DE1296175B - Anordnung zur numerischen Verschluesselung von Analogsignalen - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur . Dabei besteht das Problem, daß ungewollte numerischen Verschlüsselung von Analogsignalen mit Schwankungen des Verstärkungsfaktors den Vereinem Analog-Digital-Umsetzer, dessen Dynamik- gleichsmaßstab beeinflussen, weil sie sich nur auf bereich kleiner als derjenige des Analogsignals ist das Analogsignal, nicht dagegen auf die Bezugsund der das über einen Verstärker seinem einen Ein- 5 spannungen auswirken.

gang zugeführte Analogsignal mit einer seinem Ein anderes Anwendungsgebiet von Anordnungen

anderen Eingang zugeführten Bezugsspannung ver- der eingangs angegebenen Art ist die Pulscodemulagleicht und das Vergleichsergebnis in digitaler Form tion, bei welcher Sprachspannungen oder andere abgibt, und mit einer Anordnung, welche den Wert analoge Nachrichtensignale in digital codierte Signale der Bezugsspannung beim Überschreiten bzw. Unter- io umgesetzt werden. Auf diesem Anwendungsgebiet ist schreiten festgelegter Werte des Analogsignals ändert. es bereits bekannt, den Verstärkungsfaktor des die Anordnungen dieser Art werden beispielsweise für Analogspannung verstärkenden Verstärkers konstant die Aufzeichnung der zeitlich veränderlichen Span- zu halten und dafür den Wert der Bezugsspannung nungen verwendet, die von Geophonen geliefert wer- stufenweise zu ändern. Das zuvor geschilderte Proden, welche seismische Schwingungen aufnehmen, 15 blem bleibt aber davon unberührt, weil sich undie entweder von einem Vibrator oder von der De- gewollte Schwankungen des Verstärkungsfaktors nur tonation einer Sprengstoffladung stammen. Man er- auf die Analogspannung und nicht auf die Bezugsreicht dadurch eine größere Genauigkeit als bei spannung auswirken. Zur Erzielung einer ausdirekter Aufzeichnung der Analogsignale. Im all- reichenden Genauigkeit muß daher der Vergemeinen verwendet man für das digitale Signal einen ao stärker mit entsprechendem Aufwand stabilisiert Binärcode. werden. Die Anwendung einer Verstärkungs-

Die von dem Analog-Digital-Umsetzer durch- regelung in Abhängigkeit von dem Pegel des geführte Operation besteht im wesentlichen darin, Analogsignales ist aus dem gleichen Grund ausdaß die »abgetastete« Augenblicksspannung mit einer geschlossen.

Bezugsspannung verglichen wird, deren Wert mit 35 Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Angroßer Genauigkeit bekannt ist. Ordnung der eingangs angegebenen Art, bei welcher Die von den Geophonen gelieferten Nutzsignale Schwankungen des Verstärkungsfaktors ohne Einbesitzen eine sehr große Dynamik; dies bedeutet, fluß auf die Genauigkeit der Analog-Digital-Umsetdaß das Verhältnis der kleinsten und der größten zung sind.

von einem Geophon stammenden Werte, das noch 30 Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, ausnutzbar ist, 120 bis 140 db erreichen kann. Die daß der Ausgang der die Bezugsspannung liefernden im Handel erhältlichen Analog-Digital-Umsetzer Anordnung gemeinsam mit der das Analogsignal liekönnen aber nur in einem engeren Dynamikbereich fernden Schaltung an den Eingang des Verstärkers arbeiten, insbesondere liegt das Verhältnis der vollen angeschlossen ist und daß der Ausgang des Verstär-Meßskala zu der Quantisierungseinheit in der Grö- 35 kers über eine das Analogsignal von der Bezugsßenordnung von 70 db, also etwa bei der Hälfte des spannung trennende Trennschaltung mit den beiden zuvor angegebenen Wertes. Eingängen des Analog-Digital-Umsetzers verbunden

Um die Möglichkeiten der Geophone voll aus- ist. Da bei der erfindungsgemäßen Anordnung sozunutzen, ist es daher notwendig, bei der Aufzeich- wohl die Analogsignale als auch die Bezugsspannung nung die Amplituden der in dem Umsetzer mitein- 4° den gleichen Verstärker durchlaufen, werden die beiander verglichenen Signale in geeigneter Weise zu den Spannungen von Schwankungen des Verstärverändern. kungsfaktors im gleichen Maß beeinflußt, voraus-

Zur Behebung dieser Schwierigkeit ist es bereits gesetzt, daß die Verstärkung des Verstärkers in dem bekannt, zwischen die Geophone und die Umsetzer gesamten Frequenzband der Analogsignale und der einen Verstärker einzufügen, dessen Verstärkung sich 45 Bezugsspannung ausreichend linear ist. Das Verhältstufenweise ändert, wobei beim Übergang von einer nis zwischen den zu vergleichenden Spannungen Stufe zur nächsten der Verstärkungsfaktor mit einem bleibt dann konstant, unabhängig von Schwankungen gegebenen Faktor multipliziert wird, beispielsweise des Verstärkungsfaktors, so daß die Genauigkeit der mit dem Faktor 2, wenn der verwendete Code ein Analog-Digital-Umsetzung davon nicht beeinflußt Binärcode ist. Diese Multiplikation (oder Division) 5° wird. Der Verstärker kann daher verhältnismäßig des Verstärkungsfaktors mit dem Wert 2 bedeutet, einfach aufgebaut sein.

daß in dem Binärcode das Komma um eine Stelle in Um die Trennung von Bezugsspannung und Anabezug auf den Zahlenausdruck der vom Geophon logsignal am Ausgang des Verstärkers auf einfache stammenden aufgezeichneten Spannung verschoben Weise zu ermöglichen, ist die Anordnung gemäß einer wird. Man arbeitet also mit einem gleitenden Komma, 55 vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung so aufwas ein auf dem Gebiet der Rechengeräte allgemein gebaut, daß die Bezugsspannung eine außerhalb des bekanntes Verfahren ist. Frequenzbereichs der Analogsignale liegende Fre-

Bei dieser bekannten Ausführungsform haben die quenz hat und daß die Trennschaltung eine Fre-Bezugsspannungen feste Werte, die durch geeignete quenzweiche ist.

Mittel, beispielsweise Zenerdioden, mit großer Ge- 60 Da der Verstärkungsfaktor bei der erfindungsnauigkeit stabilisiert sind. Die Änderung des Ver- gemäßen Anordnung ohne Nachteil in weiten Grenstärkungsfaktors des Verstärkers wird durch den zen schwanken kann, ist es ohne weiteres möglich, Wert der Ausgangsspannung des Analog-Digital- eine Verstärkungsregelung in Abhängigkeit vom Pe-Umsetzers hervorgerufen. Wenn diese Ausgangs- gel des Analogsignals anzuwenden. Dies wird vorspannung einen bestimmten Schwellwert überschrei- 65 zugsweise dadurch erreicht, daß der Verstärker regeltet, vermindert ein geeignetes Organ den Verstär- bar ist und daß an seinem Ausgang eine Verstärkungsfaktor des Verstärkers um eine Stufe, so daß kungsregelschleife angeschlossen ist, in der ein die das Komma dann um eine Stelle verschoben ist. Frequenz der Bezugsspannung sperrendes, die Fre-

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quenzen des Analogsignals durchlassendes Filter an- gebauten Schaltorganen ein- oder ausgeschaltet wer-

geschlossen ist. den, die wiederum von den Organen 13,14,15 bzw.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung be- 16 gesteuert werden. Das Organ 13 steuert das

steht darin, daß die Bezugsspannungsquelle ein am- Dämpfungsglied 9, das Organ 14 das Dämpfungsglied

plitudenstabilisierter Oszillator ist, dessen Frequenz 5 10, das Organ 15 das Dämpfungsglied 11 und das

außerhalb des Frequenzbereichs des Analogsignals Organ 16 das Dämpfungsglied 12. Es ist sofort zu

liegt, daß der Ausgang des Oszillators über einstell- erkennen, daß je nach den von den Organen 13,14,

bare Dämpfungsglieder mit dem Eingang des Ver- 15,16 gelieferten Befehlen die Ausgangsspannung

stärkers verbunden ist, daß der Ausgang des Ver- des Generators 8 in Stufen von 6 db gedämpft wird,

stärkers über ein die Frequenzen des Analogsignals io wobei 16 Stufen mit einer möglichen Gesamtände-

sperrendes, die Frequenz des Oszillators durchlassen- rung von 90 db realisierbar sind. Die Ausgangsspan-

des Filter mit dem Bezugsspannungseingang des nung des Dämpfungsglieds 12 wird dem Eingang des

Analog-Digital-Umsetzers verbunden ist, daß der Verstärkers 4 unter den gleichen Bedingungen wie

Analogsignaleingang des Analog-Digital-Umsetzers die Ausgangsspannung des Verstärkers 3, jedoch

über ein die Frequenz des Oszillators sperrendes, die 15 über einen Trennwiderstand 17 zugeführt. Das FiI-

Frequenzen des Analogsignals durchlassendes Filter ter6 ist ein Tiefpaßfilter, das vor allem verhindert,

an den Ausgang des Verstärkers angeschlossen ist daß die vom Generator 8 kommende Spannung auf

und daß an die Ausgänge des Analog-Digital-Um- die automatische Verstärkungssteueranordnung 5 ein-

setzers Steuerorgane für die Dämpfungsglieder so wirkt.

angeschlossen sind, daß sie die Einstellung der Dämp- ao Die Verstärkungssteueranordnung 5 ist vorzugsfungsglieder in Abhängigkeit von der Größe der weise in üblicher Art ausgeführt, so daß die Ver-Ausgangssignale des Analog-Digital-Umsetzers stu- Stärkung in Abhängigkeit von dem Ausgangspegel fenweise ändern. des seismischen Signals, d. h. des Pegels des Ausschließlich ist es auch möglich, die Erfindung beim gangssignals des Filters 6 geregelt wird. Die VerVorhandensein mehrerer Analog-Signal-Kanäle so 25 Stärkungssteueranordnung enthält im wesentlichen anzuwenden, daß ein Teil der Anordnung allen Ka- eine Gleichrichterstufe, auf die eine Zeitkonstantennälen gemeinsam ist. Dies wird gemäß einer zweck- schaltung folgt, der wiederum ein Verstärker nachmäßigen Ausführungsform dadurch erreicht, daß bei geschaltet ist; die Wirkungsweise einer solchen AnVorhandensein mehrerer Analog-Signal-Eingangs- Ordnung ist allgemein bekannt,
kanäle für jeden Kanal ein eigener Verstärker und 30 Da die Signalabtastung durch den Umsetzer 18 eine eigene Gruppe von Dämpfungsgliedern mit den bei der Frequenz F erfolgt, ist es üblich, das Filter 6 zugehörigen Steuerorganen vorgesehen ist, daß der so auszuführen, daß es alle Frequenzen, die gleich Oszillator und der Analog-Digital-Umsetzer allen wie oder größer als die halbe Frequenz FIl sind. Eingangskanälen gemeinsam sind, daß zwischen die möglichst stark dämpft, damit die Nachteile der Ausgänge der an die Verstärker der einzelnen Ein- 35 Spiegelung' des Spektrums nach dem Satz von gangskanäle angeschlossenen Filter und die entspre- Shannon vermieden werden,
chenden Eingänge des Analog-Digital-Umsetzers so- Die Ausgangsspannung des Filters 6, d. h. die verwie zwischen den Ausgang des Analog-Digital-Um- stärkte Ausgangsspannung des Geophons 1, wird setzers und die Steuerorgane der Dämpfungsglieder unter Ausschluß der vom Generator 8 stammenden der einzelnen Eingangskanäle je ein elektronischer 40 Spannung dem Eingang des Analog-Digital-Umset-Umschalter eingefügt ist und daß die elektronischen zers 18 über die Verbindung 21 zugeführt.
Umschalter durch das Ausgangssignal des Oszilla- Die Ausgangsspannung des Verstärkers 4 geht fertors synchronisiert sind. ner durch ein Hochpaßfilter oder Bandfilter 7, das Die Erfindung wird nachstehend an Hand der die vom Geophon 1 stammenden Frequenzen sperrt Zeichnung beispielshalber beschrieben. Darin zeigt 45 und nur die vom Generator 8 stammende Frequenz

F i g. 1 eine vereinfachte Ausführungsform, bei durchläßt.

welcher sich die Aufzeichnung nur auf die Spannung Die Ausgangsspannung des Filters 7 speist ein

eines einzigen Geophons erstreckt, und Organ 19, das zu dem Umsetzer 18 über die Ver-

F i g. 2 das Blockschaltbild einer Ausführungsform bindung 20 die Bezugsspannung liefert, welche von

der Aufzeichnungsanordnung für eine größere Zahl 50 dem Umsetzer verwertet wird. Dieser bildet daraus

von Geophonen. gegebenenfalls durch entsprechende Division, bei-

F i g. 1 zeigt das Geophon 1, dessen Spannung von spielsweise mit Hilfe von Potentiometern, Bruchteils-

einem Verstärker 2 mit festem Verstärkungsfaktor spannungen.

verstärkt wird. Der Ausgang dieses Verstärkers steu- Zu diesem Zweck mißt das Organ 19 den Spitzen-

ert über einen Trennwiderstand 3 einen Verstärker 4 55 wert der vom Generator 8 gelieferten Wechselspan-

mit veränderlicher Verstärkung. Bei 5 ist die Ver- nung, wie sie an den Ausgangsklemmen des Filters 7

Stärkungssteuerung für den Verstärker 4 dargestellt, vorhanden ist, und es liefert zu dem Umsetzer 18

die ihrerseits von dem Wert der Ausgangsspannung eine diesem Spitzenwert gleiche konstante Spannung

des Verstärkers 4 abhängt. Zu diesem Zweck wird während der ganzen nutzbaren Dauer des vom Um-

diese Ausgangsspannung dem Eingang der Verstär- 60 setzer 18 durchgeführten Vergleichsvorgangs, d. h. im

kungssteueranordnung 5 über ein Filter 6 zugeführt. wesentlichen während eines Viertels der Dauer einer

Ein Generator 8 mit geeigneter Frequenz, bei- Periode der Ausgangsschwingung des Generators 8.

spielsweise 20 kHz, speist eine Reihe von vier Dämp- Nach diesem Vorgang wird die Ausgangsspannung

fungsgliedern 9,10,11,12. Das erste Dämpfungsglied des Organs 19 plötzlich auf den Wert Null gebracht,

ergibt beispielsweise eine Dämpfung um 48 db, das 65 worauf das Organ 19 für die Messung eines weiteren

zweite eine Dämpfung um die Hälfte, also 24 db, Wertes der Spitzenspannung bereit ist. Zu diesem

das dritte um 12 db und das vierte um 6 db. Diese Zweck ist eine Synchronisierverbindung 22 zwischen

Dämpfungsglieder können jeweils mit Hilfe von ein- dem Generator 8 und dem Organ 19 vorgesehen.

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Das Organ 19 kann beispielsweise ein Konden- dargestellt, während die anderen in der später gesator sein, der über eine Diode von der Ausgangs- nauer angegebenen Weise dazu parallel liegen, spannung des Filters 7 aufgeladen wird, so daß die Die Zeichnung zeigt das Geophon 31, dem eine

Klemmenspannung des Kondensators nach einem Abgleichschaltung 32 nachgeschaltet ist, mit welcher Viertel der Periode der Wechselspannung gleich dem 5 es möglich ist, nach einem allgemein bekannten Ver-Spitzenwert wird. Etwas vor dem Ende jeder Periode fahren die Leitung abzugleichen, wodurch erreicht der vom Filter 7 gelieferten Schwingung schließt eine wird, daß die auf induktive Weise durch Netzströme von der Ausgangsspannung des Filters 7 gesteuerte oder Streuströme eingekoppelten Störsignale, deren herkömmliche Kippschaltung für eine sehr kurze Frequenzen im allgemeinen 50 oder 60 Hz betragen, Zeit den Kondensator kurz, so daß er am Ende der io ganz oder teilweise unterdrückt werden. Auf das Periode entladen ist. Organ 32 folgt ein Tiefpaßfilter 33, dessen Grenz-

. Bekanntlich vergleicht der Umsetzer 18 in gege- frequenz und Flankensteilheit einstellbar sind. Dieses benen Zeitpunkten die über die Leitung 21 züge- Filter sperrt in an sich bekannter Weise die sogeführte Augenblicksspannung mit den über die Ver- nannten »ground-rolk-Spannungen, d. h. Spannunbindung 20 gelief erten Bezugsspannungen. 15 gen, welche durch die Erregung von Oberflächen-Der Abtastzeitpunkt wird durch den Generator 8 schichten des Erdbodens stammen. Ein solches FiI-festgelegt. Zu diesem Zweck dient die Verbindung ter33 kann aus passiven oder aktiven Schaltungs-22 auch zur Synchronisierung des Umsetzers 18. elementen realisiert sein. Das Filter 33 speist über Die Abgabe der numerischen Darstellung der Aus- einen Aufwärtstransformator 34 mit bekanntem gangsspannung des Geophons erfolgt über die Ver- 20 Übersetzungsverhältnis den Eingang eines Vorverbindung 25, weiche den Umsetzer 18 beispielsweise stärkers 35 mit fester Verstärkung, der beispielsweise mit einem Magnetbandaufzeichnungsgerät ver- mit Hilfe einer Gegenkopplung stabilisiert ist. Dieser bindet. . Verstärker 35 entspricht dem Verstärker 2 von Diese Verbindung25 enthält so viele Leiter, wie Fig. 1. An seinen Ausgang ist ein Hochpaßfilter36 der Umsetzer »Bits« oder Informationseinheiten auf- 25 angeschlossen, dessen Grenzfrequenz und Flankenweist, beispielsweise 14 oder 15 Leiter. steilheit gleichfalls einstellbar sind und das den Ein weiterer Ausgang des Umsetzers 18 speist ein Zweck hat, das Signal von unerwünschten seismischen Organ 23, das feststellt, wenn und in welchem Zeit- Hochfrequenzstörsignalen zu befreien, punkt der Wert des Ausgangssignals des Umsetzers Man erhält also am Ausgang des Filters 36 eine 18 einen von vornherein festgelegten Bruchteil der 3° gefilterte Spannung, die in einem genau festgelegten über die Leitung 20 gelieferten Bezugsspannung Amplitudenverhältnis für die Ausgangsspannung des überschreitet, beispielsweise die Hälfte dieser Bezugs- Geophons 31 steht.

spannung. In diesem Fall liefert das Organ 23 zu Die Bandbreite der Schaltungskette 31 bis 36 um-

einem Organ 24 den Befehl, das Komma um eine faßt das übliche seismische Spektralband, beispiels-Stelle zurückzusetzen. Wenn dagegen der Wert des 35 weise von 2 Hz bis 300 Hz.

Ausgangssignals des Umsetzers 18 unter einen Der Ausgang des Filters 36 ist über einen Trenngleichfalls von vornherein festgelegten Bruchteil der widerstand 37 mit dem Eingang des Verstärkers mit Bezugsspannung 20 fällt, beispielsweise ein Viertel veränderlicher Verstärkung verbunden, der dem Verdieser Bezugsspannung, liefert das Organ 23 zu dem stärker 4 von Fi g. 1 entspricht. Organ 24 den Befehl, das Komma um eine Stelle 40 In Fig. 2 ist ein Verstärker dargestellt, der drei vorzuschieben. Dies erfolgt durch Einwirkung auf Verstärkerstufen 38, 39, 40 enthält, die vorzugsweise die Steuerorgane 13 bis 16 der Dämpfungsglieder 9 alle gleich sind. Man kann hierfür Rechenverstärker bis 12. Das Organ 24 gibt jedoch solche Befehle nur verwenden, bei denen jede Stufe einen sehr breit-ίη betimmten Zeitpunkten der Perioden des Gene- bandigen Gegenkopplungskreis enthält, rators 8. Zu diesem Zweck verbindet die Verbindung 45 Diese Gegenkopplung ist symbolisch für jede Stufe 22 auch das Organ 24 mit dem Generator 8. Die durch einen Widerstand dargestellt, der den Ausgang Verbindung zwischen den Organen 23 und 24 ist in der Stufe mit ihrem Eingang verbindet. Die Zeich-Form von zwei Linien dargestellt, was bedeutet, daß nung zeigt den Widerstand 38', der zwischen dem das Organ 23 auf das Organ 24 in der einen oder Eingang und dem Ausgang der Stufe 38 angeschlosin der anderen Richtung einwirkt, d. h. so, daß das 50 sen ist und dessen Wert den Gegenkopplungsgrad Komma nach links oder nach rechts versetzt wird, in Verbindung mit dem äquivalenten Widerstand der d. h. daß die Dämpfungsglieder 9 bis 12 ein- oder beiden Eingangswiderstände 37 und 49 festlegt. Ein ausgeschaltet werden. Widerstand 39" ist zwischen dem Ausgang der Stufe

Die Organe 13,14,15 und 16 bilden praktisch die 38 und dem Eingang der Stufe 39 angeordnet, wähaufeinanderfolgenden Kippschaltungen eines binären 55 rend ein Widerstand 39' zwischen dem Ausgang und Vor- und Rückwärtszählers, der vom Organ 24 ent- dem Eingang der Stufe 39 angeordnet ist. Der Wert weder Zählimpulse zum Vorschieben des Kommas des Widerstands 39' legt in Verbindung mit dem um eine entsprechende Stellenzahl oder Rückwärts- Wert des Widerstands 39" den Gegenkopplungsgrad zählimpulse zum Zurückstellen des Kommas um eine der Stufe 39 fest.

entsprechende Stellenzahl empfängt. 60 In gleicher Weise ist ein Widerstand 40" zwischen

F i g. 2 zeigt schematisch das Blockschaltbild einer dem Ausgang der Stufe 39 und dem Eingang der Aufzeichnungsanordnung für eine größere Zahl von Stufe 40 angeordnet, und ein Widerstand 40' liegt Geophonen. Bekanntlich verwendet man im allge- zwischen dem Ausgang der Stufe 40 und ihrem Einmeinen eine ganze Reihe von Geophonen, beispiels- gang.

weise 24 Geophone. Diesen 24 Geophonen sind im 65 Zur Veränderung der Gegenkopplungsgrade sind allgemeinen vier Hilfskanäle zugeordnet, so daß ins- die Widerstände 38', 39', 40' einstellbar ausgeführt, gesamt 28 Kanäle vorhanden sind. Zur Verein- und ihre Werte werden durch das Organ 42 gleichfachung des Schaltbilds ist nur ein einziger Kanal zeitig verstellt. Diese Widerstände 38', 39', 40' sind

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beispielsweise Photowiderstände, deren Wert von Jungen vor. Es enthält eine Stufe zur Gleichrichtung

ihrer Belichtung abhängt, oder sie sind durch Feld- der vom Filter 41 kommenden Eingangsspannung,

effekttransistoren gebildet, deren Widerstand von dem eine Vergleichsstufe für den Vergleich der gleich-

Potential abhängt, das an ihre Torelektroden gelegt ist. gerichteten Spannung mit einer festen Bezugsspan-

Man könnte auch einstellbare Widerstände ver- 5 nung, eine Schaltung mit einer oder mit zwei Zeitwenden, bei denen der Halleffekt ausgenutzt wird. konstanten (Dehnung-Kompression) und einen Aus-

Im Fall von Photowiderständen dient das Organ gangsverstärker.

42 zur Belichtung der Widerstände, und im Fall von Die elektronischen Umschalteroi und 62 werden

Feldeffekttransistoren steuert das Organ 42 ihre Tor- durch die Schwingung des Generators 60 über die

elektrodenspannung. io Verbindung 65 synchronisiert.

Das Organ 42 entspricht dem Organ 5 von Fig. 1. Im Fall von 28 Kanälen und bei einer Abtast-Die das Organ 42 steuernde Spannung wird am Aus- frequenz von 1000 Hz muß offensichtlich ein Genegang der Stufe 40 über das Filter 41 abgenommen, rator 60 verwendet werden, dessen Frequenz das dem Filter 6 von F i g. 1 äquivalent ist und nur 28 · 1000 Hz, also 28 kHz, beträgt. Das Organ 63 die von den Geophonen stammenden Signale unter 15 ist ein an sich bekannter Abtastblockierer. Der AusAusschluß der Signale des örtlichen Generators gang des Organs 63 ist mit dem Eingang des Analogdurchläßt. Dieser örtliche Generator ist bei 60 dar- Digital-Umsetzers 66 verbunden. Dieser empfängt gestellt und sämtlichen Kanälen gemeinsam. Er speist ferner die Bezugsspannungen von dem Organ 64 über die Dämpfungsglieder 45, 46, 47, 48, die den Dämp- die Verbindung 67. Bei 28 sind die Ausgangsleitunfungsgliedern 9 bis 12 von F i g. 1 entsprechen. ao gen des Umsetzers dargestellt, die zu den Aufzeich-

Zwischen dem Ausgang der Stufe 40 und dem nungsgeräten führen. Es sind ebenso viele parallele Eingang des nachstehend noch erläuterten Organs Ausgangsleitungen vorhanden, wie Informationsbits 62 ist ein Filter 44 angeordnet, das dem Filter 7 von von dem Umsetzer abgegeben werden (gewöhnlich Fig. 1 entspricht und die vom Generator 60 stam- 12 bis 15). Der Umsetzer arbeitet vorzugsweise, wenn menden Signale unter Ausschluß der Geophonsignale as auch nicht unbedingt, im Binärsystem und ist beidurchläßt, spielsweise für 14 Bits ausgelegt, so daß der gesamte

Der Ausgang des Dämpfungsglieds 48 ist mit dem Meßbereich das (2*5-l)-fache der Quantisierungs-Eingang der Verstärkerstufe 38 über einen Trenn- einheit ist, also einem Verhältnis von 90 db entwiderstand 49 verbunden. Die Dämpfungsglieder 45 spricht.

bis 48 werden von den Organen 55, 56, 57 bzw. 58 30 Wie bereits erwähnt, ist der Generator 60 ampli-

gesteuert, welche die Dämpfungsglieder mit Hilfe von tudenstabilisiert, und bekanntlich kann man eine

darin eingebauten Schaltorganen ein- oder aus- Stabilisierung auf wenigstens 10~⁴ während einer

schalten. einer Dauer in der Größenordnung von 10 Sekunden

Es gibt ebenso viele Organe 31 bis 58, wie Geo- erreichen, was der Aufzeichnungszeit für eine seis-

phone vorhanden sind, beispielsweise 24 Gruppen 35 mische Explosion entspricht.

solcher Organe. Dagegen sind der Generator 60 eben- Die in den Dämpfungsgliedern 45 bis 48 enthalte-

so wie die Organe 61, 62, 63, 64, 66, 69 und 70 für nen Umschaltorgane werden von den Organen 55 bis

alle Kanäle nur einmal vorhanden. 58 gesteuert, durch welche sie ein- oder ausgeschaltet

Die Ausgangsspannung des Filters 41 wird einem werden. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um elektronischen Umschalter 61 zugeführt, der somit 4° schnelle Relais mit Trockenkontakt oder Queckebenso viele Eingänge aufweist, wie Kanäle vornan- silberkontakt. Ihre Ansprechzeit liegt in der Größenden sind, bei dem angenommenen Beispiel also 28 Ordnung von einer halben Millisekunde oder noch Eingänge. Ebenso wird die Ausgangsspannung des weniger.

Filters 44 dem Eingang eines weiteren elektronischen Es ist sofort zu erkennen, daß die Widerstände 37 Umschalters 62 zugeführt, der gleichfalls ebenso viele 45 und 49, über welche der Eingang des Verstärkers 38 Eingänge aufweist, wie Aufzeichnungskanäle vornan- ' parallel angesteuert wird, eine Summierschaltung bilden sind, bei dem angegebenen Beispiel also wieder- den, welche die Ausgangsspannungen des Filters 36 um 28. Die Umschalter 61 und 62 haben die Auf- einerseits und des Dämpfungsglieds andererseits adgabe, dem Umsetzer der Reihe nach sowohl die Aus- diert (bzw. linear kombiniert).

gangsspannungen jedes Kanals als auch in dem ent- 5° Wie bereits erwähnt, verschiebt das Organ 69 das

sprechenden Zeitpunkt die vom Generator 60 stam- Komma in der einen Richtung, wenn der Wert des

mende Ausgangsspannung zuzuführen. Die so der abgegebenen binären Signals die Hälfte des Meß-

Reihe nach gewählten Spannungen werden den Orga- bereichs überschreitet, und in der anderen Richtung,

nen 63 bzw. 64 zugeführt, die am Ausgang des Um- wenn der Wert dieses abgegebenen binären Signals

schalters 61 bzw. des Umschalters 62 angeordnet 55 unter ein Viertel des höchsten Werts des Meßbereichs

sind, wobei das Organ64 dem Organ 19 von Fig. 1 fällt. Zu diesem Zweck ist der Eingang des Organs

entspricht und in gleicher Weise arbeitet. 69 mit den beiden letzten Ausgangsleitern des Um-

Das Organ 63 ist nichts anderes als ein im Handel setzers 66 verbunden, d. h. mit den Ausgangsleitern,

erhältlicher Abtastblockierer. Dieser Abtastblockie- welche die Ziffern mit den höchsten Stellenwerten

rer kann beispielsweise dem Typ SH 9 der Firma 60 zum Registriergerät übertragen. Es können jedoch

Raytheon entsprechen. Ebenso kann für den Analog- natürlich auch andere Verhältnisse als die Hälfte

Digital-Umsetzer der Typ ADC-90-15 B.B der glei- bzw. das Viertel für den Kleinstwert bzw. denHöchst-

chen Firma verwendet werden. Schließlich kann man wert gewählt werden.

als elektronischen Umschalter den IC-Switch dieser Wenn bei der dargestellten Ausführungsform der

Firma verwenden. 65 Leiter, welcher die Ziffer mit dem höchsten Stellen-

Das Filter 44 ist vorzugsweise ein Bandfilter. Das wert überträgt, den Wert 1 anzeigt, während er zuvor

Organ 42 ist an sich bekannt; dieses Organ kommt im Zustand 0 war, was bedeutet, daß die Signal-

bei den (analogen) automatischen Verstärkungsrege- spannung ansteigt, muß also die dem Bezugssignal

erteilte Dämpfung verringert werden; demzufolge verschiebt das Organ 69 das Komma nach rechts. Wenn dagegen die beiden Leiter, welche die Ziffern mit den festen Stellenwerten übertragen, beide den Wert 0 anzeigen, was bedeutet, daß das vom Geophon stammende Signal schwach wird, muß die Dämpfung des Bezugssignals vergrößert werden, und demzufolge verschiebt das Organ 69 das Komma nach links.

Eine zum Registriergerät führende, nicht dargestellte Verbindung ermöglicht es, die Einstellung der Organe 55 bis 58 für jeden Kanal und bei jeder Abtastung festzuhalten, wodurch für jeden der Kanäle in jedem Zeitpunkt die Stellung des Kommas bestimmt werden kann.

Bei einer anderen Ausführungsform liefert der Generator 60 keine Wechselspannung von 28 kHz, sondern einerseits Impulse, deren Folgefrequenz 28 kHz beträgt und die wie zuvor zur Synchronisierung der verschiedenen Organe dienen, beispielsweise der Umschalter 61, 62 und 70, des Umsetzers ao 66 und der Abtastblockierer 63 und 64; andererseits eine Wechselspannung von 2 kHz oder von 4 oder 7 kHz; vorzugsweise wird eine Spannung von 2 kHz verwendet, welche durch Filterung einer Rechteckschwingung erhalten wird, die ihrerseits durch eine Frequenzteilung der Folgefrequenz der Impulse (28 kHz) durch 14 erhalten wird, während die anderen Frequenzen durch entsprechende Frequenzteilungen durch 7 bzw. 4 erhalten werden.

Diese Wechselspannung wird den Dämpfungsgliedem 45 bis 48 zugeführt und dient zur Bildung der Bezugsspannung.

Diese Abänderung ergibt den Vorteil, daß die Bandbreite der Verstärker verringert werden kann.

Bei dieser Ausführungsform ist es dagegen unerläßlich, daß die Phase der 2-kHz-Spannung jedes Kanals in der richtigen Weise festgelegt wird, damit der Zeitpunkt der Abtastung (die von dem dem Organ 19 entsprechenden Organ 64 durchgeführt wird) mit einem Spitzenwert des 2-kHz-Bezugssignals zusammenfällt.

Um dieses Ergebnis zu erreichen, wird dann in jedem Kanal, beispielsweise am Ausgang der Dämpfungsglieder, ein Phasenschieber vorgesehen, der entsprechend eingestellt wird.

Dagegen kann bei dieser Ausführungsform das Organ 64 in herkömmlicher Weise ausgeführt sein.

Bei einer anderen Ausführungsform haben die Gegenkopplungsgrade der drei Stufen 38, 39 und 40 des Verstärkers feste Werte, und zwischen diese Stufen sind veränderliche Dämpfungsglieder eingestellt, deren Dämpfungsgrad durch die automatische Verstärkungsregelanordnung zur Durchführung der automatischen Verstärkungsregelung gesteuert wird.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur numerischen Verschlüsselung von Analogsignalen mit einem Analog-Digital-Umsetzer, dessen Dynamikbereich kleiner als derjenige des Analogsignals ist und der das über einen Verstärker seinem einen Eingang zugeführte Analogsignal mit einer seinem anderen Eingang zugeführten Bezugsspannung vergleicht und das Vergleichsergebnis in digitaler Form abgibt, und mit einer Anordnung, welche den Wert der Bezugsspannung beim Überschreiten bzw. Unterschreiten festgelegter Werte des Analogsignals ändert, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der die Bezugsspannung liefernden Anordnung (8, 9, 10, 11, 12; 60, 45, 46, 47, 48) gemeinsam mit der das Analogsignal liefernden Schaltung (1,2) an den Eingang des Verstärkers (4; 38, 39, 40) angeschlossen ist und daß der Ausgang des Verstärkers (4; 38, 39, 40) über eine das Analogsignal von der Bezugsspannung trennende Trennschaltung (6, 7; 41, 42) mit den beiden Eingängen des Analog-Digital-Umsetzers (18; 66) verbunden ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsspannung eine außerhalb des Frequenzbereichs der Analogsignale liegende Frequenz hat und daß die Trennschaltung (6, 7; 41, 44) eine Frequenzweiche ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (4; 38, 39, 40) regelbar ist und daß an seinen Ausgang eine Verstärkungsregelschleife (5, 6; 41, 42, 43) angeschlossen ist, in der ein die Frequenz der Bezugsspannung sperrendes, die Frequenzen des Analogsignals durchlassendes Filter (6; 41) angeschlossen ist.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsspannungsquelle ein amplitudenstabilisierter Oszillator (8; 60) ist, dessen Frequenz außerhalb des Frequenzbereichs des Analogsignals liegt, daß der Ausgang des Oszillators (8; 60) über einstellbare Dämpfungsglieder (9,10,11,12; 45, 46, 47, 48) mit dem Eingang des Verstärkers (4; 38, 39, 40) verbunden ist, daß der Ausgang des Verstärkers (4; 38, 39, 40) über ein die Frequenzen des Analogsignals sperrendes, die Frequenz des Oszillators (8; 60) durchlassendes Filter (7; 44) mit dem Bezugsspannungseingang (20; 67) des Analog-Digital-Umsetzers (18; 66) verbunden ist, daß der Analogsignaleingang des Analog-Digital-Umsetzers (18; 66) über ein die Frequenz des Oszillators (8; 60) sperrendes, die Frequenzen des Analogsignals durchlassendes Filter (6; 41) an den Ausgang des Verstärkers (4; 38, 39, 40) angeschlossen ist und daß an die Ausgänge des Analog-Digital-Umsetzers (18; 66) Steuerorgane (13, 14, 15, 16; 55, 56, 57, 58) für die Dämpfungsglieder (9, 10, 11, 12; 45, 46, 47, 48) so angeschlossen sind, daß sie die Einstellung der Dämpfungsglieder in Abhängigkeit von der Größe der Ausgangssignale des Analog-Digital-Umsetzers (18; 66) stufenweise ändern.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgang des Verstärkers (4; 38, 39, 40) und den Bezugsspannungseingang des Analog-Digital-Umsetzers (18; 66) eine Speicherschaltung (19; 64) eingefügt ist, welche eine dem Spitzenwert der ihr zugeführten Wechselspannung proportionale konstante Spannung für eine vorgegebene Zeitdauer abgibt.

6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei binärer Verschlüsselung die Dämpfungsfaktoren aufeinanderfolgender Dämpfungsglieder (9, 10, 11, 12; 45, 46, 47, 48) sich um den Faktor 2 unterscheiden und daß die Steuerorgane (13, 14, 15, 16; 55, 56, 57, 58) die Dämpfungsglieder zu- oder abschalten.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorhandensein mehrerer Analog-Signal-Eingangskanäle

für jeden Kanal ein eigener Verstärker (38, 39, 40) und eine eigene Gruppe von Dämpfungsgliedern (45, 46, 47, 48) mit den zugehörigen Steuerorganen (55, 56, 57, 58) vorgesehen ist, daß der Oszillator (60) und der Analog-Digital-Umsetzer (66) allen Eingangskanälen gemeinsam sind, daß zwischen die Ausgänge der an die Verstärker (38, 39, 40) der einzelnen Eingangskanäle angeschlossenen Filter (41, 44) und die entsprechen-

den Eingänge des Analog-Digital-Umsetzers (66) sowie zwischen den Ausgang des Analog-Digital-Umsetzers (66) und die Steuerorgane (55, 56, 57, 58) der Dämpfungsglieder (45, 46, 47, 48) der einzelnen Eingangskanäle je ein elektronischer Umschalter (61, 62, 70) eingefügt ist und daß die elektronischen Umschalter (61, 62, 70) durch das Ausgangssignal des Oszillators (60) synchronisiert sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen