DE1498005C - Elektrische Schaltanordnung mit Ver starker zur Erhöhung der Dynamik fur Auf zeichnungen von seismischen Schwingungs zügen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine elektrische Schalt- Vorteilhaft sind die den Ansprechschwellen zugeanordnung mit Verstärker zur Erhöhung der Dynamik ^! ordneten Schalter mit dem Multiplexer des die Restfür Aufzeichnungen von seismischen Schwingungs- amplituden umwandelnden Analog-Digital-Umsetzers zügen mit Umwandlung in eine Folge "von Digital- in der Weise synchronisiert, daß die Stufenumschalwerten, bei dem der Schwingungszug in eine vorbe- 5 tung jeweils in der Pause des in den Teilbereichen stimmte Zahl kleiner Schaltabschnitte unterteilt wird erfolgenden Abgriffes der augenblicklichen Ampli- und die in den einzelnen Zeitabschnitten vorhandene tuden erfolgt. ■''·' ■
Amplitude in einen digitalen Wert umgesetzt wird.- Zur Vermeidung von.die Umwandlung störenden

Bei der seismischen Erforschung der oberen Erd- Einschwingvorgängen weisen die Verstärker eine

schichten treten nach einer Anregung durch einen io gegen die umzuwandelnde Frequenz des seismischen

leistungsstarken Schallimpuls an den Körperschall- Signals hohe obere Grenzfrequenz auf.

empfängern Signale auf, deren Dynamik innerhalb Durch dieses Verfahren ist es ferner möglich, eine

weniger Sekunden einen Bereich von etwa 120 db sehr hohe Dynamik mit verhältnismäßig geringen

durchläuft. Diese Signale müssen vor der Umwand- Aufzeichnungsstellen in der digitalen Aufzeichnung

lung in digitale Meßwerte einen mit analogen EIe- 15 zu umfassen, da nur die in einem engeren Dynamik-

menten ausgerüsteten Verstärkerkanal durchlaufen bereich liegenden Restamplituden vollwertig in digi-

und werden im Feldbetrieb durch Bespielen eines tale Werte umzuwandeln sind.

Aufzeichnungsträgers in analoger Form konserviert. Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Dar-

Weder die bisher bekannten seismischen Verstärker stellung eines Beispieles in den Zeichnungen näher

noch die bisher benutzten Aufzeichnungsträger, ins- 20 erläutert. Es zeigt ,

besondere Magnetbänder, sind in der Lage, einen F i g. 1 einen Teil eines seismischen Schwingungsderartigen Dynamikumfang linear zu verarbeiten. zuges— nach dem Durchlauf durch die geschalteten Es ist daher erforderlich, im Verstärkerkanal ge- Verstärker,

schlossene Regelkreise anzuordnen, die auf die Ver- F i g. 2 ein Aufzeichnungsschema des Schwingungsstärkung in der Weise einwirken, daß die Amplitude 25 zuges der Fig. 1 einschließlich der Schaherstellungen der Schwingungen in keinem Teil des Verstärkungs- auf einem Magnetband und

bzw. Aufzeichnungsweges den linearen Arbeitsbereich Fig. 3 eine Anordnung zur Umwandlung von übersteigt. Damit ist keine Aussage mehr über die seismischen Schwingungszügen und direkter nachwirkliche Amplitude vorhanden. Auch die bereits folgender digitaler Umwandlung,
bekannte zusätzliche Aufzeichnung etwa der logarith- 30 In der Zeichnung der, F ig. 1 ist ein Teil eines mischen mittleren Amplitude aller 24 seismischen seismischen Schwingungszuges 1 dargestellt, der beiKanäle oder des Verlaufes der Regelspannung eines spielsweise einer Schwingung mit einer Grundfre-Verstärkers erlaubt keine nachträgliche Feststellung , quenz von 80 Hz entspricht. Eine für die zu lösender Momentanwerte der einzelnen Amplituden, ins- den Aufgaben genügend genaue Wiedergabe in digibesondere mit einer der ursprünglich höheren Dyna- 35 taler Form wird erhalten, wenn die Amplitude alle mik entsprechenden Genauigkeit. Millisekunden ermittelt und in den entsprechenden

Da die weitere Verarbeitung und Auswertung der- digitalen Wert gewandelt wird..

