Устройство для определения коэффициента отражения от дна водоема Советский патент 1989 года по МПК G01V1/38 

Изобретение относится к поисковой и разведочной геофизике и может быть использовано при инженерно-геологических исследованиях структуры пород, слагающих дно водоема, акустическими методами разведки

Цель изобретения - увеличение количества типов исследуемых грунтов путем учета знаков козффициентов отражения.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства для определения коэффициента отражения от дна водоема; на фиг.2 - функциональная схема преобразователя знака; на фиг.З - функциональная схема блока сравнения знаков.

Устройство для определения коэффициента отражения от дна водоема содержит масштабные усилители 1 и 2, аналого-цифровой преобразователь 3, амплитудно-временной селектор 4, схему 5 отношений, измеритель 6 временных интервалов, схему 7 управле- . ния, схему 8 задержки импульсов, арифметический блок 9,-первый регистр 10, второй регистр 11, блок 12 сравнения знаков и преобразователь 13 знака.

Входы масштабных усилителей 1 и 2 подключены параллельно к первому вхо

ду устройства. Первый вход схемы 7 управления подключен к второму входу устройства, а первый вход схемы 5 отношений - к третьему входу устройства.

Входы арифметического блока 9 соединены с выходом первого регистра 10, с первым выходом амплитудно- временного селектора 4, выходом схемы 5 отношений, с первым выходом измерителя 6 временных интервалов и с выходом схемы 7 управления, выход которой подключен также к входам схемы 8 задержки импульсов и измерителя 6 временных интервалов, к второму входу блока 12 сравнения знаков, к первым входам аналого-цифрового преобразователя 3 и амплитудно- эременно- го селектора А, Второй выход последнего соединен с первым входом блока 12 сравнения знаков и с вторым входом схемы 7 управления, второй вход которой подключен к выходу схемы 8 задержки импульсов. Первые выходы масштабных усилителей I и 2 подключены к входам аналого-цифрового преобразователя 3, а вторые - к входам схемы 5 отношений, последний вход которой соединен с вторым выходом измерителя b временных интервалов. Выход аналого-цифрового преобразователя 3 соединен с вторым входом амплитудно-временного селектора 4 и третьим входом блока 12 сравнения знаков, выход котрого подключен к третьему входу преобразователя 13 знака, первый вход которого подключен к выходу второго регистра 11, а второй вход - к выходу схемы 7 управления. Выход преобразователя 13 знака является выходом устройства. Выход арифметического блока 9 соединен с входами первого 1 и второго 11 регистров, выходы которых являются выходами устройства.

Преобразователь 13 знака (фиг.2) содержит первый 14 и второй 15 триггеры, первую 16 и вторую 17 схемы сравнения, счетчик 18, генератор 19 импульсов, шифратор 20 и схему И 21, причем генератор 19 импульсов через счетчик 18 соединен с первым входом схемы 17 сравнения и первым входом схемы 16 сравнения, второй вход которой является первым входом преобразователя 13 знака и соединен с выходом второго регистра, второй вход схемы 17 сравнения соединен с выходом шифратора 20, выход схемы 16 сравне

s

0

5

0

5

0

5

0

5

иия соединен с первым входом триггера 14, по выходу соединенного с входом счетчика 18 и первым входом схемы И 21, второй вход которой соединен с инверсным выходом триггера 15, первый вход которого соединен с выходом схемы 17 сравнения, второй вход триггера 14 вместе с вторым входом триггера 15 является вторым входом преобразователя 13 знака и соединен с выходом схемы 7 управления, третий вход триггера 15 является третьим входом преобразователя 13 знака и соединен с блоком 12 сравнения знаков, выход схемы И 21 является выходом преобразователя 13 знака,

Блок 12 сравнения знаков (фиг.З) содержит первый 22 и второй 23 тригг геры, первую 24 и третью 25 схемы И, пятый 26 и шестой 27 триггеры, вторую 28 и четвертую 29 схемы И, третий 30 и четвертый 31 триггеры и сумматор 32 по модулю два.

Первые входы триггеров 22, 23, 30 и 31 подключены к первому входу устройства, а первые входы схем И 24, 25, 28 и 29 подключены к второму входу устройства, выход первого триггера 22 через второй вход первой схемы И 24 соединен с вторым входом первого триггера 22 и первым входом пятого триггера 26, выход последнего через второй вход второй схемы И 28 соединен с вторым входом пятого триггера 26 и вторым входом третьего триггера 30, выход последнего подключен к первому входу сумматора 32, второй вход которого подключен к вькоду четвертого триггера 31, Выход второго триггера 23 через второй вход третьей схемы И 25 соединен с вторым входом второго триггера 23 и первым входом шестого триггера 27, выход последнего подключен через второй вход четвертой схемы И 29 к второму входу шестого триггера 27 и к второму входу четвертого триггера 31, Третьи входы третьего 30 и четвертого 31 тригге- : ров, соединены и подключены к третьему входу устройства.

Устройство работает следующим образом.

С входа А устройства сигналы с приемной системы акустической аппаратуры подаются одновременно на входы масштабных усилителей 1 и 2, служарщх для приведения текущего зна чения амплитуд излученного и отражен-

ного сигналов к верхнему пределу диапазона преобразования аналого-цифрового преобразователя 3 путем установки соответствующих коэффициентов передачи. В масштабных усилителях I и

2производится также формирование цифровых кодов величин установленных коэффициентов передачи излученного

и отраженного сигналов (К, К).

Приведенные аналоговые сигналы с выходов масштабных усилителей 1 и 2 подаются на аналого-цифровой преобразователь 3, на входе которого установлен сдвоенный компаратор напряже- ния, управляемый стробирующими импульсами со схемы 7 управления.

Через вход В устройства командный импульс с акустической аппаратуры поступает на схему 7 управления, где по переднему фронту этого импульса формируется команда начальной установки схем устройства и импульсы запуска аналого-цифрового преобразователя 3, измерителя 6 временных интер. валов, схемы 8 задержки импульсов, блока 12 сравнения знаков и преобразователя 13 знака. Команда начальной установки подготавливает устройство к работе. Импульсы запуска, по- ступающие на аналого-цифровой преобразователь 3, разрешают преобразование аналоговых сигналов в цифровые коды. По командному импульсу проиаво- дится преобразование сигналов, посту- пающих с масштабного усилителя 1, так как стробирующие импульсы со схемы 7 управления подаются на ту половину сдвоенного компара тора, вход которой соединен с выходом масштабного усилителя 1. Цифровые коды с аналого-цифрового преобразователя

3подаются на амплитудно-временной селектор 4, а коды знака - на блок 12 сравнения знаков.

По импульсу запуска схема 8 задержки импульсов обеспечивает задержку переднего фронта командного импульса на два регулируемых раздель

31

и

Ч)но временных интервала (t В конце каждого интервала формируются импульсы, которые через схему 7 управления поступают на блок 12 сравнения знаков и на амплитудно-временной селектор 4. Амплитудно-временной селектор 4 начинает работу с приходом импульсов со схемы 8 задержки импульсов, осуществляя тем самьм селекцию сигналов по времени. По

Q

J520-25ЗО-

40

45

50

55

этим же импульсам в амплитудно-временном селекторе 4 производится сравнение кодов текущих значений ампли туд преобразуемых сигналов с кодом заданного порога, при превыгаении которого амплитудно-временной селектор 4 переходит в режим вьщелеиия кода максимального значения амплитуды сиг- нала. В этот момент вырабатываются импульсы превьлпения порога излученным и отраженным сигналами, которые поступают в блок 12 сравнения знаков. При определении максимального значения сигналов вырабатывается импульс максимума и фиксируется код максимального значения. Импульсы максимумов с амплитудно-временного селектора 4 поступают на схему 7 управления и блок 12 сравнения знаков.

По первому импульсу максимума стробирующие импульсы переключаются на вторую половину сдвоенного компаратора аналого-цифрового преобразователя 3, вход которой соединен с выходом масштабного усилителя 2, сигналы с последнего преобразуются в цифровые коды и поступают на амплитудно-временной селектор 4,

По командному импульсу на измеритель 6 временных интервалов подается последовательность импульсов со схемы 7 управления и по первому импульсу максимума в измерителе временных интервалов формируется код временного интервала от командного импульса до момента выборки максимального значения излученного сигнала (t), а по второму импульсу максимума - код вре менного интервала от командного Импульса до момента выборки максимальной амплитуды отраженного сигнала (t,).

Схема 5 отношений производит вычисление промежуточной величины « В арифметическом блоке 9 по зафиксированным значениям кодов максимальных амплитуд излученного и отраженного сигналов, а также по измеренному значению интервала tp и по найденному з начению промежуточной величины вычисляется коэффициент отражения. Вычисленное значение коэффициента отражения.записьгоается в регистр 11 и выдается на выход устройства .и на преобразователь 13 знака.

Арифметический блок 9 вычисляет также среднее значение коэффициентов отражения за п зондирований при

151881

движении плавсредства. Среднее значение коэффициента отражения записывается в регистр 10,

Блок 12 сравнения знаков работает следующим образом.

