

СО

00

со

выходам и входам оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) -6 соот- ветственно, вход адреса которого соединен с входом управления комму- татора 1 каналов и дополнительным выходом номера канала схемы 7 управления управляющим входом регистрато ра 4, первый выход которой под1шга чен к входу запуска А1Щ 2 и к первому входу схемы 5 обнаружения, второй выход к входу разрешения запи си ОЗУ 6, а третий - к первому входу схемы разрешения регистрации 8, вто- р ой и третий входы которой соединены с первым и вторым выходами схемы 5 о.бнаружения, выход - с входом разрешения регистратора 4, а четвертый вход совместно с входом схемы 7 уп равления и с дополнительным входом стробирования регистратора подключен к третьему выходу схемы 5 обнаружения, второй вход которой совместно с тактовым входом блока 3 промежуточной патти под1шю чен к выходу готовности А1Щ 2.

Схема 5 обнаружения .сигнала сос тоит из цифров ого интегратора 9, вход которого, совместно с входом схемы 10 сравнения является-входом схемы 5 обнаружения, а выход подключен к.второму входу схемы 10 сравнения, выход которой соединен с входом сброса первого счетчика-делителя 11 выход переноса которого подключен к его входу запрета счета, входу инвертора 12, выход которого является первым выходом схемы 5 обнаруткения, и входу сброса второго счетчика 13, выход переноса которого является вторым выходом схемы 5 обнаружения и соединен с его входом запрета счета, установочным входо м схемы 5 обнаружения сигнала являются объединенные в шину установочные входы, а

установочным выходом выходы интегратора 9, счетчика 11 и счетчика 13, первым входом схемы 5 обнаружения являются соединенные вместе входы установки триггера 9, счетчика 11 и счетчика 13, а вторым - их синхровхо« ды соединенные с первым входом, элемента И .14 и с входом элемента 15 задержки, выход которого подключен к второму входу элемента И 14,выход которого является третьим выходом схемы 5 обнаружения сигнала.

Схема 8 разрешения регистрации сейсмосигнала I состоит из первого

. , к 10

15

20

25

ияо« к

434383

триггера 16, вход сброса которого является первым входом схемы разрешения 8 регистрации, подключенным к счетному входу третьего счетчика 17 первому входу второго элемента И 18 и входу сброса четвертого счетчика 19, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И 18 и через второй инвертор 20 - с пефвым входом третьего элемента И 21, второй вход которого является третьим входом схемы 8 разрешения, выход подключен к счетному входу четвертого счетчика 19, а третий .вход является четвертым входом схемы 8 разрешения и соединен с синхровходом первого триггера 16, D-вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ 22, первьй вход которого является вторым входом схемы 8 разрешения, а второй соединен с выходом первого триггерс1 16 и с третьим входом второго элемента И 18 выход которого подключен к входу сброса третьего счетчикс1 17 и , входу установки второго триггера 23, вход сброса которого соединен с выходом третьего счетчика.17, а выход является выходом схемы разрешения регистрации.

Схема 7 управления содержит счетчик-делитель. 24, выход содержимого которого является выходом номера канала схемы 7 управления, а вьпсод переноса ее третьим выходом, подключенным к входу сброса триггера 25, задающий генератор 26, выход триггера 25 соединен с входом первого элемента И 27, а инверсный выход - с входом сброса счетчика 24, счетный вход которого совместно с входами первого элемента 28 задержки и инвертора 29 подключен к выходу второго элемента 30 задержки, вход которого являе.тся входом схемы 7 управления и соединен с первым входом второго элемента . И-31, второй вход которого соединен с выходом инвертора 29, а выход является вторым выходом схемы 7 управления, первым вЪ1ходом которой является выход первого элемента И 27, второй вход которого соединен с входом схемы 7 управления, а третий - с выходом первого элемента 28 задержки.

Устройство работает следуювщм образом.

В рабочем состоянии в ОЗУ 5 хранится информация о текущем состоянии ка5кдого канала: величина порогового

30

35

40

45

50

55

15

20

51434383

значения входного сигнала и служебная информация для ее уточнения; исло тактов, в течение которых в вижущемся окне не наблюдается преышений порога входным сигналом, оганиченное размером окна- число тактов, в течение которых в движущемся окне непрерывно наблюдается превышение порога входным сигналом; огра- IQ ниченное число тактов, в течение которых проверяется наличие сигнала. омер каждого канала соответствует адресу ОЗУ 6.

В начале цикла опроса на выходе номера канала схемы ,7 управления становлен нуль, соответствующий ноеру первого канала на первом, втоом и третьем ее выходах установлен куль, на выходе готовности АЦП 2 и на третьем выходе схемы 5 обнаружения сигнала установлены единицы. На первом выходе схемь г 7 управления синхронно с импульсом встроенного в него кварцевого генератора устанав- 25 ивается единица. При этом содержи- ое ОЗУ 6 первого канала переписывается в схему 5 обнаружения, подготавливая ее к обработке сигнала перого канала,/и запускается АЦП 2. зо На выходе готовности АЦП 2 устанавивается нуль, поступающий на второй вход схемы 5 обнаружения, и на ее третьем выходе (готовности) устанавивается нуль, поступающий на вход хемы 7 управления. На первом выходе схемы 7 устанавливается нуль.

После окончания преобразования величины входного сигнала первого канала в код на выходе готовности 1Щ 2 устанавливается единица. При этом содержимое блока 3 промежуточной памяти сдвигается: его последняя ячейка поступает на вход регистратоа 4, а в первую записывается выходной код АЦП 2,

На выходе уст-ановки (шине) вырабатывается сигнал (код), соответстующий новому состоянию первого канала, новое значение величины порога служебная информация для его вы35

40

45

50

вы та ры МО пр на ни Мнуна ус зы же мо по сх си де пр в но уп им ки ся

ме ли вы чи

ко уп на а ко вы хо ли го вх но од ре ле ус

пе ци си пу ге

числения, новое значение числа тактов М, в течение которых входной сигнал первого канала не превышает его порога, ограниченное предельным заданным значением МО - размером первого .временного окна, а если сигнал превышает величину порога, то это число устанавливается равным нулю и

5

0

4383

Q

5 о

5

0

5

0

5

6

вырабатьшается новое знач ение числа тактов К, в течение которых непрерывно число М не достигает величины МО (т.е. в первом временном окне непрерывно наблюдается превышение сигналом величин его порогового значения) , ограниченное значением КО (размер второго временного окна). При ММО величина К устанавливается в нуль. Одновременно при М меньше МО на первом выходе схемы 5 обнаружения устанавливается единица, а при К КО на втором выходе - единица, ука- готовность схемы 5 обнаружения к выдаче результата. Содержи- мое ее первого и второго выходов поступает на второй и третий входы схемы 8 разрешения, и при наличии сигнала разрешения на ее выходе содержимое последней ячейки блока 3 промежуточной памяти переписывается в регистратор 4 сейсмосигнал-рв. Одновременно на втором выходе схемы 7 управления вырабатывается короткий импульс и содержимое выходу установки схемы 5 обнаружения переписывается в ОЗУ 6.

После этого содержимое выхода номера канала схемы 7 управления увеличивается на единицу, на первом ее выходе устанавливается единица и начинается опрос следующего канала.

После опроса последнего канала код на выходе номера канала схемы 7 управления устанавливается в нуль, на о.е первом выходе сохраняется нуль, а на третьем выходе вырабатвтается короткий импульс, поступающий на первый вход схемы 8 разрешения, с приходом которого на ее выходе устанавливается единица, если в течени е всего цикла опроса каналов на ее втором входе единица устанавливалась заданное число раз, а на третьем - хоть один раз. Снимается эта едиршца через данное число циклов опроса после того, как условия, при которых устанавливается единица, исчезают.

После этого схема 7 управления переходит в режим ожидания нового цикла опроса, который наод1нается синхронно с формированием нового импульса встроенного в нее кварцевого, генератора (таймера).

Схема 5 обнаружения сигнала работает следуюш51м образом.

В исходном состоянии на первом входе схемы 5 обнаружения установлен

ходе единица, состояние на первом, втором и установочных выходах произвольное.

В момент поступления сигнала на первьй вход схем1 1 5 о-бнаружения -в интегратор 9 и в первый 11 и второй 13 счетчики переписывается содержимое шины установочного :входа схемы обнаружения, подготавливая ее к обработке сигнала выбранного канала. На втором входе схемы 5 и ее третьем выходе устанавливается нуль.