artiger seismischer Schallereignisse, z.B. durch spe- Der Schwingungszug 1 ist jedoch von so hoher zielle Filterungen, Korrelierungen und zeitliche Amplitude — entsprechend einem Teil aus dem AnKorrekturen, vorteilhaft auf einer elektronischen 4° fang eines Seismogramm^ ^:— daß bei direkter Ein-Rechenanlage mit einer hohen, auch nach mehreren gäbe einmal der nachfolgende. Verstärker nebst dem nacheinander erfolgenden Verarbeitungsvorgängen Analog-Digitalwandler übersteuert würde oder im voll erhaltenen Genauigkeit durchführbar ist, wäre Falle einer Zwischenspeicherung auf einem Aufzeiches an sich erforderlich, das empfangene Schallsignal nungsmedium dessen Dynamik nicht ausreicht. Bei unverfälscht in digitaler Form in die Rechenanlage 45 einer Aufzeichnung der für die Verschlüsselung der einzugeben. digitalen Werte erforderlichen Bits würde außerdem

Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, eine infolge der hohen Dynamik auf dem Aufzeichnungs-

Einrichtung zur Erhöhung der Dynamik für Auf- ' medium eine sehr große Stellenzahl erforderlich

Zeichnungen von seismischen Schwingungszügen und werden.

nachfolgender Umwandlung in eine entsprechend 50 Der .Schwingungszug 1 wird daher in die in der genaue digitale Meßwertfolge zu schaffen. Dies wird Fig. I dargestellte Form umgewandelt, indem eine durch eine elektrische Schaltanordnung erreicht, bei zu vorbestimmten Zeitpunkten 6, 6', 6" ..., beider der Schwingungszug Schaltelemente durchläuft, spielsweise jede Millisekunde, wirksame Schaltvordie bei Über- oder Unterschreitung je einer ampli- richtung in Abhängigkeit von dem Überschreiten tudenmäßig vorbestimmten Ansprechschwelle einen 55 einer äußeren Umschaltgrenze 3 bzw. einer inneren Verstärker um vorbestimmte Verstärkungsstufen Umschaltgrenze 4 eine Erniedrigung bzw. eine Erschaltcn, indem das Ausgangssignal des Verstärkers höhung der Verstärkung um vorbestimmte Stufen, den Schaltelementen zugeführt wird und die Stellung beispielsweise je 6 db, vornimmt,
der Verstärkungsstufenschalter in ein digitales Signal Der Schwingungszug 2 beginnt mit einem ersten umgesetzt und.aufgezeichnet wird, hingegen eine am 60 Teil la, der mit einer Grundverstärkung von 80 db Verstärkerausgang auftretende Restamplitude auf aufgezeichnet wurde. Diese Grundverstärkung kann einem zweiten Kanal aufgezeichnet wird. z.B. über einem mit einem Verstärkungsschalter

Zweckmäßig wird zur Gewinnung einer vollstän- verbundenen Zähler nach einem 4-bit-Schlüssel als digen Umwandlung in digitale Größen das die Rest- digitaler Wert ausgegeben und auf dem Aufzeichamplitude darstellende Signal einem Analog-Digital- 65 nungsmedium aufgezeichnet werden.
Umsetzer zugeführt, dessen digitales Ausgangssignal Die genauere Ermittlung der Amplitude des ersten synchron zu dem digitalen Signal der Stellung der Teiles la des Schwingungszuges wird durch eine Er-Verstärkungsstufenschalter aufgezeichnet wird. mittlung des am Verstärkerausgang noch vorhande-

nen Augenblickswertes 7 durch einen üblichen Analog-Digitalwandler vorgenommen und der so erhaltene digitale Wert auf weiteren bit-Stellen des Aufzeichnungsmediums festgehalten. Zur Zeit 6 wird nach 0,5 Millisekunden die vorhandene Amplitude des Teiles 2 α auf Überschreitung eines Umschaltbereiches geprüft, und da eine Überschreitung der Umschaltgrenze 3 vorliegt, augenblicklich die Verstärkung um 6 db verringert, so daß sich die Schwingung in dem folgenden Bereich als Teilstück 2 & fortsetzt. Nach weiteren 0,5 ms wird der neue Augenblickswert?' ermittelt und zusammen mit der digitalen Verschlüsselung der um 6 db verringerten Verstärkung (74 db) auf dem Aufzeichnungsträger festgehalten. Auch zur Zeit 6' der folgenden Prüfung auf Überschreitung eines Umschaltbereiches 3 oder 4 liegt eine solche vor, so daß die Verstärkung um weitere 6 db zurückgeschaltet wird. Entsprechend wird die zu diesem Zeitabschnitt gehörige Verstärkung digital aufgezeichnet und der nach 0,5 ms vorhandene Amplitudenwert 7" über den Analog-Digitalwandler festgehalten.

Zum Prüfzeitpunkt 6" erfolgt keine Umschaltung der Verstärkung, da keine Umschaltgrenze überschritten wurde. In der digitalen Aufzeichnung bleibt daher für diese Taktzeit der Verstärkungswert in digitaler Schreibweise unverändert bestehen, lediglich die Amplitude ergibt einen neuen Zahlenwert.

Auf diese Weise wird dem nachgeschalteten Analog-Digitalwandler trotz einer den Verarbeitungsbereich weit überschreitenden Eingangsamplitude am Eingang nur noch eine innerhalb des Arbeitsbereiches liegende Amplitude zugeführt, während in der zusammengefaßten digitalen Aufzeichnung des Ergebnisses des Analog-Digitalwandlers und der Stellung der Verstärkungsschalter der genaue Wert der Amplituden enthalten ist.

Der Schwingungszug 1 der F ig. 1 kann in analoger Form auf einer Teilspur 9 eines Magnetbandes 8 (F i g. 2) aufgezeichnet werden, während die in einem 4-bit-Schlüssel digital dargestellte zugehörige Stellung des Verstärkungsschalters auf einer zweiten Teilspur 10 des Magnetbandes aufgezeichnet ist. Die Teilspur 10 ist entsprechend den Umschaltpunkten 6, 6', 6"... unterteilt.

Bei der in F i g. 3 gezeigten Schaltanordnung wird das seismische Signal über einen eine feste Verstärkung aufweisenden Grundverstärker 11 einer Kette von abschaltbaren Zusatzverstärkern 12, 12', 12"... zugeleitet. Die Zusatzverstärker sind so geschaltet, daß ein über eine Steuerleitung zugeführter Impuls eine Durchschaltung des jeweiligen Verstärkereinganges mit seinem Ausgang bewirkt, so daß die Gesamtverstärkung des Kanals beispielsweise um je 6 db verändert wird.

Das seismische Signal wird nach dem Durchlaufen der Verstärker 11, 12, 12'... einem Multiplexer 13 zugeführt, der zu bestimmten Zeiten, wie z. B. alle Millisekunde, einen Momentanwert des Signals einem Analog-Digitalumsetzer 14 zuführt, von dem der digital verschlüsselte Wert einem Aufzeichnungsgerät 15 zugeführt wird.

Das am Verstärkerausgang und vor dem Mulitplexerl3 stehende Signal gemäß Fig. 1 wird weiter einem Schwellwertschalter 16 zugeführt, der einen entsprechenden Schaltbefehl an einen unter zeitlicher Steuerung des Multiplexers 13 stehenden Zähler 17 anlegt. Entsprechend dem anliegenden Schaltbefehl betätigt der Zähler 17 den entsprechenden der Verstärker 12,12'... und gibt den eingestellten Zustand der Verstärker digital, z. B. entsprechend Teilspur der F i g. 2, zum Aufzeichnungsgerät 15 weiter.

Im Aufzeichnungsgerät kann die Teilspur 9 eines Magnetbandes mit der der abgetasteten Amplitude entsprechenden digitalen Darstellung versehen werden, die jeweils über den zugehörigen Teilbereichen der digitalen Verstärkungsschalterstellung 10 steht.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektrische Schaltanordnung mit Verstärker zur Erhöhung der Dynamik für Aufzeichnungen von seismischen Schwingungszügen mit Umwandlung in eine Folge von Digitalwerten, bei dem der Schwingungszug in eine vorbestimmte Zahl kleiner Zeitabschnitte unterteilt wird und die in den einzelnen Zeitabschnitten vorhandene Amplitude in einen digitalen Wert umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungszug Schaltelemente (16) durchläuft, die bei Über- oder Unterschreitung je einer amplitudenmäßig vorbestimmten Ansprechschwelle einen Verstärker (12, 12', 12" ...) um vorbestimmte Verstärkungsstufen schalten, indem das Ausgangssignal des Verstärkers den Schaltelementen (16) zugeführt wird und die Stellung der Verstärkungsstufenschalter in ein digitales Signal umgesetzt und aufgezeichnet (10) wird, hingegen eine am Verstärkerausgang auftretende Restamplitude auf einem zweiten Kanal (9) aufgezeichnet wird.

2. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Restamplitude darstellende Signal einem Analog-Digitalumsetzer zugeführt wird, dessen digitales Ausgangssignal synchron zu dem die Stellung der Verstärkungsstufenschalter kennzeichnenden digitalen Signal (10) aufgezeichnet wird.

3. Schaltanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Ansprechschwellen zugeordneten Schalter mit dem Multiplexer des die Restamplituden umwandelnden Analog-Digitalumsetzers in der Weise synchronisiert sind, daß die Stufenumschaltung jeweils in der Pause des in den Teilbereichen erfolgenden Abgriffes der augenblicklichen Amplituden erfolgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen