-
Vorrichtung zur~.seis.mischen Exploration
-
Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf eine Vorrichtung zur
seismischen Exploration mit monochromatischen Körperschallkeulen, mit Einrichtung
zur Erzeugung impulsförmig modulierter Wellenzüge einer im Tonfrequenzbereich liegenden
Frequenz, einer Mehrzahl von an einer Einleitstelle längs einer Geraden im Abstand
der halben Wellenlänge angeordneten Schwingungserregern,
den Schwingungserregern
zugeordnetem Phasenschieber zur Winkeleinstellung der Körperschallkeule und einer
Mehrzahl von Schwingungsempfängern plus Meßvorrichtung.
-
Körperschallkeule bezeichnet dabei die keulenförmige, gemeinsame Strahlungscharakteristik
der Mehrzahl der Schwingungserreger. Bei den bekannten gattungsgemäßen Vorrichtungen
(DT-OS 23 45 884) ist nicht spezifiziert, wie auf einfache Weise eine Winkeleinstellung
oder "Schwenkung" der Körperschallkeule erfolgt. Auch ist nicht festgelegt, wie
bei bestimmter Winkeleinstellung der Körperschallkeule die Schwingungsempfänger
ein zu richten sind.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung
so weiter auszubilden, daß die Einstellung des Winkels der Körperschallkeule auf
einfache Weise möglich ist, und zwar so, daß mit Einstellung des Winkels der Körperschallkeule
die Achse der Empfangscharakteristik der Schwingungsempfänger von selbst auch parallel
zur Achse der Körperschallkeule verläuft.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß die Einrichtung
zur Erzeugung der impulsförmig modulierten Wellenzüge besteht aus einem Taktgeber
mit Impulszähler, den einzelnen Schwingungserregern über separate Leistungsstufen
zugeordneten Sendeimpuls formern,
wobei zwischen dem Sender und
den Sendeimpulsformern der über einen Winkelsteller mit Winkelcodierer einstellbare
Phasenschieber angeordnet ist, und daß die Schwingungsempfänger ebenfalls an der
Einleitstelle auf der Geraden der Schwingungserreger oder parallel dazu im Abstand
der halben Wellenlänge voneinander angeordnet sind, wobei die einzelnen Schwingungsempfänger
mittels eines Empfängers mit Laufzeitnachbildung, der mit dem gleichen Winkelcodierer
verbunden ist, einzeln und nacheinander an die Meßvorrichtung anschließbar sind,
und wobei der Empfänger durch Senderausblender so gesteuert ist, daß das Sendesignal
einen Start der Laufzeitnachbildung nicht auslöst. Dabei können der Sender und der
Phasenschieber zu einem einheitlichen Aggregat zusammengefaßt sein. Nach bevorzugter
Ausführungsform der Erfindung sind den einzelnen Schwingungsempfängern über separate
Vorverstärker separate Bandpässe zugeordnet, wodurch reflektierte Körperschallimpulse
und Störimpulse unterscheidbar sind.
-
Die erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß bei der erfindungsgemäßen
Vorrichtung mit einer Winkeleinstellung der Körperschallkeule gleichzeitig auch
eine Einstellung der Achse der Empfangscharakteristik der Schwingungsempfänger erfolgt,
und zwar parallel zur Achse der Körperschallkeule. Überraschenderweise lassen sich
durch diese Maßnahme Selektivität und Empfindlichkeit der Vorrichtung insgesamt
beachtlich verbessern. Von besonderem Vorteil ist die Tatsache, daß im Rahmen der
Lehre der Erfindung mit üblichen elektronischen Bausteinen gearbeitet werden kann,
die folglich insoweit im einzelnen nicht der Beschreibung bedürfen.
-
Im folgenden werden die wesentlichen Merkmale einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung und deren Funktionsweise anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 2 eine erfindungsgemäße
Vorrichtung im Einsatz mit Körperschallkeule und Empfangscharakteristik bei unterschiedlichen
Winkelstellungen.
-
Die dargestellte Vorrichtung zur seismischen Exploration mit monochromatischen
Körperschallkeulen 1 besitzt eine Einrichtung 2 zur Erzeugung impulsförmig modulierter
Wellenzüge einer im Tonfrequenzbereich liegenden Frequenz, eine Mehrzahl von an
einer Einleitstelle längs einer Geraden 3 im Abstand der halben Wellenlänge zugeordneten
Schwingungserregern 4, einen den Schwingungserregern 4 zugeordneten Phasenschieber
5 zur Winkeleinstellung der Körperschallkeule 1 und eine Mehrzahl von Schwingungsempfängern
6 sowie eine Meßvorrichtung 7.
-
Die Körperschallkeule 1 ist die Kurvendarstellung, die in Polarkoordinaten
die abgestrahlte Schallenergie darstellt. Sie ist der Mehrzahl der Schwingungserreger
4 zugeordnet. Umgekehrt besitzen die Schwingungsempfänger 6 gemeinsam eine Empfangscharakteristik
8. Das ist die in Polarkoordinaten aufgetragene Kurve der Empfindlichkeit für einfallende
Schallenergie.
