СЕЙСМОСПЕКТРОСКОП Советский патент 1965 года по МПК G01V1/00 

Изобретение относится к устройствам для искусственного воспроизведения на моделях типовых геологических структур сейсмических волновых процессов при помощи ультразвуковых импульсов.

Обычные сейсмоскопы не позволяют достаточно точно и быстро изучать частотные зависимости в моделях геологических сред.

В предлагаемом сейсмоспектроскопе «вырезающее» устройство, состоящее из мультивибраторов, усилительной ступени и катодного повторителя, включено между генератором выходных импульсов и широкополосным усилителем принимаемых сигналов. Прибор позволяет детально изучать кинематические особенности сейсмических волн, выделять на экране электроннолучевой трубки любой участок зарегистрированного пьезоприемником волнового процесса, проводить автоматический частотный анализ и регистрировать амплитудный спектр выделенного участка одновременно с записью волнового процесса.

Для повышения точности и скорости спектрального разложения избирательная система, состоящая из кварцевого фильтра и селективного усилителя, включена между смесителем и усилителем-ограничителем.

На чертеже представлена блок-схема предложенного сейсмоспектроскопа.

Ведущий генератор 1 формирует прямоугольные импульсы из синусоидального напряжения сети (50 гц). Делитель частоты 2 делит частоту следования прямоугольных импульсов на два. Блок 3 задержки развертки и блок 4 задержки излучения могут запускаться как от ведущего генератора, так и от делителя частоты.

Электрические импульсы с генератора 5 выходных импульсов поступают на излучатель 6 и возбуждают упругие колебания в исследуемой среде. Ультразвуковые волны, распространяющиеся в модели, принимаются пьезоприемником 7, преобразуются им в электрические колебания и поступают на вход широкополосного усилителя 8. Усиленные колебания с парофазного каскада 9 подаются на вертикальные пластины электроннолучевой трубки 10.

Одновременно с излучателем 6 генератор 5 выходных импульсов запускает «вырезающее» устройство 11, состоящее из мультивибраторов, усилительной ступени и катодного повторителя, которое управляет широкополосным усилителем 8, чтобы на резонатор попали только те колебания, которые подлежат спектральному разложению. Для этого коэффициент усиления последнего каскада усилителя автоматически меняется во времени по закону:

где K (t) - коэффициент усиления;

t₁ и t₂ - время начала и конца управляющих прямоугольных импульсов, снимаемых с вырезающего устройства.

Вырезающее устройство позволяет менять значения t и t₂-t₁ независимо друг от друга. Таким образом осуществляется во времени и по ширине выбор любого участка на записи волновой картины. Выбранный отрезок волнового процесса, спектральный состав которого подлежит изучению, поступает на управляющую сетку смесителя 12 одновременно с колебанием, снимаемым с генератора 13 качающейся частоты. Частота вспомогательных колебаний изменяется по линейному закону в пределах ширины анализируемого диапазона частот. Смеситель, производя умножение исследуемого сигнала на напряжение меняющейся частоты, дает на выходе спектр, перемещающийся по шкале частот. Спектральные составляющие одной из боковых полос перемещающегося спектра последовательно проходят через избирательную систему, состоящую из комбинации связанных контуров, в одном из которых включен кварцевый фильтр 14, и селективного усилителя 15 с аналогичным кварцевым фильтром в анодной цепи. Такая избирательная система благодаря многозвенности имеет колоколообразную характеристику и обладает меньшим временем установления при высокой разрешающей способности. При этом отпадает необходимость в устройстве, которое запирает усилитель на время вынужденных колебаний фильтра при использовании других систем. Это упрощает анализаторную часть сейсмоспектроскопа и обеспечивает высокую точность анализа.

Генератор 16 пилообразного напряжения служит для медленной развертки второго луча электроннолучевой трубки (период составляет 1-2 сек) и одновременно управляет работой генератора качающейся частоты, модулируя синусоидальное колебание по частоте. Благодаря этому каждое положение пятна на горизонтальной оси трубки соответствует строго определенной частоте напряжения генератора качающейся частоты. В результате достигается замена временного масштаба по оси X на частотный.

