DE1025177B

DE1025177B - Photoelektrische Rechenvorrichtung

Info

Publication number: DE1025177B
Application number: DESCH15494A
Authority: DE
Inventors: Henri-Georges Doll
Original assignee: Schlumberger Well Surveying Corp
Current assignee: Schlumberger Well Surveying Corp
Priority date: 1953-06-02
Filing date: 1954-06-01
Publication date: 1958-02-27
Also published as: BE529297A; CH333231A; GB769531A; FR1107902A; US2859916A

Description

Die Erfindung betrifft selbsttätige Redienvorrichtungen, insbesondere solche, bei denen, ein ständig den Wert einer bestimmten Funktion einer Mehrzahl von unabhängig Veränderlichen darstellendes Signal vorgesehen, ist, welches auf diese Veränderliche repräsentierende Signale anspricht.

Eine bekannte Rechenvorrichtung dieser Art (US A.Patent 2 415190) weist einen Schirm auf, auf den eine Kurvenschar aufgezeichnet ist, die die Funktion s = f (x, y) darstellt. Die Kurven, auf dem Schirm werden durch die Ablenkspur des Strahles einer Kathodenstrahlröhre geschnitten, die sich zwischen den Punkten χ = 0, y = 0 und einem Punkt, der den augenblicklichen Werten, von χ und y entspricht, erstreckt.

Auf diese Weise hat diese Ablenkspur eine Länge und eine Winkellage, die von χ und y abhängen, und es werden mit Hilfe einer photoelektrischen Zelle und eines Integrators die Lichtimpulse, die der Anzahl der von der Spur geschnittenen Kurven entspricht, gezählt und dadurch der augenblickliche Wert von s angezeigt.

Um die Ablenkspur bei dieser bekannten Rechenvorrichtung herzustellen, wird eine Wechselspannung den beiden Ablenkungsplattenpaaren der Kathodenstrahlröhre über entsprechende Verstärker mit veränderlicher Verstärkung zugeführt. Die Verstärkung der einzelnen Verstärker wird entsprechend den augenblicklichen Werten einer der Veränderlichen χ und y gesteuert. Eines der Erfordernisse, die die Verstärker zu erfüllen haben, ist schwer zu erreichen, nämlich eine Verstärkung, die über den gesamten Arbeitsbereich genau proportional den Änderungen der unabhängig Veränderlichen verläuft. Infolgedessen sind genaue Berechnungen innerhalb des gewünschten Arbeitsbereiches nicht möglich.

Es ist nun Gegenstand der Erfindung, die selbsttätige Rechenvorrichtung der erwähnten Art so zu verbessern, daß größere Genauigkeit als bisher beim Rechnen erzielt wird. Dabei soll die Vorrichtung trotz ihrer guten. Wirksamkeit und Arbeitsgenauigkeit verhältnismäßig einfach gebaut sein.

Weiter soll gemäß der Erfindung die Vorrichtung so eingerichtet sein, daß sie in besonders guter Weise mit einer elektrischen Bohrlochuntersuchungsvorrichtung verbunden werden kann.

Zu diesem Zweck weist die Rechenvorrichtung gemäß der Erfindung einen Schirm auf, dessen Untergrund eine bestimmte Wirkung auf einfallende Strahlungsenergie hat, sowie eine Kurvenschar auf diesem Untergrund, bei der diese Wirkung eine andere ist. Es wh'd ein Strahlenbündel auf den Schirm geworfen, und es sind Mittel vorgesehen, um den Schirm und den Strahl gegeneinander unter einem im wesentlichen Photoelektrische Rechenvorrichtung

Anmelder:

Schlumberger Well Surveying Corporation, Houston, Harris, Tex. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Marsch, Patentanwalt,
Schwelm (Westf.), Drosselstr. 31

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 2. Juni 1953

Henri-Georges Doll, Ridgefield, Conn. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

feststehenden. Winkel periodisch zu verschieben, so< daß der Strahl auf dem Schirm eine Spur erzeugt, wobei eine Modulation des Strahles erfolgt. Die Lage der Spur wird durch zwei Größen festgelegt, die den augenblicklichen Werten der zwei unabhängig Veränderlichen entsprechen, wodurch somit die Modula,-tion. des Strahles gesteuert wird.

Die Vorrichtung besitzt ferner Mittel zur Ableitung eines elektrischen Signals, das für die vorerwähnte Modulation charakteristisch ist. Sowohl die Anordnung der Erfindung als auch die Art ihrer Verwendung werden durch die Zeichnungen verdeutlicht.

Fig. 1 ist ein Schema einer automatischen Rechenvorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 zeigt eine Schar als Beispiel dienender Kurven, die zweckmäßig für die Erläuterung der Arbeitsweise der Rechenvorrichtung nach Fig. 1 verwendet werden können;

Fig. 3 und 4 zeigen Abänderungen der Vorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 5 zeigt eine Rechenvorrichtung nach Fig. 1 in Verbindung mit einer elektrischen. Bohrlochuntersuchungsvorrichtung ;

Fig. 6 und 7 veranschaulichen im einzelnen die Schaltbilder von Teilen der in Fig. 5 gezeigten Rechenvorrichtung;

Fig. 8 ist ein Schaltbild in einer abgeänderten Form, das bei der Kopplung zwischen einem Bohrlochuntersuchungsapparat und einer Rechenvorrichtung gemäß Fig. 5 verwendet werden kann.

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Die in Fig. 1 dargestellte Rechenvorrichtung zeigt eine Kathodenstrahlröhre 10., die mit dem üblichen Elektrodensystem 11 versehen ist, das einen Strahl von Elektronen auf einen fluoreszierenden Schirm 12 wirft. Der Elektronenstrahl wird durch ein Ablenkungssystem gesteuert, 'welches zwei waagerechte Ablenkungsplatten 13 und zwei senkrechte Ablenkungsplatten 14 aufweist. Natürlich können an Stelle der Ablenkungsplatten auch Ablenkungsspulen verwendet werden.

Der Elektronenstrahl von dem Elektrodensystem 11 wird auf einem fluoreszierenden Schirm 12 als kleiner Punkt fokussiert, wodurch eine Lichtquelle entsteht, die; vorzugsweise mit Frequenzen im sichtbaren Teil elektrisches Signal ab, dessen Amplitude dieser Zahl entspricht, eine Ablesevorrichtung 24, z. B. ein Voltmeter, gibt diese Zahl ständig an.

Die Teile 15, 22, 23 und 24 können alle bekannter Bauart sein, infolgedessen ist eine genaue Beschreibung dafür überflüssig.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung kann aus Fig. 2 ersehen werden, die den Schirm 16 zeigt. Der Bequemlichkeit wegen ist ein A'-^-Koordinaten-Achsensystem ίο mit gekennzeichneten Werten für χ und 3) aufgezeichnet. Außerdem sind die verschiedenen Kurven 17 mit verschiedenen Werten bezeichnet.

Es sei zunächst angenommen, daß die augenblicklichen Werte von χ und ν 2 bzw. 3,5 Einheiten sind.

des Spektrums emittiert. Ein Ablenkspannungs- 15 Die entsprechende Spannung, die den Klemmen 18, erzeuger (sweep generator) ist mit den senkrechten 19 zugeführt und so auf das Ablenkungssystem 13, 14

übertragen wird, bewirkt, daß die Ablenkspur auf dem Schirm 12 als Linie T (Fig. 2) erscheint, deren oberes Ende p an dem Punkt χ = 2, y = 3,5 liegt. In diesem Falle schneidet die Ablenkspur T diejenigen der Kurven 17, die mit 1, 2 und 3 bezeichnet sind. Es werden demnach bei je einer Hälfte des Dreieckweges des Strahles drei Lichtunterbrechungen und drei entsprechende elektrische Impulse erzeugt. Bei jeder Abtastperiode zählt der Integrator 23 sechs elektrische Impulse, und die Anzeigevorrichtung 24 ist so eingestellt, daß sie eine Ablesung von drei Einheiten als Ergebnis der durch den Integrator 23 zugeführten

Ablenkungsplatten 14 gekoppelt und führt diesen eine Spannungswelle von dreieckiger Form zu. Auf diese Weise wird, eine leuchtende Ablenkspur auf dem fluoreszierenden Schirm entwickelt.

