УСТРОЙСТВО ДЛЯ АКУСТИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ОСАДОЧНОГО ЧЕХЛА

Заявляемая полезная модель «Устройство для акустического зондирования осадочного чехла» относится к разведочной геофизике и может быть использовано для акустических исследований особенностей состава и строения осадочного чехла Земли, а также для обнаружения и уточнения траекторий заглубленных в грунте трубопроводов и кабелей.
Известен «Акустический параметрический приемник» (см. Патент RU 786539, G01S 3/80, 1999.12.20), содержащий генератор электрических колебаний высокой частоты и акустический преобразователь, а так же измеритель импеданса и отражатель, причем вход измерителя импеданса соединен с выходом генератора, а его выход - с входом акустического преобразователя, а отражатель размещен на оси акустического преобразователя. (Выделенное курсивом - признаки, общие с предметом заявляемой полезной модели).
Причинами, препятствующими достижению технического результата аналога является ограниченные функциональные возможности, что связано с фиксированной частотой излучаемых/принимаемых акустических колебаний и, как следствие, с ограниченными разрешающей способностью и глубинностью зондирования.
Известно «Устройство для обнаружения импульсных эхо-сигналов, отраженных от дна водоема» (см. Патент SU 1396108 A1, G01V 1/38, бюл. №18, 15.05.1988), содержащее источник излучения, приемник акустического излучения, усилитель, соединенный входом с выходом приемника акустического излучения, пиковый вольтметр, соединенный входом с выходом усилителя, первый пороговый элемент, цифроаналоговый преобразователь, генератор эталонных импульсов, первый и второй элементы задержки и первый формирователь импульсов, делитель частоты, соединенный входом с выходом генератора эталонных импульсов, первый элемент ИЛИ, соединенный первым входом с выходом делителя частоты, а выходом - с входом первого элемента задержки, второй пороговый элемент, соединенный входом с выходом источника излучения, первый триггер, соединенный нулевым входом с выходом первого элемента ИЛИ, а единичным входом - с выходом второго порогового элемента, первый элемент И, соединенный первым входом с выходом генератора импульсов, а вторым входом - с единичным выходом триггера, первый счетчик импульсов, соединенный входом обнуления с выходом первого элемента задержки, а счетным входом - с выходом первого элемента И, группу вторых элементов И, соединенных первыми входами поразрядно с выходами первого счетчика импульсов, а вторыми входами - с выходом второго элемента задержки, выходы группы вторых элементов И поразрядно соединены с цифровыми выходами устройства, третий элемент задержки, соединенный входом с выходом делителя частоты, а выходом - с входом запуска источника излучений, второй счетчик импульсов, соединенный входом обнуления с выходом делителя частоты, а счетным входом - с выходом первого формирователя импульсов, вход которого через первый пороговый элемент соединен с выходом пикового вольтметра, коммутатор, соединенный входами поразрядно с выходами второго счетчика импульсов, а выходом - с вторым входом первого элемента ИЛИ и с входом второго элемента задержки, блок определения ранжированного значения параметра, соединенный входами поразрядно с выходами группы вторых элементов И, а выходами - поразрядно с входами цифроаналогового преобразователя, блок определения границ поля дисперсии параметра, соединенный информационными входами поразрядно с выходами группы вторых элементов И, индикатор нижних значений параметра, соединенный входами поразрядно с группой первых выходов блока определения границ поля дисперсии параметра, и индикатор верхних значений параметра, соединенный входами поразрядно с группой вторых выходов блока определения границ поля дисперсии параметра, причем усилитель электрических сигналов выполнен с управляемым коэффициентом усиления, вход управления которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя. (Выделенное курсивом - признаки, общие с предметом заявляемой полезной модели).
Причинами, препятствующими достижению технического результата аналога являются ограниченные функциональные возможности, что связано с фиксированной частотой излучаемых/принимаемых акустических колебаний и, как следствие, с ограниченными разрешающей способностью и глубинностью зондирования.
