Устройство для акустического обнаружения заиленных объектов
Устройство для акустического обнаружения заиленных объектов относится к акустической технике, а в частности к техническим средствам дистанционного обнаружения захороненных в грунте кабелей и трубопроводов.
Устройство содержит генераторы импульсов и генератор гармонических колебаний, делитель частоты, элемент ИЛИ, три элемента задержки, одновибратор, два формирователя импульсов, два коммутатора, триггер, первый и группу вторых элементов И, счетчик импульсов, блоки излучателей и приемников акустических колебаний, кольцевой регистр сдвига, усилитель с управляемым коэффициентом усиления, детектор, пороговый элемент, первый формирователь импульсов, датчик температуры среды распространения акустических колебаний, аналого-цифровой преобразователь, арифметический блок, блок определения ранжированного значения параметра, цифроаналоговый преобразователь, блок определения границ поля дисперсии параметра и два блока реактивностей.
Устройство обеспечивает возможность оценивать место и глубину залегания кабелей и трубопроводов в грунте при повышенной глубинности зондирования.
Заявляемая полезная модель «Устройство для акустического обнаружения заиленных объектов» относится к акустической технике, а в частности к техническим средствам дистанционного обнаружения заиленных в грунте кабелей и трубопроводов.
Известен «Акустический параметрический приемник» (См. Патент RU 786539, G01S 3/80, 20.12.1999), 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. (Признаки, общие с предметом заявляемой полезной модели, выделены курсивом).
Причинами, препятствующими достижению технического результата аналога является ограниченная глубинность зондирования среды заиленных объектов.
Известен «Акустический параметрический приемник» (См. Патент RU 702852, G01S 3/80, 20.12.1999), содержащий последовательно соединенные генератор электрических колебаний, излучающий преобразователь и фазовый детектор, первый вход которого соединен с выходом генератора электрических колебаний, последовательно соединенные приемный преобразователь и усилитель и индикатор, вход которого соединен с выходом фазового детектора, а также избирательный усилитель, амплитудный детектор, фазовращатель и интегратор, вход избирательного усилителя соединен с выходом приемного преобразователя, а выход через амплитудный детектор соединен с вторым входом усилителя, выход последнего через фазовращатель соединен с вторым входом фазового детектора, а второй вход фазовращателя через интегратор соединен с выходом фазового детектора. (Признаки, общие с предметом заявляемой полезной модели, выделены курсивом).
Причинами, препятствующими достижению технического результата аналога является ограниченная глубинность зондирования среды заиленных объектов.
Известно, как более близкое к заявляемой полезной модели, «Устройство для оценки уровня сыпучих материалов» (см. Патент RU 2138027, G01F 23/296, бюл. 
26, 20.09.1999), содержащее источник и приемник акустических колебаний, два элемента задержки, элемент ИЛИ, цифроаналоговый преобразователь, делитель частоты, первый элемент И, триггер, счетчик импульсов, детектор, усилитель, первый формирователь импульсов и генераторов тактовых импульсов, соединенный выходом с входом делителя частоты и первым входом первого элемента И, первый коммутатор, единичный вход триггера подключен к второму входу первого элемента И, выход которого соединен со счетным входом счетчика импульсов, к входу обнуления которого подключен выход первого элемента задержки, вход которого и вход обнуления триггера соединены с выходом элемента ИЛИ, к первому входу которого и входу второго элемента задержки подключен выход делителя частоты, блок определения границ поля дисперсии параметра, соответствующие выходы которого поразрядно соединены с цифровыми выходами текущих значений нижней и верхней границ поля дисперсии оцениваемого параметра, блок определения ранжированного значения