CN1085708A - 信号数字化传输方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明为简化将各个传感器接收的信号传输至 远端站，传感器与一个当地电子模块相关联，该模块 将所接收的模拟信号变换为编码的位流，位流不进行 任何预先的格式化就发送到传输通道上，在远端站在 信号被送到一数字滤波器之前被译码，数字滤波器以 数字样本串的形式存储所接收的信号。本发明用于 例如地震数据的传输。

Description

信号数字化传输方法和设备

本发明涉及一种将传感器产生的信号传输至中心站的方法以及实施它的设备。

本方法尤其适用于声波或地震信号的传输，特别有利于将包含相当大数量的、例如地震法勘探中经常采用的那类传感器在内的接收设备所采集的信号集中于单个记录站。

由地震传感器(地震检波器或水中地震检波器)或几个互连传感器构成的地震接收器检取的信号可以以模拟形式经导线或电缆传输到记录站。当传输距离比较长时，通常最好采用靠近传感器或接收器的探测设备，它用于对接收的信号进行取样和数字化，并用于存储和将它们经过专用传输通道或几个探测设备共用的传输通道传输到中心站。通常所产生的数字化字被编码用于其传输。例如其采用的是允许传输数据和时钟信号的双极型编码(A.M.I.，HDB3，曼彻斯特编码等)，它们被组合成具有标识符、误码检测符或者同步前缀或后缀的传输帧。对于这些变换尤其可以采用包含调制器与数字滤波器组合在内的过取样型模数变换器。调制器是δ-∑型的，以较高的取样频率(例如265KHz)按连续位流(bitstream)形式顺序产生低分辨率的数字化字，这些字具有与所加的模拟信号幅度成正比随时间变化的平均幅度。这些字典型地仅包括一位。数字滤波器与调制器输出相连，由此接收位流并产生频率低得多的高分辨率数字化字(例如16至24位)，此操作称为抽取(decimation)。例如在美国专利US-A-4,866,442；4,943,807；4,994,804或法国专利申请FR-90/11,527中叙述了这类变换器。

在某些情况下在传感器或接收器的附近可以就地实现模拟信号至数字化字的变换。例如专利US-A-5,051,799叙述一传输设备，模拟信号被加到一包含与抽取数字滤波器相关联的调制器在内的当地过取样型变换器，变换器送出的数字化字通过增加误码校正位组成一传输帧，并在传输通道上发送。

不论采用何种变换器，可以探测信号，可以使模数变换产生的数字化字格式化，还可以发送所形成的每一帧的当地模块总是比较贵的，而且其功率消耗也比较高。

本发明的方法可以简化将模拟信号(诸如接收器采集的信号)传输到远端记录站通常需要的操作。它包括以下的组成：

——用使模拟信号变换为位流的当地调制器获取要传输的每一模拟信号；

——允许远端站与每一调制器同步的至少一个时钟信号的传输；

——无需格式化，在传输通道上对各个位流的直接发送；以及

——通过远端站的数字滤液，把所接收的每一位流变换为对传输的模拟信号进行转换的数字化字。

时钟信号的传输例如是由时钟信号对位流编码获得的，以便在发送位流的同时发送它，这种时钟信号可以对各个当地调制器相区别，或用一外部的同步单元为几个当地调制器产生。

时钟信号的传输还可以靠单独传输每个时钟信号(例如从远端站传输至每个当地调制器)来获得。

实施的装置包括：

——至少一个当地电子模块，包括一用于将各个模拟信号变换成位流的调制器，和在传输通道上发送各位流的一发送器；

——至少一个同步单元，它产生一时钟信号，允许每一调制器与远端站同步；以及

——至少一个接收模块，包括一接收器和将所接收的各位流变换为数字样本的数字滤波器。

为了对每一位流进行编码允许与位流同时传输时钟信号，可以用一编码单元与每一调制器相关联，远端站至少有一个与编码单元相对应的译码单元。

此设备包括例如一产生时钟信号的同步单元，此单元与每个当地调制器相关联，或由几个当地调制器共用，或与远端站相关联。在这种情况下，此设备至少包括进一步与第一传输通道不同的第二通道，用来使远端站中的同步单元与几个当地调制器相联。

在传输通道为导线的场合，此设备还可以包括用于在每条传输线上传送电流以每个当地模块供电的隔离装置。

由于这样一种功能分配，当地数字化装置较小。它可以放在传感器壳体内，而其功率消耗较低，它可以实现用电池供电。与本领域的已知方法不同，无需任何格式化操作就可以进行传输。因而接连的位是相互独立的，而对各位流进行的数字滤波(或抽取)具有减小干扰引起的传输失误的效果。因而可以以有吸引力的代价容易地构成复杂的信号接收设备。当地数字化模块的简化可以以更低的代价使每个传感器分别接收的信号传送到中心站。优点还在于它允许操作者无需外出到现场而从中心站随意组合初级信号，在任何时候改变信号接收设备的性能以使之适应特定的接收状况。

本发明方法和设备的其他特征和优点通过结合附图阅读以下以非限定实例方式给出的实施例的说明将会清楚。

图1以图解方式表示传输数字信号设备的一个熟知的实施例。

图2示出在每个当地模块中有同步装置的本发明实施例。

图3以图解方式表示前一实施例的第一种变形。

图4以图解方式表示此实施例的第二种变形。

图5示出所用的传输通道是导线时向与传感器相联的当地模块提供电力的电路图。

利用数字化传输的通常的方法是与诸如地震检波器之类的一传感器或一接收器G组成一采集链路(图11)，其中包含一例如是过取样型模数变换器CAN以及与之相关联的同步单元H。来自变换器CAN的数字化字被送给一熟知类型的格式化电路FC，它使它们按每组K个字n1，n2，…nk组合在一起(k是任意预先规定的整数)，并且各组加上帧识别符和识别前缀Px和识别后缀Sx。每个格式化的编组接着由电路CD编码，并被送到合适的传输通道V。在这种情况下，接收链路除了包括一译码器DCD以外，还必须包括用来存储数字化字的去格式化电路DE。

本发明的设备(图2)包括与一传感器G相关联的一当地模块M。此模块ML包括一接收传感器G的信号的电路1，它包括例如一前置放大器2和一滤波器3。经电路1接收后，此模拟信号送给调制器4(例如是δ-∑型的)，从而以同步单元5确定的高频F(例如256KHz)产生字长1位的字。例如可以采用晶体半导体公司(Crystal Semiconductors Company)制造的CS 5323型调制器。调制器4来的1位字串在此直接送给一采用预先规定编码(诸如HDB3编码，多电平编码，适于光传输的CMI-3编码等)的编码电路6，使得时钟信号与此信号同时被传送。编码的位流随后由与传输通道V相接的一发送器7：赫兹调制器、发光二极管等送到传输通道。

接收信号的中心模块MC包括一接收链路，在本例中此链路包括一接收器8和一与编码电路6相对应的译码电路9。此后，已译码的位流送给一数字滤波器10，它执行抽取，以便以比过取样频率F低得多的取样频率f产生更高分辨率的字(16或24位)，这些数字化字存储在存储器11中。例如可以采用晶体半导体公司制造的CS5322型数字滤波器或TRW公司制造的TMC2242型滤波器。

根据图3的变形，采用与单元4相似的设置在当地模块以外的一个或几个同步单元12，每个单元与几个模块ML1、ML2、ML3…MLk相联。

根据图4所示的另一变形，也可采用与前述的单元5相似，但配置在远端站CU的同步单元13。在该例中，由引中心同步单元13产生的时钟信号可经一独特的线14传输至位于几个传感器G1至Gk附近的一分配单元15，再经导体16分配时钟信号至各个有关的当地模块ML1至MLk。

每个传输通道还可以增加用于将站CU产生的共用的时钟信号分开传送至各当地模块的另外的导电体。

当采用一传输线将各当地模块M与远端站连接时，例如可以如图5所示经同一传输线向该模块供电。中心模块MC与相应的当地模块ML连接至传输通道V，此传输通道V由线变压器17、18将它们连接在一起，并允许中心站与电源19连接，19向线的另一端的电压调整设备20直接供电，20产生向当地模块ML电路供电电压。

以上描述的实施例包括允许在传输通道V1…Vk上在传输各种位流的同时传输时钟信号的译码装置6、9。这些装置是有效的，通常用来在相当长的传输通道上减少传输错误。但在不脱离本发明范围的前提下，传输距离足够短时这些编码和译码装置可省略。

在不脱离本发明范围的前提下，此专用数字滤波器10还可以用例如模拟器件公司(Analog Device Company)制造的一个或几个DSP型处理器(编号为2205)来替换，为完成上面所述的滤波，要对这些处理器进行编程。

Claims (16)

1.一种用于简化将模拟信号诸如传感器接收的信号传输至远端站的方法，其特征在于包括：

采用把模拟信号变换为位流的当地调制器来获得每个要传输的模拟信号；

至少传输一个时钟信号以允许远端站与每个调制器(ML)同步；

无需格式化，将每个位流直接在传输通道上发送；

由远端站的数字滤波器将所接收的每个位流变换为把所传输的模拟信号加以转换的数字化字。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于包括用一时钟信号对各位流进行编码，从而在发送位流的同时发送时钟信号，以此来发送所述时钟信号。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于包括对各个当地调制器产生不同时钟信号。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于包括：对几个当地调制器产生一个时钟信号。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于包括：是用分开发送各个时钟信号的办法来发送时钟信号的。

6.如前面权利要求所述的方法，其特征在于包括：所述时钟信号是由远端站发送至各个当地调制器的。

7.一种用于简化将模拟信号诸如传感器接收的信号传输至远端站的设备，其特征在于包括：

至少一个当地模块，它包括：一用于将每个模拟信号变换为一位流的调制器，和一将每个位流在一传输通道上发送的发送器；

至少一个同步单元，它产生一时钟信号以允许各个调制器与远端站同步；以及

至少一个接收模块，它包括一接收器和将接收的每一位流变换为数字取样的一滤波装置。

8.如权利要求7所述的设备，其特征在于包括：与每个调制器相关联的有一个编码单元，用来对每一位流进行编码，以允许在传输位流的同时传输时钟信号；和远端站中至少一个与编码单元相对应的译码单元。

9.如权利要求8所述的设备，其特征在于包括与每个当地调制器相关联的同步单元。

10.如权利要求9所述的设备，其特征在于包括与几个当地调制器相关联的公用同步单元。

11.如权利要求7所述的设备，其特征在于包括：至少一个与远端站相关联的同步单元；以及至少一个与第一通道相区别的第二传输通道，用于将所述同步单元与几个当地调制器连接。

12.如权利要求7至11任一项所述的设备，其特征在于第一传输通道包括线，该设备包括用于在每一传输线上传送电流以向各当地模块供电的隔离装置。

13.如权利要求7或8所述的设备，其特征在于每个当地模块包括双极编码装置。

14.如权利要求7或8所述的设备，其特征在于各当地模块包括多电平编码装置。

15.如权利要求7所述的设备，其特征在于传输通道包括光纤，每一当地模块包括CMI-3型编码装置。

16.如权利要求7至15任一项所述的设备，其特征在于每一当地模块包括在其应用前接收模拟信号的装置或调制器。

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