Известно, как более близкое по технической сущности к заявляемому предмету полезной модели, «Устройство для сейсмического зондирования дна водоемов» (см. Патент RU 2212692 C1, G01V 1/38, бюл. №26, 20.09.2003), содержащее источник и приемник акустических сигналов, усилитель, соединенный входом с выходом приемника сейсмических сигналов, пиковый вольтметр, соединенный входом с выходом усилителя, первый пороговый элемент, цифроаналоговый преобразователь, генератор эталонных импульсов, первый и второй элементы задержки, первый формирователь импульсов, источник сейсмических сигналов выполнен групповым пневматическим, блок управления частотой сейсмических сигналов, соединенный выходами со входами источника сейсмических сигналов, делитель частоты, соединенный входом с выходом генератора импульсов, первый элемент ИЛИ, соединенный первым входом с выходом делителя частоты, а выходом - со входом первого элемента задержки, второй пороговый элемент соединен входом через третий элемент задержки с выходом приемника сейсмических сигналов, первый триггер, соединенный нулевым входом с выходом первого элемента ИЛИ, а единичным входом - с выходом второго порогового элемента, первый элемент И, соединенный первым входом с выходом генератора импульсов, а вторым входом - с единичным выходом триггера, первый счетчик импульсов, соединенный входом обнуления с выходом первого элемента задержки, а счетным входом - выходом первого элемента И, группу вторых элементов И, соединенных первыми входами поразрядно с выходами первого счетчика импульсов, а вторыми входами - с выходом второго элемента задержки, выходы группы вторых элементов И поразрядно соединены с информационными выходами устройства, третий элемент задержки, соединенный входом с выходом делителя частоты, а выходом - со входом блока управления частотой сейсмических сигналов, второй счетчик импульсов, соединенный входом обнуления с выходом делителя частоты, а счетным входом - с выходом первого формирователя импульсов, вход которого через первый пороговый элемент соединен с выходом пикового вольтметра, коммутатор, соединенный входами поразрядно с выходами второго счетчика импульсов, а выходом - со вторым входом первого элемента ИЛИ и со входом второго элемента задержки, блок определения ранжированного значения параметра, соединенный входами поразрядно с выходами группы вторых элементов И, а выходами - поразрядно с выходами цифроаналогового преобразователя, блок определения границ поля дисперсии параметра, соединенный информационными входами поразрядно с выходами группы вторых элементов И, а управляющими выходами - с информационными входами блока управления частотой сейсмических сигналов, индикатор нижних значений параметра, соединенный входами поразрядно с группой первых информационных выходов блока определения границ поля дисперсии параметра, и индикатор верхних значений параметра, соединенный поразрядно с группой вторых информационных выходов блока определения границ поля дисперсии параметра, причем усилитель входом управления коэффициентом усиления соединен с выходом цифроаналогового преобразователя. (Выделенное курсивом - признаки, общие с предметом заявляемой полезной модели).
Причинами, препятствующими достижению технического результата прототипа являются ограниченные функциональные возможности, что связано с фиксированной частотой излучаемых/принимаемых акустических колебаний и, как следствие, с ограниченными разрешающей способностью и глубинностью зондирования.
Задача полезной модели - расширение функциональных возможностей за счет варьирования частотой излучаемых акустических колебаний и, как следствие, повышение глубинности и разрешающей способности устройства.
Технический результат достигается тем, что в известное устройство введен блок конденсаторов, соединенный входами с выходами первого коммутатора, а выходами - с одноименными входами излучателя акустических сигналов, причем излучатель акустических сигналов выполнен на пьезоэлементах, образующих прямоугольную матрицу пьезоэлементов.
Для достижения технического результата в устройство для акустического зондирования осадочного чехла, содержащее источник и приемник акустических сигналов, усилитель, соединенный входом с выходом приемника акустических сигналов, пиковый вольтметр, соединенный входом с выходом усилителя, первый пороговый элемент, цифроаналоговый преобразователь, генератор эталонных импульсов, первый и второй элементы задержки, первый формирователь импульсов, блок управления частотой акустических сигналов, соединенный выходами со входами источника акустических сигналов, делитель частоты, соединенный входом с выходом генератора импульсов, первый элемент ИЛИ, соединенный первым входом с выходом делителя частоты, а выходом - со входом первого элемента задержки, второй пороговый элемент соединен входом через третий элемент задержки с выходом приемника акустических сигналов, первый триггер, соединенный нулевым входом с выходом первого элемента ИЛИ, а единичным входом - с выходом второго порогового элемента, первый элемент И, соединенный первым входом с выходом генератора импульсов, а вторым входом - с единичным выходом триггера, первый счетчик импульсов, соединенный входом обнуления с выходом первого элемента задержки, а счетным входом - с выходом первого элемента И, группу вторых элементов И, соединенных первыми входами поразрядно с выходами первого счетчика импульсов, а вторыми входами - с выходом второго элемента задержки, выходы группы вторых элементов И поразрядно соединены с информационными выходами устройства, третий элемент задержки, соединенный входом с выходом делителя частоты, а выходом - со входом блока управления частотой акустических сигналов, второй счетчик импульсов, соединенный входом обнуления с выходом делителя частоты, а счетным входом - с выходом первого формирователя импульсов, вход которого через первый пороговый элемент соединен с выходом пикового вольтметра, коммутатор, соединенный входами поразрядно с выходами второго счетчика импульсов, а выходом - со вторым входом первого элемента ИЛИ и со входом второго элемента задержки, блок определения ранжированного значения параметра, соединенный входами поразрядно с выходами группы вторых элементов И, а выходами - поразрядно с выходами цифроаналогового преобразователя, блок определения границ поля дисперсии параметра, соединенный информационными входами поразрядно с выходами группы вторых элементов И, а управляющими выходами - с информационными входами блока управления частотой акустических сигналов, индикатор нижних значений параметра, соединенный входами поразрядно с группой первых информационных выходов блока определения границ поля дисперсии параметра, и индикатор верхних значений параметра, соединенный поразрядно с группой вторых информационных выходов блока определения границ поля дисперсии параметра, причем усилитель входом управления коэффициентом усиления соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, введен блок конденсаторов, соединенный входами с выходами первого коммутатора, а выходами - с одноименными входами излучателя акустических колебаний, причем излучатель акустических колебаний выполнен на пьезоэлементах, образующих прямоугольную матрицу пьезоэлементов.
Схема устройства для акустического зондирования осадочного чехла приведена на фиг.1.
Устройство для акустического зондирования осадочного чехла, содержит генератор 1 импульсов, делитель 2 частоты, элемент 3 ИЛИ, триггер;, первый элемент 5 задержки импульсов, первый элемент 6 И, первый счетчик 7 импульсов, второй элемент 8 задержки импульсов, источник 9 акустических сигналов, первый пороговый элемент 10, приемник 11 акустических сигналов, усилитель 12, пиковый вольтметр 13, второй пороговый элемент 14, формирователь 15 импульсов, второй счетчик 16 импульсов, коммутатор 17, третий элемент 18 задержки, группу вторых элементов 19 И, блок 20 определения ранжированного значения параметра, цифроаналоговый преобразователь 21, блок 22 определения границ поля дисперсии параметра, индикатор 23 нижних значений границы поля дисперсии параметра, индикатор 24 верхних значений границы поля дисперсии параметра, блок 25 управления частотой акустических сигналов и блок 26 конденсаторов. Выход генератора 1 импульсов соединен со входом делителя 2 и первым входом элемента 6 И. Выход делителя 2 соединен с первым входом элемента 3 И, а выход элемента 6 И соединен со счетным входом счетчика 7 импульсов, выходы которого поразрядно соединены с первыми входами группы элементов 19 И.. Выход второго элемента 8 задержки импульсов соединен со вторыми входами группы элементов 19 И, выходы которых образуют группу цифровых выходов устройства. Источник 9 акустических сигналов по входу, через блок 26 конденсаторов, соединен с выходом блока 25 управления частотой акустических сигналов, а по выходу, через среду распространения акустических сигналов, - с объектом О зондирования. Приемник 11 акустических сигналов по входу соединен, через среду распространения акустических сигналов, с объектом О зондирования, а по выходу - с информационным входом усилителя 12, вход управления которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя 21, соединенного входами, через блок 20 определения ранжированного значения параметра, с выходами группы вторых элементов 19 И. Выход усилителя 12, через пиковый вольтметр 13, первый пороговый элемент 10 и формирователь 15 импульсов, соединен со входом обнуления счетчика 16, счетный вход которого соединен с выходом делителя 2 частоты импульсов, а его выходы поразрядно соединены со входами коммутатора 17. Входы блока 22 определения границ поля дисперсии параметра поразрядно соединены с выходами группы вторых элементов 19 И. индикаторы 23 и 24 поразрядно соединены с первыми и вторыми выходами блока 22 определения границ поля дисперсии параметра, соответственно. Управляющие входы управления блока 25 соединены с соответствующими выходами блока 22 определения границ поля дисперсии параметра.
