Устройство для распознавания подводных грунтов Советский патент 1982 года по МПК G01V1/38 

Изобретение относится к геоакустическим и сейсмическим исследованиям и предназначено для определения типа грунтов дня водоемов (морей, ре озер) бесконтактным способом. Известен звуковой геолокатор, содержащий систему излучения, систему приема отраженных сигналов, включающую приемное устройство, усилители с фильтрами и регистратор, а также командный блок. Звуковой геолокат позволяет получать на регистраторе эхограмму акустического разреза, профиля Cl. Недостатком данного устройства яв ляется то, что распознавать тип.грун та дна по эхограмме можно лишь для отдельных частйых случаев, например для ленточных глин, причем достоверность определения типа грунта дна при этом низкая. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для распознавания подводных грунтов, держащее последовательно соединенн1 е блок управления, генератор импульсных токов и излучатель, приемное устройство, усилитель и регистратор, при этом выход приемного устройства соединен с входом усилителя, а второй выход блока управления соединен с входом управления регистратора. Кроме того, устройство содержит квадратичный детектор с фильтрами нижних -частот, амплитудный ограничитель минимума, блок задержки, блок однократного обнаружения сигнала, одновибратор, управляемый интегратор и регистратор. Устройство позволяет получить на регистраторе типа шлейфного осциллографа значения, пропорциональные волновому сопротивлению грунта по профилю 2. Однако с помощью известного устройства типы грунтов можно разделить лишь на грубые классы типа жидкие или плотные породы, причем достоверность определения типа грунта низка, так как, например, коэффициент отражения газонасыщенного ила по абсолютной величине такой же, как и у плотных пород. Для разделения газонасыщенного ила от плотных пород требуется дополнительный параметр,например полярность (знак) nepBofo вступления отраженного сигнала, которая у газонасыщенного ила отрицательная, а у плотной породы положительнёш. Значительно 21ерекрыва1отся величины волновых йоп отивлений грунта для песка и 1лины. Для разделения этих типов грунта необходимо использовать допол нительно такой, например, параметр к как характеристика слоистости грунта который может быть получен либо из визуального анализа эхограммы акусти ческого разреза профиля, либо аппара турным путем. Глина отличается от песка наличием резко выраженной слоистости. Введение каждого дополнительного параметра отраженного сигнала или характеристики типа грунта, таких как коэффициент отражения, фазовый угол акустического импеданса гру нта, амплитудное распределение отраженного сигнала и так далее, и сопоставление этих параметров с эхограммой акустического разреза профиля и между собой позволяет разделить донные грунты на более дробные классы и повыси достоверность определения типа грунта. . Цель изобретения - расширение фун циональных возможностей устройства, повышение достоверности распознавани подводных грунтов и ускорения обработки информации. Поставленная цель достигается тем что в устройство для распознавания подводных грунтов, содержащее последовательно соединенные блок управлен генератор импульсных токов и излучатель, приемное устройство, усилитель и регистратор, при этом выход приемного устройства соединен с входом усилителя, а второй выход блока управления соединен с входом управления регистратора, введены блок выделения зоны записи, блок определения знака первого вступления отражен-ного сиг-нала, преобразователь код временной интервал,, смеситель, блок определения коэффициентов отражения грунта, и/или блок определения фазового угла акустического импеданса грунта, и/или блок определения амплитудного распределения отраженНого сигнала, при этом входы блока определения знака первого вступления отраженного сигнала, блок определения коэффициентов отражения, блока определения фазового угла акустического импеданса грунта и блока определения амплитудного распределения отраженного сигнала соединены с выходом усилителя, а выходы этих бло ков соединены с первым, вторым, третьим и четвертым входами преобразоват еля код - временной интервал соот ветственно, пятый вход которого соед нен с третьим выходом блока управления, четвертый выход блока управлени соединен с входом блока выделения зо ны записи, выход последнего соединен с шестым входом преобразователя кодвременной интервал, выход -которого подключен к первому входу смесителя, второй вход смесителя соединен с выходом усилителя, а выход смесителя соединен с сигнальным входом регистратора. На чертеже представлена структурная схема ycтpoйcтвdf для распознавания подводных грунтов. Устройство для распознавания подводных грунтов содержит блок 1 управления, генератор 2 импульсных токов, излучатель 3, приемное устройство 4, усилитель 5, блок 6 определения знака первого вступления отраженного сигнала, блок 7 определения коэффициентов отражения, блок 8 определения фазового угла акустического импеданса грунта, блок 9 определения амплитудного распределения отраженного сигнала, преобразователь 10 код временной интервал, блок 11 выделения зоны записи, смеситель 12 и регистратор 13. Устройство работает следующим образом. Блок 1 управления вырабатывает тактовый импульс, который запускает генератор 2 импульсных токов, регистратор 13, устройство 11 выделения зоны записи и устанавливает преобразователь 10 код-временной интервал в исходное состояние. .