Die Vorrichtung enthält ferner einen durchsichtigen Schirm 16, auf dem eine Kurvenschar 17 undurchsichtig aufgezeichnet ist. Der durchsichtige Teil des Schirmes 16 bildet auf diese Weise einen Untergrund, dereine bestimmte Wirkung auf einfallende, strahlende Energie ausübt, d. h., er läßt einfallende Lichtenergie im wesentlichen ohne Abschwächung durch. Da die Kurvenschar 17 undurchsichtig ist, hat sie eine andere Spannung ergibt.

Es ist natürlich klar, daß, wenn an Stelle einer gleichseitig dreieckigen Ablenkung eine sägezahnartige verwendet wird, die der Anzahl der geschnittenen Kurven gleiche Anzahl von Impulsen abgeleitet wird. Es hat sich jedoch in der Praxis ergeben, daß eine beiden unabhängig Veränderlichen aufgezeichnet sind. 35 gleichseitig dreieckige Welle, die eine größere Ampli-

Wirkung, d. h., sie schwächt einfallende Lichtenergie ab. Der Schirm 16 liegt hinter dem fluoreszierenden 3" Schirm 12, so· daß er vom Licht auf dem Fluoreszenzschirm getroffen wird. Die Kurven 17 können z. B. aufeinanderfolgende Werte einer abhängig Veränderlichen darstellen, die im Koordinatensystem der

Da der Lichtpunkt auf dem fluoreszierenden Schirm 12 entsprechend der von dem Ablenkspannungserzeuger kommenden Welle periodisch verschoben wird, werden der Lichtstrahl und der Schirm gegentudenstabilität und eine bessere Linienform hat als eine sägezahnartige Welle, durch die Verwendung der üblichen Schaltungen ohne eine übermäßige Komplikation der Vorrichtung hergestellt werden kann. Um

einander in einer etwa feststehenden Winkellage 4o mit der dreieckigen. Welle arbeiten zu können, wird

periodisch verschoben. Auf diese Weise wird der Schirm mit einem Lichtstrahl in einer Richtung abgetastet, die immer senkrecht ist. Um die Werte der unabhängigen Veränderlichen χ und y einzuführen, werden" Spannungen mit einer Charakteristik, z. B. einer Amplitude, die. die augenblicklichen Werte der Veränderlichen χ und y darstellt, den Klemmen 18 bzw. 19 zugeführt. Die Klemmen 18 sind mit den waagerechten Ablenkungsplatten 13 verbunden, wäh-

45 die Ablesevorrichtung 24 so geeicht, daß eine Anzeige der halben Anzahl der Impulse entsteht, die durch den Integrator 23 in jeder Abtastperiode gezählt werden.

In dem folgenden Arbeitszeitraum, der jetzt zu betrachten ist, sei angenommen, daß die Werte von χ und y vier und sechs Einheiten sind. Die Ablenkspur wird bei der Übertragung nach T' verschoben, wobei ihr oberer Endpunkt ρ' χ = 4 und j¹ = 6 entspricht.

rend" die Polklemmen 19 mit den senkrechten Ableu- 5o Die Ablenkspur T schneidet die ganze Kurvenschar kungsplatten 14 in Verbindung sind. Dementsprechend 17 (fünf Kurven), infolgedessen werden zehn elekwerden sowohl· der Elektronenstrahl innerhalb der irische Impulse durch den Integrator 23 bei jeder hin-Kathodenstrahlröhre als auch der sich ergebende und hergehenden Abtastbewegung gezählt, und die Lichtstrahl von dem fluoreszierenden Schirm 12 ent- Abgabevorrichtung 24 liefert eine Anzeige von fünf sprechend den Werten der unabhängig Veränderlichen 55 Einheiten.

eingestellt. Die Anzahl der Kurven 17, die durch die Ablenkspur während der periodischen Ablenkung geschnitten werden, wird auf diese Weise festgelegt, wobei eine entsprechende Zahl von Lichtschwankungen hinter dem Schirm 16 auftritt. Die durch den Schirm 16 geänderte Lichtenergie wird durch eine Sammellinse 12 gesammelt und auf eine photoelektrische Zelle 21 konzentriert. Die Zelle 21 erzeugt eine Anzahl von elektrischen Impulsen entsprechend der Anzahl der einfallenden Lichtimpulse, diese steuern einen Impulserzeuger 22, der die entsprechende Zahl elektrischer Impulse fester Amplitude und Dauer an einen Integrator 23 abgibt. Der Integrator 23 zählt die Anzahl der elektrischen Impulse, die innerhalb einer Bei dem letzten Arbeitszeitraum, der betrachtet werden soll, seien die augenblicklichen Werte von χ und 3» 6 bzw. 0,5. Die Spur wird dabei in die Stellung verschoben, die bei T" gezeigt ist, wobei das obere Ende p" bei dem entsprechenden Wert für χ und y liegt. Es ist klar, daß unter dieser Bedingung keine der Kurven in der Kurvenschar 17 durch die Ablenkspur geschnitten und keine elektrischen Impulse hervorgebracht werden, der Integrator 23 also keinerlei Abgabe erzeugt. Dieser Wert der abhängigen Veränderlichen s wird durch die Vorrichtung 24 angezeigt.

Es ist hieraus ersichtlich, daß die in Fig. 1 gezeigte Rechenvorrichtung genaue Berechnungen für die

bestimmten Zeit zugeführt werden und leitet ein 70 Gleichung s — f (x, y), die durch Kurven 17 des

Schirmes 16 dargestellt sind, ausführt. Natürlich können verschiedene mathematische oder empirisch abgeleitete Funktionen verwendet werden, wobei man nur einen entsprechend beschrifteten Schirm vorzusehen braucht. Bei der Wiedergabe der zu berechnenden Funktion auf dem Schirm sollten die folgenden Erfordernisse berücksichtigt werden. Die Spannung des die Ablenkung erzeugenden Generators 15 muß so groß sein, daß die Ablenkspur sich immer zwischen dem. x-y-Vnnkt und einem Punkt erstreckt, der unterhalb· der Kurven der Schar liegt. Mit anderen Worten: Die Ablenkspur soll so lang sein, daß sie alle Teile der Kurvenschar schneiden kann, soweit diese für gewisse Werte' der unabhängig Veränderlichen gebraucht werden. Ferner sollte die Ablenkspur niemais die gleiche Kurve oder die gleichen Kurven mehr als einmal schneiden. Letztere Bedingung kann dadurch erfüllt werden, daß der Schirm 16 gegenüber dem fluoreszierenden Schirm 12 in geeigneter. Weise wert anzeigt. Dieses entspricht einer Einstellung der senkrechten Ablenkung, bei welcher eine Größtzahl von Kurven 17 durch die Ablenkspur geschnitten werden.

