Устройство для ультразвукового моде-лиРОВАНия СЕйСМичЕСКиХ ВОлН Советский патент 1981 года по МПК G01V1/00 

1

Изобретение относится к области моделирования волновых процессов, в частности к модельным исследованиям в сейсмической разведке.

Известно устройство 1 для ультразвукового моделирования сейсмических волн, включающее модель, ультразвуковой излучатель с генератором импульсов возбуждения, приемник ультразвуковых сигналов с усилителем и ЭЛТ с генератором развертки для визуализации регистрируемых сигналов и фотографирования их с экрана.

Известно также устройство 2 для сейсмического моделирования, позволяющее воспроизводить сейсмические исследования в лабораторных условиях и содержащее генератор ультразвуковых колебаний с линейно меняющейся частотой и ультразвуковые датчики.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является импульсный ультразвуковой сейсмоскоп ИПА-59 3, содержащий генератор синхроимпульсов, связанный с генератором марок времени и генератором импульсов возбуждения, к выходу которого через аналоговую линию задержки и формирователь импульсов возбуждения присоединен ультразвуковой излучатель, приемник ультразвуковых колебаний с усилителем и ЭЛТ с генератором

развертки. Сигналы фотографируются с экрана ЭЛТ.

Недостатками известных устройств являются узкий динамический диапазон сигнала; низкая точность измерения амплитуды и времени распространения сигналов и невозможность непосредственного ввода данных измерений в ЭВМ для автоматической обработки.

Наличие этих недостатков препятствует широкому применению ультразвукового моделирования при обработке и интерпретации сейсмических материалов.

Целью изобретения является расширение динамического диапазона, повышение надежности и точности измерений и обеспечение непосредственного ввода данных моделирования в ЭВМ.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для ультразвукового моделирования сейсмических волн, включающее модель, излучатель ультразвука, соединенный с генератором синхроимпульсов через формирователь импульсов возбуждения, линию задержки и генератор импульсов посылок, приемник ультразвуковых импульсов, усилитель, ЭЛТ с генератором развертки, подключенным к выходу генератора импульсов посылок, к выходу усилителя подключены последовательно соединенные би 3 п&лярный ключ, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), запоминающая схема и наполнитель на магнитной ленте с блоком управления. Биполярный ключ, АЦП и запоминающая схема соединены с выходом5 схемы сравнения кодов, соединенной со счетчиком синхроимпульсов, включенным между генератором синхроимпульсов и генератором импульсов посылок, и счетчиком импульсов посылок, вход которого связан10 с выходом линии задержки через первую схему И, а выход - с блоком управления накопителя и одним из входов первого триггера, второй вход которого соединен через прерыватель с выходом генератораis импульсов посылок, а выход - с первой схемой И и входом второго триггера, выход которого связан со второй схемой И, включенной между выходом генератора ., синхроимпульсов и входом счетчика им-20 пульСов посылок и параллельно со счетчиiibM начальной задержки записи, выход кодррфго подключен ко второму входу второго триггера управления. Кроме того, счетчики синхроимпульсов и25 генератор импульсов посылок выполнены независимо регулируемыми по емкости. К сетке (катоду) ЭЛТ подключен триггер подсветки луча, а входы его соединены соответственно с выходами счетчиковзо импульсов задержки начала записи и импульсов посылок. В устройстве изменен способ регистрации колебаний, т. е. осуществлен переход на цифровую регистрацию в сигнальном кана-35 ле и запись цифровых кодов в автономном режиме на магнитной ленте накопителя ЦВМ с сохранением записи на экране трубки. При этом из-за резкого различия используемых диапазонов частот сигналов и40 соответственно скорости кодирования в ультразвуковом сейсмоскопе и записи в накопителе регистрация осуществляется через промежуточное ЗУ по одному отсчету за каждую посылку импульса в модель.45 На чертеже дана функциональная схема устройства. Устройство содержит излучатель 1 ультразвука, формирователь 2 импульсов возбуждения, линию 3 задержки, генератор 450 импульсов посылок, счетчик 5 синхроимпульсов, генератор 6 синхроимпульсов, физическую модель 7, приемник 8 ультразвуковых колебаний, усилитель 9, переключатель 10 рода работы (сигнал-марки вре-55 мени), ЭЛТ 11, генератор 12 развертки ЭЛТ, генератор 13 марки времени, биполярный ключ 14, АЦП 15, запоминающую схему 16, блок 17 управления накопителем на магнитной ленте, накопитель 18 на магнит-gQ ной ленте, блок 19 сравнения кодов, счетчик 20 посылок импульсов возбуждения, первую схему И 21, первый триггер 22, сигнальные индикаторы 23, 24 (лампочки и Т. п.) положения первого триггера, кнопку65 8281 46 4записи 25, прерыватель 26 - счетчик импульсов начальной задержки записи, второй триггер 27, вторую схему И 28 и триггер 29 подсветки луча. Устройство работает следующим образом. При включении начинает работать генератор 1 синхроимпульсов с частотой / (например, на частоте 2000 кгц), с выхода которого импульсы поступают на счетчик 5 синхроимпульсов, делящий частоту их следования в N раз, где Л - емкость счетчика синхроимпульсов, например, в 40000, 20000, 100000 и 5000 раз. При этом на выходе счетчика появляются импульсы с частотой fo f/N (соответственно с частотой 50, 100, 200 и 400 импульсов в 1 с), которые поступают на генератор импульсов посылок, Возникающие при этом импульсы возбуждают генератор 12 развертки ЭЛТ 11 и одновременно попадают на вход линии задержки 3, выполненной в виде одноразрядного сдвигающего регистра, имеющего небольшую емкость (р - число бит сдвигающего регистра). В качестве продвигающих импульсов в регистре 3 используются синхроимпульсы от генератора 6. После небольшого числа синхроимпульсов импульс, попавший в регистр 3, появляется на его выходе с задержкой на р синхроимпульсов. Задержанный импульс с выхода линии задержки 3 поступает на усилитель 9 сигналов для формирования отметки момента излучения сигнала на экране ЭЛТ и на формирователь 2. Импульсы с выхода формирователя 2 попадают на излучатель 1, который возбуждает в физической модели 7 ультразвуковые колебания. Отражаясь от границ внутри модели, упругие колебания выходят на поверхность модели, воспринимаются приемником 8, преобразуются им в электрическую форму, усиливаются усилителем 9 и через переключатель рода работы 10 подаются на систему вертикального отклонения луча ЭЛТ 11. В результате этого на экране ЭЛТ 11 наблюдается развертка регистрируемых приемником 8 сигналов во времени с отметкой момента возбуждения сигналов (развертка луча на экране ЭЛТ 11 начинается раньше возбуждения ультразвукового импульса излучателем в модели 7 на постоянную величину задержки импульсов в линии задержки 3). При появлении на выходе счетчика 5 каждого следующего импульса весь процесс непрерывно повторяется, т. е. модель работает в режиме с периодизацией решения. Решения повторяются с частотой /о Во вспомогательном режиме переключатель 10 рода работы устройства соединяет систему вертикального отклонения луча с генератором 13 марок времени, синхронизируемым генератором 6 синхроимпульсов. В этом режиме на экране ЭЛТ 11 осуществляется развертка синусоиды с частотой /1, равной частоте марок времени. Обычно /1 100 КГЦ.

Запись колебаний в цифровой форме производится замыкателем прерывателя (кнопки «запись). При этом некоторый очередной импульс с выхода счетчика 5 попадает на один из входов первого триггера 22, который перебрасывается во второе устойчивое состояние, о чем свидетельствуют сигнальные индикаторы 23 и 24, выполненные, например, на лампочках, светодиодах и т. п. В этом состоянии первого триггера 22 на элемент И 21 подается разрешающий потенциал. В результате на счетчик посылок импульсов возбуждения 20 начинают поступать импульсы возбуждения с выхода линии задержки 3 (начиная с того импульса, который первым прошел через замкнутый прерыватель 25 и опрокинул триггер 22). К моменту, когда в счетчике 20 оказывается один импульс, в блоке 19 имеется уже р импульсов и при дальнейшей их работе разрыв в числе импульсов увеличивается. Затем на вход счетчика 20 поступает второй импульс, а блок 19 перед этим сбрасывается на нуль. Поэтому при поступлении в блок 19 первого импульса от генератора синхроимпульсов 6 коды блоков 19 и 20 оказываются равными, и блок сравнения кодов 19 выдает импульс, кратковременно открываюш,ий биполярный ключ 14, квантующий сигнал с выхода усилителя 9 (в том числе и во время наблюдения на экране ЭЛТ 11 марок времени). Одновременно срабатывает и АЦП 15, а полученный код записывается в схему 16. Следует отметить, что на кодирование выделенного отсчета и запись его в схему 16 отводится время вплоть до следующей посылки сигнала, при которой весь описанный процесс повторяется с той разницей, что в счетчике

20перед началом процесса находятся уже 2, 3 и более импульсов.

