Устройство для измерения коэффициента отражения грунта Советский патент 1982 года по МПК G01V1/22 

Изобретение относится к геоакустическим и сейсмическим методам развед-, ки и предназначено для определения коэффициента отражения горных пород, например грунтов дна водоема (морей, рек, озер| , бесконтактным способом.

Известно устройство д.г1Я распознавания подводных грунтов, которое содержит излучатель, генератор-синхронизатор, гидрофон, согласующий каскад, блок программного управления, селектор отраженного сигнала, резонансный усилитель, квадратичный детектор с фильтрами нижних частот, амг плитудный ограничитель минимума,блок задержки, блок однократного обнаружения сигнала, одновибратор, управляемый аттенюатор и регулятор tl Недостатками этого устройства являются отсутствие коррекции на нестабильность амплиту.цы излученного сигнала .и отсутствие коррекции на расхождение сигнала, что снижает достоверность распознавания подводных грунтов.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является аппаратура,- которая позволяет определять коэффициент отражения от морского дна.

Аппаратура содержит блок управления, усилители излученного и отраженного сигналов, селекторы излученного и отраженного сигналов,аналоговые ключи излученного и отлаженного сигналов, пиковые детекторы излученного и отраженного сигналов, счетчик времени до отраженного сигнала, аналого-цифр 3вой преобразователь, лога10рифмирующие устройства излученного и отраженного сигналов, логарифмирующее, устройство времени до отраженноего сигнала,логарифмирующее устройство коэффициента, передачи приемного

15 тракта и суммирующее устройство.

Определение коэффициента отражения в этой аппаратуре производится аналоговым вычислительным устройством, в котором излученный и отражен.20 ный сигналы, глубина моря, коэффициент усиления аппаратуры и затухание упругих колебаний в воде при распространении их до дна и обратно преобразуются в электрические сигна25лы, пропорциональные логарифмам тих вели.чин. Эти электрические сигналы суммируются, сумма запоминания аналог говым запоминающим устрсзйством и цифруется аналого-цифровым ТГреобразователем С 2j.

30 йедостатком прототипа является от сутствие коррекции на расхождение из; лученного сигнала, снижающее точност измерения коэффициента отражения. Эт объясняется тем, что при работе с ге акустической аппаратурой на профиле излучающее устройство спускается с о ного, борта судна, а приемное устройство - с ДРУГОГО борта, судна, причем чтобы уменьшить уровень шумов судна в приемном устройстве, приемное и из лучающее устройства буксируются на гибких кабелях, длина которых может быть от десятков до сотен метров.По.этому излучающее и приемное устройст ва в процессе буксировки могут перемещаться независимо друг от друга как в горизонтальной, так ив вертикальной плоскостях. При этом расстоя ние Между ними может случайным обра зом изменяться в пределах до ± 40%, особенно в моменты изменения курса и скорости судна. Изменение расстояния между излучающим и приемным устройствами приводит к изменению амплитуды излученного сигнгша в приемном устройстве из-за расхождения упругих колебаний. Изменение амплиту ды излученного сигнала при изменении расстояния между излучающим и приемным устройствами приводит к дополнительной ошибке при определении коэффициента отражения. Кроме того, лога рифмическая часть аналогового вычислительного устройства имеет низкую точность и подвержено нестабильности параметров при изменении температуры окружающей среды. , Цель изобретения - повышение точности измерения коэффициента отраже ния и устранение зависимости от температуры окружающей среды. . Доставленная цель достига ется тем что в устройство для измерения ко.эф,фициента отражения грунта, содержащее блок управления, усилители излуче нного и отраженного сигналов, селекторы излученного и отраженного сигналов, аналоговые ключи излученно го и отраженного сигналов/ пиковые детекторы .излученного и отраженного сигналов, счетчик временного интервала до отраженного сигнала и аналого-цифровой преобразователь, введены счетчик временного интервала до излу ченного сигнала, устройство коррекции на расхождение излученного сигна ла, коммутатор сигналов, устройство деления кодов, схема ИЛИ, первый и второй преобразователи код - напряже ние знакопеременного сигнала, причем устройство коррекции на расхождение излученного сигнала по сигнальному входу соединено с усилителем излучен ного сигнала, по входу управления со счетчиком временного интервала до излученного сигнала, по выходу-подключено ко входу пикового детектора излученного сигнала, счетчик временного интервала до излученного сигнала по первому входу соединен с блоком управления, по второму входу с селектором излученного си -нала, коммутатор сигналов по первому входу управленгя соединен с выходом селектора излученного сигнала .и первым входом схемы ИЛИ, по второму входу управления соединен с выходом селектора отраженного сигнала и вторым входом схемы ИЛИ, по первому сигнальному входу соединен с выходом пикового детектора излученного сигнала, по второму сигнальному входу соединен с выходом пикового детектора отраженного сигнала, а по выходу соединен с сигнальным входом аналогоцифрового преобразователя, вход запуска аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом схемы -ИЛИ, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом устройства деления кодов, второй вход которого соединен с селектором излуЦенного сигнала, а выход - со входом управления первого преобразователя код-напрях ение знакопеременного сигнала, сигнальный вход которого соедиrieH с выходом усилителя отраженного сигнала,а выход - с входом второго преобразователя код - напряжение знакопеременного сигнала, по входу управления соединенного со счетчиком временного интервала до отраженного сигнала, а по выходу - с сигнальным входом аналогового глюча отраженног;о сигнала. При этом устройство коррекции на расхождение излученного сигнала выполнено в виде преобразователя код напряжение знакопеременного сигнала. На чертеже приведена структурная схема устройства для измерения коэффициента отражения. Устройство для измерения коэффициента отражения содержит блок 1 -.управления, генератор 2 импульсных токов, излучатель 3, приемное устройство 4, усилитель 5 отраженного сигнала, первый преобразователь 6 код - напряжение знакопеременного сигнала, второй преобразователь 7 код - напряжение знакопеременного сигнала, аналоговый ключ 8 отраженного сигнала, пиковый детектор 9 отраженного сигнала, селектор 10 излученного сигнала, схему ИЛИ 11, селектор 12 отраженного сигнала, счетчик 13 временного интервала до отраженного сигнала,счетчик 14 временного интервала до излученного сигнала, коммутатор 15 сигналов, усилитель 16 излученного сигнала, устройство 17 коррекции на расхождение излученного сигнала, аналоговь1й ключ 18 излученного сигнала, пиковый детектор 19 излученного сигнала, аналого-цифровой преобразователь 20,устройство 21 деления кодов.

