DE1256429B

DE1256429B - Analog-to-digital converter

Info

Publication number: DE1256429B
Application number: DEP30374A
Authority: DE
Inventors: Dr Helmut Wachholz; Dipl-Ing Karl Weissensteiner
Original assignee: PRAKLA GmbH
Current assignee: PRAKLA GmbH
Priority date: 1962-10-17
Filing date: 1962-10-17
Publication date: 1967-12-14

Description

Analog-Digitalwandler Die Erfindung betrifft --in Verfahren zur Umwandlung von in analoger Form vorliegenden Seismogrammen in eine entsprechende digitale Form. Es sind bereits viele Umwandlertypen zur Umwandlung analog vorliegender Meßwerte in digitale Werte bekannt. Bisher ist es jedoch schwierig, auf einfache Weise eine Vielzahl längerer Schwingungszüge, wie sie beispielsweise in einem geophysikalischen Seismogramm auftreten, in eine digitale Information umzuformen, um sie mittels digitaler Rechenanlagen auszuwerten. Derartige Seismogramme liegen durchweg in Form einer magnetischen Aufzeichnung auf Magnetbändern vor. Da für Seismogramme eine sehr große Dynamik erforderlich ist, werden diese Magnetbandaufzeichnungen meist nach dem Frequenzmodulationsverfahren vorgenommen.Analog-to-digital converter The invention relates to processes for conversion from seismograms in analog form into a corresponding digital form. There are already many converter types for converting measured values that are present in analog form known in digital values. So far, however, it has been difficult to find one in a simple way A multitude of longer oscillation trains, such as those in a geophysical one Seismograms occur to be transformed into digital information in order to use them digitally To evaluate computing systems. Such seismograms are consistently in the form of a magnetic recording on magnetic tapes. Since a very large one for seismograms Dynamics is required, these magnetic tape recordings are mostly based on the frequency modulation method performed.

Die Verwendung von frequenzmodulierten Magnetbandaufzeichnungen, die mit einer Festfrequenzspur gekoppelt sind, wurde bereits beschrieben. Die gespeicherten Informationen dienen hier jedoch als Eingangsgrößen für eine Korrelationsberechnung; es wird keine Umwandlung in einen Digitaleode vorgenommen (I.R.E. Transactions, Vol. EC-3, June 1954, Nr. 2, p. 23-29). Ferner ist ein Verfahren veröffentlicht worden, bei dem ein analoger Schwingungszug nach Umwandlung in eine entsprechende Frequenzmodulation innerhalb vorbestimmterTaktzeiten einer Zählstufe zugeführt wird. Bei diesem Verfahren sind Schaltungsanordnungen notwendig, um die durch das Auswandern der Mittenfrequenzen der verschiedenen Oszillatoren bedinaten Fehler zu vermeiden (IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 3, März 1961, Nr. 10, p. 128-129). Weiterhin ist ein Analog-Digitalwandler für seismische Signale beschrieben worden, der jedoch nicht mit einem Frequenzmodulations-Verfahren als Zwischenumwandlung, sondern mit einem Impulsbreitenmodulations-Verfahren arbeitet. Zur Gewinnung eines digitalen Zählwertes muß bei diesem Verfahren eine weitere Umwandlung der Inforinationen erfolgen (USA.-Patentschrift 2 968 022).The use of frequency modulated magnetic tape recordings coupled to a fixed frequency track has already been described. However, the stored information is used here as input variables for a correlation calculation; there is no conversion to a digital code (IRE Transactions, Vol. EC-3, June 1954, No. 2, pp. 23-29). Furthermore, a method has been published in which an analog oscillation train, after conversion into a corresponding frequency modulation, is fed to a counting stage within predetermined cycle times. With this method, circuit arrangements are necessary in order to avoid the errors caused by the drifting of the center frequencies of the various oscillators (IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 3, March 1961, No. 10, pp. 128-129). Furthermore, an analog-digital converter for seismic signals has been described which, however, does not work with a frequency modulation method as intermediate conversion, but with a pulse width modulation method. In order to obtain a digital count value, a further conversion of the information must be carried out with this method (USA patent 2 968 022).

Das erfindungsgemäßeVerfahren zur Umwandlung von in analoger Form vorliegenden Seismogrammen in eine entsprechende digitale Form ist dagegen dadurch besonders einfach, daß, ausgehend von einer frequenzmodulierten Magnetbandaufzeichnung mit einer Festfrequenzspur, die innerhalb vorbestimmter Zeitintervalle in den Spuren der frequenzmodulierten Magnetbandaufzeichnung auftretenden Impulse je einem mehrstufigen Binärzähler zugeleitet werden und jeweils am Ende des Zeitintervalls aus dem Zähler ausgelesen werden; die Festfrequenzspur bestimmt hierbei die Dauer der Zeitintervalle für die Eingabe der Impulse in den Zähler. Es werden dabei von den Nulldurchgängen der frequenzmodulierten Aufzeichnung abgeleitete Impulse fortlaufend innerhalb vorbestimmter konstanter Zeitspannen gezählt und die Zählergebnisse einer Ausgabeeinheit, z. B. einem Lochstreifenstanz,er, zugeleitet. Damit wird ein Lochstreifen erzeugt, der direkt die gequantelten Amplitudenwerte des Schwingungszuges enthält, da die Zahl der auf eine Zeiteinheit entfallenden Nulldurchgänge bei einer linearen Frequenzmodulation der Amplitude proportional ist.The method according to the invention for converting seismograms in analog form into a corresponding digital form is particularly simple in that, starting from a frequency-modulated magnetic tape recording with a fixed frequency track, the pulses occurring within predetermined time intervals in the tracks of the frequency-modulated magnetic tape recording are each fed to a multi-level binary counter and read from the counter at the end of the time interval; the fixed frequency track determines the duration of the time intervals for entering the pulses into the counter. There are derived from the zero crossings of the frequency-modulated recording pulses continuously counted within predetermined constant time periods and the counting results of an output unit, z. B. a punched tape punch, he, forwarded. This produces a perforated strip which directly contains the quantized amplitude values of the oscillation train, since the number of zero crossings per unit of time is proportional to the amplitude in the case of linear frequency modulation.

Da eine FM-Modulation für jeden Momentanwert der umgewandelten Amplitude eine bestimmte Frequenz ergibt, ist es somit nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lediglich notwendig, in den der gewünschten Quantelung entsprechenden Zeitabschnitten die mittlere Frequenz zu bestimmen und in eine zur Verarbeitung in einer digitalen Rechenanlage geeignete Form zu bringen. Die Ermittlung der mittleren Frequenz kann in besonders einfacher Weise in Verbindung mit einer Originalaufzeichnung auf einem Magnetband durchAuswertung der dabei im FM-Demodulator erzeugten modulierten Spannungen wie auch durch Lesen der bereits vorhandenen FM-Magnetbandaufzeichnungen vorgenommen werden. Die Grundfrequenz von Seismogramm-FM-Magnetbandaufnahmen liegt durchweg bei 4 kHz und ändert sich bei 10011/o Modulation z. B. um ± 3 kHz, so daß eine ausreichende Schwankungsbreite der Frequenz auch zur Bestimmuno, aus kurzen Zeitabschnitten vorhanden ist.Since an FM modulation results in a certain frequency for each instantaneous value of the converted amplitude, it is therefore only necessary according to the method according to the invention to determine the mean frequency in the time segments corresponding to the desired quantization and to convert it into a form suitable for processing in a digital computer system bring. The mean frequency can be determined in a particularly simple manner in connection with an original recording on a magnetic tape by evaluating the modulated voltages generated in the FM demodulator and by reading the FM magnetic tape recordings that are already available. The basic frequency of seismogram FM magnetic tape recordings is consistently 4 kHz and changes at 10011 / o modulation z. B. by ± 3 kHz, so that a sufficient fluctuation range of the frequency is also available for determination from short periods of time.

Die Durchführung einer abschnittweisen Frequenzmessung kann vorteilhaft durch Auswertung der Zahl der Nulldurchgänge der FM-Aufzeichnung erfolgen. Es ist dann lediglich notwendig, die in einem vorbestimmten Zeitintervall auftretenden Nulldurchgänge mit einem Zählwerk aufzunehmen und jeweils am Ende des Intervalls die im Zählwerk stehende Ziffer z. B. über einen Stanzer auf einen Lochstreifen auszulesen. Zweckmäßi- werden als Zeitintervalle von der 4411z-Zeitmarkenspur des Magnetogrammes abgeleitete 4-msec-Bereiche gewählt. Unter Berücksichtigung der angegebenen Modulationswerte können in einem derartigen Intervall je nach Modulationsgrad 4 bis 28 Impulse auftreten, so daß die zur binären Verschlüsselung des Zählergebnisses benöti-te Stellenzahl auf fünf gehalten werden kann und insbesondere C mit dem üblichen Lochstreifenschlüssel in übereinstimmung ist.A frequency measurement in sections can advantageously be carried out by evaluating the number of zero crossings of the FM recording. It is then only necessary to record the zero crossings occurring in a predetermined time interval with a counter and at the end of the interval the digit in the counter z. B. read out via a punch on a punched tape. Expediently, 4 msec ranges derived from the 4411z time mark track of the magnetogram are selected as time intervals. Taking into account the specified modulation values, 4 to 28 pulses can occur in such an interval, depending on the degree of modulation, so that the number of digits required for the binary encryption of the counter result can be kept at five and, in particular, C corresponds to the usual punched tape key.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der zeichnerischen Darstellung einesAusführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine Abspielung eines Teiles einer FM-modulierten Seismogrammspur, F i g. 2 ein Blockschaltbild zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens für eine Spur.The invention is explained in more detail below with reference to the graphic representation of an exemplary embodiment. It shows F i g. 1 a playback of part of an FM-modulated seismogram track, FIG . 2 shows a block diagram for carrying out the method according to the invention for one track.

Eine Seismogrammspur 2 nach F i 1 weist in dem dargestellten Teil einen Schwingungszug auf, der einen Nulldurchgang 3, ein positives Maximum 5 und ein negatives Maximum 7 besitzt. In der zugehörigen frequenzmodulierten Magnetbandaufzeichnung 1 ist zur vereinfachten Darstellung der Verhältnisse eine gegen das tatsächlich benutzte Frequenzband niedrigere Mittenfrequenz des FM-Modulationsbandes gezeigt. Dem Nulldurchgang 3 des Schwingungszuges entspricht eine rechteckfönnige Magnetisierung4 mittlerer BreitederMagnetbandaufzeichnung 1, während dem positiven Maximum 5 eine höhere Frequenz und somit eine rechteckförmige Magnetisierung 6 geringer Breite und dem negativen Maximum 7 eine niedrigere Frequenz und somit eine rechteckförinige Magnetisierung 8 großer Breite der einzelnen Impulse entspricht. Wie aus der Darstellung in F i g. 1 ohne weiteres ersichtlich, besteht also ein direkter Zusammenhang zwischen der Frequenz der FM-Magnetbandaufzeichnung und den zugehörigen Amplitudenwerten des Schwingungszuges 2.In the part shown, a seismogram trace 2 according to F i 1 has an oscillation train which has a zero crossing 3, a positive maximum 5 and a negative maximum 7 . In the associated frequency-modulated magnetic tape recording 1 , a center frequency of the FM modulation band that is lower than the frequency band actually used is shown to simplify the illustration. The zero crossing 3 of the oscillation train corresponds to a rectangular magnetization 4 of medium width of the magnetic tape recording 1, while the positive maximum 5 corresponds to a higher frequency and thus a rectangular magnetization 6 with a small width and the negative maximum 7 corresponds to a lower frequency and thus a rectangular magnetization 8 with a large width of the individual pulses. As can be seen from the illustration in FIG. 1 , there is therefore a direct relationship between the frequency of the FM magnetic tape recording and the associated amplitude values of the vibration train 2.

Auf dieser Eigenschaft der FM-Magnetbandaufzeichnung aufbauend, liefert der Analog-Digitalwandler nach der Erfindung eine Umwandlung der analocren Momentanwerte eines Schwingungszuges in entsprechende digitale Werte, indem jeweils in den gewünschten kleinen Zeitabschnitten die mittlere Frequenz bestimmt wird. Zweckmäßig wird die gemessene Frequenz in der Weise weiterverarbeitet, daß die so ermittelten Einzelwerte als in vorbestimmte Frequenzbereiche fallend sortiert werden, denen je ein digital verschlüsseltes Signal zugeordnet ist.Building on this property of the FM magnetic tape recording, the analog-digital converter according to the invention converts the analog instantaneous values of a vibration train into corresponding digital values by determining the mean frequency in the desired small time segments. The measured frequency is expediently further processed in such a way that the individual values determined in this way are sorted as falling into predetermined frequency ranges, each of which is assigned a digitally encrypted signal.

Bei dem schematischen Schaltbild nach F i g. 2 werden eine FM-modulierte Magnetbandspur vom Lesekopf 10 und eine Taktfrequenzspur von z. B. 4 kHz vom Lesekopf 11 ausgelesen. Die Taktfrequenz gelangt über einen Verstärker 20 auf einen Zähler 21, Z, der z. B. aus vier binären Stufen besteht. Somit erscheint am Ausgang des Zählers 21 eine Impulsfolge 25, deren positive und negative Rechtecke je 4 ms lang sind.In the schematic circuit diagram according to FIG. 2, an FM-modulated magnetic tape track from the read head 10 and a clock frequency track of e.g. B. 4 kHz read from the read head 11 . The clock frequency passes through an amplifier 20 to a counter 21, Z, which z. B. consists of four binary levels. Thus, a pulse train 25 appears at the output of the counter 21, the positive and negative rectangles of which are each 4 ms long.

Die FM-modulierte Spannung des Lesekopfes 10 gelangt über einen Verstärker 12 auf eine UND-Schaltung 13, deren zweitem Eingang die Impulse 25 von je 4 ms Dauer zugeführt werden. Hinter der UND-Schaltung 13 tritt also jeweils mit 4 ms Pause ein 4 ms langer Ausschnitt der FM-modulierten Eingangsspannung auf, der einen Binärzähler 14, 15, 16, 17 ... zugeleitet wird. Am Ende eines Ausschnittes ist also in dem Zähler die der entsprechenden mittleren Amplitude des Signals über die zwischengeschaltete FM-Modulation entsprechende Zahl der Impulse gespeichert. Am Ende jedes Zählimpulses der Impulsfolge 25 wird über eine monostabile Schaltung 24 ein kurzer übertragsimpuls auf die UND-Tore 18 gegeben, so daßdie Zählerstände momentan in die Zwischenspeicher 19 übergeführt werden. Von der Rückflanke des kurzen übertragsimpulses der monostabilen Schaltung 24 können die Zähler 14, 15, 16,17 ... zurückgestellt werden, so daß sie zur Verarbei,tung der während des nächsten Zählimpulses der Impulsfolge 25 eintreffenden Impulse der FM-Modulation bereit sind. Aus den Zwischenspeichern 19 kann die digitale Information zur weiteren Verarbeitung, wie z. B. zum Herstellen eines Lochstreifens, in der Zeit bis zum Ende des nächsten Zählintervalls abgerufen werden.The FM-modulated voltage of the reading head 10 is passed via an amplifier 12 to an AND circuit 13, the second input of which is supplied with the pulses 25, each 4 ms in duration. After the AND circuit 13 , a 4 ms long section of the FM-modulated input voltage occurs with a 4 ms pause, which is fed to a binary counter 14, 15, 16, 17. At the end of a section, the number of pulses corresponding to the corresponding mean amplitude of the signal via the interposed FM modulation is stored in the counter. At the end of each counting pulse of the pulse train 25 , a short transfer pulse is sent to the AND gates 18 via a monostable circuit 24, so that the counts are momentarily transferred to the buffers 19 . From the trailing edge of the short transmission pulse of the monostable circuit 24, the counters 14, 15, 16, 17 ... can be reset so that they are ready to process the FM modulation pulses arriving during the next counting pulse of the pulse train 25. From the buffers 19 , the digital information for further processing, such as. B. to produce a perforated tape, can be accessed in the time until the end of the next counting interval.

Eine genauere Definition der Auswertezeit und bessere Anpassung an die Arbeitsgeschwindigkeit des nachgeschalteten Lochers kann durch zweimalige Abspielung des Magnethandes erreicht werden, indem zuerst z. B. alle positiven Impulse der Impulsfolge 25 zur Freigabe der UND-Schaltung 13 benutzt werden, beim zweiten Durchlauf, ausgehend vom gleichen Startpunkt des Magnetbandes, jedoch alle negativen Impulse der Impulsfolge 25 auf das UND-Tor 13 einwirken.A more precise definition of the evaluation time and better adaptation to the working speed of the downstream punch can be achieved by playing the magnetic hand twice by first z. B. all positive pulses of the pulse train 25 are used to release the AND circuit 13 , but all negative pulses of the pulse train 25 act on the AND gate 13 during the second pass, starting from the same starting point of the magnetic tape.

Claims

1. A process for converting present in analog form seismograms into a corresponding digital form, d a d u rch g e k hen -z e ichnet that, starting from a known frequency modulated magnetic tape recorder (10) with fixed frequency track (11) pulses occurring within predetermined time intervals in the tracks of the frequency-modulated magnetic tape recording in a manner known per se are each fed to a multi-stage binary counter (14, 15, 16, 17) and are read out from the counter at the end of the time interval and that the fixed frequency track (11) the Determines the duration of the time intervals for entering the pulses into the counter.

2. The method according to claim 1, characterized in that the reading of the binary counters (14, 15, 16, 17) takes place at the end of a positive control pulse derived from the fixed frequency track (11) for the time interval and that then, starting from the same starting point, a second conversion is carried out in which the binary counters (14, 15, 16, 17) are read out at the end of a negative control pulse derived from the fixed frequency track (11). Contemplated publications: USA. Patents No. 2932547, 2967292, 2968022;. Zeitschriften Elektronik 1958, No. 9, p. 285; 1961, No. 5, pp. 135 and 136; Transactions of the IRE, Vol. EC-3, No. 2, 1954, pp. 23-29; IBM Technical Dinclosure Bulletin, Vol. 3, No. 10, 1961, pp. 128/29; K. Steinbuch, "Taschenbuch der Nachrichtenverarbeitung", 1962, pp. 913, 917 and 930; A. K. Susskind, "Notes on Analog-Digital Conversion-Techniques", 1958, pp. 6 to 21.