Устройство для сейсмоакустической разведки конкреций на дне океана Советский патент 1990 года по МПК G01V1/38 

Изобретение относится к разведочной геофизике и может быть использовано при проведении морских геологоразведочных работ на шельфе и в океане обнаружения железо-марганцевых конкреций.

Цель изобретения - повышение точности и оперативности обняружения конкреций.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для сейсмоакустической разведки конкреций на дне океана; на фиг. 2 - структурная схема детектора, на фиг. 3 - структурная схема цифрового фазовращателя на л: /2; на фиг. 4 - эпюры сигналов на входе, первом и третьем выходах цифрового фазовращателя нал: /2. поясняющие принцип его работы.

Устройство для сейсмоакустической разведгси конкреций на дне океана (фиг. 1)

содержит генератор 1, излучатель 2, последовательно соединенные приемную антенну 3, полосовой усилитель 4 и полосовой фильтр 5. выход которого подключен к сигнальному входу детектора 6, первый вь1хЬд 7 последнего соединен с первым входом 8 вычислительного блока 9, выход которого подключен к входу регистратора 10, при зтом первый выход 11 генератора 1 соединен с входом излучателя 2, генератор 12 тактовых импульсов, делитель 13 частоты, цифровой частотомер 14, делитель 15 частоты с переменным коэффициентом деления (ДПКД), цифровой фазовращатель 16 на я /2, при этом выход генератора 12 тактовых импул15Сов соединен с импульсным вхо- дом 17 ДПКД 15 и с входом делителя 13 частоты, выход которого подключен к импульсному входу 18 цифрового частотомера

э :л5 :А5 ю

14, управляющий вход 19 последнего соединен с вторым выходом 20 генератора 1, тре- тий выход 21 которого соединен с аналоговым входом 22 цифрового частотомера 14, выход последнего подключен к цифровому входу 23 ДПКД 15, выход которого соединен с входом цифрового фазовращателя 16 на л /2, первый 24, второй 25, третий 26 и четвертый 27 выходы которого подключены соответственно к первому 28, второму 29, третьему 30 и четвертому 31 импульсным входам детектора 6, второй выход 32 последнего соединен с вторым входом 33 вычислительного блока 9.

Детектор 6 (фиг. 2) содержит последова- тельно соединенные повторитель 34 напряжения, первые аналоговый ключ 35, сумматор 36 и фильтр 37 нижних частот, последовательно соединенные инвертор 38 напряжения, вторые аналоговый ключ 39, сумматор 40 и фильтр 41 нижних частот, а также третий 42 и четвертый 43 аналоговые ключи, выходы которых .соответственно подключены к вторым входам первого 36 и второго 40 сумматоров, при этом вход по- вторителя 34 напряжения соединен с .входом инвертора 38 напряжения и является аналоговым входом детектора 6. Вход третьего аналогового клкзча 42 подключен к выходу инвертора 38 напряжения. Вход чет- вертого аналогового ключа 43 соединен с выходом повторителя 34 напряжения. Причем первым 28, вторым 29, третьим 30 и четвертым 31 импульсными входами детектора 6 являются управляющие входы перво- го 35, третьего 42, второго 39 и четвертого 43 аналоговых ключей соответственно, а первым 7 и вторым 32 выходами детектора 6 служат выходы первого 37 и второго 41 фильтров низкой частоты.

Цифровой фазовращатель 16 на jr/2 (фиг. 3) содержит, первый 44 и второй 45 D-триггеры, С-входы которых соединены и являются входом цифрового фазовращате- ля Л6 нал: /2. Прямой выход первого D-триг- гера 44 соединен с D-входом второго D-триггера 45, инверсный выход которого подключен к D-входу первого D-триггера 44. Прямой и инверсный выходы последнего являются первым 24 и вторым 25 выходами цифрового фазовращателя 16 на л: /2, третьим 26 и четвертым 27 выходами которого служат прямой и.инверсный выходы второго D-триггера 45.

На фиг. 4 приведены сигнал 46тна входе цифрового фазовращателя 16 на я /2, а также сигналы 47 и 48 на его первом 25 и третьем 27 выходах.

Устройство для сейсмоакустической разведки конкреций на дне океана (фиг. 1) работает следующим образом.

