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Kreuzkorrelationsverfahren und -einrichtung Die vorliegende Erfindung
betrifft Kreuzkorrelationsverfahren und -einrichtungen zur Identifizierung und Laufzeitbestimmung
von in einem Schwingungsgemisch enthaltenen Schwingungskomponenten, die von einem
seismischen Empfangsgerät aufgenommen wurden und von einem in die Erde gesendeten
Schwingungssignal stammen.
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Bei einem bekannten seismischen Verfahren zur Erforschung des Erdinneren
wird mittels großer auf der Erdoberfläche aufliegender Schwingungserzeuger ein dem
Verlaufe nach genau bekanntes, frequenzveränderliches Signal in Form einer elastischen
Welle in die Erde gesendet. Dieses Signal wird im Erdkörper an akustischen Unstetigkeiten
reflektiert und durch Dichtegradienten gebrochen. In einiger Entfernung vom Schwingungserzeuger
werden dann die zur Erdoberfläche zurückreflektierten oder gebrochenen Schwingungskomponenten,
die sich im allgemeinen zeitlich mehr oder weniger überlagern, durch seismische
Empfangsgeräte (Geophone) empfangen. Die empfangenen Signale werden gewöhnlich aufgezeichnet
und durch Kreuzkorrelation mit dem gesendeten Signal ausgewertet, wobei man die
üblichen Reflexionsdiagramme erhält. Dieses Verfahren unterscheidet sich also von
den sogenannten Impulsverfahren, die mit Sprengungen oder Fallgewichten arbeiten,
dann, daß verhältnismäßig lang andauernde Schwingungssignale verwendet werden, deren
Frequenz im allgemeinen während der Aussendung geändert wird, und daß die empfangenen
Signale mit dem gesendeten Signal durch Kreuzkorrelation ausgewertet werden.
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Eine Kreuzkorrelation entspricht der Lösung des bestimmten Integrals
in dem g (t) und r (t) das gesendete bzw. empfangene Signal und z kleine Zeitinkremente
von 0 bis zur längsten interessierenden Laufzeit T bedeuten. Bei einem bekannten
Gerät zur Berechnung dieser Funktion wird für jeden Wert von T eine Multiplikation
und Integration durchgeführt.
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Es ist auch bekannt, das oben angegebene Integral als kontinuierliche
Funktion von z durch optische Geräte zu berechnen. Es ist in diesem Zusammenhang
vorgeschlagen worden, die zur Korrelation zu bringenden Signale in Form einer quer
zur Aufzeichnungsrichtung relativ breiten Spur mit normierter Maximal amplitude
aufzuzeichnen. Diese Aufzeichnungen, die in ihrem Charakter etwa der Füllschrift
eines Tonfilms entsprechen, werden dann übereinandergelegt, und die Transparenz
mindestens eines Teiles des Längenbereiches, in dem sich die Aufzeichnungsträger
decken, wird gemessen, während die Träger relativ zueinander verschoben werden.
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Die obenerwähnten bekannten Geräte liefern zwar zufriedenstellende
Ergebnisse, sie lassen jedoch in praktischer und betrieblicher Hinsicht erheblich
zu wünschen übrig. Korrelatoren des ersterwähnten Typs arbeiten verhältnismäßig
langsam und sind sehr aufwendig. Die als zweites erwähnten optischen Korrelationsverfahren
enthalten photographische Verfahrensschritte, die sehr große Sorgfalt und Fachkenntnisse
erfordern. Infolge dieser Nachteile war es bisher nicht möglich, die empfangenen
seismischen Signale an Ort und Stelle auszuwerten, man mußte vielmehr die Korrelation
zu einem späteren Zeitpunkt in einer Niederlassung ausführen, was unter Umständen
sehr unerwünscht ist, da ungenügende Messungen nicht sofort erkannt und wiederholt
werden können.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die betrieblichen
Nachteile der bekannten Korrelationsverfahren und Einrichtungen weitgehend zu überwinden,
indem verbesserte Verfahren und Einrichtungen für die Korrelation, Filterung, Zeitkorrelation
und Wiedergabe von Signalen für seis-
mische Verfahren zur Erforschung
des Erdinneren geschaffen werden.
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Ein Kreuzkorrelationsverfahren zur Identifizierung und Laufzeitbestimmung
von in einem Schwingungsgemisch enthaltenen Schwingungskomponenten, die von einem
seismischen Empfangsgerät aufgenommen wurden und von einem in die Erde gesandten
Schwingungssignal stammen, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß ein
langgestreckter Wandlerkopf hergestellt wird, der eine Anzahl von Wandlerelementen
enthält, welche mit unterschiedlichen Abständen entsprechend dem zeitlichen Verlauf
des gesendeten Signals längs des Kopfes verteilt sind, daß eine magnetische Feldverteilung
mit einem dem empfangenen Signal entsprechenden Verlauf längs des Kopfes hergestellt
wird und daß vom Kopf ein Korrelationssignal abgenommen und die zeitliche Lage des
Korrelationssignals bestimmt wird.
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Eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist gekennzeichnet
durch einen langgestreckten Wandler- oder Korrelatorkopf und Vorrichtungen, einen
magnetischen Aufzeichnungsträger in Längsrichtung an diesem Kopf vorbeizuführen,
wobei der Korrelatorkopf mehrere quer zur Laufrichtung des Aufzeichnungsträgers
verlaufende leitende Elemente enthält, deren Abstände längs des Kopfes dem Verlauf
des ausgesendeten Signals entsprechen, so daß der Korrelatorkopf einen die Korrelation
einer Funktion des gesendeten und empfangenen Signals darstellenden elektrischen
Ausgangswert erzeugt, wenn ein Teil des Aufzeichnungsträgers, auf dem das empfangene
Signal aufgezeichnet worden ist, am Kopf vorbeiläuft.
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Das Verfahren und die Einrichtungen gemäß der Erfindung erfordern
nur einen geringen Aufwand und können direkt am Arbeitsort, d. h. im Gelände, verwendet
werden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß photographische Verfahrensschritte
und Aufzeichnungsträger mit den ihnen naturgemäß anhaftenden Nachteilen bezüglich
Handhabung und Verarbeitung vermieden werden. Außer zur Korrelation eines gesendeten
Signals mit einem empfangenen Signal, die im folgenden noch näher erläutert wird,
läßt sich die Erfindung auch auf eine Kreuzkorrelation einer seismischen Aufzeichnung
einer Reflexion mit einer Aufzeichnung oder Darstellung von Reflexionskoeffizienten
in der Erde anwenden. In diesem Falle wird die seismische Reflexionsspur als Eingangswert
für den Korrelator verwendet, und der Korrelatorkopf kann so ausgebildet werden
(am einfachsten als gedruckte Schaltung), daß er die Beziehung Refiexionskoeffizient-Zeit
darstellt. Hierbei lassen sich wichtige Informationen über die Form des primären
seismischen Impulses und über die Bedeutung von Mehrfachreflexionen und anderer
unerwünschter Signale gewinnen. Dieselbe Technik kann auch auf andere Arten von
akustischen Echoentfernungsmessungen angewendet werden, bei denen im Einzelfall
die räumliche Verteilung und der Reflexionskoeffizient des Reflektors bekannt sind.
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Eine ähnliche Technik gestattet umgekehrt eine Kreuzkorrelation der
einzelnen Spuren eines seismischen Querschnittes mit einer repräsentativen, einen
Mittelwert darstellenden, voraussichtlich zu erwartenden oder synthetischen Spur
oder mit Teilen oder Abschnitten einer solchen Spur oder Aufzeichnung. Hierdurch
kann eine Reihe von entsprechen-
den Reflektoren zuverlässig quer durch ein Gebiei
verfolgt werden, in dem schlechte Reflexionseigenschaften herrschen. Weiterhin lassen
sich dabei Abweichungen von dem erwarteten Verlauf feststellen wenn solche vorhanden
sind.
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Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung näher erläutert; es
zeigt F i g. 1 eine Seitenansicht eines magnetischen Korrelators, F i g. 2 eine
Draufsicht auf den in Fig. 1 dargestellten Korrelator, F i g. 3 eine Ansicht der
Rückseite des Korrelators nach den Fig. 1 und 2, Fig.4 eine mehr ins einzelne gehende
perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht, welche veranschaulicht, wie das
Band über einen in dem Aufzeichnungsgerät der Fig. 1 bis 3 verwendeten Wiedergabekopf
läuft, Fig. 5 eine abgebrochen dargestellte Draufsicht eines Korrelatorkopfes, wie
er in dem Korrelator nach den Fig. 1 bis 3 zur Anwendung gelangen kann, und F i
g. 6 eine schaubildliche Ansicht eines vollständigen Korrelatorgerätes als Beispiel
für die vorliegende Erfindung.
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Der in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Korrelator weist eine Grundplatte
1 auf, auf der ein Gehäuse 2 montiert ist, dessen Vorderseite3 die der magnetischen
Aufzeichnung und Wiedergabe dienenden Teile des Gerätes, insbesondere die Aufzeichnungs-
und Wiedergabeköpfe und die Einrichtungen zur Führung und zum Antrieb eines Magnetbandes
trägt.
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Das Band 4 weist die Form einer endlosen Schleife auf, die aus einem
üblichen, z. B. 6,3 mm breiten Magnetband besteht. Das Band 4 läuft rings um eine
Hauptantriebstrommel 5, gegen die es mittels einer federbelasteten Andruckrolle
6 gedrückt wird, ferner um eine Reihe von Führungsrollen 7, unter einer federbelasteten
Spannrolle 8 und an einer Reihe von magnetischen Lösch-, Aufzeichnungs- und Wiedergabeköpfen
9, 10, 11 und 12 vorbei.
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Die Köpfe 9, von denen einer oder mehrere zur Anwendung gelangen
können, sind Hochfrequenzlöschköpfe, die die volle Breite des Bandes 4 bedecken.
Der Kopf 10 ist der Aufzeichnungskopf, der ebenfalls die gesamte Breite des Bandes
4 einnimmt, während der Kopf 11 ein üblicher Wiedergabekopf ist, der zur Überwachung
dient, ob die Aufzeichnung auf das Band durch den Kopf 10 in zufriedenstellender
Weise erfolgt. Nach Vorbeilaufen am Aufzeichnungskopf 10, der auf dem Band die Funktion
r(t) aufzeichnet, und nach dem Vorbeilaufen am Wiedergabekopf 11 wird das Band über
einen Kopf 12 gezogen, der einen Korrelationswiedergabekopf bildet.
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Der Kopf 12 (vgl. auch F i g. 4) besteht aus einer leitenden Linie
oder einem Streifen 13, der sich auf einer isolierenden Unterlage 14 befindet, welche
an einem an der Vorderseite 3 des Gehäuses 2 montierten Träger 15 befestigt ist.
Der Träger 15, an dem die Unterlage 14 befestigt ist, weist, wie in Fig. 1 dargestellt
ist, eine konvex gekrümmte obere Fläche auf, wobei der Kopf 12 eine ähnliche Kurvenform
erhält. Dadurch wird sichergestellt, daß das Band 4 durch seine eigene Spannung
mit dem Kopf 12 in Berührung gehalten und daß die Verwendung von Druckkissen oder
anderen Einrichtungen unnötig ist.
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Das Band 4 wird mit einer genau gesteuerten und gleichförmigen Geschwindigkeit
von der Trommel 5
beispielsweise mit 9,5 cm je Sekunde angetrieben,
wobei diese Trommel selbst ihren Antrieb über ein Getriebe 16 (Fig. 3) von einem
elektrischen Synchronmotor 17 erhält. Der Synchronmotor kann von einem Wechselrichter,
der mit einem Frequenznormal verbunden ist (nicht dargestellt), erregt werden. Es
ist wichtig, daß der Antriebsmechanismus sehr genau ausgeführt ist, damit die Bandgeschwindigkeit
konstant und gleich dem Sollwert ist.
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Die leitende Linie 13 auf dem Wiedergabekopf 12 ist eine Darstellung
oder graphische Aufzeichnung der Funktion g (t) mit einem Amplitudenmaßstab, der
die Maximalamplitade der Funktion auf die magnetisierte Breite des Bandes 4 begrenzt,
und mit einem Zeitmaßstab, der genau mit der Geschwindigkeit übereinstimmt, mit
der das Band am Aufzeichnungskopf 10 vorbeiläuft. Die Ausgangsspannung des leitenden
Streifens 13 stellt dann die bestimmte (begenzte, endliche) Kreuzkorrelation der
ersten Ableitung der Funktion r (t) mit der ersten Ableitung der Funktion g (t)
dar, wobei durch doppelte Integration ein Signal erhalten werden kann, das die bestimmte
(endliche, begrenzte) Kreuzkorrelation der Funktionen selbst darstellt. Das zum
Antrieb des Vibrators in einem seismischen System mit kontinuierlicher Energie verwendete
Steuersignal g (t) steht üblicherweise als reproduzierbares Signal zur Verfügung.
In diesem Fall wird der leitende Streifen 13 vorzugsweise mittels einer gedruckten
Stromkreistechnik wie folgt hergestellt: Das reproduzierbare Signal wird zuerst
mittels einer magnetischen, photoelektrischen oder einer anderen Wiedergabeanlage
wiedergegeben und einem Galvanometeroszillographen oder irgendeinem anderen Oszillographen
mit einem Zeitmaßstab, der genau der im Korrelator verwendeten Bandgeschwindigkeit
(z. B. 9,5 cm je Sekunde) entspricht und mit einer Maximalamplitude zugeführt, die
gleich der Breite des Korrelatorbandes 4 oder etwas kleiner ist.
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An der Wellenform werden als nächstes elektrische Anschlüsse eingezeichnet
und ein Photonegativ davon gefertigt (beispielsweise dadurch, daß ein Kontaktabzug
aus einem stabilen photographischen Material hergestellt wird). Diese Photographie
wird darauf als Vorlage bei einem üblichen Ätzprozeß für gedruckte Schaltung verwendet,
nach dem eine feine Kupferlinie übrigbleibt, die die Funktion g (t) darstellt und
die von der Unterlage 14 getragen wird, welche aus einem Material geeigneter Festigkeit
(z. B.
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Fiberglas) hergestellt ist.
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Die F i g. 5 veranschaulicht einen Korrelatorkopf, der unter Verwendung
des vorstehenden Verfahrens für den Fall hergestellt ist, daß g(t) ein in der Frequenz
gewobbeltes Signal mit einer Dauer von 7 Sekunden ist. Die elektrischen Anschlüsse
des Streifens 13 sind hier mit 18 bezeichnet.
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Die Wiedergabe des ursprünglichen Steuersignals durch den Oszillographen
kann in der tatsächlichen Zeit erfolgen, oder es kann auch bequemer und vorteilhafter
sein, diesen Arbeitsvorgang mit erhöhter oder verminderter Geschwindigkeit durchzuführen.
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Eine verminderte Geschwindigkeit ist beispielsweise dann sachdienlich,
wenn sich der Frequenzbereich des Oszillographen nicht bis zu der im Steuersignal
enthaltenen oberen Frequenzgrenze erstreckt. Eine Änderung der Geschwindigkeit ist
auch dann zweckmäßig, wenn der Arbeitsvorgang unter Bedingungen ausgeführt werden
muß, bei denen Störungen durch
das Wechselstromnetz auftreten. In einem Fall, bei
dem es wahrscheinlich ist, daß bei der Aufzeichnung im Arbeitsgebiet (Gelände) 50
Hertz auftritt, ist es wichtig, daß man bei der Abtastung am Korrelatorkopf nicht
50 Hertz erhält. Dies kann dadurch vermieden werden, wenn der Arbeitsvorgang, in
dem das Steuersignal auf den Oszillographen überspielt wird, so ausgeführt wird,
daß sowohl das Wiedergabegerät als auch der Oszillograph mit der gleichen, nicht
der Nenngeschwindigkeit entsprechenden Geschwindigkeit läuft. Vorzugsweise werden
die Wiedergabetrommel und die Oszillographentrommel auf einer gemeinsamen Welle
befestigt.
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Es ist auch möglich, die in gedruckter Schaltung ausgeführten Korrelatorköpfe
dadurch herzustellen, daß berechnete Punkte von Hand oder mittels einer Maschine
aufgetragen werden. Es ist klar, daß dieser Vorgang sehr zeitraubend ist, wenn die
Funktion g (t) nicht eine einfache Form wie die einer rechteckförmigen oder dreieckförmigen
Welle aufweist. Der Nachteil bei der Verwendung derartiger Funktionen bei der seismischen
Untersuchung mit kontinuierlicher Energie steht im Gegensatz zu quasisinusförmigen
Funktionen darin, daß der Vorgang der Kreuzkorrelation »Geister« zusätzlich zu dem
Haupt-Kreuzkorrelationssignal ergibt. Diese Geister stehen im Zusammenhang mit harmonischen
Störungen im Signal r (t) oder einer Empfindlichkeit auf Harmonische in dem g (t)
darstellenden Korrelationskopf.
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Wie ein Korrelationskopf konstruiert sein kann, daß er auf die zweite,
dritte, vierte, sechste, achte, neunte usw. Harmonische nicht anspricht, ist an
anderer Stelle beschrieben.
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Falls die Funktion g (t) eine im allgemeinen rechteckige oder dreieckige
Form aufweist, ist es auch möglich, die Korrelatorköpfe herzustellen, indem man
ein Formteil mit feinem Draht bewickelt. Ein derartiger Kopf kann dann auf den gekrümmten
Tragteil 15 in ähnlicher Weise wie ein Kopf mit gedruckter Schaltung montiert werden.
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Es wurde festgestellt, daß am Wiedergabekopf 12 keine Druckkissen
erforderlich sind, wenn dieser, wie in Fig. 1 veranschaulicht, eine gekrümmte Form
aufweist, und daß dann das Band über den Kopf ohne jede Neigung zu einer Querbewegung
läuft, vorausgesetzt, daß die Führungsrollen 7 in geeigneter Weise genutet sind.
Es ist wichtig, daß die Wellen dieser Rollen genau ausgerichtet und mit Lagerungen
hoher Qualität versehen sind, wobei der Antrieb oder das Getriebe 16 ebenfalls sehr
hohe Güte aufweisen muß. Es hat sich herausgestellt, daß der Verschleiß des Bandes
4 und des Kopfes 12 sehr klein ist und daß eine Bandschleife viele Wochen lang ohne
Auswechseln hält, wenn ein geschichtetes Plastikband verwendet wird.
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Der Spannungsausgang eines Korrelatorkopfes ist für normale Verstärkungsanlagen
gut geeignet, wenn in der Frequenz gewobbelte Signale verwendet werden. Darüber
hinaus werden vermöge der durch den Korrelationsvorgang erzielbaren Verbesserungen
im Verhältnis von Signal zu ungeordneten Störungen die endgültigen Verhältnisse
von Signal zu Störung der gesamten Meßgeräteausrüstung sehr viel besser als diejenigen,
welche mit der gebräuchlichen magnetischen Aufzeichnung erzielbar sind.
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Eine Filterung (innerhalb des vom frequenzgewobbelten Signals überstrichenen
Frequenzbandes) kann dadurch erreicht werden, daß das Band vom Wiedergabekopf
in
einem Teil seiner Länge abgehoben wird oder indem eine magnetische Abschirmung zwischen
das Band und einen Teil der Länge des Wiedergabekopfes eingeschoben wird. Dies ist
in der Praxis für eine schnelle Abschätzung des Einflusses verschiedener Grade der
Filterung sehr nützlich.
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In einen Korrelationskopf für frequenzgewobbelte Signale kann auch
schon bei der Herstellung ein Filter eingeplant werden, indem die Amplitude (und
nach Wunsch die Phase) einzelner Abschnitte des Kopfes verändert wird. Dies ist
äußerst wichtig für die Beseitigung von Netzstörungen, welche in dem am Arbeitsort
gemachten Aufzeichnungen enthalten sein können. In einem für gewobbelte Frequenzen
ausgelegten Kopf kann ein sanfter Einschnitt an einer Stelle vorgesehen werden,
deren Mitte bei der Netzfrequenz liegt, wobei die Beseitigung dieser Frequenz ohne
die 1800-Phasenverschiebung erfolgt, wie sie normalerweise bei Kerb- oder Ausschnittfiltern
vorhanden ist.
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Wie oben erwähnt wurde, sind zwei Integrationsstufen erforderlich,
wenn der Ausgangswert des Wiedergabekopfes die wahre Kreuzkorrelation von r (t)
und g(t) darstellen soll. Für seismische Zwecke werden diese beiden Integrationsstufen
normalerweise in dem auf den Wiedergabekopf folgenden Verstärker vorgesehen. Manchmal
kann es jedoch erwünscht sein, eine (oder sogar beide) dieser Integrationsstufen
wegzulassen, um den normalen Abfall hoher Frequenzen in der Erde zu kompensieren.
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Bei Verwendung von zwei Integrationsstufen ist es ziemlich schwierig,
die erforderliche Phasenverzögerung von 1800 bei den tiefsten Frequenzen zu erreichen.
Diese Schwierigkeit läßt sich dadurch vermeiden, daß Unvollkommenheiten des integrierenden
Verstärkers durch den Korrelationskopf kompensiert werden. Dieses Prinzip läßt sich
auch auf die Kompensation des Phasenganges bestimmter oder aller Teile des seismischen
Gerätes einschließlich der Geophone, Aufzeichnungsverstärker und (mindestens zum
Teil) der Schwingungserzeuger anwenden. Auf diese Weise läßt sich erreichen, daß
die Phasenlage der die endgültige seismische Aufzeichnung bildenden Schwingungszüge
nur durch die Dispersion in der Erde bestimmt wird.
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Eine Kompensation des Phasenganges der Geo phone und Aufzeichnungsverstärker
kann beispiels weise sehr leicht beim Überspielen des Steuersignals auf die zur
Herstellung des gedruckten Stromkreises benutzte oszillographische Aufzeichnung
erfolgen, da beim Überspielen als Verstärker der im Gelände verwendete Aufzeichnungsverstärker
benutzt und eine Geophonersatzschaltung vor oder hinter den Verstärker geschaltet
werden kann. In diesem Falle muß natürlich das Überspielen mit der tatsächlichen
Geschwindigkeit, also mit unverändertem Zeitmaßstab erfolgen. Der Phasengang der
Geophone und des Aufzeichnungsverstärkers bewirkt normalerweise, daß die niedrigen
Frequenzen in der Funktion r (t) gegenüber der normalen Laufzeit voreilen und die
hohen Frequenzen nacheilen. Diese Einflüsse werden kompensiert, wenn der Korrelatorkopf,
der die Funktion g(t) darstellt, das gleiche Verhalten aufweist.
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Ein Korrelator in der beschriebenen Form ist zur aufeinanderfolgenden
Verarbeitung der verschiedenen normalerweise verwendeten Kanäle mit seismischen
Informationen gut geeignet. Im folgenden wird eine Anordnung von Geräten für die
vollstän-
dige Arbeitsweise der aufeinanderfolgenden Wieder gabe der Felddaten über
den Korrelator bis zu einen geeigneten Sicht- oder Aufzeichnungsgerät be schrieben.
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Wie die Fig. 6 der Zeichnungen zeigt, enthäl diese Apparatur eine
magnetische Wiedergabeeinrich. tung 20, eine Stufenschalteinrichtung 21 für die
auf einanderfolgende Wahl der Wiedergabeköpfe 22 die. ser Wiedergabeeinrichtung,
einen Korrelator 23, de dem unter Bezug auf die Fig. 1 bis 3 beschriebener entspricht,
eine magnetische Aufzeichnungseinridi tung 24, eine Stufenschalteinrichtung 25 für
die auf. einanderfolgende Wahl der Aufzeichnungsköpfe 2f dieser Aufzeichnungseinrichtung,
einen Zweistrahl oszillographen 27, ein Sichtübervachungsgerät 28 eine Querschnittkamera
29 und eine Zeitkorrektureinheit 30.
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Bei einem bekannten Verfahren dauert die Auf zeichnungsperiode im
Feld etwa 13 Sekunden, von denen etwa 7 Sekunden der Dauer des ausgesendeten, in
der Frequenz gewobbelten Signals entsprechen.
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Das Wiedergabegerät 20, das die Felddaten wiedergibt, ist deshalb
so eingerichtet, daß es dieselbe Zeitdauer für eine Umdrehung aufweist wie das Feldaufzeichnungsgerät
(etwa 13 Sekunden). Nach der Korrelation hat jedoch die verwertbare Information
eine Dauer von etwa 6 Sekunden, so daß die Aufzeichnungseinrichtung 24, welche die
Korrelationsdaten aufzeichnet, eine Zeitdauer für eine Umdrehung aufweist, die genau
die Hälfte derjenigen des Wiedergabegerätes 20 ist. Dies wird durch ein Ge-Getriebe
31 zwischen den Wiedergabe und Aufzeichnungstrommeln erreicht, in dem ein Differential
32 enthalten ist Die Anordnung, bestehend aus der Wiedergabetrommel 20, der Aufzeichnungstrommel
24, dem Getriebe 31, den Wiedergabeköpfen 22 und den Aufzeichnungsköpfen 26, kann
zusammen mit dem Synchronmotorantrieb und dem Steuergetriebe durch Abänderung eines
handelsüblichen Aufzeichnung-Wiedergabe-Gerätes erhalten werden.
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Jeder Kanal der Felddaten wird durch den Stufenschalter 21 gewählt,
welcher synchron mit dem Stufenschalter 25 von einem (nicht dargestellten) Mikroschalter
auf der Wiedergabetrommel 20 gesteuert wird. Das unbearbeitete seismische Signal
wird dann in den Korrelationsaufzeichnungsverstärker 33 (auch in Fig. 3 dargestellt)
verstärkt, mit dem Ausgang eines üblichen Vormagnetisierungsoszillators (nicht dargestellt)
gemischt und dem Korrelationsaufzeich nungskopf 10 zugeführt. Dieser Teil des Verfahrens
wird durch den in üblicher Weise ausgeführten Wiedergabekopf 11 überwacht, dessen
Ausgangssignal in einem Überwachungsverstärker 34 verstärkt und als eine Spur des
Zweistrahloszilloskops 27 abgebildet wird. Das Korrelationssignal wird von dem Wiedergabekopf
12 erhalten und in einem Wiedergabeverstärker 35 verstärkt, welcher die an früherer
Stelle besprochenen erforderlichen Integrationsstufen enthält. Das verstärkte, die
Korrelation darstellende Signal wird dann als zweite Spur des Zweistrahloszillographen
27 abgebildet, so daß sowohl die korrelierten als auch die unkorrelierten Signale
auf diesem Oszilloskop überwacht werden können.
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Das Korrelationssignal wird auch mit einem Vorspannungssignal gemischt
und über ein Relais 36 und den Stufenschalter 25 einem der Aufzeichnungsköpfe 26
zugeführt. Das Relais 36 wird ebenfalls von (nicht dargestellten) Mikroschaltern
auf der Trommel 20
betätigt und ist während der zweiten Hälfte der
13-Sekunden-Periode geschlossen. Es sind daher eine »aktive« und eine »passive«
Umdrehung der Aufzeichnungstrommel für jede Umdrehung der Wiedergabetrommel 20 vorhanden.
Das Korrelationssignal wird auch dem Eingang eines Verstärkers in der Sichtüberwachungseinheit
28 zugeführt. Dieser Verstärker ist mit Filtereinrichtungen, automatischer Lautstärkeregelung
und Unterdrückungs- oder Sperreinrichtungen ausgestattet, wie sie bei seismischen
Verstärkern üblich sind. Sein Ausgangssignal wird mittels einer Schreibvorrichtung
38, 39 auf einem Registrierstreifen aufgezeichnet, der auf einer Trommel 40 befestigt
ist. Diese Trommel dreht sich synchron mit der Aufzeichnungstrommel 24. Die Obere
wachungseinheit 28 erzeugt daher eine seismische Aufzeichnung von üblichem Aussehen.
Auf das Re gistrierpapier können in an sich bekannter Weise vorher genaue Zeitlinien
gedruckt werden.
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Das Korrelationssignal kann, nachdem es einer Filterwirkung oder
automatischen Lautstärkeregelung im Verstärker 37 unterworfen wurde, auch einer
bekannten Kamera 29 zugeführt werden.
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Außer den von den Kanälen der Wiedergabeeinrichtung 20 gelieferten
Signalen wird vorzugsweise noch eine zeitgebende Spur (z. B. ein 100-Hz-Signal)
und eine Aufnahme des zu den Vibratoren übertragenen Wobbelfrequenzsignals aufgenommen.
Die Zeitspur kann auf das Korrelationsband und die Überwachungs aufzeichnung mittels
eines Relais (nicht dargestellt) übertragen werden, welches den Korrelator überbrückt,
während diese Spur wiedergegeben wird. Dieses Relais kann durch einen getrennten
(nicht dargestellten) Kontakt des Stufenschalters 21 erregt werden.
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Ein anderes in ähnlicher Weise betätigtes Relais kann zur Überbrückung
der Filter und der Einrichtungen zur automatischen Lautstärkeregelung im Verstärker
37 während der Wiedergabe des Wobbelfrequenzsteuersignals verwendet werden. Damit
wird sichergestellt, daß der resultierende Autokorrelationsimpuls (der die Zeit
Null der seismischen Aufzeichnung darstellt) durch diese Bestandteile nicht gestört
wird.
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Es ist klar, daß das in der Aufzeichnungseinrich tung 24 hergestellte
Korrelationsband überprüft werden kann, indem man es über die tJberwachungseinheit
28 abspielt. Für diesen Zweck sind ein Schalter 41 und ein Vorverstärker 42 vorgesehen.
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Das Differential 32 kann verwendet werden, um sicherzustellen, daß
die Null-Zeitimpulse von jedem auf der Wiedergabetrommel 20 befestigten Feldband
an der gleichen Stelle der Korrelationsbänder auf der Trommel 24 aufgezeichnet werden.
Hierzu kann auf der Trommel 40 des Sichtüberwachungsgerätes eine Marke aufgezeichnet
werden, die von einem (nicht dargestellten) Mikroschalter auf der Aufzeichnungstrommel
24 geliefert wird und dann das Differential 32 so lange verstellt werden, bis der
vom Feldband kommende Impuls mit dieser Marke zusammenfällt.
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Das Differential 32 kann auch für die Einfügung von statischen oder
Bezugskorrekturen gemäß den wohlbekannten Prinzipien bei seismischen Untersuchungen
verwendet werden. Diese Funktion wird jedoch normalerweise von der Zeitkorrektureinheit
30 durchgeführt. Die Arbeitsweise der Zeitkorrektureinheit 30 beruht auf einer Bewegung
des Korrelationskopfes 12 relativ zum feststehenden Aufnahmekopf 10. Es ist
einleuchtend,
daß hierdurch (im Gegensatz zu einer Bewegung des Aufzeichnungskopfes) die größenmäßige
Übereinstimmung zwischen dem Verlauf der Signale auf dem Magnetband 4 und der lDonfiguration
des Korrelationskopfes 12 erhalten bleibt. Der Korrelationskopf 12 kann als Ganzes
bewegt werden, ohne den Korrelationsvorgang zu stören. Die Bewegung des Kopfes 12
wird durch einen Servomotor 43 in Verbindung mit einem Antrieb 44 bewirkt. Der Kopfträger
15 ist gleitend gelagert, so daß er um seinen eigenen Krümmungsmittelpunkt geschwenkt
werden kann.
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Ein linear bewegliches Potentiometer 45 (F i g. 1) meldet die Lage
des Kopfträgers 15 und erzeugt so ein Fehlersignal, das als ein Eingangssignal eines
normalen Servoverstärkers (nicht dargestellt) verwendet wird, welcher den Servomotor
43 speist.
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Das andere Eingangssignal des Servoverstärkers wird von einem Drehpotentiometer
46 (F i g. 6) geliefert, das mit der Welle der Aufzeichnungstrommel 24 verbunden
ist. Die Charakteristik dieses Potentiometers kann (mittels in geeigneten Abständen
angeordneter und mit einstellbaren Potentialquellen verbundener Anzapfungen) so
eingestellt werden, daß die gewünschte Änderung zwischen der dynamischen Korrektur
und der Zeit in an sich bekannter Weise simuliert wird.
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Das am Schleifer des Drehpotentiometers 416 erscheinende Potential
wird durch eine Reihe von festen Potentialteilern (nicht dargestellt) weiter unterteilt.
Diese Teiler stellen die unterschiedlichen horizontalen Abstände von dem Vibrator
zu den verschiedenen Geophonstationen dar und werden aufeinanderfolgend durch einen
(nicht dargestellten) Stufenschalter gewählt, der synchron mit den Stufenschaltern
21 und 25 betätigt wird.
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In der Zeitkorrektureinheit 30 sind veränderbare Regelorgane enthalten,
mittels deren den einstellbaren statischen Korrekturen entsprechende Potentiale
durch einen ähnlichen Stufenschalter gewählt und einem der Eingänge des Servoverstärkers
zugeführt werden können. Auf diese Weise kann die Lage des Kopfesl2 mittels des
Servomotors 43 und der Schaffung von statischen und dynamischen Zeitkorrekturen
in sehr anpassungsfähiger Weise eingestellt werden. Die Steuerorgane, die die Durchschnittsgeschwindigkeit-Zeit-B
eziehung, die Streubereich-Längen-Beziehung und die Statikkorrekturbeziehungen darstellen,
sind alle kontinuierlich veränderbar.
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Das hier beschriebene Gerät stellt eine Verbesserung auf dem Gebiet
der Korrelation, der Korrektur und der Sichtbarmachung von seismischen Daten dar,
welche durch Forschungsverfahren und kontinuierliche Energie erhalten werden. Das
Gerät kann innerhalb des Anwendungsbereiches dieser Verbesserung abgeändert und
angepaßt werden. Insbesondere kann es an andere Arten des Bandwiedergabegerätes
20 und der Aufzeichnungseinrichtung 24 angepaßt werden, während die Trommel 40 der
hub er wachungseinrichtung der Einfachheit halber an derselben Welle wie die Aufzeichnungseinrichtung
24 befestigt werden kann.
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Das erfindungsgemäße Gerät kann auch allgemeine Anwendung bei allen
Forschungsverfahren finden, in denen Signale ausgesendet und empfangen werden, deren
Dauer im Vergleich zu normalen seismischen Impulsdauern lang ist. Wenn das gesendete
Signal nicht als ein einziges (oder als ein sich nicht
wiederholendes)
Signal auftritt, enthält der Ausgang des Korrelationskopfes zusätzlich zu dem Hauptimpuls,
der die Stellung der Überlagerung oder Übereinstimmung anzeigt, im allgemeinen einen
oder mehrere Unter- oder Zusatzimpulse.
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Dies ist in einigen Anwendungsfällen nicht wichtig; in anderen Fällen
kann der Abstand, die Amplitude und die Dauer der Unter- oder Zusatzimpulse durch
Autokorrelation bestimmt werden, wobei der Hauptimpuls zur Verminderung von deren
Amplitude verwendet werden kann.
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Es soll darauf hingewiesen werden, daß dieser Vorgang mindestens
teilweise durch eine geeignete Änderung der Form des gedruckten Streifens bewirkt
werden kann. Der Streifen soll dann nicht nur der Form des Steuersignals folgen,
sondern soll die Ober lagerung des Steuersignals mit einer oder mehreren abgeschwächten
und zeitlich verschobenen Abarten des Steuersignals selbst darstellen. Gerade wenn
sich das Steuersignal nicht wiederholt, wie es bei dem erwähnten frequenzgewobbelten
Signal der Fall ist, kann dies zur Verminderung der zeitlichen Dauer und des Schwngungscharakters
der Autokorrelationsimpulse verwertet werden. Dies ist wichtig, wenn aus der seismischen
Aufzeichnung möglichst viele geologische Informationen gewonnen werden sollen.
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Bei dem Verfahren und dem Gerät, das vorstehend näher beschrieben
und in den Zeichnungen veranschaulicht wurde, wurde mit dem magnetischen Energiefeld
das empfangene Signal dargestellt, und dieses Energiefeld an dem langgestreckten
Umwandlungskopf vorbeigeführt, so daß es in letzterem einen Ausgangswert erzeugte,
der die Korrelation des gesendeten und empfangenen Signals darstellte. Es wäre jedoch
auch möglich, einen ähnlichen Umwandlungskopf in verschiedener Weise zu verwenden,
und zwar indem man ihm ein dem empfangenen Signal entsprechendes Eingangssignal
zuführt. Als Ergebnis erzeugt dieser Umwandlungskopf ein Energiefeld, dessen Muster
oder Verlauf einer Korrelation der gesendeten und empfangenen Signale entspricht,
wobei von diesem Energiefeld ein Ausgangswert erhalten werden kann, aus dem man
die Laufzeit bestimmen kann. Ein Verfahren, um dies durchzuführen, könnte darin
bestehen, daß man ein magnetisches oder anderes Aufzeichnungsmittel durch das Energiefeld
und an einem Wiedergabekopf vorbeilaufen läßt, das dann in letzterem ein Ausgangssignal
entsprechend dem am Wiedergabekopf vorbeilaufenden Energiefeld erzeugt.