параметра, выходы которого поразрядно подключены к соответствующим входам цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с входом управления усилителя с управляемым коэффициентом усиления, выходом последовательно соединенного с детектором, пороговым элементом и первым формирователем импульсов, группу вторых элементов И и третий элемент задержки, выход которого подключен к вторым входам группы вторых элементов И, первые входы которых поразрядно соединены с выходами счетчика импульсов, отличающееся тем, что в него введены группа излучателей акустических колебаний, при этом входы всех излучателей акустических колебаний поразрядно соединены с выходами первого коммутатора, второй коммутатор, группа приемников акустических колебаний, причем выходы всех приемников акустических колебаний подключены к сигнальным входам второго коммутатора, выход которого соединен с сигнальным входом усилителя, генератор гармонических колебаний, выход которого подключен к сигнальному входу первого коммутатора, одновибратор, вход которого соединен с выходом второго элемента задержки, последовательно соединенные датчик температуры среды распространения акустических колебаний и аналого-цифровой преобразователь, арифметический блок, кольцевой регистр сдвига, к шине сдвига которого подключен выход делителя частоты, и соединенный с единичным входом триггера второй формирователь импульсов, к входу которого подключен выход одновибратора, соединенный также с вторым входом управления первого коммутатора к первым входам управления которого и входам управления второго коммутатора поразрядно подключены выходы кольцевого регистра сдвига, выход первого разряда которого соединен с входом обнуления блока определения границ поля дисперсии параметра, к входам которого и входам блока определения ранжированного значения параметра подключены соответствующие выходы арифметического блока, первые и вторые входы которого поразрядно соединены с выходами соответственно группы вторых элементов И и аналого-цифрового преобразователя, при этом выход первого формирователя импульсов подключен к второму входу элемента ИЛИ и входу третьего элемента задержки, а выходы блока определения ранжированного значения параметра поразрядно подключены к цифровым выходам вывода текущих значений оцениваемого параметра.
Существенными признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемой полезной модели являются группы источников и приемников акустических колебаний, генератор тактовых импульсов, делитель частоты, элементы И, два коммутатора, триггер, счетчик импульсов, три элемента задержки, элемент ИЛИ, блок определения границ поля дисперсии параметра, блок определения ранжированного значения параметра, аналого-цифровой преобразователь, усилитель с управляемым коэффициентом усиления, детектор, пороговый элемент, два формирователя импульсов, генератор гармонических колебаний, одновибратор, датчик температуры среды распространения акустических колебаний, арифметический блок и кольцевой регистр сдвига.
Причинами, препятствующими достижению технического результата прототипа является ограниченная глубинность зондирования среды зазаиленных объектов.
Задача полезной модели - повышение глубинности зондирования среды заиленных объектов.
Технический результат достигается тем, что в известное устройство введены первый и второй блоки реактивностей, причем входы и выходы первого блока реактивностей поразрядно соединены с выходами первого коммутатора со входами источника акустических колебаний соответственно, а входы и выходы второго блока реактивностей поразрядно соединены с выходами приемника акустических колебаний и входами второго коммутатора соответственно, а также первый блок реактивностей в каждом разряде содержит цепочку из последовательно соединенных емкостей и индуктивностей, а второй блок реактивностей в каждом разряде содержит цепочку из последовательно соединенных емкостей и индуктивностей и параллельно соединенных емкостей и индуктивностей.
Для достижения технического результата в устройство для акустического обнаружения заиленных объектов, содержащее генератор импульсов, генератор гармонических колебаний, делитель частоты, соединенный входом с выходом генератора импульсов, элемент ИЛИ, соединенный первым входом с выходом делителя частоты, первый элемент задержки, соединенный входом с выходом делителя частоты, одновибратор, соединенный входом с выходом первого элемента задержки, первый формирователь импульсов, соединенный входом с выходом одновибратора, первый коммутатор, соединенный первым (сигнальным) входом с выходом генератора гармонических колебаний, а вторым входом (входом управления) - с.выходом первого формирователя импульсов, триггер, соединенный входом обнуления с выходом элемента ИЛИ, а единичным входом - с выходом первого формирователя импульсов, первый элемент И, соединенный первым входом с выходом генератора импульсов, а вторым входом - с единичным выходом триггера, второй элемент задержки, соединенный входом с выходом элемента ИЛИ, счетчик импульсов, соединенный счетным входом с выходом первого элемента И, а входом обнуления - с выходом второго элемента задержки, блок излучателей акустических колебаний, блок приемников акустических колебаний, кольцевой регистр сдвига, соединенный шиной сдвига с выходом делителя частоты, а выходами - поразрядно со входами первого коммутатора, второй коммутатор, соединенный входами управления поразрядно с выходами регистра сдвига, усилитель с управляемым коэффициентом усиления, соединенный сигнальным входом с выходом второго коммутатора, детектор, соединенный входом с выходом усилителя, пороговый элемент, соединенный входом с выходом детектора, первый формирователь импульсов, соединенный входом с выходом порогового элемента, а выходом - со вторым входом элемента ИЛИ, третий элемент задержки, соединенный входом с выходом первого формирователя импульсов, группу вторых элементов И, соединенных первыми входами поразрядно с выходами счетчика импульсов, а вторыми входами - с выходом третьего элемента задержки, датчик температуры среды распространения акустических колебаний, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), соединенный входом с выходом датчика температуры среды распространения акустических колебаний, арифметический блок, соединенный поразрядно первыми входами с выходами аналого-цифрового преобразователя, а вторыми водами - с выходами группы вторых элементов И, блок определения ранжированного значения параметра, соединенный поразрядно входами с выходами арифметического блока, а выходами - с группой первых выходов устройства, цифроаналоговый преобразователь, соединенный входами поразрядно с выходами блока определения ранжированного значения параметра, о выходом - со входом управления усилителя, и блок определения границ поля дисперсии параметра, соединенный входом управления - с выходом первого разряда кольцевого регистра сдвига, информационными входами - поразрядно с выходами арифметического блока, а первыми и вторыми выходами - поразрядно с группами вторых и третьих выходов устройства, соответственно, в него введены первый и второй блоки реактивностей, причем входы и выходы первого блока реактивностей поразрядно соединены с выходами первого коммутатора со входами источника акустических колебаний соответственно, а входы и выходы второго блока реактивностей поразрядно соединены с выходами приемника акустических колебаний и входами второго коммутатора соответственно, а также первый блок реактивностей в каждом разряде содержит цепочку из последовательно соединенных емкостей и индуктивностей, а второй блок реактивностей в каждом разряде содержит цепочку из последовательно соединенных емкостей и индуктивностей и параллельно соединенных емкостей и индуктивностей.
Схема устройства для акустического обнаружения заиленных объектов приведена на фиг.1, на фиг.2 приведена схема первого блока 29 реактивностей, а на фиг.3 - схема второго блок 30 реактивностей
Устройство для акустического обнаружения заиленных объектов, содержит генератор 1 импульсов, генератор 2 гармонических колебаний, делитель 3 частоты, соединенный входом с выходом генератора 1 импульсов, элемент 4 ИЛИ, соединенный первым входом с выходом делителя 3 частоты, первый элемент 5 задержки, соединенный входом с выходом делителя 3 частоты, одновибратор 6, соединенный входом с выходом первого элемента 5 задержки, первый формирователь 7 импульсов, соединенный входом с выходом одновибратора 6, первый коммутатор 8, соединенный первым (сигнальным) входом с выходом генератора 2 гармонических колебаний, а вторым входом (входом управления) - с выходом первого формирователя 7 импульсов, триггер 9, соединенный входом обнуления с выходом элемента 4 ИЛИ, а единичным входом - с выходом первого формирователя 7 импульсов, первый элемент 10 И, соединенный первым входом с выходом генератора 1 импульсов, а вторым входом - с единичным выходом триггера 9, второй элемент 11 задержки, соединенный входом с выходом элемента 4 ИЛИ, счетчик 12 импульсов, соединенный счетным входом с выходом первого элемента 10 И, а входом обнуления - с выходом второго элемента 11 задержки, блок 13 излучателей акустических колебаний, блок 14 приемников акустических колебаний, кольцевой регистр 15 сдвига, соединенный шиной сдвига с выходом делителя 3 частоты, а выходами - поразрядно со входами первого коммутатора 8, второй коммутатор 16, соединенный входами управления поразрядно с выходами регистра 15 сдвига, усилитель 17 с управляемым коэффициентом усиления, соединенный сигнальным входом с выходом второго коммутатора 16, детектор 18, соединенный входом с выходом усилителя 17, пороговый элемент 19, соединенный входом с выходом детектора 18, первый формирователь 20 импульсов, соединенный входом с выходом порогового элемента 19, а выходом - со вторым входом элемента 4 ИЛИ, третий элемент 21 задержки, соединенный входом с выходом первого формирователя 20 импульсов, группу вторых элементов 22 И, соединенных первыми входами поразрядно с выходами счетчика 12 импульсов, а вторыми входами - с выходом третьего элемента 21 задержки, датчик 23 температуры среды распространения акустических колебаний, аналого-цифровой преобразователь 24, соединенный входом с выходом датчика 23 температуры среды распространения акустических колебаний, арифметический блок 25, соединенный поразрядно первыми входами с выходами аналого-цифрового преобразователя 24, а вторыми водами - с выходами группы вторых элементов 22 И, блок 26 определения ранжированного значения параметра, соединенный поразрядно входами с выходами арифметического блока 25, а выходами с группой первых выходов устройства, цифроаналоговый преобразователь 27, соединенный входами поразрядно с выходами блока 26 определения ранжированного значения параметра, а выходом - со входом управления усилителя 17, блок 28 определения границ поля дисперсии параметра, соединенный входом управления - с выходом первого разряда кольцевого регистра 15 сдвига, сигнальными (информационными) входами поразрядно с выходами арифметического блока 25, а первыми и вторыми выходами - поразрядно с группами вторых и третьих выходов устройства соответственно, первый 29 и второй 30 блоки реактивностей, причем входы и выходы первого блока 29 реактивностей поразрядно соединены с выходами первого коммутатора 6 и со входами источника 13 акустических колебаний соответственно, а входы и выходы второго блока 30 реактивностей поразрядно соединены с выходами приемника 13 акустических колебаний и входами второго коммутатора 16 соответственно, кроме того, первый блок 29 реактивностей в каждом разряде содержит цепочку из последовательно соединенных емкостей и индуктивностей, а второй блок 30 реактивностей в каждом разряде содержит цепочку из последовательно соединенных емкостей и индуктивностей и параллельно соединенных емкостей и индуктивностей.
Устройство работает следующим образом.
В исходном состоянии генераторы 1 и 2 выключены, выходы блоков 8, 9, 15, 16, 24, 25, 26, 27 и 28 обнулены. С включением устройства генератор 1 генерирует тактовые импульсы с частотой f1, а генератор 2 - гармонические колебания с частотой f2, при этом на выходе делителя 3 частоты генерируются импульсы с частотой f3 (f 3=f1/n, где n - коэффициент деления делителя 3). Регистр 15 имеет число разрядов К, равное числу акустических каналов, и на каждом его разрядном выходе последовательно во времени устанавливается высокий потенциал с частотой f15i =f3/K=f1/nK, i=1, 2,..., К). Каждый импульс с выхода первого разряда регистра 15 поступает на вход обнуления блока 28 определения границ поля дисперсии параметра, а каждым импульсом высокого потенциала с i-го выхода регистра 19 коммутаторами 8 и 16 коммутируются соответствующие (i-ые) каналы так, что вход одного источника 13iи выход одного из приемников 14 i акустических колебаний оказывается соединенным с выходом генератора 2 и входом усилителя 17 соответственно на период, равный длительности импульса на выходе одновибратора 6 и на i-ом выходе регистра 15. Каждым импульсом с выхода делителя 3 через элементы 4 ИЛИ и элемент 11 задержки счетчик 12 обнуляется, а через элемент 5 задержки каждым импульсом запускается одновибратор 6, импульс высокого потенциала, с выхода которого через формирователь 7 поступает на второй вход управления коммутатора 8 и модулирует сигнал с выхода генератора 2, чем достигается срабатывание одного (i-го) из источников 13i акустических колебаний. Кроме того, импульсом с выхода формирователя 7 триггер 9 переводится в единичное состояние, а высоким потенциалом с единичного выхода последнего открывается элемент 10 И, при этом импульсы с выхода генератора 1 через элемент 10 И поступают на счетный вход счетчика 12. В момент поступления отраженного от лоцируемой поверхности акустического сигнала срабатывает приемник 14i, а сигнал с его выхода поступает на сигнальный вход усилителя 17, коэффициент усиления которого всегда отличается от нуля, но зависит от состояния выходов цифроаналогового преобразователя 27. Сигнал с выхода источника 13i распространяется со скоростью c=F(f), где t - температура среды распространения акустического сигнала, в пределах диаграммы направленности источника. Отраженный от лоцируемой поверхности (объекта О) акустический сигнал, попав на вход приемника 14i, преобразуется в электрический сигнал той же частоты. После усиления усилителем 17, детектирования детектором 18 и с задержкой во времени 
19 сигнал поступает на вход формирователя 20, коротким импульсом с выхода формирователя 20, через элемент 4 ИЛИ, триггер 9 обнуляется, элемент 10 И закрывается, счетчик 12 останавливается, зафиксировав числовой код N12, пропорциональный произведению периода следования импульсов с выхода генератора 1 на время распространения акустического сигнала от его источника 13i до лоцируемой поверхности О и от лоцируемой поверхности О до приемника 14; соответственно. Но по импульсу с выхода формирователя 20 через элемент 21 задержки, с задержкой 21 открываются элементы 22 И, и содержимое счетчика 12 через элементы 22 И поступают на вторые входы арифметического блока 25, на первые входы которого поступает код N24 , пропорциональный потенциалу на выходе датчика 23, но U 23=F(t), а следовательно, скорости распространения акустического сигнала. Т. к. скорость акустического сигнала зависит от температуры среды его распространения, то, например, в воздухе она определяется из cв=10,0335t0,5, а с учетом двойного пробега акустического сигнала от лоцирующей поверхности до лоцируемой и обратно c=cв=20,0670t0,5. Арифметическим блоком 25 коды входных величин N12 и N24 перемножаются, в результате на выходе блока 25 генерируется код N25, пропорциональный расстоянию L от лоцирующей поверхности до лоцируемой N25=L=cв(t)=N12N24. С выходов блока 25 каждое значение N25, пропорциональное L, поступает на входы блоков 28 и 26. на выходах блока 28 генерируются коды N25min и N25mах из выборки кодов N25 ограниченной (фиксированной) длины, а на выходах блок 26 генерируются коды медианных, например средних, значений N25cp. Так для устройства с Q каналами ранг числа N26 может определяться по R=(K+1)/2, получается N25cp, пропорциональное L cp.Код N26 значения Lcp поступает на выходы вывода текущих значений параметра и на входы преобразователя 27, на выходе которого генерируется аналоговый сигнал U27 управления коэффициентом усиления усилителя 17, пропорциональный усредненному значению L, чем обеспечивается постоянство амплитуды сигнала на выходе усилителя 17 и крутизны фронта видеоимпульса на выходе детектора 18. На выходах устройства Генерируются Цифровые КОДЫ N25min=Lmin, N25max=L max N26=N25cp=Lcp из конечной выборки значений N25 с постоянным ее обновлением, исключением устаревших данных и пополнением поступившими по последнему, по дате поступления, приему информации. Т. к. глубинность h проникновения акустических колебаний прямо пропорциональна длине А их волны, то для увеличения 
и повышения глубинности h, введены блоки 29 и 30 реактивностей. Блок 29 увеличивает генерируемых источником 13i акустических колебаний, а блок 30 увеличивет , принимаемых приемником 14i акустических сигналов.
Устройство работает по замкнутому циклу неограниченно во времени.
Таким образом, устройство для акустического обнаружения заиленных объектов обеспечивает возможность оценивать место и глубину залегания кабелей и трубопроводов в грунте при повышенной глубинности зондирования.
Источники информации:
1. Патент RU 786539, G01S 3/80, 1999,
2. Патент RU 702852, G01S 3/80, 1999,
3. Патент RU 2138027, G01F 23/296, 1999.
Устройство для акустического обнаружения заиленных объектов, содержащее генератор импульсов, генератор гармонических колебаний, делитель частоты, соединенный входом с выходом генератора импульсов, элемент ИЛИ, соединенный первым входом с выходом делителя частоты, первый элемент задержки, соединенный входом с выходом делителя частоты, одновибратор, соединенный входом с выходом первого элемента задержки, первый формирователь импульсов, соединенный входом с выходом одновибратора, первый коммутатор, соединенный первым (сигнальным) входом с выходом генератора гармонических колебаний, а вторым входом (входом управления) - с выходом первого формирователя импульсов, триггер, соединенный входом обнуления с выходом элемента ИЛИ, а единичным входом - с выходом первого формирователя импульсов, первый элемент И, соединенный первым входом с выходом генератора импульсов, а вторым входом - с единичным выходом триггера, второй элемент задержки, соединенный входом с выходом элемента ИЛИ, счетчик импульсов, соединенный счетным входом с выходом первого элемента И, а входом обнуления - с выходом второго элемента задержки, блок излучателей акустических колебаний, блок приемников акустических колебаний, кольцевой регистр сдвига, соединенный шиной сдвига с выходом делителя частоты, а выходами - поразрядно со вторыми входами управления первого коммутатора, второй коммутатор, соединенный входами управления поразрядно с выходами регистра сдвига, усилитель с управляемым коэффициентом усиления, соединенный сигнальным входом с выходом второго коммутатора, детектор, соединенный входом с выходом усилителя, пороговый элемент, соединенный входом с выходом детектора, второй формирователь импульсов, соединенный входом с выходом порогового элемента, а выходом - со вторым входом элемента ИЛИ, третий элемент задержки, соединенный входом с выходом второго формирователя импульсов, группу вторых элементов И, соединенных первыми входами поразрядно с выходами счетчика импульсов, а вторыми входами - с выходом третьего элемента задержки, датчик температуры среды распространения акустических колебаний, аналого-цифровой преобразователь, соединенный входом с выходом датчика температуры среды распространения акустических колебаний, арифметический блок, соединенный поразрядно первыми входами с выходами аналого-цифрового преобразователя, а вторыми входами - с выходами группы вторых элементов И, блок определения ранжированного значения параметра, соединенный поразрядно входами с выходами арифметического блока, а выходами с группой первых выходов устройства, цифроаналоговый преобразователь, соединенный входами поразрядно с выходами блока определения ранжированного значения параметра, а выходом - со входом управления усилителя, блок определения границ поля дисперсии параметра, соединенный поразрядно входами с выходами арифметического блока, входом управления - с выходом первого разряда кольцевого регистра сдвига, а первыми и вторыми выходами - с группами вторых и третьих выходов устройства соответственно, отличающееся тем, что в него введены первый и второй блоки реактивностей, причем входы и выходы первого блока реактивностей поразрядно соединены с выходами первого коммутатора и со входами источника акустических колебаний соответственно, а входы и выходы второго блока реактивностей поразрядно соединены с выходами приемника акустических колебаний и входами второго коммутатора соответственно, а также первый блок реактивностей в каждом разряде содержит цепочку из последовательно соединенных емкостей и индуктивностей, а второй блок реактивностей в каждом разряде содержит цепочку из последовательно соединенных емкостей и индуктивностей и параллельно соединенных емкостей и индуктивностей.