Широкополосный электрический радиоимпульс с заполнением .в полосе частот, при которых диапазон длин волн равен диапазону размеров конкреций, представляющих интерес при поиске, с первого выхода 11 генератора 1 подается на излучатель 2, где он преобразуется в акустический сигнал, который излучается в сторону дна направленно или во всех направлениях. Передний фронт радиоимпульса с второго выхода 20 генератора 1 поступает на управляющий вход 19 частотомера 14 и запускает его. На импульсный йход 18 цифрового частотомера 14 с выхода делителя 13 частоты поступают прямоугольные импульсы с частотой следования Fon/4 (Fon - частота выходных импульсов генератора 12 тактовых импульсов). На аналоговый вход 22 цифрового частотомера 14 с третьего выхода 21 генератора 1 поступает электрический радиоимпульс также с заполнением ш г. В результате цифровой частотомер 14 формирует выходной код Мвых. Fon (4Fr), где Fг (l r/2л: , поступающий на цифровой вход 23 ДПКД 15, на импульсный вход 17 которого поступают импульсы с частотой Fon. ДПКД 15 формирует прямоугольные импульсы 46 вида, поступающие на вход цифрового фазовращателя на л /2. при этом частота выходных имульсов 4б ДПКД 15 равна Fon/Nsbix 4Fr.

Цифровой фазовращатель 16 на л: /2 на выходах 25 и 27 формирует прямоугольные импульсы 47 и 48 типа меандр сдвинутые друг относительно друга на.7Г/2 и с частотой следования, равной Fr (сигналы на выходах 26 и 27 цифрового фазовращателя 16 на л 2 являются инверсными по отношению к сигналам 47 и 48 вида соответственно и также сдвинуты друг относительно друга на я/2). Таким образом, на импульсные входы 28 - 31 детектора 6 поступают соответственно сигналы yc(t), yc(t), ys(t) и ys(t), где t - время следующего вида

yc(t) (2/7Г) л/4 + cosfu t - (), :-f (cos5 ft)rt)/s + ...,

yc(t) (2(yf) Л /4 - cosuJ rt + (cos3(u rt)/3 - -(cos5ft t)/s+ ...,

У8(1) (2(лг) л;/4 + sin ()/3+ (sln5u)rt)/5+ ...,

ys(t) (2 / Л/4 - -Sin w rt - (sln3 (o rt)/3- 4sfn5u rt)/5 + ...-(1)

Рассеянный дном акустический сигнал, задержанный относительно излученного акустического сигнала на времяГз Vah (Va - скорость распространения акустического сигнггла, h - расстояние до дна), принимается вместе с шумами приемной антенной 3, усиливается полосовым усилителем 4 и фильтруется полосовым фильтром 5 в полосе частот, соответствующей излучению. На аналоговый вход детектора 6 при этом поступает сигнал вида

Ac(t) COS (fWrt -Ь Q) + lm(t) ,

где Ac(t) - огибающая полезного сигнала;

Q - начальная фаза:

lm(t) - напряжение шума.

Детектор 6 производит синхронное детектирование полезного сигнала Ac(t) COS (ovt 4- Q) и асинхронное детекти- рование шума. Отличительной особенностью синхронного детектирования является повышенная избирательность приема слабых сигналов на фоне шума. В результате на первом 7 и втором 32 выходах детектора 6j формируются соответственно сигналы вида

2/лсозаАс(1); 2/7rsinQAc(t),

поступающие на входы 8 и 33 вычислитель- ного блока 9, который в аналоговой или циф- ровой форме производит вычисление огибающей Ac(t) полезного сигнала в соответствии с выражением

Ac(t) (t) COS QF + Ac(t) Sin Qp}

(.Jj которая и регистрируется ре,гистратором 10.

Детектор 6 (фиг. 2) работает следующим образом.

На сигнальные входы первого 35 и четвертого 43 аналоговых ключей с выхода повторителя 34 напряжения, который служит для компенсации фазовых по- грешностей, вносимых инвертором 38 на- пряжения, поступает сигнал вида Ac(t) COS ( 4- Q) + 1ш(1) . На сигнальные входы второго 39 и третьего 42 аналоговых ключей с выхода инвертора ,39 напряжения поступает проинвертированный сигнал полосового фильтра 5.

