DE1623405C - Anlage zur Steuerung eines seismischen Schwingungserzeugers - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Steuerung das Ausgangssignal eines Oszillators hoher Stabilität eines seismischen Schwingungserzeugers, mit einer gesteuerte und den Digital-Analog-Umsetzer speisende Einrichtung zum Erzeugen eines aus aufeinanderfol- Abfrageanordnung zum Herauslesen aufeinandergenden Digitalwerten bestehenden Steuersignals vor- folgender Digitalwerte aus dem Zwischenspeicher,
gegebener Frequenzcharakteristik, einer Registrier- 5 Der Takt, mit dem die Digitalwerte dem Digitalvorrichtung zum Aufzeichnen der das Steuersignal Analog-Umsetzer zugeführt werden, hängt also nicht bildenden Digitalwerte, einer Wiedergabevorrichtung mehr von irgendwelchen mechanisch bewegten EIezum Herauslesen der aufgezeichneten Digitalwerte menten und Regelsystemen ab, sondern nur noch und einem Digital-Analog-Umsetzer, der ein den von der Frequenzstabilität eines Oszillators. Da Digitalwerten entsprechendes Analogsignal zur Steue- io Oszillatorschaltungen mit außerordentlich hoher Frerung des Schwingungserzeugers liefert. quenzstabilität zur Verfügung stehen, läßt sich eine

Es sind seismische Prospektionsverfahren bekannt, hohe Präzision erzielen.

bei denen ein längerer Schwingungszug in die Erde Bezüglich weiterer Ausgestaltungen der Erfindung

gesendet wird (USA.-Patentschrift 2 989 726). Bei wird auf die Unteransprüche verwiesen,

solchen seismischen Verfahren können die Auswertung 15 Die Erfindung wird im folgenden an Hand der

der empfangenen Signale und die Ergebnisse wesent- Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

lieh verbessert werden, wenn man bei der Sendung F i g. 1 ein Blockdiagramm einer Anlage gemäß

Schwingungssignale mit bestimmten Frequenzeigen- einer Erfindung in Verbindung mit einer Einrichtung

schäften verwendet, die jedoch von Ort zu Ort ver- zur seismischen Lagerstättenforschung,

schieden sein können. 20 Fig. 2A eine graphische Darstellung eines Teiles

Mit den in jüngerer Zeit entwickelten digitalen eines typischen Signals zur Steuerung eines Schwin-

Steuerverfahren läßt sich die Aussendung von Schwin- gungserzeugers,

gungssignalen in die Erde besser steuern als mit den Fig. 2B eine schematische Darstellung eines

früheren Analogverfahren, da die Amplitude und die Teiles eines digitalen Bandes, das eine Reihe von

Periodizität der Schwingungen besser gesteuert werden 25 Zeichenwerten enthält, die in einer Anzahl von Kanälen

können und nur ein Minimum an Störungen durch aufgezeichnet sind und das in F i g. 2 A gezeigte

eine von den Geräten eingeführte Periodizität berück- Steuersignal darstellen,

sichtigt werden muß. In der deutschen Patentschrift F i g. 3 ein Blockschaltbild einer digitalen Fre-1 623 393 ist erstmalig vorgeschlagen worden, das quenz- oder Ratensteuereinrichtung für das Steuer-Steuersignal für einen seismischen Schwingungs- 30 signal eines seismischen Schwingungserzeugers und erzeuger digital zu konstruieren und das den jeweiligen F i g. 4 ein Schaltbild eines Teiles der in F i g. 3 Verhältnissen optimal angepaßte, digitale Signal durch dargestellten Einrichtung, welches verschiedene dieinen Digital-Analog-Umsetzer in ein für die Steue- gitale Schaltungen und ihre Verbindungen genauer rung eines seismischen Schwingungserzeugers geeigne- zeigt.

tes Analogsignal umzusetzen. Bei der vorgeschlagenen 35 In F i g. 1 ist schematisch eine übliche Einrichtung

Anlage werden die Digitalwerte vom Kernspeicher 10 zur seismischen Lagerstättenforschung mit Hilfe

eines Digitalrechners abgefragt und dem Digital- von Schwingungszügen dargestellt. Diese Einrichtung

Analog-Umsetzer zugeführt. In der Praxis ist es enthält einen Schwingungserzeuger 12, der auf der

jedoch meist zweckmäßiger und wirtschaftlicher, den Oberfläche der Erde 14 angeordnet ist, und eine davon