Alsdann, wird eine Spannung entsprechend dem größten erwarteten Wert den Klemmen 18 zugeführt, während, als Spannung an den: Klemmen 19 die gleiche verwendet wird wie vorher angegeben. Die maximale Spannung für die waagerechte Ablenkung wird durch eine nicht dargestellte Einrichtung so erhöht, daß die Anzeige 24 auf Null zeigt. Sie wird dann so weit vermindert, daß die Anzeige gerade auf Vollausschlag springt, was anzeigt, daß alle Kurvenlinien 17 durch die Ablenkspur entlang der imaginären Linie b geschnitten sind; dieser Wert wird mit der erwähnten Einrichtung fixiert.

Schließlich wird unter Verwendung von. Spannungen an den Klemmen 18 und 19, denen eine bestimmte Anzeige zukommen soll, die Einrichtung zur Fest-

gg g

verdreht wird, oder dadurch, daß die Ablenkspur 20 legung des horizontalen Maximalausschlages so ein-

ciugestellt wird, indem die Ablenkspannung des Generators 15 sowohl den senkrechten als auch den waagerechten Ablenkungsplatten 13., 14 im richtigen Verhältnis zugeführt wird.

Vorzugsweise soll die Ablenkspur die verschiedenen Kurven unter stumpfen Winkeln, treffen, um die größte Genauigkeit der Berechnung zu erhalten. Natürlich kann zur Erhöhung der Genauigkeit die Zahl der in der Kurvenschar 17 verwendeten Kurven bis zu dem Punkt erhöht werden, der durch die Größe des auf dem fluoreszierenden Schirm 12 gebildeten Lichtflecks begrenzt ist, d. h., der Lichtfleck muß einen kleineren Durchmesser haben, als die Breite der Kurvenlinien' beträgt, so daß die der Photozelle 21 zugeführte Lichtenergie vollständig unterbrochen wird. Dieses ergibt Abgabeimpulse von der Photozelle mit größter Amplitude und sichert eine genaue Arbeitsweise.

Wenn keine solche Einstellung vorgenommen werden kanu, daß die gleiche Kurve niemals mehr als einmal gestellt, daß die gewünschte Anzeige erreicht wird.

Auf diese Weise kann die Rechenvorrichtung über die Begrenzung der Kurvenlinien durch Geraden richtig eingestellt werden, und es ist keine besondere Einstellung des Schirmes erforderlich.

Bei der abgeänderten Ausführung gemäß Fig. 3 werden an Stelle der Kathodenstrahlröhre 10 gemäß Fig. 1 elektromcchanische Mittel verwendet. Eine Lichtquelle 50 erzeugt Lichtenergie, die durch eine kleine öffnung in einer undurchsichtigen Scheibe 50' hindurchprojiziert, durch eine Linse 51 gesammelt und' in einem Strahl auf den Spiegel 52 geworfen wird, der mechanisch mit einer Galvanometerspule 53 verbunden ist. Der eine Ablenkung erzeugende Generator 54 liefert der Spule 53 einen elektrischen Strom, und sowohl die Spule als auch der Spiegel 52 werden; hin- und herbewegt und bewirken dabei eine periodische Abtastbewegung des-Strahles...

Die von dem Spiegel 52 ausgehende Lichtenergie

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geschnitten wird, wie es z. B. für eine Kreisschar vor- 40 wird durch einen länglichen Spiegel 55 aufgefangen, kommen kann, kann die Schar in zwei Gruppen geteilt der so¹ angeordnet ist, daß die Abtastspur 56 auf ihm

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und getrennt ausgewertet werden. Ein, System mit diesem Ergebnis ist in einer weiteren gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung beschrieben.

Um die Rechenvorrichtung gemäß Fig. 1 zu eichen, enden die Kurvenlinien 17 vorzugsweise auf Geraden, die parallel zur Richtung der Ablenkspur liegen. Zur Veranschaulichung sind diese nur imaginären Linien in Fig. 1 durch senkrechte gestrichelte Linien α und b an dem linken und rechten Ende der Kurvenschar 17 dargestellt.

Im ersten Schritt der Justierung wird den Klemmen 18 eine Gleichspannung zugeführt von einer Größe, wie sie i. a. benötigt wird, um die Ablenkspur so weit abzulenken, daß sie mit der imaginären Linie α links von der Kurvenschar 17 zusammenfällt, und ferner wird den Klemmen 19 eine Gleichspannung von dem höchsten erwarteten Wert zugeführt, der eine Lage der Abtastspur zur Folge hat, bei- welcher alle Kurven durch die Ablenkspur unterbrochen sind. Die Strahl-Justierung für die waagerechten Platten 13, die nicht dargestellt ist, wird dann eingestellt, bis die Anzeige 24 von ungefähr Null auf etwa den vollen Ablenkungsbetrag springt. Dieses findet statt, wenn die Abtastspur von links her die Linie α erreicht.

Bei dem folgenden Schritt werden an den Klemmen 18 und 19 die gleichen Spannungen aufrechterhalten, und die Zentriersteuerung für die senkrechte Ablenkungsplatte 14, die nicht dargestellt ist, wird so eingestellt, daß die Abgabevorrichtung 24 einen Größtparallel zu der längeren Abmessung des Spiegels liegt. Der Spiegel 55 ist mechanisch mit einer Galvanometerspule 57 gekuppelt, an deren. Einlaßklemmen 58 eine Spannung angelegt wird,, die proportional dem augenblicklichen Wert der unabhängig Veränderlichen, χ ist. Von dem Spiegel 55 wird das Licht nach einem weiteren länglichen Spiegel 59 reflektiert, der mechanisch mit einer zweiten Galvanometerspule 60 gekuppelt ist. Der Spiegel 59 und die Spule 60 können sich um eine Achse y-y drehen, die senkrecht zu der Achse x-x des Spiegelgalvanometers 55, 57 liegt. Eine dem augenblicklichen. Wert der unabhängig Veränderlichen y proportionale Spannung wird, den Klemmen 61 der Spule 60 zugeführt. Der Lichtstrahl, der durch den Spiegel 55 reflektiert wird, trifft auf der Abtastspur 62 den Spiegel 59, wobei die Spur parallel zu der Drehachse y-y liegt, aber von der Winkeleinstellung des Spiegels 55 um die Achse x-x abhängig ist. Die Lichtenergie wird durch den Spiegel 59 nach einem Schirm 63 hin reflektiert, der aus einem durchsichtigen Werkstoff besteht, auf dem die Kurven 64 dunkel aufgetragen sind. Auf diese Weise wird auf dem Schirm 63 ein Linienzug t erzeugt, und die Stellung dieses Linienzuges ist sowohl von der Spannung an den Klemmen 58 als auch von der Spannung an den Klemmen 61 abhängig. Durch den Schirm modifiziertes Licht wird durch eine Linse 65 auf einer photoelektrischen Zelle 66 gesammelt, die an Stelle der photoelektrischen Zelle 21 elektrisch mit

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dem Impulsgenerator 22 von Fig. 1 gekoppelt sein Impulse abgeleitet, die von den augenblicklichen kann. Werten der unabhängig Veränderlichen abhängt. Diese Dadurch, daß zwischen den; Spiegeln 52, 55 und 59 elektrischen Impulse können zu einem Impulsgenerator und dem Schirm 63 optische Wege von genügender geleitet werden, wie er in Fig. 1 mit 22 bezeichnet ist. Länge verwendet werden sowie geeignete Linsen und/ 5 Natürlich kann der Schirm 75 durch einen anderen oder geeignete gewölbte Spiegel, wird auf dem Schirm Schirm ersetzt werden, auf dem die Kurven 76 als 63 eine Spur ί von bekannter Länge, vorzugsweise von Linien aus einem zweiten Elektronen aussendenden gleichbleibender Länge gebildet. Während des Be- Stoff aufgezeichnet sind. So kann eine Sammelelektriebes kann die Spur über den Umfang des Schirmes trode innerhalb der Rohre 10' angeordnet sein, um hinaus wandern. In diesem Falle umfaßt die Länge, io Impulse abzuleiten, die den Schnitten der Kurvenlinien die konstant bleibt, sowohl den. Teil auf als auch einen mit dem Elektronenstrahl entsprechen, imaginären Teil außerhalb des Schirmes. Die Lage In Fig. 5 der Zeichnung ist eine elektrische Widerder Spur t ist natürlich von den augenblicklichen stands-Untersuchungsvorrichtung 100 für Bohrlöcher Werten von Veränderlichen χ und y abhängig. Diese dargestellt, wie sie in Verbindung mit einer autonmbestimmen somit die Zahl der Kurven 64, die durch 15 tischen Rechenvorrichtung 101 verwendet werden die Spur geschnitten werden, es wird eine ent- kann, die die Kennzeichen der in Fig. 1 dargestellten sprechende Anzahl von Lichtimpulsen in ähnlicher Rechenvorrichtung aufweist. Diese Untersuchungs-Weise erzeugt, wie in Verbindung mit der Vorrich- ausrüstung weist eine elektrische Meßvorrichtung für tung nach Fig. 1 beschrieben. Widerstandsbestimmungen auf entsprechend den Um die Lichtstrahlem in der erforderlichen Weise 20 Untersuchungen in zwei Tiefen an der Seitenwand zu lenken., können optische Elemente bekannter Bauart eines Bohrloches 102, das mit einer leitenden Bohrverwendet werden. Diese Einzelheiten sind in Fig. 6 flüssigkeit 103 gefüllt ist, z. B. mit Bohrschlamm auf fortgelassen worden, um sie deutlicher zu gestalten. Wassergrundlage. Durch die Benutzung dieser beiden Natürlich kann das Galvanometer 52, 53 fort- verschiedenen Prüftiefen kann die Porosität der Erdgelassen und das Signal von dem Ablenkungsgenerator 25 formationen, die das Bohrloch durchschneidet, zu-52 den Klemmen 58 des Galvanometers 56, 57 zu- sammen mit der Dicke des Schlammkuchens bestimmt geführt werden. werden. Die einzelnen Widerstandsmessungen sind In Fig. 1 und 3 haben die Vorrichtungen durch- eine Funktion sowohl des Widerstandes des Schlammsichtige Schirme, die mit undurchsichtigen Kurven kuchens und des Schlammfiltrats als auch der Stärke versehen sind. Natürlich können auch dunkle Schirme 30 des Schlammkuchens und der Porosität der Formit durchsichtigen Kurven verwendet werden. In mationen. Der Widerstand des Schlammkuchens letzterem Falle soll der Durchmesser des Lichtfleckes, und des Schlammfiltrats für eine bestimmte Tiefe der auf den mit den Kurven versehenen Schirm ist bekannt oder kann bestimmt werden. Demprojiziert wird, kleiner sein als der Abstand zwischen nach sind die beiden Unbekannten die Porosität den dichtesten, nebeneinanderliegenden, benachbarten 35 und die Dicke des Schlammkuchens, die aus Kurvenlinien. den beiden unabhängigen Widerstandsmessungen be-Nach einer anderen Ausführung können die Kurven stimmt werden können. Dieses geschieht dadurch, daß auch mit einer Masse, die eine bestimmte Reflexions- gewisse Berechnungen ausgeführt werden, die auf den fähigkeit hat, auf einen Schirm aufgezeichnet sein, der elektrischen Widerstandsmessungen beruhen, wobei selbst eine andere Reflexionsfähigkeit aufweist, und 40 eine Rechenvorrichtung gemäß der Erfindung bedie sich ergebenden Lichtimpulse können auf eine sonders geeignet ist, um diese Rechnungen durchzu-Photozelle reflektiert werden. führen. Die Einrichtung 100 weist ein Kissen oder Bei der Anordnung nach Fig. 4 wird eine andere einen Schuh 104 auf, der durch das Bohrloch hin-Form einer Kathodenstrahlröhre 10' verwendet. An durchgeführt und durch eine nicht dargestellte Feder Stelle eines fluoreszierenden. Schirmes ist ein leitender 45 gegen dessen Seitenwand gedruckt wird. In dem Schirm 75 in der Röhrenhülle 10' vorgesehen. Der Kissen 104 sind drei dicht nebeneinander angeordnete Schirm 75 ist mit einer Kurvenschar in Form von Elektroden A, M, M' vorgesehen. In einer gewissen Schlitzen oder Öffnungen 76 versehen. Der Elek- Entfernung oberhalb des Kissens 104 ist eine weitere tronenstrahl der Röhre 10 wird auf den Schirm 75 Elektrode B angebracht, die sich in der gleichen Richprojiziert, und wenn er so· liegt, daß er durch einen 5° tung wie das Kissen in dem Bohrloch bewegt. der Schlitze 76 hindurchgeht, werden die durchtreten- An den Aufnahmekreis eines üblichen, die Stromden Elektronen durch eine Sammelelektrode 77 auf- richtung welchselnden Kommutators 106 ist eine gefangen. Sonst gelangen keine Elektronen in den Gleichstromquelle 105 angeschlossen. Der Kommu-Sammler. tator ist über die Leitungen 107 und 108 mit den Wie bei der Anordnung nach Fig. 1 vollführt der 55 Elektroden A und B verbunden. Wenn nun das Elek-Elektronenstrahl eine periodische Abtastbewegung, trodensystem das Bohrloch 102 durchquert, fließt ein und seine Lage wird ständig von Spannungen gesteuert, ständiger Strom zwischen den Elektroden A und B die die augenblicklichen Werte der Veränderlichen χ über die Seitenwand des Bohrloches 102 und die be- und y darstellen. So werden der Schirm 75 und. der nachbarten Erdformaiionen. Zum Messen des elek-Elektronenstrahl relativ zueinander periodisch in 60 irischen Widerstandes sind die Elektroden M und M' einem etwa festliegenden Winkel verschoben, wobei durch Leitungen 109 und 110 über einen die Stromein periodisches Abtasten des Schirmes durch richtung umkehrenden Kommutator 112, der mit dem Strahlenenergie erfolgt. Da der Schirm im allgemeinen Kommutator· 106 synchronisiert ist, mit einer Aneinen Untergrund aus leitendem Stoff und eine Zeigevorrichtung 111 verbunden. Auf diese Weise Kurvenschar aus nichtleitendem Material aufweist, 65 wird der Anzeigevorrichtung 111, die beispielsweise die eine andere Wirkung auf die einfallende Strahlen- ein registrierendes Voltmeter sein kann, eine gleichenergie hat, werden an einem Widerstand 78 Span- gerichtete Spannung zugeführt.

nungsstöße erzeugt, wenn der Strahl die Kurven 76 Die Untersuchungsvorrichtung 100 enthält noch durchsetzt und auf die Elektrode 77 fällt. Demgemäß eine weitere Anzeigevorrichtung 113, der eine gleichwird vom Widerstand 78 eine Anzahl elektrischer 70 gerichtete Spannung zugeführt wird, die durch einen

weiteren synchronisierten, die Stromrichtung umkehrenden Kommutator 114 von der Spannung abgeleitet wird, die zwischen, der Elektrode M' und einer Erdrück]eitung 115 an der Oberfläche der Erde vorhanden ist.

Der Stromfluß in den Formationen, der von der Elektrode-τί ausgeht, erzeugt einen Spannungsunterschied zwischen den Elektroden M und M', der eine Funktion des Widerstandes der Formation in einer dicht an der Seitenwand des Bohrloches 102 gelegenen Zone ist und daher zu einem großen Teil durch die Anwesenheit oder die Abwesenheit eines Schlammkuchens beeinflußt wird, der sich an der Wand bilden kann. Andererseits ist der Spannungsunterschied zwischen der Elektrode M' und der Erde 115 an der Oberfläche eine Funktion der Widerstandsfähigkeit des Materials in einer größeren seitlichen Entfernung von der Elektrode A. Die letztere Spannung wird infolgedessen weniger durch die Anwesenheit oder die Abwesenheit eines Schlammkuchens an der AVand des Bohrloches beeinflußt.

Es hat sich gezeigt, daß die Menge des Filtrates der Bohrflüssigkeit, die in einer durchlässigen Erdformation enthalten ist, in Beziehung zu der Porosität dieser Formation steht. Infolgedessen ist die elektrische Leitfähigkeit bzw. der Widerstand der von der elektrisch leitenden Bohrflüssigkeit durchsetzten Zone abhängig von der relativen Porosität der Formation.

Die Anwesenheit eines Schlammkuchens zeigt zwar das Vorhandensein einer durchlässigen Erdformation an, sein Widerstand beeinträchtigt aber die Bestimmung des Widerstandes der fütrathaltigen Formation. Deshalb sind die Widerstandswerte für zwei Prüftiefen erforderlich, die durch die Geräte 111 und 113 angezeigt werden, wonach aus Angaben empirischen Ursprungs die relative Porosität der durchlässigen Formationen berechnet werden kann, die durch ein Bohrloch 102 geschnitten werden.

Um diese Berechnung selbsttätig durchzuführen, werden die Spannungsunterschiede zwischen den Elektroden M und M' und zwischen der Elektrode M' und der Erde 115 den Aufnahmeklemmen 120, 121 der Rechenvorrichtung 101 zugeführt. Diese Spannungen haben eine Größe, die von den augenblicklichen Werten zweier unabhängig Veränderlicher abhängen, nämlich den Werten des elektrischen Widerstandes für die beiden Untersuchungstiefen. Die Spannung an den Klemmen 120 wird über ein Potentiometer 122 einem Verstärker 123 zugeführt, der seinerseits mit einem Gleichrichter 124 gekoppelt ist. Die Abgabe des Gleichrichters 124 wird einem logarithmierenden Schaltelement 125 zugeführt, das irgendeiner bekannten Bauart sein kann und zur Erzeugung eines Abgabesignals dient, dessen Amplitude in einer logarithmischen Beziehung zu der Amplitude des zugeführten Signals steht. Der Grund für die Benutzung dieses nichtlinearen Elementes ergibt sich aus folgendem:

Die Abgaben der logarithmierenden Elemente 125, 129 werden über die zugehörigen, unmittelbar gekoppelten Verstärker 130 und 131, senkrechten Ablenkungsplatten 132 bzw. waagerechten Ablenkungsplatten 133 einer Kathodenstrahlröhre 134 zugeführt. Die Röhre 134 enthält die üblichen, einen Elektronenstrahl bildenden Elektroden 135 zum Aussenden eines Elektronenstrahles nach dem fluoreszierenden Schirm 136 hin. Ein eine Ablenkspannung erzeugender Generator 137, der aus Isolationsgründen mit einer Zwischenstufe des Verstärkers 131 gekoppelt ist, veranlaßt eine periodische Abtastbewegung des Elektronenstrahles über den fluoreszierenden Schirm 136, die Lage der Ablenkspur wird von den den Klemmen 120, 121 zugeführten Spannungen gesteuert. Hinter dem fluoreszierenden Schirm 136 ist ein durchsichtiger Schirm 138 angeordnet, der mit einer undurchsichtigen Kurvenschar 139 versehen ist, und das durch den Schirm 138 modifizierte Licht wird durch eine Linse 140 auf eine photoelektrische Zelle 141 konzentriert. Die abgeleiteten elektrischen Impulse aus der photoelektrischen Zelle 141 werden einem Kathodenverstärker 142 zugeführt, dessen Abgabekreis mit einer Verstärker- und Begrenzerstufe 143 (Klipper) gekoppelt ist. In der Stufe 143 werden die zugeführten Impulse verstärkt und die Amplitude so· geändert, daß die sich ergebenden Impulse, die einem synchronisierten Impulsgenerator 144 zugeführt werden, eine im wesentlichen gleichbleibende Amplitude haben. Die gleichlangen. Impulse vom Generator 144 werden durch einen Integrator 145 gezählt, die sich aus dem Integrator 145 ergebende Spannung wird über einen Kathodenverstärker 146 einem Anzeigevoltmeter 147 zugeführt, das in Reihe mit einem regelbaren A¥iderstand 148 geschaltet ist.

Der Teil der automatischen Rechenvorrichtung 101, der bisher beschrieben ist, kann z. B. verwendet werden, um an dem Gerät 147 Anzeigen, bezüglich der relativen. Porosität von Erdformationen zu erhalten, die zwischen den Elektroden des Untersuchungssj stems 100 liegen. Zu diesem Zweck stellen die Kurven 139 aufeinanderfolgende prozentuale Werte der Porosität als abhängig Variable in Abhängigkeit von zwei unabhängig Veränderlichen dar. Die unabhängig Veränderlichen sind die Widerstandswerte für die beiden Untersuchungstiefen, jeweils geteilt durch den Widerstand des Schlammkuchens. Die letztere Größe kann in bekannter Weise abgeleitet und in die Rechnungen eingeführt werden, indem man die beweglichen Kontakte der Potentiometer 122, 126 entsprechend einstellt. Im allgemeinen sind diese Kontakte durch eine gemeinsame Vorrichtung in gleicher Weise zu betätigen, auch sind sie mechanisch mit einem nicht dargestellten Zeiger und einer Skala verbunden, die für verschiedene Widerstandswerte des Schlammkuchens geeicht ist.

Es hat sich gezeigt, daß die gewünschte Kurvenschar für die Porosität in gewissen Fällen Kurven enthält, die in einem gegebenen Bereich so· dicht aneinander liegen, daß die Funktionsfähigkeit der Vorrichtung in Frage gestellt ist. Um dieses Problem zu lösen, Averden die Kurven in logarithmischer Darstellung aufgezeichnet, wodurch der Zwischenraum zwischen ihnen erhöht ist, gleichzeitig wird die Abtastspur, die die Kurvenschar 139 schneidet, infolge der Einschaltung der logarithmisierenden Elemente 125 und 129 in logarithmische Abhängigkeit von den Spannungen an den Klemmen 120, 121 gebracht.

Es hat sich als wünschenswert ergeben, in die Berechnungen der Porosität einen Faktor aufzunehmen, der von dem Widerstand, des Schlammnitrates, geteilt durch den Widerstand des Schlammkuchens, abhängig ist. Das kann auf Grund von Messungen, des Schlammwiderstandes und anderen Angaben in bekannter AVeise gemacht und durch Einstellung des für diesen Zweck in geeigneter Weise geeichten, veränderlichen Widerstandes 148 in die Rechenvorrichtung eingeführt werden.

Die Arbeitsweise der Rechenvorrichtung, soweit sie bisher beschrieben ist, ist im wesentlichen die gleiche wie die nach Fig. 1 und infolgedessen ist eine genauere Beschreibung nicht notwendig. Kurz zu-

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sammengefaßt, wenn die Elektroden A, M, M' und B elektrischen Impulsen von dem Generator 163 dem

das Bohrloch 102 durchwandern, werden an den Integrator 164 zugeführt. Die Abgabespannung des

Klemmen 120, 121 Spannungen abgeleitet, die die Integrators 164 hat einen Wert, der in Beziehung zu

Widerstandswerte für zwei Prüftiefen darstellen. der Stärke des Schlammkuchens steht, und das An-

Diese Veränderlichen steuern die Lage der Abtast- 5 ?.eigegerät 166 kann so geeicht sein, daß man die

spur, die durch die Kathodenstrahlröhre 144 erzeugt Dicke des Schlammkuchens unmittelbar ablesen kann,

wird, und die die Kurvenschar 139 so schneidet, daß z. B. in Zentimetern.

die sich ergebenden Lichtimpulse an der Photozelle Wie bereits vorher auseinandergesetzt, hängt das 141 und die von Generator 144 abgeleiteten elek- Vorhandensein eines Schilammkuchens von dem Vortrischen Impulse der Zahl nach von, diesen veränder- io handensein einer durchlässigen Erdformation ab. liehen Spannungen abhängig sind. Die Impulse Wenn kein Schlammkuchen gegenüber einer besonwerden durch den Integrator 145 gezählt, und es deren Erdformation vorhanden ist, kann man ankönnen im Gerät 147, das für diesen Zweck ent- nehmen, daß die Formation undurchlässig ist und sprechend geeicht ist, Anzeigen der Porosität erhalten kein Schlammfiltrat eingedrungen ist. Da die Bestimwerden. 15 mung der Porosität das Vorhandensein eines solchen Um die Dicke eines Schlammkuchens aus den Eindringens erfordert, sind die Porositätsanzeigen Widerstandsmessungen zu berechnen, die durch die durch das Gerät 147 von fraglichem Wert, wenn die Meßvorrichtung 100 gemacht werden, werden die Stärke des Schlammkuchens etwa gleich Null ist. Abgabesignale von logarithmisierenden Schalt- Dementsprechend sind Mittel vorgesehen, um die elementen 125 und 129 über entsprechende, unmittel- 20 Anzeigevorrichtung 147 unwirksam zu machen, wenn bar gekoppelte Verstärker 150, 151 den senkrechten die Dicke des Schlammkuchens unter einen bestimmten Ablenkungsplatten 152 bzw. waagerechten Ablen- Wert fällt.

kungsplatten 153 einer zweiten Kathodenstrahlröhre Mit dem Abgabekreis des Impulsgenerators 163 ist 154 zugeführt. Ähnlich wie die Röhre 134 enthält ein Integrator 167 gekoppelt, und wenn die Impulse diese ein einen Elektronenstrahl bildendes Elektroden- 25 von diesem Generator in geringerer Menge auftreten system 154, das einen Elektronenstrahl auf einen als einem vorher bestimmten Wert entspricht, z. B., fluoreszierenden Schirm 156 wirft, ein durchsichtiger wenn die Impulse vollständig fehlen, bewirkt der Schirm 157, auf den undurchsichtig die Kurvenschar Integrator 167 die Erregung einer Relaisspule 168 und 158 aufgezeichnet ist, ist hinter dem fluoreszierenden schließt dadurch die beiden Kontaktsätze 169 und 170. Schirm 156 angeordnet. Die Kurven 158 werden em- 30 Die Kontakte 169 liegen parallel zu dem Gerät 157 pirisch erhalten und stellen aufeinanderfolgende und schließen es für die vorher erwähnte Arbeits-Werte der Stärke von Schlammkuchen dar, aufge- bedingung kurz, und die Kontakte 170 sind in Reihe zeichnet in Abhängigkeit von den gleichen unabhängig mit einer Batterie 171 geschaltet und. einer Anzeige-Veränderlichen wie bei Kurvenschar 139. lampe 172, so daß diese zur gleichen Zeit aufleuchtet,

Die Abgabe des die Ablenkspannung erzeugenden 35 zu der das Gerät 147 kurz geschlossen ist.

Generators 137 wird einer Zwischenstuf e des unmittel- Wenn demnach die Spannungen an den Klemmen

bar gekoppelten. Verstärkers 150 zugeführt und auf 120, 121 einen solchen Wert haben, da,ß die auf dem

diese Weise eine senkrecht gerichtete Abtastlichtspur fluoreszierenden Schirm 156 der Kathodenstrahlröhre

auf dem fluoreszierenden Schirm 156 erzeugt, deren 159 erzeugte Ablenkspur keine der Kurven 158

Lage natürlich von den Spannungen an den Klemmen 40 schneidet, werden der photoelektrischen Zelle 160

120, 121 gesteuert wird. Wie bei dem Schirm 138 sind keine Lichtimpulse zugeführt, infolgedessen werden

die Kurven 158 in logarithmischen Skalen aufge- auch durch den Generator 163 keine elektrischen Im-

zeichnet, um ein zu dichtes Aneinanderbringen be- pulse erzeugt. Beim Vorhandensein von Impulsen läßt

nachbarter Kurven zu vermeiden. der Integrator 167 die Spule 168 unerregt, dagegen

Das modifizierte Licht von dem Schirm 157 wird 45 bewirkt er bei Abwesenheit von Impulsen eine Er-

durch eine Linse 159 auf eine photoelektrische Zelle regung der Spule 168, wodurch das Meßgerät 147

160 gerichtet, die mit einer Schaltkette gekoppalt ist, unwirksam gemacht und die Porositätsanzeigen für

die in Kaskadenschaltung und in der folgenden undurchlässige Einbettungen vermieden werden.

Reihenfolge einen Kathodenverstärker 161, einen die Die folgenden Elemente, die in Fig. 5 in Form von

Amplitude korrigierenden Verstärker 162, einen syn- so Kästchen dargestellt sind, können der üblichen Bau-

chronisierten Impulserzeuger 163, einen Integrator art sein:

164, einen Kathodenverstärker 165 und ein Ablese- Verstärker 133 und 127, Gleichrichter 124, 128,

gerät 166 umfaßt. Die Teile 161 bis 166 entsprechen logarithmisierende Schaltelemente 125, 129, unmittel-

den in gleicher Weise bekannten Elementen 142 bis bar gekoppelte Verstärker 130, 131, 150, 151, Ab-

147 in dem Porositätskanal. 55 lenkspannungserzeuger 137, Kathodenverstärker 142,

Die Arbeitsweise dieses Teiles der Rechenvorrich- 146, 161, 165, Verstärker mit Amplitudenbegrenzung

tung ist im wesentlichen die gleiche wie die in Ver- 143, 162, Impulserzeuger 144, 163 und Integratoren

bindung mit der Kathodenstrahlröhre 134 beschriebene, 145 und 165.

mit der Ausnahme, daß an Stelle der waagerechten Da die Gleichrichter 124 und 128 den logarithmi-Abtastspur die Ablenkspur auf dem fluoreszierenden 60 sierenden Schaltelementen 125, 129 vorgeschaltet sind, Schirm 156 im wesentlichen immer senkrecht gerichtet können Koutaktpotentiale. die bei den üblichen ist. Diese Richtung wird gebraucht, weil die Anord- Gleichrichterkreisen vorhanden sind, schwere Rechennung der empirisch abgeleiteten Kurven 158 eine senk- fehler verursachen. Dieses läßt sich dadurch erklären, rechte Ablenkspur fordert, um das Durchschneiden daß die Elemente 125, 129 die größte Verstärkung für der verschiedenen Kurven unter stumpfen Winkeln zu 65 Signale der geringsten Amplitude ergeben und Konbewirken, womit eine große Genauigkeit in den Rech- taktspannungswerte gewöhnlich eine geringe Größe nungen gesichert ist. haben.