Командные импульсы с выхода схемы 7 управления устанавливают третий и четвертый триггеры в нулевое положение. По первому импульсу заг

10

держки, сформированному по концу t,, и поступающему с выхода схемы 7 уп-.и равления, первый триггер 22 устанавливается в единичное состояние и разрешает прохождение импульса иллуче- . ния (ИИ) с выхода амплитудно-нременного селектора 4 первую схему И 24 на вход пятого триггера 26 и на вход первого триггера 22, По импульсу излучения пятый триггер 26 устанавли- п вается в единичное состояние и разрешает прохождение импульса максимума излученного сигнала с выхода амплитудно-временного селектора 4 через вторую схему И 28 на вход третьего триг- 25 гера 30 и на вход пятого триггера 26 По заднему фронту импульса излучения первый триггер 22 устанавливается в нулевое положение и запрещает прохождение импульсов через первую схему И дзо 24, а по заднему фронту импульса максимума излученного сигнала пятый триггер 26 также устанавливается в нулевое положение и запрещает прохождение импульсов через вторую схему И 28 на вход третьего триггера 30„ Код знака, соответствующий излученному сигналу, : в виде логической единицы или логического нуля поступает с выхода аналого-цифрового преобразователя 3 на . информационный вход третьего триггера 30. По импульсу максимума излученного сигнала этот код переписывается в третий триггер 30 и с выхода последнего подается на вход сумматора 32 по д модулю два о

По второму импульсу задержки (ИЗ), сформированному по концу tjj и поступающему с выхода схемы 7 управления , второй триггер 23 устанавливается в единичное состояние и разрещает прохождение импульса дна (ИД) с выхода амплитудно-временного селектора 4 че- через схему И 25 на вход шестого триггера 27 и на вход второго триггера 23. По импульсу дна (ИД) тестой триггер 27 устанавливается в единичное состояние и разрешает прохождение импульса максимума отраженного сигнала

35

55

0

п 5 зо . д

35

55

88

( о« выхода амплитудно-временного селектора 4 через четвертую схему И 29 на вход четвертого триггера 31. По заднему фронту импульса дна (ИД) второй триггер 23 устанавливается в нулевое положение и запрещает прохождение импульсов через третью схему И 25, а по заднему фронту импульса максимума отраженного сигнала шестой триггер 27 устанавливается в нулевое положение и запрещает прохождение импульсов с выхода амплитудно-временного селектора 4 через четвертую схему И 29 на вход четвертого триггера 31,

Код знака, соответствующий отраженному сигналу, в виде логической единицы или логического нуля поступает с выхода аналого-цифрового преобразователя 3 на информационный вход четвертого триггера 31, переписывается по импульсу максимума отраженног. го сигнала в четвертый триггер 31 и с выхода последнего подается на вход сумматора 32 по модулю два. Коды знаков излученного и отраженного сигналов суммируются в сумматоре 32 по модулю два. При равенстве кодов знаков на выходе сумматора 32 по модулю два будет логическая единица, а при их неравенстве - логический нуль.

Преобразователь 13 знака работает следующим образом. На вход преобразователя 13 знака с выхода блока 12 сравнения знаков поступает сигнал 1 при положительном знаке первого вступления отраженного от дна сигнала и сигнал О при отрицательном знаке первого вступления.

При отрицательном знаке первого вступления на вход D-триггера 15 поступает сигнал О, поэтому по импульсу с выхода схемы 7 управления, поступающему на вход синхронизации триггера 15 и соответствующему началу регистрации коэффициента отраже -г ния триггер 15 не опрокидывается. Сигнал с инверсного выхода триггера 15 при этом является разрешающим для схемы И 21, В отличие от триггера 15 триггер 14 по импульсу с выхода схемы 7 управления опрокидывается, Сигнал с выхода триггера 14, поступающий на вход установки нуля счетчика 18, разрешает его работу от импульсов генератора 19 импульсов. В момент равенства кода счетчика 18 и кода коэффициента отражения, посту

пающего с выхида второго регистра 11 срабатывает схема 16 сравнения, выходной импульс которой возвращает триггер 14 в исходное состояние, при этом на прямом выходе триггера 14 фор мируется импульс, длительность которого пропорциональна величине кода на выходе регистра 11. Через открытую схему И 21 импульс с выхода триггера 14 поступает на выход преобразователя 13 знака.и далее на регистрирующее устройство, где отображается в виде штриха, длина которого соотг ветствует величине коэффициента отражения.

При положительном знаке первого вступления отраженного сигнала на вход триггера 15 поступает сигнал 1 с выхода блока 12 сравнения знаков. По сигналу с выхода схемы 7 управления триггеры 15 и 1А опрокидьгоа- ются. На выходе триггера 14 формируется импульс, длительность которого соответствует величине выходного ко- да регистра 11. В момент равенства кода счетчика 18 и выходного кода шифратора 20 срабатывает схема 17 сравнения, выходной импульс которой возвращает триггер 15 в исходное состояние, при этом на инверсном выходе триггера 15 формируется импульс, длительность которого соответствует ве-. личине выходного кода шифратора 20. Импульс с инверсного выхода триггера 15 поступает на вход схемы И 21 и является запрещающим для этой схемы. Длительность импульса на выходе схемы И 21 при этом соответствует длителности выходного импульса триггера 14,

уменьшенного на длительность импуль-

са с выхода триггера 15. Таким образом, в регистрирующем устройстве коэффициент отражения для сигнала с положительным знаком первого вступления регистрируется в виде штриха соответствующей длины, в начальной части которого имеется пропуск (прерывание)-, в отличие от штриха без пропуска, отображающего коэффициент отражения для сигнала с отрицательным знаком полярности первого вступления отраженного сигнала. Величина указанного пропуска определяется величиной выходного кода шифратора 20 и выбирается равной 3-7% максимальной длины штриха (при коэффициенте отражения равном единице), чем обеспечивается на- дежное визуальное различие коэффици

5

0

5

0

0

5

5

0

5

а га- целью увелиента отражения донного грунта с положительной и отрицательной полярностью первого вступления отраженного сигнала.

Формула И Зббретення

I. Устройство для определения KOI, эффициента отражения от дна водоема по авт.св. № 949586, о..т л и ч щ е е с я тем, что, чения количества типов исследуемых грунтов путем учета знака коэффициента отражения, в него введены блок сравнения знаков излученного и отраженного сигналов и преобразователь знака коэффициента отражения, соединенные последовательно,.причем управляющие входы введенных блоков подключены к выходам схемы уп1)авления, первый вход блока сравнения знаков соединен с вторым выходом амплитудно-временного селектора, а второй вход - с выходом аналого-цифрового преобразователя, второй вход преобразователя знака подключен к выходу второго регистра

2. Устройство по п. 1, о т л и т ,. чающееся тем, что преобраэот. ватель знака вьтолнен в виде счетчикания

ратора, схемы И, генератора импульсов, причем выход последнего соединен с первым входом счетчика, выход которого соединен с первыми входами первой и второй схем сравнения, второй вход первой схемы сравнения является пэрвым входом преобразователя знака, второй вход второй схемы сравнения соединен с выходом шифратора, выход первой схемы сравнения соединен с первым входом первого триггера, пря. мой выход которого соединен с вторым входом счетчика и первым входом схемы И, второй вход которой соединен с инверсным выходом второго триггера, первый вход которого соединен с в.ыходом второй схемы сравнения, а второй вход вместе с вторьт входом первого триггера является вторым входом преобразователя знака, третьим входом которого является третий вход второго триггера, выход схемы И является выходом преобразователя знака.

3. Устройство по п. 1, о т л и - чающееся тем, что блок срав, первой и второй схем сравн - , первого и второго триггеров, шиф1115

нения знаков выполнен в виде шести триггеров, четырех схем И, сумматора по модулю два, причем первые входы четырех триггеров подключены к первому входу устр ойства, а первые входы всех схем И подключены к второ му входу устройства, выход первого триггера через второй вход первой схемы И соединен с вторым входом пер вого триггера и первым входом пятого триггера, выход последнего через второй вход второй схемы И соединен с вторым входом пятого триггера и с вторым входом третьего триггера, вьг8818

12

10

IS

ход последнего подключен к первому входу сумматора по модулю два, второй вход которого подключен к выходу четвертого триггера, а выход второго триггера через второй вход третьей схемы И соединен с вторым входом второго триггера и первым входом шестого триггера, выход последнего подключен через второй вход четвертой схемы И к второму входу шестого триггера и к второму входу четвертого триггера, третьи входы третьего и четвертого триггеров соединены и под ключены к третьему входу устройства.

Изобретение относится к области поисковой и разведочной геофизики и может быть использовано при инженерно-геологических исследованиях структуры пород, слагающих дно водоема, акустическими методами разведки. Цель - увеличение типов исследуемых грунтов путем учета знака коэффициента отражения. Для этого в устройство для определения коэффициента отражения от дна водоема введены блок сравнения знаков излученного и отраженного сигналов и преобразователь знака коэффициента отражения, соединенные последовательно, причем управляющие входы введенных блоков подключены к выходам схемы управления, первый вход блока сравнения знаков соединен с вторым выходом амплитудно-временного селектора, а второй вход - с выходом аналого-цифрового преобразователя, второй вход преобразователя знака подключен к выходу второго регистра. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

-О

Фиг.

h-

12

i

га

;j

17

1L

зг

re

7/

/

сриг.г