Цифровая система измерения глубинного положения буксируемых акустических преобразователей

"Рудгео СР76.ИЗМЕРЕИРУЕМЫХ содер- ты, упи врелет.л иелью измее ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ 1 ТИЙ ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54)(57) 1. ЦИФРОВАЯ СИСТЕМАНИЯ ГЛУБИННОГО ПОЛОЖЕНИЯ БУКСАКУСТИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙжащая генератор опорной часторавляемый счетчик, дешифраторменной селектор, соединенныедовательно, и регистратор, оч а ю щ а я с я тем, что,с цповышения точности измерения,. введены пороговое устройство,ритель временных интервалов,ЯО 1183933 тический блок, блок управления и запоминающее устройство констант, первый выход последнего подключен к второму входу дешифратора, а второй выход - к входу констант арифметического блока, выход которого подключенк входу регистратора, первые тривхода - к соответствующим выходамизмерителя временных интервалов, ауправляющий вход - к первому выходублока управления, первый вход которого является синхронизирующимвходом системы, а второй выход соединен с вторым входом управляемогосчетчика и управляющим входом измерители временных интервалов, первыйвход последнего подключен к выходугенератора опорной частоты, а второйвход - к выходу порогового устройства и к вторым входам блока управления и временного селектора, выходпоследнего соединен с первым входомпорогового устройства,. второй входкоторого является сигнальным входомцифровой системы.1183933 2. Цифровая система по п. 1, о тл и ч а ю щ а я с я .тем, что измеритель временных интервалов выполнен в виде трех триггеров, трех логических схем И и трех счетчиков, причем установочные входы триггеров соединены с выходом порогового устройства, а единичные выходы - с пер" выми входами соответствующих логических схем И, вторые входы последних объединены .и подключены к генерато 1Изобретение относится к технической физике и может быть использовано при совместной работе с геофизической аппаратурой, предназначенной для сейсмоакустических исследований 5 структурных и литологических особенностей донных отложений на акваториях.Цель,изобретения - повышение точности измерений за счет использова ния кицематических параметров излученного и отраженных от дна и поверхности воды сигналов для определения глубинного положения буксируемых акустических преобразователей. 15Введение в цифровую систему порогового устройства позволяет определять время распространения звуковых колебаний по различным путям от излучающего к приемному акустическим пре" 20 образователям, а измерителя временных интервалов - не только измерять временные интервалы, но и вычислять промежуточные суммы, необходимые для расчета эаглубления акустических 25 преобразователей. Запоминающее устройство констант позволяет оперативно изменять, моменты селекции в зависимости от расстановки и скорости буксировки акустических преобразо- З 0 вателей, а также оперативно изме" нять значение скорости распространения упругих колебаний в воде, принятой за константу, в зависимости от района работ. Блок управления синхронизирует работу цифровой системы с сейсмоакустической станцией.На Фиг. 1 изображена структурная схе а цифровой системы измерения ру опорной частоты, выход первой логической схемы И подключен к счетному входу второго разряда первогосчетчика, выход второй логическойсхемы И - к счетному входу первогоразряда первого счетчика и к входувторого счетчика, а выход третьейлогической схемы И - к входу третьего счетчика, выходы счетчиков являются выходами измерителя временныхинтервалов. 2глубинного положения буксируемых акустических преобразователей на фиг. 2 - функциональная схема измерителя временных интервалов, на фиг. 3 - временные диаграммы, пояс.няющие работу цифровой системы на ,фиг. 4 - лучевая схема распространения упругих колебаний в воде, используемая для расчета заглубления акустических преобразователей.Цифровая система (Фиг. 1) содержит генератор 1 опорной частоты, управляемый счетчик 2, дешифратор 3, запоминающее устройство (ЗУ) 4 констант, временной селектор 5, пороговое устройство 6, измеритель 7 временных интервалов, арифметический блок 8, блок 9 управления, регистратор 10, синхронизирующий вход 11 и сигнальный вход 12. Генератор 1 опорной частоты, управляемый счетчик 2, дешифратор 3 и временной селектор 5 соединены последовательно, Первый выход ЗУ 4 констант подключен к второму входу дешифратора 3, а второй выход - к зходу констант арифметического блока 8, выход которого подключен к входу регистратора 10, первые три входа - к выходам 13-15 измерителя 7 временных интервалов, а управляющий вход - к первому выходу блока 9 управления, первый вход которого подключен к синхронизирующему входу 11 цифровой системы. Второй выход блока 9 управления соединен с вторым входом управляемого счетчика 2 и управляющим входом 16 измерителя 7 временных интервалов, вход 17 которого под933 3 1183 ключен к выходу генератора 1 опорной."частоты, а вход 8 - к выходу порогового устройства 6 и к вторым входам блока 9 управления и временного селектора 5, выход последнего 5 соединен с первым входом порогового устройства 6, второй вход которого подключен к сигнальному входу 12 цифровой системы.Измеритель 7 временных интервалов выполнен в виде трех триггеров 19- 21, трех логических схем И 22-24, трех счетчиков 25-27. Вход Я триггера 19 подключен к управляющему входу 16,.а остальные входы всех триггеров соединены с входом 18. Единичные выходы триггеров 19-21 соединены с первыми входами логических схем И 22-24, вторые входы которых объединены и подключены к входу 17. Выход логической схемы И 22 подключен к счетному входу второго разряда счетчика 25. Выход логической схемы И 23 подключен к счетному входу первого разряда счетчика 25 и к входу счетчика 26. Выход логической схемы И 24 подключен к входу счетчика 27. Выход счетчика 25 подключен к выходу 13, выход счетчика 26 - к выходу 14, а выход счет чика 27 - к выходу 15Цифровая система предназначена для совместной работы с геофизической аппаратурой, например морскими акустическими или, сейсмоакустичес- д кими станциями, имеющими в своем составе буксируемые акустические преобразователи, глубинное положение которых необходимо регистрировать в процессе проведения работ. 40 Обычно такие станции имеют один излучающий акустический и один или несколько приемных акустических преобразователей, заглубленных под поверхностью воды на глубину Ь, 45 и Ь, буксируемых судном. В зависимости от скорости буксировки и состояния водной поверхности глубин ное положение акустических преоб,разователей меняется. При этом важно 50 знать заглубление акустических преобразователей в момент приема полезных сигналов. Применяемые в настоящее время механические датчики давления в силу своей инерционности55 не могут обеспечить точное измерение глубинного положения акустических преобразователей в момент приема. Однако, если использовать кинематические параметры принимаемых полезных сигналов, то можно точно рассчитать заглубление акустических преобразователей непосредственно в момент приема сигналов.На фиг. 4 приводится лучевая схема распространения упругих колебаний от излучающего-акустического преобразователя (И) к приемному акустическому преобразователю (П) с учетом отражения волн от поверхности воды (Я) и дна (0) при буксировке акустических преобразователей за кормой судна-носителя с разносом приемной и излучающей линий на некотором расстоянии. При возбуждении упругих колебаний к приемному акустическому преобразователю последовательно приходят со своими временами вступлений (й) следующие волны: прямой излученный сигнал по пути ИП (йп); сигнал, отраженный от поверхности воды по пути ИЯП, спутник излученного сигнала (С ), отраженный сигнал от дна по пути ИОП Иа) спутник отраженного сигнала по пути ИЯО П И)Учитывая, что заглубление Ь и Ьп и разнос ИП меньше глубины до дна акватории, угол ИЯО близок к О, а пути, пройденные спутником отраженного сигнала и сигналом, отраженным от дна, различаются на удвоенное заглубление излучателя. Тогда С И С 1 и сп)111 в о г 2.где С - скорость распространения упругой волнм в воде. Из треугольников ИЯ П и ИЯП определяется заглубление приемникас (с-р,+) с н(г+ьс),смЕсли излучающий и приемный акустические преобразователи изменяют свое взаимное расположение, то в приведенных формулах производится взаимное изменение индексов, относящихся к их заглублению.