-
Für die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zunächst kennzeichnend, daß
die Einrichtung 2 der impulsförmig modulierten Wellenzüge aus einem Taktgeber 9
mit Impulszähler lo, einem Sender 11 und den einzelnen Schwingungserregern 4 über
separate Leistungsstufen 12 zugeordneten Sendeimpulsformern 13 besteht. Dabei ist
zwischen den Sender 11 und den Sendeimpulsformern 13 der über einen Winkelsteller
14 mit Winkelcodierer 15 einstellbare Phasenschieber 5 geschaltet. Man entnimmt
insbesondere aus Fig. 1, daß die Schwingungsempfänger 6 ebenfalls an der Einleitstelle
angeordnet sind, und zwar auf der Geraden 3 der Schwingungserreger 4 oder parallel
dazu. Der Abstand der einzelnen Schwingungsempfänger 6 entspricht ebenfalls der
halben Wellenlänge.
-
Die einzelnen Schwingungsempfänger 6 sind mittels eines Empfängers
mit Laufzeitnachbildung 16,der mit dem gleichen Winkelcodierer 15 verbunden ist,
einzeln und nacheinander an die Meßvorrichtung 7 anschließbar. Der Empfänger 16
ist durch Sendeausblender 17 so gesteuert, daß das Sendesignal einen Start der Laufzeitnachbildung
nicht auslöst. Der Sender 11 und der Phasenschieber 5 sind im Ausführungsbeispiel
zu einem einheitlichen Aggregat zusammengefaßt. Den einzelnen Schwingungsempfängern
6 sind über separate Vorverstärker 18 separate Bandpässe 19 zugeordnet. Dadurch
ist die Anordnung so getroffen, daß reflektierte Körperschallimpulse und Störimpulse
unterscheidbar sind.
-
Im Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung mit fünf Schwingungserregern
4 und fünf Schwingungsempfängern 6 ausgerüstet. Sie ist in der Lage, ein Vorfeld
beim Abbau von Kohleflözen mit gebündelten monochromatischen Körperschallwellen
1 abzutasten und darüber hinaus das Reflexionspanorama darzustellen.
-
Die quarzstabilisierten Impulse eines Taktgebers 9 werden vom Impulszähler
lo gezählt und öffnen nach Erreichung einer vorgegebenen Anzahl die "Senderfreigabe"
20. Die geöffnete Senderfreigabe 20 leitet die Taktimpulse zu den Sendeimpulsformen
13.
-
Gleichzeitig erfolgt der Start des Phasenschiebers (Sender) 5.
-
Die Phasenrichtung von V nach I oder von I nach V sowie die Phasengeschwindigkeit
bestimmt der Winkelcodierer 15. Die Winkeleinstellung der Körperschallkeule 1 kann
entweder manuell oder in einem Schrittraster über den Winkelsteller 14 erfolgen.
-
Die Raststellungen des Winkelstellers 14 werden nach jedem Durchlauf
des Phasenschiebers 5 weiter geschaltet. Der Phasenschieber 5 schaltet in zeitlicher
Reihenfolge die Sendeimpulsformer 13 ein. Aus den von der Sendefreigabe 20 gelieferten
Taktimpulsen erzeugen die Sendeimpulsformer 13 jeweils zwei Doppelstromimpulse und
leiten sie den Schwinger-Leistungsstufen 12a zu.
-
Gleichzeitig erzeugen die Sendeimpulsformer 13 Gleichstromimpulse
mit der zeitlichen Länge der beiden Doppelstromimpulse, die nach der Verstärkung
durch die Erreger-Leistungsstufen 12b den Schwingungserregern 4 zugeführt werden.
Die Schwingungserreger 4 setzen die elektrischen Energien in mechanische Schwingungen
um. Die mechanischen Schwingungen werden bedingt durch die Anordnung der Schwingungserreger
4 gebündelt in das Vorfeld eingeleitet und an einer evtl. vorhandenen Grenzfläche
reflektiert. Die direkt reflektierten Schwingungen werden an der einlaufenden Richtung
erkannt und von Mehrfachreflexionen sowie Störimpulsen
abgegrenzt.
Durch den gemeinsamen Winkelcodierer 15 verlaufen die Sender und Empfangsachsen"
parallel. Bei einer in einem bestimmten Winkel einlaufenden Schwingung werden die
Schwingungsempfänger 6 zeitlich nacheinander ein polaritätsgleiches Signalmaximum
erreichen. Das am Ausgang der Schwingungsempfänger 6 anstehende Signal wird durch
nachgeschaltete Vorverstärer 18 auf das zur Weiterverarbeitung erforderliche Maß
verstärke. Mittels eines Referenzmusters vermögen die Bandpässe 19 (selektive Schalter
oder digitale Bandpässe) zwischen den Signal und Störimpulsen zu unterscheiden.