На управляющие входы первого 35, второго 39, третьего 42 и четвертого 43 аналоговых ключей посту 1ают соответственно Сигналы вида ус(1) , yc(t) ; ys(t) , ys(t) ,опре- деляемые выражением (1). Выходные сигна- л ь| аналоговых ключей 35, 39, 42, 43 равны ароизведению сигналов на их.сигнальных и управляющих входах. Первый сумматор 36 производит суммирование выходных напряжений первого 35 и третьего 43 аналоговых ключей, второй сумматор 40- выходных напряжений второго 39 и четвертого 43 аналоговых ключей. С учетом действия первого

5 10

15 20

25 30

-

оп

д/

Q5

37 и второго 41 .фильтров низкой частоты, частота пропускания которых существенно меньше опорной частоты о г и асинхронного детектирования шума 1ш(1) аналоговыми ключами 35, 39, 42 и 43, для выходных напряжений фильтров 37 и 41 будут справедливы выражения вида (2).

Таким образом, в предлагаемом устройстве для сейсмоакустической разведки конкреций на дне океана обеспечивается синхронное детектирование полезного сигнала, а выделение огибающей Ac(t) производится и при малом отношении сигнал - шум. В результате обнаружение и исследование свойств конкреций может производиться на больших глубинах дна океана и в более широком диапазоне изменения опорной частоты о г генератора 1.

Формула изобретения Устройство для сейсмоакустической разведки конкреций на дне океана, содержащее генератор, излучатель, последовательно соединенные приемную антенну, полосовой усилитель и полосовой фильтр, выход которого подключен к сигнальному входу детектора, первый выход которого соединен с первым входом вычислительного блока, выход которого подключен к входу регистратора, при этом первый выход генератора соединен с входом излучателя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и оперативности обнаружения конкреций, в него дополнительно введены генератор тактовых импульсов, делитель частоты, цифровой частотомер, делитель частоты с переменным коэффициентом деления и цифровой фазовращатель на л: /2, при этом выход генератора тактовых импульсов соединен с импульсным входом делителя частоты с переменным коэффцииентом деления и с входом делителя частоты, выход которого подлючен к импульсному входу цифрового частотомера, управляющий вход которого соединен с вторым выходом генератора, третий выход которого соединен с аналоговым входом цифрового частотомера, выход которого подключен к цифровому входу делителя частоты с переменным коэффициентом деления, выход которого соединен с входом цифрового фазовращателя на л /2, первый, второй, третий и четвертый выходы которого подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому импульсным входам детектора, второй выход которого соединен с вторым входом вычислительного блока, а детектор содержит последовательно соединенные повторигель напряжения, первые аналоговый улюч, сумматор и фильтр нижних частот, последовательно соединенные инвертор напряжения, вторые аналоговый ключ, сумматор и фильтр нижних частот, а также третий и четвертый аналоговые ключи, выходы которых соответственно подключены к вторым входам первого и второго сумматоров, при этом вход повторителя напряжения соединен с входом инвертора напряжения и является аналоговым входом детектора.

0

вход третьего аналогового ключа подключен к выходу инвертора напряжения, вход четвертого аналогового ключа соединен с выходом повторителя напряжения, причем первым, вторым, третьим и четвертым импульсными входами детектора являются управляющие входы первого, третьего, второго и четвертого аналоговых ключей соответственно, а первым и вторым выходами детектора служат выходы первого и второго фильтров низкой частоты.

Изобретение относится к разведочной геофизике и может быть использовано при проведении морских геологоразведочных работ на шельфе и в океане для обнаружения железомарганцевых конкреций. Целью изобретения является повышение точности и оперативности обнаружения конкреций. Поставленная цель достигается за счет введения новых элементов и связей, которые позволяют повысить избирательность приема слабых сигналов на фоне шума путем устранения взаимодействия полезного сигнала с помехой. Повышение оперативности достигается за счет возможности локации конкреций в результате одного зондирования. Устройство может быть использовано при детальном картировании твердых полезных ископаемых в широком диапазоне глубин и значений излучаемых частот с борта научно-исследовательского судна. 4 ил.

«гз

/5

W

/

fS

/3

/2

22 Я

20

Vus,1

/6

2 гв

25

г9

Ъ2 33

26

Ю

27

3/

Ю