Выходное напряжение селективною усилителя 15 после дальнейшего усиления и детектирования усилителем-ограничителем 17 поступает на усилитель 18 вертикального отклонения. Таким образом, каждая составляющая преобразованного спектра дает на экране трубки изображение резонансной кривой избирательной системы. Высоты этих кривых пропорциональны амплитудам составляющих анализируемого колебания. В сейсмоспектроскопе применена электроннолучевая трубка с длительным послесвечением, сохраняющая изображение первого участка спектра, пока происходит вырисовывание всех участков, вплоть до последнего, т.е. вся картина спектра наблюдается одновременно.

В результате на экране электроннолучевой трубки можно наблюдать волновой процесс, зарегистрированный пьезоприемником, и частотный спектр волны или группы волн, выбранные «вырезающим» устройством из исследуемого волнового процесса. Анализируемый участок записи, благодаря подсветке луча электроннолучевой трубки от «вырезающего» устройства, выделяется увеличенным свечением экрана. Это сделано для облегчения точного выбора границ анализируемой волны.

Калибровочный генератор 19 в сейсмоспектроскопе выполняет две функции: является генератором временных отметок и устройством для градуировки оси частот второго луча электроннолучевой трубки. Временные отметки поступают на выходной каскад 9 широкополосного усилителя 8 и сдвинутые по вертикали коммутирующим устройством (на чертеже не показано) наблюдаются на экране электроннолучевой трубки одновременно с волновым процессом и спектральным разложением его на части. В сейсмоспектроскопе предусмотрена возможность проведения частотного анализа как любого участка волновой картины, так и синусоидальных колебаний, генерируемых калибровочным генератором 19. Во втором случае спектрограмма используется в качестве частотного масштаба для градуирования спектров исследуемых упругих волн.

Блок 20 искусственной отметки излучения формирует узкие электрические пики, которые служат для регистрации на развертке первого луча электроннолучевой трубки дополнительного момента излучения, сдвинутого во времени на величину задержки развертки. При регулировании времени задержки развертки искусственная отметка излучения остается на месте истинного момента излучения, а волновая картина перемещается в сторону отметки. Это позволяет наблюдать и точно отсчитывать процессы, удаленные во времени от момента излучения, при большой скорости развертки луча электроннолучевой трубки.

Блок 21 служит для подсветки второго луча электроннолучевой трубки в момент регистрации отдельных спектральных составляющих на экране электроннолучевой трубки. Усиление интенсивности свечения экрана электроннолучевой трубки вызывается подачей на управляющий электрод электроннолучевой трубки положительного импульса, сформированного из сигнала.

Блок 22 - усилитель горизонтального отклонения, блок 23 - генератор развертки. Питание всех цепей сейсмоспектроскопа осуществляется от стабилизированного блока питания 24.

1. Сейсмоспектроскоп, содержащий ведущий генератор, делитель частоты, блоки задержки и развертки излучения, генератор развертки, генератор выходных импульсов, широкополосной усилитель принимаемых сигналов, генератор временных отметок, блок искусственной отметки излучения, электроннолучевую трубку, смеситель, генератор качающейся частоты, генератор пилообразного напряжения, усилитель-ограничитель, усилители горизонтального и вертикального отклонений, каскад подсветки и блок питания, отличающийся тем, что, с целью выделения на экране электроннолучевой трубки любого участка зарегистрированного пьезоприемником волнового процесса, проведения автоматического частотного анализа и регистрации амплитудного спектра выделенного участка одновременно с записью волнового процесса, в нем «вырезающее» устройство, состоящее из мультивибраторов, усилительной ступени и катодного повторителя, включено между генератором выходных импульсов и широкополосным усилителем принимаемых сигналов.

2. Сейсмоспектроскоп по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и скорости спектрального разложения, в нем избирательная система, состоящая из кварцевого фильтра и селективного усилителя, включена между смесителем и усилителем-ограничителем.