Устройство для акустического зондирования осадочного чехла работает следующим образом.
В исходном состоянии, т.е. в момент включения, источник 9 акустических сигналов обесточен (заторможен), на выходе цифроаналоговый преобразователя 21 - нулевой потенциал, усилитель 12 установлен на исходное значение коэффициента К усиления, память блоков 20 определения ранжированного значения параметра и 22 определения границ поля дисперсии параметра обнулена, индикаторы 23 и 24 обнулены (цепи установки устройства в исходное состояние, обнуления, на схеме не показаны). С запуском устройства импульсы с выхода генератора 1 эталонных импульсов поступают на входы элемента И 6 и делителя 2 частоты. Каждый импульс с выхода делителя 2 частоты последовательно во времени поступает на вход обнуления счетчика 16, через элемент ИЛИ 3 - на вход обнуления триггера 4, через элемент ИЛИ 3 и элемент 5 задержки - на вход обнуления счетчика 7 и через элемент 18 задержки, блок 25 управления частотой акустических сигналов и блок 26 конденсаторов - на входы источника 9 акустических сигналов, преобразованные источником 9 электрические сигналы в акустические, излучаются в направлении объекта О зондирования. Передним фронтом импульса с выхода элемента 18 задержки через пороговый элемент 14 триггер 4 переводится в единичное состояние, а элемент И 6 открывается, при этом импульсы с выхода генератора 1 через элемент И 6 поступают на счетный вход счетчика 7. Отраженный от объекта О зондирования акустический сигнал поступают на вход приемника 11 акустических сигналов, на выходе которого генерируется электрический сигнал. Поступивший на сигнальный вход усилителя 12, усиленный в К раз сигнал поступает на вход пикового вольтметра 13, где выделяется его огибающая. С выхода пикового вольтметра 13 сигнал поступает на пороговый элемент 10, а на его выходе генерируется импульсный сигнал, длительность которого соответствует длительности входного сигнала по амплитуде превышающей порог срабатывания порогового элемента 10. По переднему фронту импульса с выхода порогового элемента 10 формирователь 15 генерирует короткий по времени импульс, который поступает на счетный вход счетчика 16 импульсов. Коммутатором 17 выбирается порядковый номер входного сигнала, по которому определяется глубина зондирования, разрешающая способность или направление сканирование зондируемого объекта. По переднему фронту импульса с выхода элемента 3 И обнуляется триггер 4, элемент 6 И закрывается, в счетчике 7 фиксируется число импульсов генератора 1 между передними фронтами импульсов на входах источника 9 акустических сигналов, а через элемент 8 задержки открываются элементы 19 И и содержимое счетчика 7 поступает на информационные выходы устройства и на информационные входы блоков 20 и 22. В блоке 20 определения ранжированного значения параметра каждое из заданного числа импульсов со сдвигом во времени сообщение о состоянии счетчика 7 фиксируется в оперативной памяти, упорядочивается и через цифроаналоговый преобразователь 21 управляет коэффициентом К усиления усилителя 12, чем достигается нормирование амплитуды входного сигнала с заданным порядковым номером. В блоке 22 определения границ поля дисперсии параметра первое сообщение выводится на входы индикатора 23, если его модуль меньше ранее зафиксированного значения. Индикаторами 23 и 24 индицируются соответственно минимальное и максимальное значения модулей кодов с выходов группы элементов И 19, начиная с моментов запуска устройства или с момента установки блока 22 в исходное состояние.
Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает варьирование частотой излучаемых акустических сигналов, чем достигается увеличение глубины зондирования или его разрешающей способности, сканирование объекта зондирования по двум взаимно перпендикулярным координатам и последовательную, в зависимости от заданного в порядке увеличения глубины залегания горизонтов, селекцию акустических сигналов. Выходы устройства (выходы элементов И 19) предназначены для ввода информации в периферийные устройства, например в графопостроитель или в ЭВМ, для накопления и дальнейшей обработки.
Источники информации:
1. Патент SU 1396108 A1, G01V 1/38, бюл. №18, 15.05.1988,
2. Патент UA 47606 A, G01F 23/28, бюл. №7, 15.07.2002,
3. Патент KZ 13944 A, G01V 1/38, бюл. №1, 15.01.2004,
4. Патент RU 2212692 C1, G01V 1/38, бюл. №26, 20.09.2003.