При каждой посылке в запоминающую схему 16 заносится один отсчет регистрируемого сигнала. Таким образом, момент равенства кодов чисел в счетчиках 5 и 20 при каждой следующей посылке сдвигается на один синхроимпульс. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не будет полностью заполнен счетчик импульсов возбуждения 20. Тогда импульс переполнения счетчика 20 перебросит триггер 22 в первоначальное положение. При этом схема И

21закроется, и процесс кодирования прекратится. Следовательно, для получения М отсчетов сигнала в интервале записи А необходима максимум М+ посылка импульсов возбуждения (после замыкания прерывателя). Импульс переполнения счетчика 20 одновременно попадает в блок 17 управления накопителя 18 и обеспечивает перезапись кодов сигнала из схемы 16 на магнитную ленту в накопителе 18. После этого приемник 8 переставляют на новое

место в модели, и осуществляется запись колебаний во второй точке и т. д.

При необходимости накопления сигналов регистрацию можно повторить в одной и той же точке несколько раз, замыкая для этого прерыватель 25 нужное число раз (по окончании каждого отдельного цикла записи). Для перемещения записываемого интервала процесса по оси времени изменения его длительности в устройстве предусмотрена регулировка емкости счетчиков импульсов возбуждения 20 (с выполнением условия ), а также счетчика 5. Для визуального контроля выделяемого

для кодирования интервала записи этот интервал подсвечивается с помощью триггера подсветки 29, который перебрасывается в состояние «Подсветка в момент прохождения MQ импульсов задержки начала записи импульсов переполнения счетчика 26 и возвращается в прежнее состояние импульсом переполнения счетчика импульсов посылок 20. Импульс подсветки подается на управляющую сетку или катод ЭЛТ 11.

Применение предлагаемого устройства обеспечит повышение точности ультразвукового моделирования до уровня, необходимого при решении динамических задач сейсмики. Наряду с этим обеспечивается

непосредственный ввод данных моделирования в ЭВМ. (без затрат ручного труда) и их автоматический анализ, выполняемый с высокой точностью. Все это позволяет расширить возможности моделирования волнового поля для неоднородных и сложно построенных сред.

Формула изобретения

1. Устройство для ультразвукового моделирования сейсмических волн, включающее модель, излучатель ультразвука, соединенный с генератором синхроимпульсов через

формирователь импульсов возбуждения, линию задержки и генератор импульсов посылок, приемник ультразвуковых импульсов, усилитель, электроннолучевую трубку с генератором развертки, подключенным к

выходу генератора импульсов посылок, отличающееся тем, что, с целью расширения динамического диапазона, повышения надежности и точности измерения и обеспечения непосредственного ввода данных моделирования в ЭВМ, к выходу усилителя подключены последовательно соединенные биполярный ключ, аналого-цифровой преобразователь, запоминающая схема и накопитель на магнитной ленте с блоком управления, причем бйпоЛ-ярныйключ, аналогоцифровой преобразователь и запоминающая схема связаны с выходом-Схемы-сравнения кодов, соединеннойсо счетчиком синхроимпульсов, включенным между генератором

синхроимпульсов и генератором импульсов

посылок, и счетчиком импульсов посылок, вход которого связан с выходом линии задержки через первую схему И, а выход - с блоком управления накопителя и одним из входов первого триггера, второй вход которого соединен через прерыватель с выходом генератора импульсов посылок, а выход - с первой схемой И и входом второго триггера, выход которого связан со второй схемой И, включенной между выходом генератора синхроимпульсов и входом счетчика импульсов посылок и параллельно со счетчиком начальной задержки записи, выход которого подключен ко второму входу второго триггера управления.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью обеспечения регулировки интервала между посылками и длительности цифровой записи внутри посылки, счетчики синхроимпульсов и генератор импульсов посылок выполнены независимо регулируемыми по емкости.

3. Устройство по п. 1, отличающееся

тем, что, с целью обеспечения визуального

контроля кодируемого участка записи, к

сетке (катоду) электроннолучевой трубки

подключен триггер подсветки луча, а входы

его соединены соответственно с выходами

счетчиков импульсов задержки начала записи и импульсов посылок.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США № 3154169, кл. 181-5, опублик. 1964.

2. Авторское свидетельство СССР № 204617, G 01V 1/00, 1966.

3. Импульсный ультразвуковой сейсмоскоп ИПА-59. Техническое описание, выпускной аттестат и инструкция по эксплуатаЦии, Киев, 1968 (прототип).