Токовый импульс с генератора 2 импульсных токов подается на излучатель 3, где преобразуется в импульс упругих колебаний. На приемное устройство 4 поступает прямой излученный импульс упругих колебаний и импульс, отраженный от дна. В приемном устройстве 4 эти импульсы преобразуются в электрические сигналы, которые поступают на вход усилителя 5. С выхода усилителя 5 излученный и отраженный сигналы поступают на входы смесителя 12, блока 6 определения знака первого вступления отраженного сигнала, а также входы блока 7 определения коэффициентов отражения, блока 8 определения фазового угла акустического импеданса грунта, блока 9 определения амплитудного распределения отраженного сигнала, где происходит выделение и обработка излученного и отраженного сигналов и определение требуемого параметра отраженного сигнала или характеристики грунта. Значение параметров с выхода блока 6 определения знака первого вступления отраженного сигнала и выходов блоков 7-9 поступает в цифровом, .виде на соответствующие входы преобразователя 10 код-временной интервал. Устройство 11 выделения зоны записи запускается тактовым импульсом, поступающим из блока 1 управления и вырабатывает импульс или импульсы, соответствующие началу зоны или зон записи параметров отраженного сигнала или характеристики грунта. Импульс начала зоны с выхода устройства 11 выделения зоны записи запускает преобразователь 10 код-вр менной интервал, который преобразуе один из входных кодов во временной интервал, пропорциональный входному коду. Этот временной интервал попадает на вход смесителя 12, где он смешивается с отраженным сигналом, посту пающим на второй вход смесителя 12 с выхода усилителя 5. Смесь отражен ного сигнала и временного интервала подается на вход усилителя записи регистратора 13, где отраженный сиг нал записывается в виде модулирован ного по яркости штриха эхограммы акустического разреза профиля, а временной интервал фиксируется в от веденной для него зоне носителя в виде штриха,длина которого пропорциональна цифровому коду параметра на входе преобразователя 10 код-вре менной интервал. При поступлении на преобразователь 10 код-временной ин тервал импульсов начала второй и по следующей зон записи преобразуются во временные интервалы и цифровые к ды всех остальных параметров сигнала или характеристик грунта на входе преобразователя 10 код-временной интервал. При наличии на входе преобразователя 10 код-временной интер вал цифровых кодов двух и более параметров отраженного сигнала преобразователь 10 код-временной интервал должен содержать коммутатор, кодов. Если число регистрируемых пара метров велико, то запись части из них можно вести на носитель с эхограммой, а остальные на синхронно движущиеся носители записи. В этом случае для второго и последующих носителей записи требуются свои преобразователи код-временной интервал. В результате последовательной записи штрихов на регистраторе регистрируется эхограмма акустического разреза профиля и сигналограммы параметров отраженного сигнала или физических характеристик грунта, причем они записаны в одном временном масштабе и не требуют даль нейшей камеральной обработки по.перестройке временных масштабов. Сопоставляя между собой эхограмму акустического разреза профиля и сигналограм1 ы параметров отраженного сигнала и физических характеристик грунта и зная заранее характерные для каждого грунта признаки эхограмм и сигналограмм параметров отраженного сигнала и физических характеристик грунта, можно с высокой достовер ностью идентифицировать тип донного грунта для широкого класса грунтов. Использование устройства выделения зоны или зон записи, преобразо вателя код-временной интервал, смеси теля, блока определения первого всту пления отраженного сигнала, блока определения коэффициентов отражения, блока определения фазового угла акустического импеданса грунта, блока определения амплитудного распределения отраженного сигнала позволяет расши- . рить класс идентифицируемых грунтов, повысить достоверность распознавания типа грунта и резко снизить объем камеральной обработки полевых материалов, причем идентификацию типов грунтов можно вести непосредственно при движении судна по профилю в реальном масштабе времени. Внедрение бесконтактных геоакустических методов распознавания типа донных грунтов позволит резко снизить потребность в дорогостоящем пробоотборе грунтов при геологическом картировании, при поиске и разведке морских россыпей и инженерно-геологических исследованиях. Формула изобретения Устройство для распознавания подводных грунтов, содержащее последовательно соединенные блок управления, генератор импульсных токов и излучатель, приемное устройство, усилитель и регистратор, при этом выход приемного устройства соединен с входом усилителя, а второй выход блока управления соединен с входом управления регистратора, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, повышения достоверности распознавания подводных грунтов и ускорения обработки информации, в него введены блок выделения зоны записи, блок определения знака первого вступления отраженного сигнала, преобразователь код-временной интервал, смеситель, блок определения коэффициентов отражения грунта, и/или блок определения фазового угла акустического импеданса грунта, и/или блок определения амплитудного распределения отраженного сигнала, при этом вхохдл блока определения знака первого вступления отраженного сигнала, блока определения коэффициентов отражения, блока определения фазового угла акустического импеданса грунта и блока определения амплитудного распределения отраженного сигнала соединены с выходом усилителя, а выходы этих блоков соединены с первым, вторым, третьим и четвертым входами преобразователя кодвременной интервал соответственно, пятый вход которого соединен с третьим выходом блока управления, четвертый выход влока управления соединен с входам блока выделения зоны записи, выход последнего соединен с