АККУСТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ
ACOUSTIC RANGE-FINDER

Изобретение относится к области акустической техники и может быть использовано в геологоразведовательной технике в подземных и подводных условиях.
Известно акустическое устройство определения дальности, изложенное в книге «Акустика», Ш.Я.Вахитов. Горячая линия - телеком, 2009 г., стр.633. В нем с помощью акустического излучателя, который может работать и на низкочастотном диапазоне, осуществляется качание частоты. Звуковые волны от излучателя могут отражаться от объекта и поступать в акустический приемник. За время прихода отраженной частоты частота излучателя изменится. Величина этого изменения будет характеризовать дальность. Однако точность определения дальности не всегда достаточна.
Известно акустическое устройство определения дальности, изложенное в вышеупомянутом источнике на стр.631-632. В нем может быть использован акустический широкополосный излучатель, в том числе и низкочастотного диапазона, излучающий частоту, например 15-20 Гц.
Звуковые волны, излучаемые излучателем, могут отражаться от объекта. Для определения дальности излучатель может излучать импульсы звуковой частоты в момент поступления на его вход, например, сигнала с управляемого импульсного генератора. Отраженный от объекта импульс поступает в акустический широкополосный приемник низкочастотного диапазона. Дальность определяется в преобразователе временного рассогласования по временному интервалу между импульсом с генератора и сигналом с акустического приемника и отображается на индикаторе. Однако точность определения дальности не всегда достаточна. С помощью предлагаемого устройства увеличивается точность определения дальности. Достигается это введением генератора подстраиваемой частоты, индикатора максимального сигнала, блока определения заднего фронта, панели выдачи кода поправки и вычитателя, при этом выход генератора подстраиваемой частоты соединен с входом индикатора и с входом акустического широкополосного приемника низкочастотного диапазона, а вход генератора соединен с выходом этого приемника, соединенного также входом индикатора максимального сигнала и через блок определения заднего фронта сигнала со вторым входом преобразователя временного интервала, группа выходов которого соединена с первой группой входов вычитателя, имеющего вторую группу входов, соединенную с группой выходов панели выдачи кода поправки, и имеющего группу выходов, соединенную с группой входов индикатора.
На фиг.1 и в тексте приняты следующие обозначения:
1 - управляемый импульсный генератор
2 - акустический широкополосный излучатель низкочастотного диапазона
3 - отражательный объект
4 - индикатор максимального сигнала
5 - акустический широкополосный приемник низкочастотного диапазона
6 - блок определения заднего фронта сигнала
7 - генератор подстраиваемой частоты
8 - индикатор
9 - преобразователь временного рассогласования
10-вычитатель
11 - панель выдачи кода правки,
при этом выход управляемого импульсного генератора 1 соединен с первым входом преобразователя временного рассогласования 9 и с входом акустического широкополосного излучателя низкочастотного диапазона 2, имеющего акустический выход, связанный с акустическим входом отражательного объекта 3, акустический выход которого связан с акустическим входом акустического приемника низкочастотного диапазона 5, имеющего вход, соединенный с входом индикатора 8, имеющего группу входов, соединенную с группой выходов вычитателя 10, имеющего вторую и первую группы входов, соответственно соединенную с группой выходов панели выдачи кода поправки 11 и с группой выходов преобразователя временного рассогласования 9, имеющего второй вход, соединенный через блок определения заднего фронта сигнала 6 с выходом акустического широкополосного приемника низкочастотного диапазона 5, соединенного также с входом индикатора максимального сигнала 4 и имеющего вход, соединенный с выходом генератора подстраиваемой частоты 7, вход которого соединен с выходом акустического широкополосного приемника низкочастотного диапазона 5.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Звуковые волны, излучаемые акустическим широкополосным излучателем низкочастотного диапазона 2, отражаются от отражательного объекта 3, которым может быть, например, дно скважины, образованной в результате бурения. Звуковые сигналы излучаются в момент поступления на вход излучателя 2 импульса от управляемого импульсного генератора 1. При этом возможен режим работы генератора с удлиненным и укороченным импульсами. Отраженные звуковые волны поступают в акустический широкополосный приемник низкочастотного диапазона 5, где преобразуются в электрические сигналы. С помощью генератора подстраиваемой частоты 7 осуществляется настройка приемника 5 на такую принимаемую частоту, при которой на индикаторе максимальной амплитуды 4 будет наблюдаться максимальная амплитуда. Это осуществляется благодаря тому, что имеет место резонансный эффект для определенной частоты, зависящий от глубины скважины, и в момент выделения максимальной амплитуды на индикаторе 4 на индикаторе 8 фиксируется частота с генератора 7, которая и характеризует глубину скважины. Таким образом, каждой резонансной частоте будет соответствовать определенная глубина, то есть дальность до дна скважины. В этом режиме звуковой импульс может быть удлиненным и равным времени измерения. Точность определения глубины может составлять доли метра. При наличии же бурильного оборудования внутри скважины или других мешающих отражателей резонанс может отсутствовать. Поэтому используются и укороченные излучающие импульсы, частота следования которых зависит от максимального времени запаздывания отраженного сигнала. Однако длительность отраженного сигнала может быть увеличена из-за наличия следующих друг за другом отражений внутри скважины. Поэтому с помощью преобразователя временного рассогласования 9 определяется глубина до оконечного объекта на дне скважины. При этом измеряется временное рассогласование между импульсом с управляемого генератора 1 и задним фронтом сигнала с приемника 5, который через блок определения заднего фронта 6 поступает на второй вход преобразователя 9, а на первый вход поступает сигнал с генератора 1. Исполнение блока определения заднего фронта аналогичен блоку вторичной обработки, где может анализироваться длительность сигнала и исключаться случайные сигналы. Пример конкретного исполнения блока вторичной обработки представлен в книге «Радиотехнические системы», В.П.Пестряков и др., 1985 г., стр.219. Код временного рассогласования с группы выходов преобразователя 9 поступает на первую группу входов вычитателя 10, а на вторую группу его входов поступает код-поправка с панели выдачи кода поправки 11, характеризующего длительность акустического укороченного импульса, излучаемого излучателем 2. Разность с группы выходов преобразователя.9, несущая в себе информацию о дальности, поступает в индикатор 8 для отображения.
Пример конкретного исполнения преобразователя 19 представлен в книге «Справочник-задачник по радиолокации», Васин В.В., Степанов Б.М., -М., 1977 г., стр.214, фиг.9.7. Предлагаемое устройство может быть использовано для определения глубины скважин. При этом увеличивается точность определения глубины залегания пластов. Устройство можно использовать для определения дальности, в том числе и до оконечного объекта, а также удлиненного, например, в шахтах, туннелях и других закрытых помещениях, а также для определения глубины водоемов и дальностей до внезапно появившихся препятствий.