После окончания преобразования на выходе АЦП 2 устанавливается код, который схемой 10 сравнения сравнивается с пороговым значе1шем, вырабатываемым интегратором 9, а знак их разности поступает на вход сброса первого счетчика 11. В момент поступления на второй вход схемы 5 об- наруясения с выхода АГЩ 2 сигнала готовности А1Щ на установочном выходе интегратора 9 устанавливается значение, являющееся результатом усреднения его входного кода и предьщущего значения с учетом служебной информации, введенной в него из ОЗУ 6.Первый 11 и второй 13 счетчики при наличии на их входе сброса единицы сбрасываются в нуль, а при нуле их содержимое увеличивается на единицу или сохраняется прежним при syjl e или единице на их входах разрешения счета . При этом на первом выходе схемы 5 обнаружения-при отсутствии пере- полнения счетчика 11 устанавливается единица, индицирующая наличие превышения входного сигнала над величиной порога в первом временном окне, а на ВТО-ром выходе устанавливается единица при переполнении счетчика 13, что индицирует непрерывное наличие . большого входного сигнала в течение времени, определяемого разрядностью счетчика 13 (размером второго времен ного окна). После этого на третьем выходе схемы 5 обнарулсения сигнала устанавливается единица, индицирующа окончание обработки входной информации .

Схема 8 разрешения регистрации сейсмосигнала работает следуюищм образом.

В исходном состоянии первый 16 и второй 23 триггеры, третий 17 и чет- вертьй 19 счетчики установлены в нуль, на первом входе схемы 8 - нуль на втором и третьем входах состоянгте

10

15

20

25

30

. 45 - ,

34383и

произвольное, на четвертом входе - единица и на выходе - 1гуль.На четвертом входе схемы 8 разрешения устанавливается нуль, а затем после установки сигналов, соответствующих состоянию данного канала на ее втором и третьем входах, на четвертом входе устанавливается единица. При этом, если на третьем входе схемы 8 разрешения установлена единица, то содержимое счетчика 19 увеличивается на единиЦу, а при наличии единицы на втором входе устанавливается в единицу первьй триггер 16,

После заполнения счетчика 19 и установки первого триггера 16 они остаются в этом состоянии до окончания цикла опроса всех каналов.

По окончании опроса каналов на первьй вход схемь 8 разрешения из схемы 7 управления поступает импульс, которым при наличии на выходе четвертого счетчика 19 и первого триггера , 16 единиц сбрасывается третий счетчик 17 и устанавливается второй триггер 23, а если на выходах счетчика 19 и триггера 16 установлены нули то содержимое счетчика 17 увеличивается на единицу. При заполнении счетчика 17 триггер 23 сбрасывается, т.е. на выходе схемы 8 разрешения устанавливается нуль. Одновременно сбрасывается счетчика 19 и триггер 16.

После этого схема 8 разрешения переходит в режим ожидания начала следующего цикла опроса каналов, сохраняя до его окончания установленное значение сигнала на своем выходе.

Сброс второго триггера 23 (и входного сигнала схемы 8 разрешения регистрации) происходит при заполнении третьего счетчика 17, т.е. чер ез заданное число циклов опроса каналов; и при условии отсутствия в течение этого .времени импульсов на входе сброса третьего счетчика 17 импульсов с выхода схемы И 18, повторяющих начало разрешения регистрации.

Схема 7 управления работает следующим образом.

В исходное состоянии на выходе счетчика 24, триггера 25,и входе схемы 7 управления установлены нули, а на первом выходе схемы 7 управления установлена единица. Содержимое счет35

40

50

55

чика 24 соответствующее номеру канала, равно нулю.

Испульсом задающего генератора 26. триггер 25 устанавливается в единицу, и на первом (выходе элемента 21) схемы 7 управления устанавливается единица. На входе схемы 7 управления и затем на ее первом выходе устанавливается нуль. В момент прихода единицы на, вход схемы 7 управления на ее втором выходе(выход элемента 31 вырабатывается короткий импульс, cor держимое счетчика 24 соответствую- щее выходу номера канала увеличивается на единицу и на первом выходе схемы 7 устанавливается единица. Циклы формирования управляющих сигналов повторяются до заполнения счетчика 24, T.ei до окончания опроса всех подключенных к устройству сейсмоприемников. При заполнении счетчика 24 на его выходе, являющемся третьим выходом схемы 7 управления.