Алгоритм работы устройства для измерения коэффициента отражения следующий

,- toTP

1

А иълй.Ь-у,,

V

коэффициент отражения/

где

В масштабный коэффициент, амплитуда отраженного сигОтрнала}

временный интервал, измеAt

отр ренный от момента излучения до вступления отраженной волны/

А

амплитуда излученного сигмзнала i

,f - временной интервал, измеренный от момента излучения до вступления излученной волны.

Блок управления 1 вырабатывает тактовый импульс, который запускает генератор 2 импульсных токов, счетчики 13 и 14 и селекторы 10 и 12. Токовый мпульс с генератора 2 импульсных токов подается на излучатель 3, -где преобразуется вимпульс упругих колебаний. На приемное устройство 4 поступает прямой излученный импульс упругих колебаний и импульс, отраженный от дна. В приемном устройстве 4 эти импульсы преобразуются b электрические сигналы. Излученный сигнал с выхода приемного устройства 4 поступает навход усилителя 16, с выхода которого подается на вход селектора 10 и вход устройства коррекции 17. релектор 10 по первому вступлению изаученного сигнала вырабатывает имяульс, который останавливает счетчик 14. В этот же момент импульс со втог ро.го выхода селектора 10 открывает аналоговый ключ 18. При остановке счетчика 14 на нем устанавливается код, пропорциональны;, временному интервалу до излученного сигнала A.t|,i. Амплитуда излученного сигнала при прохождении его через устройство коррекции 17 умножается на коэффициент передачи/ пропорциональный tn,,K . С выхода корректора 17 излученный сигнал через открытый аналоговый ключ 18 поступает на пиковый детектор 19, где амплитуда излученного сигнала запоминается, а затем по команде из селектора 10 через коммутатор 15 сигналов подается на вход аналого-цифрового преобразователя 20. Аналого-цифровой преобразователь 20 преобразует амплитуду излученного сигнала, пропорциональную Aj , t,l, в цифровой код, который с выхода аналого-цифрового преобразователя поступает на устройство 21 делеения кодов, где осуществляется операция деления кода масштабного коэффициента В на код, пропорциональный выхода устройства 21 деления кодов цифровой код, пропорциональный В/А|,,дД подается на первый преобразователь 6. Отраженный сигнал с выхода приемного устройства 4 через усилитель 5 поступает на преобразователь 6 и селектор 12, который по первому вступлению отраженного сигнала вырабатывает импульс, оста0навливающий счетчик 13. В этот же момент импульс со второго выхода селектора 12 открывает аналоговый ключ 8. При остановке счетчика 13 на нем устанавливается код, пропорциональ5ный временному интервалу от момента излучения до первого вступления отра женного сигнала. Амплитуда отраженного сигнала при прохождении его через первый преобразователь 6 умножается на коэффициент передачи, пропор0циональный В/Ау, At д,, . С выхода преобразователя 6 отраженный сигнал поступает на второй преобразователь 7, где амплитуда отраженного сигнала умножается на коэффициент передачи,