Wird das Signal an der zeitlichen Dauer einer Halbwelle erkannt, dann: schaltet
der Schalter für die andere flalbwelle durch. Die weitergeleitete Halbwelle gelangt
an die Baugruppe Mittenprobe 21. Diese Stufe nimmt bei 90 o - 10 °) eine Signalprobe
ab und leitet sie dem Analogspeicher 22 zu Durch diese Maßnahme wird vergleichsweise
eine extrem hohe Selektivität erreicht, die zur Verbesserung des Signal-Rauschabstandes
erforderlich ist. Der Empfänger 16 mit Laufzeitnachbildung bestimmt die zeitliche
uebernahme der Mittenproben in die Analogspeicher 22. Durch die Laufzeitnachbildung
wird eine zeitsynchrone übernahme der Signalproben in die Analogspeicher 22 gewährleistet
und somit eine durch den gemeinsamen Winkelcodierer 15 bedingte Richtungsanalogie
zur Körperschallkeule 1 hergestellt. Der Winkelcodierer 15 bestimmt mit welcher
Phasengeschwindigkeit und in welcher Reihenfolge die Signale in die Analogspeicher
22 gelangen. Den Start 23 der Laufzeitnachbildung iös t der Schwingungsempfänger
6 aus, den das Nutzsignal zuerst erreicht. Weil die Möglicheit vorhanden ist, daß
ein Störsignal den Start 23 auslöst, ist eine Signalprüfung 24 vorgesehen. Wie bereits
beschrieben, besteht das Sendesignal aus zwei Doppelstromimpulsen. Wenn ein reflektiertes
Sendesignal einläuft, entsteht an den Schwingungsempfängern
6
der Kanäle II und IV (oder umgekehrt) gleichzeitig je ein Signal der gleichen Polarität,
welche von den Bandpässen 19 (selektiven Schaltern) erkannt und der Signalprüfung
24 zugeleitet werden. Die Signalprüfung 24 veranlaßt die Meßfreigabe 25.
-
Der Analogaddierer 2G summiert die Spannungen der Analogspeicher 22
und leitet sie nach erfolgter Meßfreigabe 25 an den Meßabruf 27. Wenn das Startsignal
die Laufzeitnachbildung des Empfängers 16 durchlaufen hat, wird der Meßabruf 27
ausgelöst. Damit das Sendesignal keinen Start der Laufzeitnachbildung des Empfängers
16 auslöst, sind für den Empfangskanal I sowie für den Empfangskanal V je ein Sendeausblender
17 vorgesehen. Die Schallaufzeit im Vorfeld ist gleich der zeitlichen Differenz
zwischen dem Ausgangsimpuls des Phasenschiebers 5 sowie dem der Laufzeitnachbildung
des Empfängers 16. Zur Messung der Signallaufzeit wurde der Zähler 28 bei Beendigung
des Sendevorganges, d. h. nach Rücksetzung de-: Sendefreigabe 20 gesetzt Aus dem
Teiler 29 gelangten aufbereitete Impulse des Taktgebers 9, die in einem genauen
Vehältnis zur Signallaufzeit stehen, in den Zähler 28.
-
Der Meßabruf 27 beendet den Zählvorgang. Die gezählten Impulse sind
ein Maß für die Signallaufzeit und werden von der digitalen Entfernungsanzeige 30
in der Maßeinheit "Meter" zur Anzeige gebracht. Die Richtung der Entfernungsmessung
bestimmt die "manuelle Einstellung" 31. Bei der Vorfelderkundung ist nicht nur die
Entfernungsmessung der Reflektionsfläche sondern auch der Reflextionsgrad interessant.
Mit zunehmender Entfernung nimmt das an Grenzflächen reflektiete Signal an Intensität
ab. Um Fehldeutungen bei der Panorama-Darstellung 32 zu vermeiden, ist der Z-Achse
ein Regelverstärker 33 vorgeschaltet. Die Verstärkung des Regelverstärkers 33 wird
mittels eines Dämpfungs-Ausgleichstellers 34 der Dämpfung angeglichen, die das Signal
beim Durchlauf durch das Medium erfährt Die Signalamplitude am Ausgang
des
Regelverstärkers 33 ist unter Berücksichtigung des Reflexionswinkels an der Grenzfläche
ein Maß für die Reflexionsintensität und dient zur Helligkeitsmodulation des der
Meßrichtung X und der Laufzeit Y entsprechenden Bildpunktes der Panoramadarstellung
32. Für die Auslenkung des Bildpunktes in der Meßrichtung X wird eine treppenförmige
Spannung erforderlich, die der Digital-Analogumsetzer 35 aus den vom Winkelsteller
14 gelieferten Impulse bildet. In ähnlicher Weise formt der Digital-Analogumsetzer
36 die der Signallaufzeit proportionalen digitalen Impulse in eine treppenförmige
Spannung zur Ablenkung des Bildpunktes in der Y-Richtung um. Der Löschimpulserzeuger
37 löscht nach jedem-Sendevorgang über C-Eingänge die Analogspeicher 22 sowie die
digitale Entfernungsanzeige 30 und aktiviert die Meßfreigabe 25 über den Rücksetzeingang
(R) für einen neuen Meßvorgang.