В некоторых практических случаях достаточно знать лишь среднее эаглубление акустических преобразователей,Из треугольника ИЯП с некоторым приближением определяется среднее заглубление Ьпо формуле(Ъ С 2 2 С И,й 2 Ой и 2Командный импульс 28 (фиг. 3), синхрониэгрующий процесс возбуждения упругих колебаний в воде, поступает через синхрониэирующий вход 11 цифровой системы на блок 9 управления, где по его переднему фронту формируют 1 О ся сигналы запуска управляемого счетчика 2 и измерителя 7 временных интервалов. По сигналу запуска управляемый счетчик 2 производит подсчет импульсов, поступающих с генератора 115 опорной частоты. Параллельный код чис" ла импульсов с управляемого счетчика 2 подается на первый вход дешифратора 3, на второй вход которого поступают коды моментов селекции с ЗУ 420 констант, представляющие собой коды временных интервалов от сигнала запуска до появления иэлученного (С), спутника иэлученного (й ) отраженносац ф го от днаи спутника отраженного от дна (йсигналов, взятые с некоторым (заранее заданным) опережени- . ем ь . При совпадении текущего кода числа импульсов с кодом одного из моментов селекции в дешифраторе 330 вырабатываются импульсы 29, которые поступают на временной селектор 5, где формируются "временные окна" 30 для селекции соответствующих сигналов.Через сигнальный вход 12 цифровой системы подаются сигналы 31 с приемного акустического преобразователя на пороговое устройство 6, в котором производится сравнение их с заранее установленным уровнем. При превышении этого уровня в пороговом устройстве 6 вырабатываются импульсы 32 превышения порога, которые подаются на блок 19 управления, на измеритель 7 временных интервалов и времен"45 ной селектор 5, в последнем по этим импульсам прекращается формирование "временных окон",В измерителе 7 временных интервалов (фиг. 2) импульс запуска, поступивший с блока 2 управления на вход 8 триггера 19 через вход 16, устанавливает триггер 19 в единичное состояние, разрешая тем самым прохождение импульсов с генератора 1 опорной частоты через вход 17 и логическую схему И 22 на счетный вход второго разряда счетчика 25. Такое включение счетчика 25об позволяет получить удвоенный временной интервал С, т.е. 2 й, необходимый для вычисления выражений (2) и (3).При поступлении первого импульса превышения через вход 18 на вход К триггера 19 и вход Б триггера 20 прекра-щается прохождение импульсов через логическую схему И 22, а разрешаетсяпрохождение импульсов через логическую схему И 23, импульсы с которойпоступают на счетный вход первого разряда счетчика 25 и вход счетчика 26. Втрой импульс превышения порога поступаетчерез вход 18 на вход К триггера 20 и устанавливает его в нулевое состояние,запрещая тем самым прохождение импульсовчерез логическую схему И 23. В этовремя на счетчике 25 сформированкод (2 е+ де ), а на счетчике 26 -код д , Третий импульс превышенияпорога поступает через вход 18 навход Б триггера 21, разрешая прохождение импульсов с генератора 1 опорной частоты через логическую схему И 24 на счетчик 27. Четвертый импульс превышения порога поступаетчерез вход 18 на вход К триггера 21,устанавливает его в нулевое состояние и запрещает прохождение импульсовчерез.,логическую схему И 24. На счетчике 27 сФормирован код я. Код(2+ Ь С) подается на арифметическийблок через выход 13, код дТ - черезвыход 14, а код дсо. - через выход 15.В блоке 9 управления производитсяподсчет импульсов превышения порогаи после прихода четвертого импульсаформируется команда на выполнение расчета заглубления акустических прео -разователей, которая подается наарифметический блок 8. По этой команде производится вычисление выражений (1), (2) и (3). Константа С/2,входящая в эти выражения, хранитсяв ЗУ 4 констант. Причем в зависимости от района работ значения константы могут меняться,Вычисленные значения заглубленияЬ , Ь д или Ьподаются на регистратор 10, где.регистрируются в цифровом виде или в виде графика. Принципиальная воэможность определениязаглубления Ь, Ьп и Ь по приведенным формулам доказана по измерениям,выполненным на акватории моря, с использованием аппаратуры звуковойгеолокации (стратографа). В таблицеприведены полученные заглубления иэ1183933 1 1 1 1 Мст С мс С и .мс Ю мс Ьц м Ь и и Ьип 4194 847 7112 5 в 3 5 вО2 475 1110 920 67 843 5 40 15 43 14 50 10 9 10 8 7,5 10,8 лучающего и приемного акустических преобразователей.Таким образом, предлагаемая цифровая. система позволяет определять заглубление как излучателя, так и приемного устройства, а также ихсреднее заглубление, в то время какизвестные устройства определяют однуиэ этих величин (или требуется двадатчика),/47 Тираж 747ВНИИПИ Государственного комипо делам изобретений и от 113035, Москва, Ж, Раушск Заказ б 2 Подписта СССР е тии 4/5 на иал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектна