<Desc/Clms Page number 1>
Anlage zur Steuerung eines seismischen Schwingungserzeugers
Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Steuerung eines seismischen Schwingungserzeugers, mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines gewünschten Steuersignals mit vorgegebener Frequenzcharakteristik in Form von aufeinanderfolgenden Digitalwerten (Wörtern), einer Registriereinrichtung zur Aufzeichnung der Digitalwerte, einer Wiedergabeeinrichtung zum Abspielen der aufgezeichneten Digitalwerte und einem Digital-Analog-Umsetzer, der ein den Schwingungserzeuger steuerndes Analogsignal liefert.
Es sind seismische Verfahren zur Erforschung des Erdinneren bekannt, bei denen ein längerer Schwingungszug in die Erde gesendet wird. Bei solchen seismischen Verfahren können die Auswertung der empfangenen Signale und die Ergebnisse wesentlich verbessert werden, wenn man bei der Sendung Schwingungssignale mit bestimmten Frequenzeigenschaften verwendet, die jedoch von Ort zu Ort verschieden sein können.
Mit den in jüngerer Zeit entwickelten digitalen Steuerverfahren lässt sich die Aussendung von Schwingungssignalen in die Erde besser steuern als mit den frühreren Analogverfahren, da die Amplitude und die Periodizität der Schwingungen besser gesteuert werden können und nur ein Minimum an Störungen durch eine von den Geräten eingeführte Periodizität berücksichtigt werden muss. Bei den bisher bekannten Verfahren der vorliegenden Art wurde nämlich das zu sendende Signal von einem magnetischen Trommel- oder Bandschleifenspeicher abgenommen. Wenn die Speichertrommel nicht ganz rund läuft oder im Antrieb Schwankungen auftreten, werden periodische Störungen eingeführt, die unter Umständen fälschlich als Nutzsignal gedeutet werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Genauigkeit von digitalen Anlagen zur Steuerung eines seismischen Schwingungserzeugers noch weiter zu erhöhen und auch kleine zeitliche Schwankungen des digitalen Steuersignales mit einer digitalen Raten- oder Frequenzsteuerung zu korrigieren.
Bei digitalen Verfahren zur Steuerung eines seismischen Schwingungserzeugers wird das digitale Steuersignal gewöhnlich mittels eines Computers errechnet und auf Band aufgezeichnet. Das digitale Signal wird dann bei den einzelnen Messungen vom Band abgespielt und in einem Digital-Analog-Umsetzer in ein Analogsignal umgewandelt, das den Schwingungserzeuger steuert. Durch das Aufzeichnen und Abspielen können jedoch Fehler eingeführt werden, die ihre Ursache z. B. in Schwankungen der Bandgeschwindigkeit und in Flatterbewegungen des Bandes haben. Solche gerätebedingte Schwankungen machen sich später bei der Auswertung der empfangenen Signale nachteilig bemerkbar.
Die oben geschilderten Mängel des Standes der Technik werden bei einer Anlage der eingangs genannten Art gemäss der Erfindung dadurch vermieden, dass ein Zwischenspeicher zur Speicherung aufeinanderfolgender Gruppen der abgespielten Digitalwerte und eine durch das Ausgangssignal eines Oszillators hoher Stabilität gesteuerte und den Umsetzer speisende Abfrageanordnung zum Herauslesen
<Desc/Clms Page number 2>
der aufeinanderfolgenden Digitalwerte aus dem Zwischenspeicher vorgesehen sind.
Bezüglich weiterer Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die folgende Beschreibung und die Unteranspräche verwiesen.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert, es zeigen : Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Anlage gemäss der Erfindung in Verbindung mit einer Einrichtung zur seismischen Lagerstättenforschung ; Fig. 2A eine graphische Darstellung eines Teiles eines typischen Signales zur Steuerung eines Schwingungserzeugers ; Fig. 2B eine schematische Darstellung eines Teiles eines digitalen Bandes, das eine Reihe von Zeichenwerten enthält, die in einer Anzahl von Kanälen aufgezeichnet sind und das in Fig. 2A gezeigte Steuersignal darstellen ; Fig. 3 ein Blockschaltbild einer digitalen Frequenzoder Ratensteuereinrichtung für das Steuersignal eines seismischen Schwingungserzeugers, und Fig. 4 ein Schaltbild eines Teiles der in Fig. 3 dargestellten Einrichtung, welches verschiedene digitale Schaltungen und ihre Verbindungen genauer zeigt.
In Fig. 1 ist schematisch eine übliche Einrichtung --10-- zur seismischen Lagerstättenforschung mit Hilfe von Schwingungszügen dargestellt. Diese Einrichtung enthält einen Schwingungserzeuger --12--, der auf der Oberfläche der Erde -14- angeordnet ist, und eine davon in einem gewissen Abstand aufgebaute Anordnung --16-- aus Geophonen oder andern Schwingungsaufnehmern. Im Betrieb wird der Schwingungserzeuger --12- durch ein vorgegebenes Steuersignal gesteuert, das einer Eingangsleitung --18-- zugeführt wird, und er liefert dann elastische Schwingungen,
die sich in die Erde --14-- ausbreiten. In der Erde werden die Schwingungen an Grenzflächen und Unstetigkeiten zur Detektoranordnung --16-- reflektiert. In Fig. 1 sind nur ein Ausbreitungsweg-20, 24- und eine Grenzfläche --22-- schematisch dagestellt. Die von der Detektoranordnung aufgenommene Schwingungsenergie wird in ein elektrisches Signal verwandelt und über eine Leitung --26-- einer Aufzeichnungs-oder Verarbeitungseinrichtung-28--zugeführt. Das über die Eingangsleitung --18- zugeführte Steuersignal für den Schwingungserzeuger --12-- kann im Prinzip auf analoge oder digitale Weise erzeugt werden.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Anlage wird das Steuersignal digital erzeugt, wofür zwei verschiedene Möglichkeiten vorgesehen sind. Die eine Möglichkeit, das digitale Steuersignal zu erzeugen, besteht darin, einen entsprechend programmierten Computer --30-- zu verwenden, der dann das digitale Ausgangssignal über eine Leitung --32-- an einen Schalter-34liefert. Das digitale Steuersignal kann aus einer Reihe von elektrischen Digitalwerten bestehen, die das gewünschte Steuersignal darstellen und die Reihe von Digitalwerten kann vom Schalter --34-- einer üblichen digitalen Registriervorrichtung--36-zur Aufzeichnung zugeführt werden.
Eine andere Möglichkeit der Aufzeichnung besteht darin, das gewünschte Schwingungssignal, dessen Frequenz sich
EMI2.1
B.- -34-- der Registriervorrichtung --36-- zur Herstellung der gewünschten digitalen Aufzeichnung zugeführt wird.
Bei den derzeit üblichen seismischen Verfahren besteht das Steuersignal aus einer kontinuierlichen Wechselspannung, deren Frequenz sich zwischen bestimmten Grenzen monoton nach oben oder unten ändert, z. B. zwischen etwa 2 und 100 Hz. Die genaue Wahl der Frequenzgrenzen und die Frage, ob man die Frequenz ansteigen oder absinken lässt, hängt von der jeweiligen Vermessungsaufgabe und dem Terrain ab.
Jüngere Forschungen haben ergeben, dass die Konstruktion des Steuersignales mit Hilfe eines Computers eindeutige Vorteile hat, da man dabei durch geeignete Programmierung des Computers Erdeinflüssen und andern Filterwirkungen Rechnung tragen kann. Es ist insbesondere möglich, nach Durchführung geeigneter Versuchsläufe den Computer --30-- so zu programmieren, dass die erzeugte Folge von Digitalwerten einem Steuersignal entspricht, das für das betreffende Terrain optimal geeignet ist.
Fig. 2A zeigt einen kurzen Abschnitt eines Steuersignales-42-, beginnend mit der Zeit t = 0.
Das analoge Steuersignal-42-, dessen Amplitude sich entsprechend einer analogen Schwingung ändert, kann digital durch eine Folge von Digitalwerten (Wörtern) dargestellt werden, die die Augenblicksamplitude, d. h. die Amplitude in einem bestimmten Zeitpunkt, und deren Vorzeichen darstellen. Das Steuersignal --42-- kann also durch aufeinanderfolgende elektrische Digitalwerte dargestellt werden, die den positiven Amplituden von Abtastwerten--44, 45, 46, 48 und 50-der Reihe nach entsprechen. Eine Folge solcher Digitalwerte stellt in Wirklichkeit eine Stufenfunktion dar ; durch Verfeinerung der Unterteilung oder durch eine Interpolationsfilterung kann der stufenförmige Verlauf jedoch geglättet werden.
Je nach der gewünschten Auflösung kann die Abtastrate oder die Frequenz, mit der die Digitalwerte aufeinanderfolgen, innerhalb der durch die Apparatur gegebenen
<Desc/Clms Page number 3>
Grenzen beliebig gewählt werden. Der Bereich zwischen diesen Grenzen ist bei einer digitalen Anlage sehr gross.
Fig. 2B zeigt einen Abschnitt eines digitalen Bandes-52-, das sieben Spuren aus periodischen, magnetisierbaren Bereichen enthält, die quer zur Längsrichtung des Bandes-52-Spalten-56- bilden. Selbstverständlich stellt dies nur ein Beispiel für ein mögliches Format dar. Bei diesem als Beispiel gewählten digitalen Aufzeichnungsverfahren wird ein konventionelles Binärformat verwendet, das mit Datenwerten aus 14 Bits (einschliesslich Paritätsbits) arbeitet. Jeder Datenwert wird also durch zwei aufeinanderfolgende Zeichen dargestellt, z. B. durch die Zeichen --58, 60--, die in den jeweils 7 Bits enthaltenden Spalten des Bandes --52-- aufgezeichnet sind. Jedes der aus 7 Bits bestehenden Zeichen kann dazu verwendet werden, eine gewünschte digitale Information codiert darzustellen.
Vorzugsweise wird, wie in Fig. 2B dargestellt ist, eine Spur-P-für ein einer ungeraden Parität entsprechendes Paritätsbit reserviert, während die übrigen Spuren-1, 2, 4, 8, B und A-zur Darstellung der binärcodierten Digitalwerte dienen. Die Auflösung oder Genauigkeit des digitalen Systems wird dadurch weiter erhöht, dass man für jeden Digitalwert (Wort) zwei der aus 7 Bits bestehenden Digitalzeichen verwendet, wobei für jedes Zeichen eine Paritätsprüfung möglich ist. Die auf dem in Fig. 2B dargestellten Band--52--aufgezeichneten Digitalwerte können mit der analogen Kurve --42-- in Fig. 2A in Beziehung gesetzt werden.
Die Zeichen-58 und 60--, die den ersten Digitalwert --62-- bilden, stellen den Digitalwert des Abtastwertes-44-der Steuersignalkurve - dar. Der Digitalwert --70-- entspricht dann dem analogen Abtastwert-46-, der Digitalwert --72-- dem analogen Abtastwert --48-- usw. Die Art der digitalen Aufzeichnung ist praktisch beliebig, man kann also z. B. mit einer nullwertfreien Aufzeichnung arbeiten. Zur Paritätsprüfung kann man sich bekannter Verfahren und Schaltungen bedienen. Bei Messungen im Gelände spricht man von "Feldmessungen", und bei solchen praktischen Messungen muss ein Schwingungssignal erzeugt werden.
Wie wieder Fig. 1 zeigt, kann die durch die Vorrichtung --36-- hergestellte digitale Aufzeichnung des Steuersignales zur Wiedergabe bei Feldmessungen in eine Wiedergabe- und Abspieleinrichtung-80-eingesetzt werden, um aus der digitalen Aufzeichnung ein Analogsignal zum Steuern des Schwingungserzeugers --12-- zu erzeugen. Das Abspielen der Aufzeichnung kann "im Feld" oder an einem andern Ort erfolgen, wobei man sich dann z. B. einer Funkverbindung bedient.
Selbstverständlich kann man sich für die Registriervorrichtung und die Wiedergabevorrichtung eines kombinierten Gerätes mit einer gemeinsamen Bandantriebsvorrichtung bedienen.
EMI3.1
--80-- wird- einer digitalen Raten- oder Ceschwindigkeitssteuerung --88-- zugeführt, die einen wesentlichen Teil der Erfindung bildet und unten noch genauer beschrieben werden wird. Die Wiedergabevorrichtung --80-- kann beispielsweise einen Lesekopf und eine Transportrolle enthalten.
Die Transportrolle wird über eine Verbindung-84--, z. B. ein Getriebe oder auch eine elektrische Verbindung (Drehfeldgeber-Drehfeldnehmer) durch eine Antriebssteuervorrichtung--82-angetrieben. Die Antriebssteuervorrichtung ist im einfachsten Fall ein Antriebsmotor, der seinerseits durch den hochstabilen Oszillator --90-- gesteuert wird. Bei einer solchen Antriebsvorrichtung sind die lang-und kurzzeitigen Geschwindigkeitsschwankungen im Band von 2 bis 200 Hz kleiner als 0, 5%, was bei der Erzeugung eines Steuersignales für einen seismischen Schwingungserzeuger sehr wichtig ist.
Ein wichtiger Teil der Steuervorrichtung --82-- und ein Teil, auf dem die aussergewöhnliche Genauigkeit beruht, mit der diese Vorrichtung arbeitet, wird durch einen Präzisionsoszillator-90-- gebildet, der ein Bezugsfrequenzsignal liefert, mit dem die Antriebsgeschwindigkeit gesteuert werden kann. Der Oszillator --90-- steuert also über eine Leitung --92-- die Antriebssteuervorrichtung - -82--, ausserdem liefert er auf einer Leitung --94-- ein Taktsignal, das die digitale Frequenzsteuereinrichtung-88-steuert, wie in Verbindung mit Fig. 3 noch näher erläutert wird.
EMI3.2
analoge Steuersignal für den Schwingungserzeuger --12-- auftritt.
Durch die gestrichelte Linie --102-- soll angedeutet werden, dass das analoge Steuersignal dem Eingang --18-- des seismischen Schwingungserzeugers --12-- entweder direkt oder, wie es manchmal bei Feldmessungen zweckmässig ist, über eine Funkverbindung zugeführt werden kann. Selbstverständlich kann sich die Funkverbindung
<Desc/Clms Page number 4>
auch an einer andern Stelle des Systems befinden, z.
B. zwischen der digitalen Steuereinrichtung - und dem Umsetzer-98-. Auf alle Fälle steht am Ausgang --100-- ein analoges Steuersignal zur Verfügung, das sich zur Steuerung des Schwingungserzeugers --12-- eignet. Ein Abbild des Steuersignales, das entweder neben dem Schwingungserzeuger --12-- aufgenommen oder auf andere Weise abgegriffen werden kann, wird gegebenenfalls in der Verarbeitungseinrichtung - -28-- in bekannter Weise zu Korrelations- oder Vergleichszwecken verwendet.
Die digitale Frequenzsteuereinrichtung --88-- ist in Fig. 3 genauer dargestellt. Gleiche Bauteile sind in Fig. 1 und 3 mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Präzisionsoszillator --90-- liefert ein Ausgangssignal auf einer Leitung --104-- an eine übliche Phasenvergleichsschaltung-106-zum
EMI4.1
--92-- wirdAufzeichnung-112--, die der in Fig. 2B dargestellten Aufzeichnung entspricht und durch die Aufzeichnungsvorrichtung --36-- (Fig.1) erzeugt wurde.
Bei der Aufzeichnung --112-- ist ein Mehrkanalkopf-114-angeordnet, der die parallelen Spuren der digitalen Aufzeichnung abtastet und die abgespielten Signale über Kabel-116, 118- der digitalen Frequenzsteuereinrichtung - -88-- zuführt. Durch das Kabel-116-werden die elektrischen Digitalsignale parallel einem ODER-Gatter-120-zugeführt, dessen Ausgang Zeichenzähl- und Verschiebe-Impulse über eine
EMI4.2
--122-- anVerstärkerschaltung --126-- zugeführt. Die Schaltung --126-- besteht aus parallelen Schwingungsformen- und Verstärkungskreisen üblicher Bauart, denen jeweils das Signal von einer der parallel abgelesenen Spuren über das Kabel --118-- zugeführt wird.
Die Ausgangssignale der Schaltung --126-- werden dann parallel über die verschiedenen Adern eines sich verzweigenden Kabels --128-- den Eingängen einer Anzahl von Zeichengattergruppen zugeführt. Die aufeinanderfolgenden Zeichengruppen aus digitalen Bits werden also jeweils über das Kabel-128- dem Eingang der verschiedenen Zeichen-Koinzidenzgatter zugeführt, d. h. dass die digitalen Bitwerte jedes Zeichen parallel jeweils einem ersten Zeichengatter-130--, bzw. weiteren Zeichengattern - -132, 134, 136, 138, 140, 142, 144-- usw. bis zu einem (2n-1)-ten Zeichengatter --146-- und schliesslich einem 2n-ten Zeichengatter --148-- zugeführt werden.
Die Anzahl 2n der Gatter ist bis zu einem gewissen Grade frei wählbar und hängt von kumulativen Fehlern der Eingangsgeräte ab, wie noch erläutert werden wird.
Die Zeichen der digitalen Bitinformation liegen also jeweils parallel an allen Zeichengattern, also dem ersten bis zum 2n-ten Gatter-130 bis 148--, und das Durchschleusen der digitalen Bitwerte durch die verschiedenen Gatter erfolgt mittels einer Koinzidenzsteuerung durch das Zeichenschieberegister-124--. Entsprechend dem Zeichenverschiebezähl- Ausgangssignal wird also ein Zeichenfreigabeimpuls erzeugt, der eines der Gatter--130 bis 148-auftastet.
Das Zeichenschieberegister-124--, bei dem es sich um ein übliches Schieberegister handelt, dessen Bemessung und Ausgangsfunktion entsprechend den Anforderungen des Gerätes bemessen sind, empfängt für jedes Zeichen, das durch den Kopf-114-von der Aufzeichnung --112-- abgelesen wird, über die Leitung --122-- vom ODER-Gatter --120-- einen Zähl- oder Zeichenverschiebeimpuls. Es sei erwähnt, dass das ODER-Gatter-120-auch dann einen Impuls liefert, wenn das eigentliche Zeichen, das durch den Kopf --114-- abgelesen wird, aus lauter Nullen besteht, da dann das Paritätsbit entsprechend der ungeraden Parität eine Eins ist.
Für jedes von der digitalen Aufzeichnung --112-- abgelesene Zeichen wird also auf der Leitung --122-- ein Zeichenverschiebeimpuls erzeugt, der bewirkt, dass das Schieberegister einen entsprechenden, einzigen Zeichenfreigabeimpuls erzeugt. Die Zeichenfreigabeimpulse treten nacheinander auf Leitungen --150,152,154,156,158,160,162,164-- usw. bis zu-166 und 168-auf, die jeweils zu einem der Zeichengatter-130 bis 148-führen.
Wenn auf einer der Leitungen-150 bis 168-ein Zeichenfreigabeimpuls auftritt, können die Bits eines Zeichens das betreffende Zeichengatter-130 bis 148-zur Zwischenspeicherung durchlaufen.
Wie erwähnt, arbeitet das vorliegende Ausführungsbeispiel mit einem Binärformat, bei dem jeder Digitalwert (Wort) durch 12 Bits in zwei aufeinanderfolgenden Zeichen gebildet wird. Die Zeichengatter - 130 bis 148-sind dementsprechend paarweise angeordnet, so dass jeder Wortspeichervorrichtung,
<Desc/Clms Page number 5>
in denen die verschiedenen Bits jedes digitalen Wortes bis zu einer späteren, getasteten Abfrage gespeichert werden, zwei Zeichen parallel zugeführt werden. Bei der Freigabe durch das
EMI5.1
172, 174, 176, 178, 180, 182, 184Wortspeicherstufen --192,194,198-- und schliesslich einer n-ten Wortspeicherstufe-200-zuführbar sind. Die Wortspeicherung kann mit Hilfe verschiedener Zwischenspeichervorrichtungen erfolgen, beim vorliegenden Beispiel erfolgt die Speicherung durch übliche bistabile Flipflops.
Jede der Wortspeicherstufen-190 bis 200-- enthält dann also zwölf parallel geschaltete Flipflops, von denen jedes 1 Bit speichert.
Die gespeicherten Bits werden über Ausgangsleitungen-202, 204, 206, 208.... 210-einer entsprechenden Anzahl von parallel angeordneten UND-Gattern parallel zugeführt, welche ein erstes Wortgatter-212--, und weitere Wortgatter-214, 216, 218- und schliesslich ein n-tes Wortgatter - bilden. Die Wortgatter --212 bis 220-- sind jeweils durch einen Wortfreigabeimpuls auftastbar. Die Wortfreigabeimpulse werden von einem Schieberegister --222-- erzeugt und den Wortgattern --212 bis 220--über entsprechende Ausgangsleitungen-224, 226, 228, 230.... 232- zugeführt.
Das Schieberegister --222-- wird durch das über die Leitung --94-- zugeführte Taktsignal vom Präzisionsoszillator --90-- sehr genau gesteuert, welcher auch schon für die Zeitsteuerung der Antriebssteuervorrichtung--82--und damit der Transporttrommel, d. h. der Eingabefrequenz der digitalen Daten sorgt. Bei Beginn einer Steuerfolge für die digitalen Daten wird die Einleitung der Abfrage der digitalen Werte durch das von den Taktimpulsen gesteuerte Schieberegister --222-- um eine bestimmte Zeitspanne verzögert. Diese allgemeine Verzögerung sämtlicher Digitalwerte ermöglicht dann der Steuereinrichtung-88--, sowohl ein Voreilen als auch ein Nacheilen der einzelnen Digitalwerte, die von der Aufzeichnung --112-- abgelesen wurden, zu korrigieren.
Der Betrag der anfänglichen Grundverzögerungsdauer hängt von der ursprünglichen Genauigkeit der Antriebssteuer- vorrichtung --82-- ab, und die Anzahl n der Digitalwerte, die zur Korrektur im Zwischenspeicher gespeichert werden können, wird entsprechend den Geräteanforderungen und Betriebsbedingungen gewählt.
EMI5.2
Zeichenfreigabeimpuls durch einen Startimpuls auf der Leitung--224--eingeschaltet.
Das Schieberegister --222-- liefert ferner auf einer Leitung --236-- einen Rückstellimpuls für ein Rückstellschieberegister-238--. Die Rückstellsteuerung erfolgt durch eine "Wort-Freigabe-Plus-Eins"-Erregung des Schieberegisters-222--, um einen Schiebeimpuls auf der Leitung --236-- zur Rückstellung des Schieberegisters --238-- zu liefern, das aufeinanderfolgende Zählausgangssignale in üblicher Weise liefert.
Auf Ausgangsleitungen-240, 242, 244, 246.... 248 des
EMI5.3
beispielsweise den Zyklus für den ersten Datenwert, so wird zuerst der in der ersten Wortspeicherstufe - gespeicherte Digitalwert mittels eines vom Schieberegister --222-- auf die Leitung - -224-- gelieferten Wortfreigabeimpulses durch das erste Wortgatter --212-- geschleust und der nächstfolgende Impuls des Schieberegisters --222-- wird dann auf der Leitung --236-- erzeugt, der das Rückstellschieberegister --238-- so steuert, dass dieses einen Wortrückstellimpuls auf der Leitung --240-- erzeugt, welcher die erste Wortspeicherstufe-190-löscht und für den nächsten Speicherzyklus bereit macht.
Die Periodizität der Verwendung der verschiedenen Speicher- und Gatterstufen hängt selbstverständlich von der im ganzen gesehen geforderten Genauigkeit der Digitalwerte und den zugelassenen zeitlichen Schwankungen für die Digitalwerte ab.
Beim Auftasten der verschiedenen Wortgatter--212 bis 220--werden die jeweiligen Bits über eine Leitung --250-- parallel dem Digital-Analog-Umsetzer--98--zur Erzeugung des endgültigen Steuersignales zugeführt. Beim Digital-Analog-Umsetzer kann es sich um ein handelsübliches Gerät handeln. Wie erwähnt, kann die vorliegende Anlage in einem Messsystem verwendet werden, bei dem das analoge Steuersignal, das auf der Ausgangsleitung-100-des Umsetzers-98-auftritt, über
<Desc/Clms Page number 6>
EMI6.1
--18-- direktübertragung des Steuersignales für den Schwingungserzeuger und/oder zum Erzeugen eines Abbildes des Steuersignales für die Verarbeitung der empfangenen Signale an einen entfernten Ort übertragen werden.
Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt aus der in Fig. 3 dargestellten Schaltungsanordnung, in welchem ein Ausführungsbeispiel für die zu einem Digitalwert gehörenden parallelen logischen Schaltungen genauer dargestellt sind. Fig. 4 gilt dabei für das hier beispielsweise gewählte Digitalformat, bei welchem aus 12 Bits bestehende Digitalwerte in Form von zwei serienmässigen Zeichen dargestellt werden, selbstverständlich gibt es eine grosse Anzahl anderer Möglichkeiten, von denen man ebenso Gebrauch machen kann. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel enthält die erste Wortspeicherstufe-MO-- eine Anzahl von Flipflops, selbstverständlich kann man auch andere Zwischenspeichereinrichtungen verwenden, falls dies zweckmässig oder erforderlich ist.
Das Digitalzeichen wird durch Einzelköpfe--114a bis 114g--, die auf entsprechende Spuren ausgerichtet sind, abgelesen, wobei 7 Bits parallel erzeugt werden. Diese Bits, die jeweils 0 und 1 sein können, werden dem ODER-Gatter --120-- zugeführt, das auf der Leitung --122-- für jedes Zeichen einen Verschiebeimpuls liefert. Dieser Verschiebeimpuls tritt selbst dann auf, wenn alle Bits des eigentlichen Zeichens 0 sind, da dann das Paritätsbit, das durch den Kopf --114A-- abgelesen wird und auf der Leitung --116a-- auftritt, wegen der ungeraden Parität den Wert 1 hat. Der Zeichenzählimpuls auf der Leitung -122-- steuert das Zeichenschieberegister-124--, das einen entsprechenden Freigabeimpuls liefert.
Die durch die Köpfe--114b bis 114g-abgelesenen Bits werden über Leitungen-118b bis 118g--Verstärkern-Al bis A6-- in der Schwingungsformungs- und Verstärkerschaltung
EMI6.2
Zeichengattern parallel zugeführt. Wie Fig. 4 zeigt, besteht jedes Zeichengatter aus sechs parallelen UND-Gattern, die jeweils die übertragung eines Informationsbits steuern.
Die verschiedenen Bits werden also über die Adern --128b bis 128g-entsprechenden UND-Gattern-130b bis 130g-des ersten Zeichengatters-130--, parallel dazu den entsprechenden Eingängen von UND-Gattern-132b bis
EMI6.3
parallelen Flipflops-260 bis 271-besteht. Die Ausgänge der Flipflops--260 bis 271-stehen dann auf Ausgangsleitungen--272 bis 283-an den Eingängen von UND-Gattern-284 bis 295-des ersten Wortgatters-212-zur Verfügung. Den UND-Gattern-284 bis 295-wird durch das Schieberegister --222-- über die Leitung --224-- ein Freigabeimpuls parallel zugeführt.
Ein "Wortfreigabe-Plus-Eins"-Ausgangsimpuls des Schieberegisters --222-- wird über die Leitung --236-- dem Rückstellschieberegister --238-- zugeführt. Die aufeinanderfolgenden Ausgangsimpulse des Rückstellschieberegisters --238-- gelangen dann auf der Leitung --240-- parallel zu allen Flipflops--260 bis 271--, um diese zurückzustellen, nachdem die in ihnen gespeicherten Digitalwerte herausgeschleust oder vom Gerät verwertet worden sind. Wie Fig. 4 zeigt, tritt eine
EMI6.4
--222-- einenDigital-Analog-Umsetzer --98-- parallel zugeführt werden.
Die parallelen Adern der Leitung --250-- sind, was in Fig. 4 zur Vereinfachung nicht dargestellt ist, selbstverständlich auch noch mit den übrigen Wortgattern --214 bis 220-- (Fig. 3) verbunden, die der Reihe nach erregt werden, so dass der Digital-Analog-Umsetzer --98-- alle durchgeschleusten Digitalwerte der Reihe nach verwertet und hiebei das gewünschte Analogsignal für das Messsystem erzeugt.
Arbeitsweise
Die vorliegende, digitale Raten- oder Frequenzsteuereinrichtung liefert ein Steuersignal, das ein
<Desc/Clms Page number 7>
störschwingungsfreies Spektrum hat und dadurch die Möglichkeiten bei seismischen Untersuchungen voll auszuschöpfen gestattet. Die mit Trommeln arbeitenden bekannten Anlagen, die derzeit zur
Bildung und übertragung von Steuersignalen für seismische Schwingungserzeuger verwendet werden, weisen Drehzahlschwankungen auf, die ein entsprechend moduliertes Spektrum des Steuersignales ergeben. In der Praxis lassen sich solche Geschwindigkeitsschwankungen solcher mit Trommeln arbeitenden analogen Geräte nicht vermeiden, sie können jedoch durch die Steuereinrichtung gemäss der
Erfindung kompensiert werden.
Als erstes wird eine digitale Aufzeichnung, die das gewünschte Steuersignal für den
Schwingungserzeuger darstellt, mittels eines Computers oder einer andern geeigneten Einrichtung hergestellt. Frequenzbereich und Frequenzgehalt des Steuersignales können den speziellen Eigenschaften des Terrains und andern Faktoren, die die Messung beeinflussen, Rechnung tragen. Beim dargestellten typischen Ausführungsbeispiel wird für die Aufzeichnung (Fig. 2B und Fig. 4) ein bekanntes Format verwendet, das mit sieben parallelen Spuren auf einem digitalen Band arbeitet. Eine der äusseren Spuren enthält Paritätsbits, die einer ungeraden Parität entsprechen, während die andern sechs Spuren sechs Informationsbits tragen, die ein Zeichen bilden. Ein Digitalwert (Wort) besteht aus zwei aufeinanderfolgenden Zeichen.
Die folgende Erläuterung bezieht sich auf Fig. 3, soweit es nicht besonders vermerkt wird. Die digitale Aufzeichnung --112-- des Steuersignales wird auf der Transporttrommel-HO-- montiert, deren Antrieb durch die Antriebssteuervorrichtung --82-- und den Präzisionsoszillator --90-- gesteuert werden. Grössere Drehzahlschwankungen der Transporttrommel-110-können in üblicher Weise durch Phasensynchronisation der Antriebssteuervorrichtung --82-- mit dem Präzisionsoszillator-90--, welcher das Norm-Zeitsignal liefert, korrigiert werden.
Grosse Phasenfehler können also nicht auftreten und die in Form nieder- oder höherfrequenter Schwankungen auftretenden kleinen Phasenfehler, die das Spektrum des Steuersignales modulieren würden, werden durch die digitale Steuereinrichtung --88-- beseitigt. Die Zeichen werden durch den Mehrfachkopf --114-nacheinander von der digitalen Aufzeichnung --112-- abgelesen, und die dabei erzeugten parallelen Bits der verschiedenen Zeichen werden im Takt durch die Steuereinrichtung-88-durchgeschleust, welche einen Zwischenspeicher enthält, und anschliessend werden die aufeinanderfolgenden digitalen Zeichen mit einer äusserst konstanten Frequenz wieder hergestellt, so dass ein sehr genaues und störungsfreies Analogsignal gebildet werden kann.
Jedes aus sechs parallelen Bits bestehende Zeichen durchläuft dabei das ODER-Gatter-120-, um auf der Leitung --122-- einen Zeichenverschiebeimpuls zu erzeugen, der das Zeichenschieberegister-124-weiterschaltet. Dieselben sechs parallelen Bits werden durch die Schwingungsformungs- und Verstärkerschaltung --126-- und die verschiedenen UND-Gatter (z. B. die Gatter-130b bis 130g in Fig. 4) der jeweiligen Zeichengatter-130 bis 148-parallel durchgeschleust. Dabei werden sechs parallele Bits eines Zeichens nur jeweils durch ein Zeichengatter entsprechend dem Zustand des Zeichenschieberegisters-124-und entsprechend der erregten Ausgangsleitung-150 bis 168-durchgelassen.
Fig. 4 zeigt dies für das erste und das zweite Zeichengatter-130 bzw. 132--, die durch einen ersten und einen zweiten Zeichenfreigabeimpuls auf der Leitung --150 bzw. 152-aufgetastet werden. Wenn also das erste Zeichen von der digitalen Aufzeichnung --112-- abgelesen wird und das Zeichenschieberegister-124-unter Steuerung durch das ODER-Gatter-120-einen ersten Zeichenfreigabeimpuls auf der Leitung-150erzeugt, werden die UND-Gatter-130b bis 130g-des ersten Zeichengatters aufgetastet und die sechs abgelesenen Bits des Zeichens, die über die Leitungen--118b bis 118g-und die Verstärker --Al bis A6-- den UND-Gattern --130b bis 130g-des ersten Zeichengatters zugeführt werden,
EMI7.1
die UND-Gatter-132b bis 132g-des zweiten Zeichengatters auftastet, so dass diese die entsprechenden Bits, die ihnen durch die parallelen Adern des Kabels --128-- zugeführt werden, zu den Flipflops-266 bis 271-der ersten Wortspeicherstufe --190-- zur Speicherung durchlassen.
Nachdem beide Zeichen des ersten Digitalwertes abgelesen und zur Speicherung in der ersten Wortspeicherstufe-190-durchgeschleust worden sind, liegen die entsprechenden Bits auf den verschiedenen Eingangsleitungen-272 bis 283-der UND-Gatter-284 bis 295-des ersten Wortgatters-212--.
Das durch die Taktimpulse vom Oszillator --90-- gesteuerte Schieberegister - 222-- liefert dann auf den Leitungen-224 bis 232-nacheinander Wortfreigabeausgangsimpulse an die verschiedenen Wortgatter --212 bis 220--, deren UND-Gatter dadurch aufgetastet
<Desc/Clms Page number 8>
werden und die 12 Bits des ganzen Digitalwertes zum Digital-Analog-Umsetzer --98-- durchlassen. Der Digital-Analog-Konverter --98-- ist eine passive Einrichtung, die die Ausgangssignale der Wortgatter über die Leitung --250-- empfängt und aus diesen Signalen einen entsprechenden Analogspannungspegel erzeugt.
EMI8.1
liefert es einen Freigabeimpuls auf der Leitung-234--, der das durch die Taktimpulse betätigte Schieberegister --222-- freigibt. Wenn das Schieberegister --222-- zu arbeiten beginnt, werden auf den Leitungen-224 bis 232-Wortfreigabeimpulse erzeugt, so dass die aufeinanderfolgenden Digitalwerte der Reihe nach über die entsprechenden Wortgatter-212 bis 220-zur Umwandlung in Analogsignale zum Umsetzer --98- durchgelassen werden. Das Schieberegister--222--wird eine bestimmte Anzahl von Schritten nach Arbeitsbeginn des Zeichenschieberegisters--124--in Betrieb gesetzt, um einen einwandfreien Fluss der Digitalwerte zu gewährleisten.
Insbesondere wird die Hälfte der Wortspeicherstufen gefüllt, bevor das Schieberegister --222-- mit der Freigabe von Digitalwerten zur Weiterleitung an den Umsetzer-98-beginnen kann. Hiedurch können Schwankungen beiden Vorzeichens, also Voreilungen und Verzögerungen in der Geschwindigkeit, mit der die Zeichen vom digitalen Band abgelesen werden, kompensiert werden, so dass die digitalen Werte mit einer genau festgelegten Frequenz ausgeschleust werden. Wieviel Speicherplatz erforderlich ist, hängt von der Grösse
EMI8.2
kurzzeitigen Schwankungen kleiner als 0, 5% sind und bei Verwendung eines digitalen, frequenzmodulierten Schwingungssignales (dessen Frequenz sich zeitlinear ändert), das jede Millisekunde abgetastet wurde, genügen zehn Wortspeicherplätze, um ein konstantes Ausgangssignal und konstantes umgesetztes Analogsignal zu erzeugen.
Mit zunehmenden Geschwindigkeitsschwankungen muss auch die Speicherkapazität erhöht werden, um den zeitlichen Fluss der Digitalwerte zum Umsetzer-98- einwandfrei steuern zu können.
Die Wortspeicherstufen--190 bis 200--werden jeweils durch das Rückstellschieberegister - -238-- zurückgestellt, nachdem der in der betreffenden Stufe gespeicherte Digitalwert zum
EMI8.3
--98-- weitergeleitetWortrückstelleitung--240 bis 248--erregt und die zugehörige Wortspeicherstufe löscht. Auf diese Weise ist das zyklische Herauslesen, Speichern und Freigeben von Digitalwerten immer wieder möglich. Wenn die Grenze der Speicherkapazität erreicht ist, beginnt die Speicherung wieder beim ersten Speicherplatz, der ja nach der Übertragung des gespeicherten Digitalwertes zum Digital-Analog-Umsetzer - 98-gelöscht worden war.
Dieser Zyklus wiederholt sich, bis das ganze Steuersignal für den Schwingungserzeuger abgelesen
EMI8.4
anschliessend mit konstanter Frequenz ausgegeben worden ist. Dies kann mittels einer zyklischen Zwischenspeicherung der Digitalzeichen in einer begrenzten Anzahl von Wortspeicherplätzen und Gattern erfolgen, solange die Anzahl der Wortspeicherplätze und Gatter für die Kompensation der Schwankungen bei der Abtastrate ausreicht.
Bei manchen Transporteinrichtungen, deren Verwendung denkbar ist, können langzeitlich Schwankungen in der Grössenordnung von plus oder minus 3% auftreten. Zur Kompensation von Schwankungen dieser Grösse würde eine erheblich grössere Speicherkapazität als beim erläuterten Ausführungsbeispiel erforderlich sein. Eine solche Erhöhung der Speicherkapazität würde dann die Verwendung eines kleinen Kernspeichers als Zwischenspeicher an Stelle von Flipflops rechtfertigen, da die Kosten eines grösseren Flipflopspeichers nicht mehr tragbar sind. Eine andere Lösung würde darin bestehen, einen grösseren Kernspeicher mit wahlfreiem Zugriff zu verwenden, der ausreicht, um das gesamte digitale Steuersignal zu speichern, so dass die Transporttrommel oder eine entsprechende andere Transportvorrichtung entfallen können.
Auch in diesem Falle würden sich jedoch erheblich höhere Anlagekosten ergeben.
Für das vorliegende Steuersystem können die Ergebnisse von seismischen Untersuchungen erheblich verbessert werden. Die Genauigkeit des auf digitalem Wege erzeugten Steuersignales ermöglicht die Planung und Durchführung von seismischen Messungen, bei denen die störenden
<Desc/Clms Page number 9>
Einflüsse von Gerätefehlem dadurch stark herabgesetzt werden, dass der seismische Schwingungserzeuger und damit das Eingangssignal wesentlich genauer definiert sind als bisher.
Das beschriebene Ausführungsbeispiel lässt sich selbstverständlich in der verschiedensten Weise abwandeln, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Anlage zur Steuerung eines seismischen Schwingungserzeugers, mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines gewünschten Steuersignales mit vorgegebener Frequenzcharakteristik in Form von aufeinanderfolgenden Digitalwerten, einer Registriervorrichtung zum Aufzeichnen der Digitalwerte, einer Wiedergabevorrichtung zum Abspielen der aufgezeichneten Digitalwerte und einem Digital-AnalogUmsetzer, der ein den Schwingungserzeuger steuerndes Analogsignal liefert, gekennzeich- net durch einen Zwischenspeicher (190 bis 200) zur Speicherung aufeinanderfolgender Gruppen der abgespielten Digitalwerte und eine durch das Ausgangssignal eines Oszillators (90) hoher Stabilität gesteuerte und den Digital-Analog-Umsetzer (98) speisende Abfrageanordnung (212 bis 220)
zum Herauslesen der aufeinanderfolgenden Digitalwerte aus dem Zwischenspeicher.