5 пропорциональный AtQ-rp Таким образом, с выхода преобразователя 7 на вход аналогового ключа 8 поступает отраженный сигнал, амплитуда которого пропорциональна В SiTfA.

0 Этот сигнал через открытый аналого- , вый ключ 8 подается на пиковый детектор 9, где его амплитуда, равная коэффициенту отражения, запоминается, а затем по команде, поступающей че5рез схему ИЛИ 11 на вход запуска аналого-цифрового преобразователя 20 из селектора 12, через коммутатор сигналов 15 подается на сигнальный вход аналого-цифрового преобразователя 20

0 Аналого-цифровой преобразователь 20 преобразует поступающее напряжение, пропорциональное коэффициенту отражения, в цифровой код.

Цифровой выход аналого-цифрового

5 преобразователя является выходом всегоустройства для измерения коэффициента отражения.

Использование новых элементов счетчика временного интервала-до излученного сигнала и устройства кор0рекции на расхождение излученного сигнала, выгодно отличает предлагаемое устройство для измерения коэффициента отражения, так как позволяет исключить ошибку, связанную с изме5нением амплитуды излученного сигнала в приемного устройстве из-за нестабильности расстояния между излучателем и приемным устройством.

Введение устройства деления кодов,

0 коммутатора сигналов, схемы «ли, первого и второго преобразователя код напряжение знакопеременного сигнала, выполненных на элементах цифровой т ехники, позволяет повысить точность

5 вычисления коэффициента отражения и резко снизить зависимость вычисления от температуры. Формула изобретения 1. Устройство для измерения коэффициента отражения грунта, содержаЛаее блок управления, усилители излученного и отраженного сигналов, селекторы излученного и отраженного сигналов, аналоговые ключи излученно го и отраженного сигналов, пиковые , детекторы излученного и отраженного сигналов, счетчик временного интерва ла до отраженного сигнала и аналогоцифровой преобразователь, о т л и чайщееся тем, что, с целью повышения точности измерения коэффициента отражения и устранения зависимости от температуры окружающей среды, введены счетчик временного ин тервала до излученного сигнала, устройство коррекции на расхождение из-i лученного сигнала, коммутатор сигналов , устройство деления кодов, схема ИЛИ, первый и второй преобразователи код - напряжение знакопеременного сигнала, причем устройство коррекции на расхождение излученного сигнала п сигнальному входу соединено с усилителем излученного сигнала, по входу управления - со счетчиком временного интервала до излученного сигнала , по выходу подключено ко входу пикового детектора излученного сигнала, счетчик временного интервала до излученного сигнала по первому входу соединей с блоком управление, по второму входу - с селектором излученного сиг нала, коммутатор сигналов по первому входу управления соединен с выходом селектора излученного сигнала и первым входом схемы ИЛИ, по второму вксду управления соединен с выходом селектора отраженного сигнала и вторым входом схемы ИЛИ, по. первому сигнальному входусоединен с выходом пикового детектора.излученного сигнала, по второму сигнальному входу соединен с выходом пикового детектора отраженного сигнала, а по выходу соединен с сигнальным входом аналого-цифрового преобразователя, вход запуска аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом схемы ИЛИ, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом устройств.а деления кодов,- второй вход которого соединен с селектором.излученногоiсигнала, а выход - со входом управления первого преобразователя код - напряжение знакопеременного сигнала, сигнальный вход которого соединен с вы-Цодом усилителя отраженного сигнала, а выход - со входом второго преобразователя код - напряжение знакопеременного сигнала, по входу управления соединенного со счетчиком временного интервала до отраженного сигнала, а по выходу - с сигнальньтм входом анаj foroBoro ключа отраженного сигнала. 2. Устройство по п. 1 г о т л и чающееся тем, что устройство коррекции на расхождение излученного сигнала выполнено в виде преобразователя код - напряжение знакопеременного сигнала. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 856827, кл. G 01 D 1/00, 1979, 2,Патент СИЛ № 3555499, кл. 340-3, опублик. 1978 (прототип).