устройства, соединенного со схемой обнаружения сигнала-,-при этом схема обнаружения сигнала состоит из циф- рового интегратора, вход которого совместно с входом схемы сравнения является входом схемы обнаружения сигнала, а выход подключен к второму входу схемы сравнения, выход которой

соединен с входом сброса первого счетчика-делителя, «ыход переноса которого подключен к его входу запрета счета, а также к входу инвер - тора, выход которого является первым

выходом схемы обнаружения сигнала, и к вз&ду сброса второго счетчика- ;делителя, выход переноса которого является вторым выходом схемы обнаружения и соединен с его входом запрета счета, вход записи совместно с входом записи первого счетчика и входом записи интегратора являются первым, а синхровходы первого, второго счетчиков и синхровход интегра

Изобретение относится к сейсмометрии и может быть использовано для обнаружения и регистрации сейсмических и сейсмоакустических сигналов при низком отношении сигнал/помеха. Цель изобретения - повышение надежности обнаружения сейсмических и сейсмоакустических сигналов. Устройство позволяет повысить разрешающую способность систем обиаругкения и регистрации сейсмических и сейсмоакус- тнческих сигналов путем выделения и исключения из входного сигнала составляющей его шумовой помехи. Это достигается введением в тракт измер-з- ния адаптивного порогового значения уровня сигнала и фильтрацией превышения порогового входного сигнала системой, состоящей из двух времен- нь1х дискриминаторов, в первом из которых распознаются и исключаются из дальнейшего анализа импульсные помехи, а во втором выделяется задержанная логическая величина огибающей входного сигнала. Кроме того, для исключения местных помех использован блок сравнительного анализа. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. Р С/)

устанавливается единица, сбрасьгеающая 25 тора, соединенные с первым входом

триггер 25, который, в свою очередь, устанавливает счетчик 24 в нуль. После этого схема 7 управления ожидает поступления следующего импульса от задающего кварцевого генератора 26.

Формула изобретения

30

35

40

45

50

55

элемента И и с входом элемента зам держки, являются вторым входом схе обнаружения сигнала, третьим выход которой является выход элемента И, второй вход которого через элемент задержки подключен к второму входу схемы обнаружения сигнала, установ ными входом и выходом схемы обнару жения являются объединенное в шины установочные входы и выходы интегр тора и обоих счетчиков, а схема ра решения регистрации сейсмосигнала состоит из первого триггера, вход сброса которого является первым вх дом схемы разрешения, подключенным к счетному входу третьего счетчика делителя, -первому входу второго элемента И и входу сброса четверто счетчика-делителя, выход которого соединен с вторым входом второго элемента И и через второй инверто с первым входом третьего элемента И, второй вход которого является третьим входом схемы разрешения, в ход подключен к счетному входу чет вертого счетчика-делителя, а трети вход является четвертым входом схе разрешения и соединен с синхровход первого триггера, D-вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, п вый вход которого является вторым входом схемы разрешения, а второй соединен с выходом первого триггер и с третьим входом второго элемент

0

5

0

5

0

5

элемента И и с входом элемента зам держки, являются вторым входом схемы обнаружения сигнала, третьим выходом которой является выход элемента И, второй вход которого через элемент задержки подключен к второму входу схемы обнаружения сигнала, установочными входом и выходом схемы обнаружения являются объединенное в шины установочные входы и выходы интегратора и обоих счетчиков, а схема разрешения регистрации сейсмосигнала состоит из первого триггера, вход сброса которого является первым входом схемы разрешения, подключенным к счетному входу третьего счетчика- делителя, -первому входу второго элемента И и входу сброса четвертого счетчика-делителя, выход которого соединен с вторым входом второго элемента И и через второй инвертор - с первым входом третьего элемента И, второй вход которого является третьим входом схемы разрешения, выход подключен к счетному входу четвертого счетчика-делителя, а третий вход является четвертым входом схемы разрешения и соединен с синхровходом первого триггера, D-вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, первый вход которого является вторым входом схемы разрешения, а второй соединен с выходом первого триггера и с третьим входом второго элемента

И, выход которого подключен к входу сброса третьего счетчика и входу установки второго триггера, вход сброса которого соединен с выходом третьего счетчика, а выход.является выходом схемы разрешения регистрации сейсмосигнала.

5

выход - с первым входом первого элемента И,, а инверсный ВЫУ:ОД - с входом сброса счетчика, счетный вход которого совместно с входами первого элемента задержки и инвертора подключен к-выходу второго элемента задержки, вход которого является входом схемы управления и соединен с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом инвертора, а выход является вторым выходом схемы управления, первым выходом которой является выход первого элемента И, второй вход которого соединен с входом схемы управления, а третий - с выходом первого элемента задержки.

(Pua.f

fue.Z

fPUQ.d