Die Ablenkspur schneidet eine Anzahl von Kurven Um diese Kontaktspanuungsprobleme bei den

entsprechend den Spannungen an den Klemmen Gleichrichtern. 124, 128 zu verringern, kann eine

120, 121, und es wird eine entsprechende Zahl von 70 Schaltung gemäß Fig. 6 angewendet werden. Die Ab-

gäbe des Verstärkers 123 wird über Leitungen 200 geführt, von denen die eine geerdet ist und die andere über einen Verbindungskondensator 201 mit der Anode 202 eines ersten Diodengleichrichters und der Kathode 203 eines zweiten Diodengleichrichters gekoppelt ist. Diese Dioden können Eiektronenquellen in einer gemeinsamen, luftleeren Hülle sein. Die Anode 204 der zweiten Diode ist geerdet, und die Kathode 205 der ersten Diode ist mit dem einen Ende eines Abgabekreises verbunden, der aus einem Widerstand 206 und einem Aufladekondensator 207 besteht. Das andere Ende des Abgabekreises 206-207 ist geerdet. Der bisher beschriebene Teil des Kreises wirkt als ein üblicher Spannungsverdopplungsgleichrichter. Während des Teiles der einzelnen Arbeitsperiode, in dem eine positive Spannung über den. Kondensator 201 zugeführt wird, ist die Diode 202, 205 leitend, und es erscheint eine positive Spannung an der Abgabeleitung 208 gegenüber der Erde. In dem negativen Teil der Arbeitsperiode ist die Diode 203, 204 leitend und bewirkt dadurch eine Ladung des Kondensators 201, die sich der Spannung addiert, die der Diode 202·, 205 in den folgenden Teilen der Periode zugeführt wird. Der Kondensator 207 wird während der positiven Teile der Perioden geladen, und es erscheint an der Leitung 208 eine Spannung, die gleichgerichtet ist und in ihrer Größe dem Spitzenwert der über die Leitungen 200 zugeführten Wechselspannung entspricht.

Der Kreis enthält auch ein zweites ähnliches Paar von Dioden 209, 210, 211, 212, die in einem dem ersten Diodenpaar gleichen Kreis geschaltet sind. Die Anode 211 der einen Diode ist geerdet, und ihre Kathode 212 ist mit der Anode 209 der anderen Diode verbunden. Die Kathode 210 der letzterwähnten Diode ist über einen Abgabekreis, der einen parallel mit einem Kondensator 214 geschalteten. Widerstand 213 enthält, mit der ersten verbunden. Die Kathode 210 ist ebenfalls an eine Abgabeleitung 215 angeschlossen.

Es sei angenommen, daß bei der Arbeit durch jedes der beiden Paare von Dioden gleiche Kontaktspannungen erzeugt werden und infolgedessen diese Kontaktspannungen in den Abgabekreisen 206, 207, 213,214 ausgeglichen sind und keine Abgabespannung zwischen den Abgabeleitungen 208, 215 auf Grund einer Kontaktspannung vorhanden ist. Da unter den gewöhnlichen Arbeitsbedingungen den Dioden 209, 212 keine Wechselspannung zugeführt wird, liegt die Leitung 215 tatsächlich bei Erdspannung, und. die gleichgerichtete Abgabe von Dioden 202, 205 erscheint zwischen den Leitungen 215 und 208. Diese Abgabespannung kann dem logarithmischen Kreiselement 125 nach Fig. 5 zugeführt werden.

In Fig. 7 ist ein Integratorkreis dargestellt, der als Integrator 167 in Fig. 5 verwendet werden kann. Die Abgabe von Impulsgenerator 163 wird über Leitungen 225 dem Aufnahmekreis eines ersten Verstärkers zugeführt, der eine Elektronenentladevorrichtung 226 nach Art einer Triode aufweist, die in. Reihe mit einem zweiten Verstärker verbunden ist, der eine weitere Trioden-Elektronenentlade-Vorrichtung 227 aufweist. Ein ausgewählter Teil der Abgabe des Verstärkers mit der Triode 227 wird über einen Kopplungskondensator 228 einem Multivibrator zugeführt, der die Trioden 229 und 230 enthalt. Das Steuergitter der Triode 229, mit der der Kondensator 228 verbunden ist, steht auch mit der Anzapfung eines Spannungsteilers 231 in Verbindung, der zwischen einer Quelle gleichgerichteter Spannungen 232 und der Erde liegt. Seine Anode ist durch einen Widerstand

233 mit der positiven Klemme der Stromquelle 232 verbunden und durch einen Kondensator 234 mit dem Gitter der Triode 23O¹ gekoppelt, die ihrerseits durch einen Gitterwiderstand 235 mit der Quelle 232 verbunden ist. Die Kathoden der Trioden 229 und 230 sind über einen gemeinsamen Kathodenwiderstand 236 geerdet, und die Anode der Triode 230 ist über einen Widerstand 237 und eine Relaisspule 168 (Fig. 5) mit der Stromquelle 232 verbunden. Die Spule 168 liegt im Nebenschluß zu dem Kondensator 238.

Der Multivibrator 229, 230 ist so angeordnet, daß die Triode 23O¹ in Abwesenheit von Impulsen an dem Gitter der Triode 229 leitend ist. Dementsprechend kann ein Strom durch die Relaisspule 168 und den Anoden-Kathoden-Stromweg dieser Dioden fließen. Bei Anwesenheit von Impulsen jedoch ist die Triode 229 leitend, und infolge des Anodenstromflusses der Triode 229 durch den Kathodenwiderstand 236 wird die Triode 230 nichtleitend gemacht. Solange daher Impulse durch den Impulsgenerator 163 über die Leitungen 225 der Triode 229 zugeführt werden, ist die Triode 230 leitend, und die Relaisspule 168 ist nicht erregt. Wenn von dem Generator 163 während eines Zeitraumes von gewählter Länge keine Impulse ausgehen, wird die Aufladung des Koppelkondensators

234 so weit geändert, daß die Stromleitung in der Triode 230 in Gang gesetzt wird. Infolgedessen wird die Spule 168 erregt, und es ist somit den Erfordernissen für den Integrator 167 nach Fig. 5 Genüge getan.

Es kann, bei der Untersuchungsvorrichtung 100 wünschenswert sein, die gemessenen Spannungsdifferenzen vor ihrer Übertragung auf die an der Erdoberfläche befindliche Einrichtung gleichzurichten. Sind aber die zwischen den Leitungen 109 und 110 und zwischen den Leitungen 110 und der Erde auftretenden Spannungen gleichgerichtet, können sie durch die Verstärker 123, 127 nur verstärkt werden, wenn diese dafür besonders gebaut wären. Um nun die Verwendung üblicher Verstärker zu ermöglichen, kann die Schaltung nach Fig. 8 verwendet werden, bei der die gleichgerichteten Spannungen über die Leitungen 109' und 110' sowie die Leitung 110' und die Erdleitung 115' zugeführt werden.

Die erste Spannung wird über die Klemmen 120' den festen Kontakten 250, 251 eines einpoligen Vibrators mit doppeltem Hub zugeführt, der ein vibrierendes Element 252 und Betätigungsspulen 253 aufweist. Die Spulen 253 werden mit Wechselstrom-Spannung von einer Quelle 254 versorgt und veranlassen den abwechselnden Schluß der Kontakte 250 und 251 durch das vibrierende Element 252, Der Kontakt 252 ist über einen Koppelkondensator 255 mit dem einen Ende eines Potentiometers 256 verbunden, dessen anderes Ende geerdet ist. Eine Verbindung zwischen dem Schleifer des Potentiometers 256 und der Erde vervollständigt den Aufnahmekreis des Verstärkers 123 (Fig. 5).

In ähnlicher Weise wird die zwischen der Leitung 110' und der Erde 115' auftretende Spannung über Kontakte 121' den festen Kontakten 257, 258 eines zweiten Vibrators zugeführt, der einen beweglichen Kontakt 259 enthält. Letzterer wird durch eine Erregerspule 260 betätigt, die von der Quelle 254 ein Erregersignal erhält. Der bewegliche Kontakt 259 ist durch einen Kondensator 261 mit dem einen Ende des Widerstandes eines zweiten Potentiometers 262 verbunden, dessen anderes Ende geerdet ist. Das Aufnahmesignal für den Verstärker 127 (Fig. 5) wird

zwischen dem beweglichen Kontakt des Potentiometers 262 und der Erde abgeleitet.

Im Betrieb wird die Spannung zwischen der Elektrode M und der Erde 115 über die Leitung 109', den Kontakt 250 und die bewegliche Kontaktzunge 252 während des Teils der Arbeitsperiode, in dem der Kontakt in seiner oberen Stellung ist, dem Potentiometer 256 zugeleitet. Wenn der Kontakt sich in seiner unteren Lage befindet, wird die Spannung zwischen der Elektrode M' und der Erde 115 über die Leitung 110', den Kontakt 251 und die Kon.taktzunge 252 dem Potentiometer zugeführt. Auf diese Weise ist die Aufnahmespannung für den Verstärker 123 gleich der Spannungsdifferenz zwischen den Elektroden M und M', wechselt aber bzw. ist unterbrochen in einer durch die Quelle 254 bestimmten Weise. Infolgedessen wird eine Wechselspannung mit der Amplitude, die der Spannungsdifferenz zwischen den Elektroden M und M' entspricht, dem Aufnahmekreis des Verstärkers 123 zugeführt.

Während des Teils der Arbeitsperiode, in dem das vibrierende Element 259 in der unteren Lage ist, ist der Verstärker 127 wirksam geerdet. Wenn das vibrierende Element 259 in seiner oberen Lage ist, ist der Verstärker über die Leitung 110, den Kontakt 257, das vibrierende Element 259 und den Kondensator 261 mit der Elektrode M' verbunden. Auf diese Weise wird dem Verstärker 127 eine Wechselspannung zugeführt, die von der Amplitude der Spannung abhängig ist, die zwischen der Elektrode M' und der Erde 115' erscheint.

Eine der Vorteile des in Fig. 8 gezeigten Kreises "ist,- daß bei den den Aufnahmeklemmen zugeführten Signalen keine bestimmte Polarität erforderlich ist, d. h., soweit es den Verstärker 123 angeht, können die Leitungen 109' und 110' gegeneinander getauscht werden, ohne daß die Amplitude des dem Verstärker zugeordneten Signals in unerwünschter Weise beeinträchtigt würde. Dieses ist wichtig bei der Verbindung der Rechenvorrichtung mit einer elektrischen Bohrlochuntersuchungsvorrichtung, weil dadurch eine erhebliche Beweglichkeit in den Anwendungen der Rechenvorrichtung erzielt wird.

Aus den vorstehenden Erörterungen ist ersichtlich, daß die Rechenvorrichtung 101 gemäß Fig. 5 in vor- 4-5 züglicher Weise zur Verwendung mit elektrischen Bohrlochuntersuchungsvorrichtungen geeignet ist.

Natürlich können auch Signale von anderen Arten von Vorrichtungen als die in Fig. 5 gezeigten der Rechenvorrichtung 101 zugeführt werden.

Durch Verwendung in geeigneter Weise beschrifteter Schirme können verschiedene Größen berechnet werden, z. B. kann der tatsächliche Widerstand aus Messungen des scheinbaren Widerstandes von durch ein Bohrloch durchschnittenen Formationen abgeleitet werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Photoelektrische Rechenvorrichtung mit einem Schirm, auf dessen Untergrund eine Anzahl von Kurven so angebracht ist, daß Schirm und Kurven verschiedene Wirkungen auf einen auffallenden Strahl haben, und bei der der Schirm und der Strahl gegeneinander periodisch verschoben werden können, um auf dem Schirm eine Abtastspur konstanter Länge zu erzeugen, wobei eine Modulation des Strahles erfolgt, die in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastspur auf dem ?n Schirm eine feste Richtung besitzt und eine Vorrichtung vorhanden ist, um die Lage der Spur auf dem Schirm in zwei Richtungen entsprechend den augenblicklichen Werten, zweier variabler Größen einzustellen.

2. Selbsttätige Rechenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastspur eine größere Anzahl der Kurven unter stumpfen Winkeln schneidet.

3. Selbsttätige Rechenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Abtastspur auf dem Schirm durch Einstellung der Lage eines ihrer Endpunkte erfolgt und daß die Spur eine wirksame Länge hat, die ausreicht, um alle Kurven zu schneiden, die in der festen Richtung der Spur jenseits eines Endpunktes liegen.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulation des Strahles zu Impulsen führt, deren Zahl eine Funktion der die Lage der Spur bestimmenden Werte der beiden- variablen Größen ist, das elektrische Signal eine Spannung ist, deren Amplitude die Zahl der während einer Abtastperiode erzeugten Impulse darstellt, und eine Anzeigevorrichtung für die Amplitude der Spannung vorhanden ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurven zu einer Kurvenschar gehören, die aufeinanderfolgende Werte einer unabhängig Veränderlichen (s) darstellen und in rechtwinkligen Koordinaten von Werten der unabhängig Veränderlichen (x und y) aufgezeichnet sind, die periodische Verschiebung des Schirmes und des Strahles gegeneinander in einer Richtung parallel zur Achse einer der beiden Veränderlichen (x und v) erfolgt und die beiden Richtungen, in denen die Abtastspur auf dem Schirm bewegt werden kann, parallel zu den Achsen der beiden Veränderlichen (x bzw. _v) sind und das elektrische Signal den augenblicklichen W^Tert der unabhängig Veränderlichen (z) darstellt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurven zu einer Kurvenschar gehören, die in Werten zweier Koordinatenskalen aufgezeichnet sind, von denen mindestens eine nichtlinear ist, und die Vorrichtung ferner ein Ablenksystem aufweist, das zur Veränderung der Lage der Abtastspur auf dem Schirm dient und durch eine ein nichtlineares Schaltelement enthaltende Einrichtung zur Zuführung einer der beiden Ablenkspannungen gekennzeichnet ist, das die Nichtlinearität der Skala kompensiert.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kathodenstrahlröhre und ein fluoreszierender Schirm verwendet werden, um den Energiestrahl in Form von Licht abzuleiten.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, daß der Kathodenstrahlröhre ein Ablenksystem zugeordnet ist und mit letzterem ein eine Ablenkspannung erzeugender Generator gekoppelt ist, um den Elektronenstrahl der Röhre längs einer festen Richtung periodisch zu verschieben, wodurch die periodische Abtastung des Schirms erfolgt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlungs-

quelle eine Lichtquelle benutzt wird, eine erste und eine zweite elektromechanische Vorrichtung vorgesehen ist, um die periodische Verschiebung des Strahls gegen den Schirm bzw. die Einstellung der Lage der Abtastspur auf dem Schirm vorzunehmen, wobei der zweiten elektromechanischen Vorrichtung Steuerspannungen zugeführt werden, um die Einstellung zu bewirken.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl ein Elektronenstrahl ist, der Schirm in einer

Kathodenstrahlröhre enthalten ist und sein Untergrund und die Kurven verschiedene Wirkungen auf einfallende Elektronen haben und daß ein Ablenksystem der Kathodenstrahlröhre zugeordnet ist, um die periodische Verschiebung des Strahles gegen den Schirm und die Einstellung der Lage der Abtastspur auf dem Schirm zu bewirken.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 415 190, 2 497 042.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 907/195 2.