Digitalrechner nur zur Konstruktion des den jeweiligen 40 in einem gewissen Abstand aufgebaute Anordnung 16

Verhältnissen optimal angepaßten digitalen Steuer- aus Geophonen oder anderen Schwingungsaufneh-

signals zu verwenden und das durch den Rechner mern. Im Betrieb wird der Schwingungserzeuger 12

konstruierte Signal dann so zu speichern, daß es bei durch ein vorgegebenes Steuersignal gesteuert, das

Feldvermessung leicht abgespielt werden kann. Man einer Eingangsleitung 18 zugeführt wird, und er liefert

braucht dann nämlich bei den einzelnen Messungen 45 dann elastische Schwingungen, die sich in der Erde 14

keinen Computer zur Verfügung zu haben. ausbreiten. In der Erde werden die Schwingungen

Es hat sich jedoch als außerordentlich schwierig an Grenzflächen und Unstetigkeiten zur Detektorerwiesen, eine wirklich konstante und gleichmäßige anordnung 16 reflektiert. In F i g. 1 sind nur ein Abspielgeschwindigkeit einer solchen Aufzeichnung Ausbreitungsweg 20, 24 und eine Grenzfläche 22 zu erreichen. Normalerweise speichert man die digi- 5° schematisch dargestellt. Die von der Detektoranordtalen Signale auf einer Trommel oder auf einem auf nung aufgenommene Schwingungsenergie wird in eine Trommel aufgespannten Magnetband. Jede noch ein elektrisches Signal verwandelt und über eine Leiso geringe Drehzahlschwankung oder Exzentrizität tung 26 einer Aufzeichnungs- oder Verarbeitungsder Trommel schlägt sich dann aber in sogenannten einrichtung 28 zugeführt. Das über die Eingangs-Stör- oder »Geister«-signalen nieder, die die Messungen 55 schaltung 18 zugeführte Steuersignal für den Schwinverfälschen. Die Anmelderin hat durch komplizierte gungserzeuger 12 kann im Prinzip auf analoge oder Regelsysteme versucht, diese Schwierigkeiten beim digitale Weise erzeugt werden. Bei der in F i g. 1 Abspielen des aufgezeichneten Steuersignals zu über- dargestellten Anlage wird das Steuersignal digital winden (vgl. USA.-Patentschrift 3 361 949). erzeugt, wofür zwei verschiedene Möglichkeiten vor-

Durch die vorliegende Erfindung ist nun ein Weg 60 gesehen sind. Die eine Möglichkeit, das digitale beschritten worden, durch den die geschilderten Pro- Steuersignal zu erzeugen, besteht darin, einen entbleme ihre endgültige Lösung erfahren haben. Die sprechend programmierten Computer 30 zu verwengespeicherten Digitalwerte werden in üblicher Weise den, der dann das digitale Ausgangssignal über eine abgespielt, z. B. von einem Trommelspeicher, wobei Leitung 32 an einen Schalter 34 liefert. Das digitale keine übermäßige Genauigkeit gefordert wird. Die 65 Steuersignal kann aus einer Reihe von elektrischen Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Zwischen- Digitalwerten bestehen, die das gewünschte Steuerspeicher zur Speicherung aufeinanderfolgender Grup- signal darstellen, und die Reihe von Digitalwerten pen der herausgelesenen Digitalwerte' und eine durch kann vom Schalter 34 einer üblichen digitalen Re-

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gistriervorrichtung 36 zur Aufzeichnung zugeführt 2, 4, 8, B und A zur Darstellung der binärcodierten

werden. Eine andere Möglichkeit der Aufzeichnung Digitalwerte dienen. Die Auflösung oder Genauigkeit

besteht darin, das gewünschte Schwingungssignal, des digitalen Systems wird dadurch weiter erhöht,

dessen Frequenz sich z. B. stetig ändert (Sweep daß man für jeden Digitalwert (Wort) zwei der aus

Signal), in einem Steuersignalgenerator 36 zu erzeugen 5 sieben Bits bestehenden Digitalzeichen verwendet,

und dann in einem Analog-Digital-Umsetzer 40 in wobei für jedes Zeichen eine Paritätsprüfung möglich

ein digitales Signal umzusetzen, das dann über den ist. Die auf dem in Fig. 2B dargestellten Band 52

Schalter 34 der Registriervorrichtung 36 zur Her- aufgezeichneten Digitalwerte können mit der analogen

stellung der gewünschten digitalen Aufzeichnung Kurve 42 in F i g. 2 A in Beziehung gesetzt werden,

zugeführt wird. io Die Zeichen 58 und 60, die den ersten Digitalwert 62

Bei den derzeit üblichen seismischen Verfahren bilden, stellen den Digitalwert des Abtastwertes 44 der

besteht das Steuersignal aus einer kontinuierlichen Steuersignalkurve 42 dar. Der Digitalwert 70 entspricht

Wechselspannung, deren Frequenz sich zwischen dann dem analogen Abtastwert 46, der Digitalwert 72

bestimmten Grenzen monoton nach oben oder unten dem analogen Abtastwert 48 usw. Die Art der digi- ·

ändert, z. B. zwischen etwa 2 und 100 Hertz. Die 15 talen Aufzeichnung ist praktisch beliebig, man kann,

genaue Wahl der Frequenzgrenzen und die Frage, also z. B. mit einer nullwertfreien Aufzeichnung ar-

ob man die Frequenz ansteigen oder absinken läßt, beiten. Zur Paritätsprüfung kann man sich bekannter

hängt von der jeweiligen Vermessungsaufgabe und Verfahren und Schaltungen bedienen,

dem Terrain ab. Wie wieder F i g. 1 zeigt, kann die durch die Vor-

Jüngere Forschungen haben ergeben, daß die 20 richtung 36 hergestellte digitale Aufzeichnung des Konstruktion des Steuersignals mit Hilfe eines Com- Steuersignals zur Wiedergabe bei Feldmessungen puters eindeutige Vorteile hat, da man dabei durch in eine Wiedergabeeinrichtung 80 eingesetzt werden, geeignete Programmierung des Computers Erdein- um ein Analogsignal zum Steuern des Schwingungsflüssen und anderen Filterwirkungen Rechnung tragen erzeugers 12 zu erzeugen. Das Abspielen der Aufkann. Es ist insbesondere möglich, nach Durch- 25 zeichnung kann im Feld oder an einem anderen Ort führung geeigneter Versuchsläufe den Computer 30 erfolgen, wobei man sich dann z. B. einer Funkso zu programmieren, daß die erzeugte Folge von verbindung bedient. Selbstverständlich kann man Digitalwerten einem Steuersignal entspricht, das für sich für die Registriervorrichtung und die Wiederdas betreffende Terrain optimal geeignet ist. gabevorrichtung eines kombinierten Gerätes mit

Fig. 2A zeigt einen kurzen Abschnitt eines Steuer- 30 einer gemeinsamen Bandantriebsvorrichtung bedienen, signals 42, beginnend mit der Zeit t — 0. Das analoge Die Wiedergabevorrichtung 80 wird durch eine Steuersignal 42, dessen Amplitude sich entsprechend Antriebssteuervorrichtung 82 über eine Verbindung 84 einer analogen Schwingung ändert, kann digital angetrieben, und die abgespielten Digitalwerte werden durch eine Folge von Digitalwerten (Wörtern) dar- über ein Kabel 86 einer digitalen Raten- oder Gegestellt werden, die die Augenblicksamplitude, d. h. 35 schwindigkeitssteuerung 88 zugeführt, die einen wedie Amplitude in einem bestimmten Zeitpunkt, und sentlichen Teil der Erfindung bildet und unten noch deren Vorzeichen darstellen. Das Steuersignal 42 kann genauer beschrieben werden wird. Für die Antriebsalso durch aufeinanderfolgende elektrische Digital- steuervorrichtung wird vorzugsweise ein sehr exakt werte dargestellt werden, die den positiven Ampli- arbeitendes Servosystem verwendet, wie es an anderer tuden von Abtastwerten 44, 45, 46, 48 und 50 der 40 Stelle vorgeschlagen ist. Bei einer solchen Antriebs-Reihe nach entsprechen. Eine Folge solcher Digital- vorrichtung sind die lang- und kurzzeitigen Geschwinwerte stellt in Wirklichkeit eine Stufenfunktion dar; digkeitsschwankungen im Band von 2 bis 200 Hertz durch Verfeinerung der Unterteilung oder durch eine kleiner als 0,5 %» ^was bei der Erzeugung eines Steuer-Interpolationsfilterung kann der stufenförmige Verlauf signals für einen seismischen Schwingungserzeuger jedoch geglättet werden. Je nach der gewünschten 45 sehr wichtig ist.

Auflösung kann die Abtastrate oder die Frequenz, Ein integraler Teil der Steuervorrichtung 82 und mit der die Digitalwerte aufeinanderfolgen, innerhalb ein Teil, auf dem die außergewöhnliche Genauigkeit der durch die Apparatur gegebenen Grenzen beliebig beruht, mit der diese Vorrichtung arbeitet, wird durch gewählt werden. Der Bereich zwischen diesen Grenzen einen Präzisionsoszillator 90 gebildet, der ein Bezugsist bei einer digitalen Anlage sehr groß. 50 frequenzsignal liefert, mit dem die Antriebsgeschwin-

F i g. 2 B zeigt einen Abschnitt eines digitalen Ban- digkeit gesteuert werden kann. Der Oszillator 90 steuert

des 52, das sieben Spuren aus periodischen magnetisier- also über eine Leitung 92 die Antriebssteuervorrich-

baren Bereichen enthält, die quer zur Längsrichtung tung 82, außerdem liefert er auf einer Leitung 94 ein

des Bandes 52 Spalten 56 bilden. Selbstverständlich Taktsignal, das die digitale Frequenzsteuereinrichstellt dies nur ein Beispiel für ein mögliches Format 55 tung 88 steuert, wie in Verbindung mit F i g. 3 noch

dar. Bei diesem als Beispiel gewählten digitalen Auf- näher erläutert wird.

zeichnungsverfahren wird ein konventionelles Binär- Die digitale Frequenzsteuereinrichtung 88 gleicht format verwendet, das mit Datenwerten aus 14 Bits zeitliche Schwankungen beim Eintreffen der Digital-(einschließlich Paritätsbits) arbeitet. Jeder Datenwert werte auf der Leitung 86 aus, so daß diese Werte wird also durch zwei aufeinanderfolgende Zeichen 60 auf einer Ausgangsleitung 96 mit einer Frequenz aufdargestellt, z. B. durch die Zeichen 58, 60, die in den treten, die sowohl konstant ist als auch einen für die jeweils 7 Bits enthaltenden Spalten des Bandes 52 Erzeugung des gewünschten Steuersignals geeigneten aufgezeichnet sind. Jedes der aus 7 Bits bestehenden Wert hat. Die Digitalwerte auf der Leitung 96 werden Zeichen kann dazu verwendet werden, eine gewünschte dann der Reihe nach einem Digital-Analog-Umsetzer digitale Information codiert darzustellen. Vorzugs- 65 98 zugeführt, an dessen Ausgang 100 das gewünschte weise wird, wie in F i g. 2B dargestellt ist, eine Spur P analoge Steuersignal für den Schwingungserzeuger 12 für ein einer ungeraden Parität entsprechendes Pari- auftritt. Durch die gestrichelte Linie 102 soll angetätsbit reserviert, während die übrigen Spuren 1, deutet werden, daß das analoge Steuersignal dem

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Eingang 18 des seismischen Schwingungserzeugers 12 also jeweils parallel an allen Zeichengattern, also entweder direkt oder, wie es manchmal bei Feld- dem ersten bis zum /?-ten Gatter 130 bis 148, und das messungen zweckmäßig ist, über eine Funkverbindung Durchschleusen der digitalen Bitwerte durch die verzugeführt werden kann. Selbstverständlich kann sich schiedenen Gatter erfolgt mittels einer Koinzidenzdie Funkverbindung auch an einer anderen Stelle 5 steuerung durch das Zeichenschieberegister 124. Entdes Systems befinden, z. B. zwischen der digitalen sprechend dem Zeichenverschiebezähl-Ausgangssignal Steuereinrichtung 88 und dem Umsetzer 98. Auf wird also ein Zeichenfreigabeimpuls erzeugt, der eines alle Fälle steht am Ausgang 100 ein analoges Steuer- der Gatter 130 bis 148 auftastet. Das Zeichenschiebesignal zur Verfügung, das sich zur Steuerung des register 124, bei dem es sich um ein übliches Schiebe-Schwingungserzeugers 12 eignet. Ein Abbild des io register handelt, dessen Bemessung und Ausgangs-Steuersignals, das entweder neben dem Schwingungs- funktion entsprechend den Aufforderungen des Gerätes erzeuger 12 aufgenommen oder auf andere Weise ab- bemessen sind, empfängt für jedes Zeichen, das durch gegriffen werden kann, wird gegebenenfalls in der den Kopf 114 von der Aufzeichnung 112 abgelesen Verarbeitungseinrichtung 28 in bekannter Weise zu wird, über die Leitung 122 vom ODER-Gatter 120 Korrelations- oder Vergleichszwecken verwendet. 15 einen Zähl- oder Zeichenverschiebeimpuls. Es sei

Die digitale Frequenzsteuereinrichtung 88 ist in erwähnt, daß das ODER-Gatter 120 auch dann einen F i g. 3 genauer dargestellt. Gleiche Bauteile sind in Impuls liefert, wenn das eigentliche Zeichen, das durch F i g. 1 und 3 mit gleichen Bezugszeichen versehen. den Kopf 114 abgelesen wird, aus lauter Nullen be-Der Präzisionsoszillator 90 liefert ein Ausgangssignal steht, da dann das Paritätsbit entsprechend der unauf einer Leitung 104 an eine übliche Phasenver- 20 geraden Parität eine Eins ist. Für jedes von der digigleichsschaltung 106 zum Vergleich mit Zeichen, talen Aufzeichnung 112 abgelesene Zeichen wird also zählausgangsimpulsen auf einer Leitung 108. Das auf der Leitung 122 ein Zeichenverschiebeimpuls er-Ausgangssignal auf der Leitung 92 wird dann zur zeugt, der bewirkt, daß das Schieberegister einen ent-Steuerung der Antriebssteuervorrichtung 82 verwendet, sprechenden, einzigen Zeichenfreigabeimpuls erzeugt, und die gesteuerte mechanische Bewegung wird über 25 Die Zeichenfreigabeimpulse treten nacheinander auf eine Verbindung 84, z. B. eine Welle, zu einer Trans- Leitungen 150, 152, 154, 156, 158, 160, 162, 164 porteinrichtung in der Wiedergabevorrichtung 80 zu- usw. bis zu 166 und 168 auf, die jeweils zu einem geführt, die beim vorliegenden Beispiel eine Trans- der Zeichengatter 130 bis 148 führen,
porttrommel 110 enthält. Die Transporttrommel 110 Wenn auf einer der Leitungen 150 bis 168 ein Zeiträgt eine digitale Aufzeichnung 112, die der in 30 chenfreigabeimpuls auftritt, können die Bits eines Fig. 2B dargestellten Aufzeichnung entspricht und Zeichens das betreffende Zeichengatter 130 bis 148 durch die Aufzeichnungsvorrichtung 36 (F i g. 1) er- zur Zwischenspeicherung durchlaufen,
zeugt wurde. Bei der Aufzeichnung 112 ist ein Mehr- Wie erwähnt, arbeitet das vorliegende Ausführungskanalkopf 114 angeordnet, der die parallelen Spuren beispiel mit einem Binärformat, bei dem jeder Digitalder digitalen Aufzeichnung abtastet und die abge- 35 wert (Wort) durch zwölf Bits in zwei aufeinanderspielten Signale über Kabel 116, 118 der digitalen folgenden Zeichen gebildet wird. Die Zeichengatter Frequenzsteuereinrichtung 88 zuführt. Durch das 130 bis 148 sind dementsprechend paarweise ange-Kabel 116 werden die elektrischen Digitalsignale ordnet, so daß jeder Wortspeichervorrichtung, in denen parallel einem ODER-Gatter 120 zugeführt, das die verschiedenen Bits jedes digitalen Wortes bis zu Ausgangszeichenzähl- und Verschiebeimpulse über 40 einer späteren, getasteten Abfrage zwei Zeichen parallel eine Leitung 122 an ein Zeichen-Schieberegister 124 zugeführt werden. Bei der Freigabe durch das Zeichenliefert. Die parallel abgelesenen Digitalwerte werden schieberegister 124 sind also auf Ausgangsleitungen außerdem über die Adern des Kabels 118 einer Schwin- 170, 172, 174, 176, 180, 182, 184 und schließlich 186, gungsformungs- und Verstärkerschaltung 126 züge- 188 die Ausgangssignale vom ersten bis 2 7?-ten Zeiführt. Die Schaltung 126 besteht aus parallelen Schwin- 45 chengatter 130 bis 148 vorhanden, so daß aufeinandergungsformen- und Verstärkungskreisen üblicher Bau- folgende Paare als Eingänge einer ersten Wortspeicherart, denen jeweils das Signal von einer der parallel stufe 190, einer zweiten Wortspeicherstufe 192, einer abgelesenen Spuren über das Kabel 118 zugeführt dritten Wortspeicherstufe 194, einer vierten Wortwird. Die Ausgangssignale der Schaltung 126 werden speicherstufe 198 und schließlich einer /j-ten Wortdann parallel über die verschiedenen Adern eines 50 speicherstufe 200 zuführbar sind. Die Wortspeichesich verzweigenden Kabels 128 den Eingängen einer rung kann mit Hilfe verschiedener Zwischenspeicher-Anzahl von Zeichengattergruppen zugeführt. Die auf- vorrichtungen erfolgen, beim vorliegenden Beispiel einanderfolgenden Zeichengruppen aus digitalen Bits erfolgt die Speicherung durch übliche bistabile Flipwerden also jeweils über das Kabel 128 dem Eingang Flops. Jede der Wortspeicherstufen 190 bis 200 entder verschiedenen Zeichen-Koinzidenzgatter züge- 55 hält dann also zwölf parallelgeschaltete Flip-Flops, führt, d. h., daß die digitalen Bitwerte jedes Zeichen von denen jedes ein Bit speichert,
parallel jeweils einem ersten Zeichengatter 130, einem Die gespeicherten Bits werden über Ausgangszweiten Zeichengatter 132, einem dritten Zeichen- leitungen 202, 204, 206, 208 ... 210 einer entsprechengatter 134, einem vierten Zeichengatter 136, einem den Anzahl von parallel angeordneten UND-Gattern fünften Zeichengatter 138, einem sechsten Zeichen- 60 parallel zugeführt, welche ein erstes Wortgatter 212, gatter 140, einem siebten Zeichengatter 142, einem ein zweites Wortgatter 214, ein drittes Wortgatter 216, achten Zeichengatter 144 usw. bis zu einem 2 n— 1-ten ein viertes Wortgatter 218 und schließlich ein 71-tes Zeichengatter 146 und schließlich einem 2 «-ten Wortgatter 220 bilden. Die Wortgatter 212 bis 220 Zeichengatter 148 zugeführt werden. Die Anzahl In sind jeweils durch einen Wortfreigabeimpuls auftastder Gatter ist bis zu einem gewissen Grade frei wähl- 65 bar. Die Wortfreigabeimpulse werden von einem bar und hängt von kumulativen Fehlern der Ein- Schieberegister 222 erzeugt und den Wortgattern 212 gangsgeräte ab, wie noch erläutert werden wird. bis 220 über entsprechende Ausgangsleitungen 224,

Die Zeichen der digitalen Bitinformation liegen 226, 228, 230 ... 232 zugeführt.

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Das Schieberegister 222 wird durch das über die ein handelsübliches Gerät handeln. Wie erwähnt, Leitung 94 zugeführte Taktsignal vom Präzisions- kann die vorliegende Anlage in einem Meßsystem oszillator 90 sehr genau gesteuert, welcher auch schon verwendet werden, bei dem das analoge Steuersignal, für die Zeitsteuerung der Antriebssteuervorriqhtung 82 das auf der Ausgangsleitung 100 des Umsetzers 98 und damit der Transporttrommel, d. h. der Eingabe- 5 auftritt, über eine Leitung 18 direkt dem Schwingungsfrequenz der digitalen Daten sorgt. Bei Beginn einer ei zeuger 12 zugeführt wird, oder das analoge Steuer-Steuerfolge für die digitalen Daten wird die Einleitung signal kann über eine Leitung 252 einer drahtlosen der Abfrage der digitalen Werte durch das von den Übertragungsanlage 254 zur Übertragung des Steuer-Taktimpulsen gesteuerte Schieberegister 222 um eine signals für den Schwingungserzeuger und/oder zum bestimmte Zeitspanne verzögert. Diese allgemeine io Erzeugen eines Abbildes des Steuersignals für die Verzögerung sämtlicher Digitalwerte ermöglicht dann Verarbeitung der empfangenen Signale an einen entder Steuereinrichtung 88, sowohl ein Voreilen als fernten Ort übertragen werden,
auch ein Nacheilen der einzelnen Digitalwerte, die F i g. 4 zeigt einen Ausschnitt aus der in F i g. 3 von der Aufzeichnung 112 abgelesen wurden, zu korri- dargestellten Schaltungsanordnung, in welchem ein gieren. Der Betrag der anfänglichen Grundverzöge- 15 Ausführungsbeispiel für die zu einem Digitalwert rungsdauer. hängt von der ursprünglichen Genauigkeit gehörenden parallelen logischen Schaltungen genauer der Antriebssteuervorrichtung 82 ab, und die Anzahl η dargestellt sind. F i g. 4 gilt dabei für das hier beider Digitalwerte, die zur Korrektur im Zwischen- spielsweise gewählte Digitalformat, bei welchem aus speicher gespeichert werden können, wird entspre- 12 Bits bestehende Digitalwerte in Form von zwei chend den Geräteanforderungen und Betriebsbedin- 20 serienmäßigen Zeichen dargestellt werden, selbstgungen gewählt. verständlich gibt es eine große Anzahl anderer Mög-Die Grundverzögerung des durch die Taktimpulse lichkeiten, von denen man ebenso Gebrauch machen gesteuerten Schieberegisters 222 erfolgt mit Hilfe kann. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eines Startimpulses, der über eine Leitung 234 züge- enthält die erste Wortspeicherstufe 190 eine Anzahl führt und nach Eintreffen einer bestimmten Anzahl 25 von Flip-Flops, selbstverständlich kann man auch von Zeichenverschiebeimpulse im Zeichenschiebe- andere Zwischenspeichereinrichtungen verwenden, falls register 124 erzeugt wird. Dieses bekannte Impuls- dies zweckmäßig oder erforderlich ist.
verzögerungsverfahren erfordert nur, daß das Aus- Das Digitalzeichen wird durch Einzelköpfe 114a bis gangssignal auf der Leitung 234 bei einem bestimmten 114g, die auf entsprechende Spuren ausgerichtet sind, Zählwert des Schieberegisters 124 auftritt. Bei dem 30 abgelesen, wobei sieben Bits parallel erzeugt werden, vorliegenden Beispiel mit η Wortstellungen und 2n Diese Bits, die jeweils 0 und 1 sein können, werden Zeichenstellungen wird das Schieberegister 222 beim dem ODER-Gatter 120 zugeführt, das auf der Lein-ten Zeichenfreigabeimpuls durch einen Startimpuls tung 122 für jedes Zeichen einen Verschiebeimpuls auf der Leitung 224 eingeschaltet. liefert. Dieser Verschiebeimpuls tritt selbst dann auf,

Das Schieberegister 222 liefert ferner auf einer Lei- 35 wenn alle Bits des eigentlichen Zeichens 0 sind, da tung 236 einen Rückstellimpuls für ein Rückstell- dann das Paritätsbit, das durch den Kopf IHA abSchieberegister 238. Die Rückstellsteuerung erfolgt gelesen wird und auf der Leitung 116a auftritt, wegen durch eine »Wort-Freigabe-Plus-Eins«-Erregung des der ungeraden Parität den Wert 1 hat. Der Zeichen-Schieberegisters 222, um einen Schiebeimpuls auf der zählimpuls auf der Leitung 122 steuert das Zeichen-Leitung 236 zur Rückstellung des Schieberegisters 238 40 schieberegister 124, das einen entsprechenden Freizu liefern, das aufeinanderfolgende Zählausgangs- gabeimpuls liefert.

signale in üblicher Weise liefert. Auf Ausgangsleitun- Die durch die Köpfe 114 b bis 114g abgelesenen Bits gen 240, 242, 244, 246 ... 248 des Rückstellschiebe- werden über Leitungen 1180 bis 118g Verstärkern A₁ registers 238 treten dementsprechend nacheinander bis A₆ in der Schwingungsformungs- und Verstärker-Wortrückstellimpulse zur Rückstellung der ent- 45 schaltung 126 zugeführt. Die Ausgangssignale dieser sprechenden Wortspeicherstufen 190 bis 200 auf. Be- Verstärker A₁ bis A₆ werden über das sich verzweitrachtet man also beispielsweise den Zyklus für den gende Kabel 128, dessen Adern mit 128 b bis 128g ersten Datenwert, so wird zuerst der in der ersten bezeichnet sind, allen Zeichengattern parallel zuge-Wortspeicherstufe 190 gespeicherte Digitalwert mittels führt. Wie F i g. 4 zeigt, besteht jedes Zeichengatter eines vom Schieberegister 222 auf die Leitung 224 ge- 50 aus sechs parallelen UND-Gattern, die jeweils die lieferten Wortfreigabeimpulses durch das erste Wort- Übertragung eines Informationsbits steuern. Die vergatter 212 geschleust, und der nächstfolgende Impuls schiedenen Bits werden also über die Adern 128 b bis des Schieberegisters 222 wird dann auf der Leitung 236 128g entsprechenden UND-Gattern 130έ bis 130g erzeugt, der das Rückstellschieberegister 238 so steuert, des ersten Zeichengatters 130, parallel dazu den entdaß dieses einen Wortrückstellimpuls auf der Leitung 55 sprechenden Eingängen von UND-Gattern 132 b bis 240 erzeugt, welcher die erste Wortspeicherstufe 190 132g des zweiten Zeichengatters 132 und außerdem löscht und für den nächsten Speicherzyklus bereit jeweils den sechs parallelen UND-Gattern der vermacht. jDie Periodizität der Verwendung der ver- bleibenden Zeichengatter, wie sie in F i g. 3 dargeschiedenen Speicher- und Gatterstufen hängt selbst- stellt sind, zugeführt. Jedes Zeichen liegt also an allen verständlich von der im ganzen gesehen ge- 60 Zeichengattern 130 bis 148 (F i g. 3), und die Bits forderten Genauigkeit der Digitalwerte und den zu- werden von demjenigen Zeichengatter durchgelassen, gelassenen zeitlichen Schwankungen für die Digital- das durch das Zeichenschieberegister 124 entsprechend werte ab. den Zeichenverschiebeimpulsen auf der Leitung 122

Beim Auftasten der verschiedenen Wortgatter 212 vom ODER-Gatter 120 durchgelassen. Gemäß F i g. 4 bis 220 werden die jeweiligen Bits über eine Leitung 65 werden die UND-Gatter 130 έ bis 130g des ersten 250 parallel dem Digital-Analog-Umsetzer 98 zur Zeichengatters 130 durch einen Impuls auf der Lei-Erzeugung des endgültigen Steuersignals zugeführt. tung 150 aufgetastet, und der nächstfolgende Aus-Bei dem Digital-Analog-Umsetzer kann es sich um gangsimpuls des Zeichenschieberegisters wird über die

Leitung 152 den UND-Gattern 1326 bis 132g des zweiten Zeichengalters 132 zugeführt.

Die nacheinander auftretenden Ausgangssignale des ersten und zweiten Zeichengatters 130 bzw. 132 werden der ersten Wortspeicherstufe 190 parallel zugeführt, welche aus zwölf parallelen Flip-Flops 260 bis 271 besteht. Die Ausgänge der Flip-Flops 260 bis 271 stehen dann auf Ausgangsleitungen 272 bis 283 an den Eingängen von UND-Gattern 284 bis 295 des ersten Wortgatters 212 zur Verfugung. Den UND-Gattern 284 bis 295 wird durch das Schieberegister 222 über die Leitung 224 ein Freigabeimpuls parallel zugeführt. Ein )>Wortfreigabe-Plus-Eins«-Ausgangsimpuls des Schieberegisters 222 wird über die Leitung 236 dem Rückstellschieberegisters 238 zugeführt. Die aufeinanderfolgenden Ausgangsimpulse des Rückstellschieberegisters 238 gelangen dann auf der Leitung 240 parallel zu allen Flip-Flops 260 bis 271, um diese zurückzustellen, nachdem die in ihnen gespeicherten Digitalweite herausgeschleust oder vom Gerät verwertet worden sind. Wie F i g. 4 zeigt, tritt eine Verwertung des ersten Digitalwertes ein, wenn das Schieberegister 222 einen ersten Wortfreigabeinipuls auf der Leitung 224 liefert und alle in den Flip-Flops 260 bis 271 gespeicherten Bits über die UND-Gatter 284 bis 295 und die Leitung 250 dem Digital-Analog-Umsetzer 98 parallel zugeführt werden. Die parallelen Adern der Leitung 250 sind, was in F i g. 4 zur Vereinfachung nicht dargestellt ist, selbstverständlich auch noch mit den übrigen Wortgattern 214 bis 220 (F i g. 3) verbunden, die der Reihe nach erregt werden, so daß der Digital-Analog-Umsetzer 98 alle durchgeschleusten Digitalwerte der Reihe nach verwertet und hierbei das gewünschte Analogsignal für das Meßsystem erzeugt.

Arbeitsweise

Die vorliegende digitale Raten- oder Frequenzsteuereinrichtung liefert ein Steuersignal, das ein störschwingungsfreies Spektrum hat und dadurch die Möglichkeiten bei seismischen Untersuchungen voll auszuschöpfen gestattet. Die mit Trommeln arbeitenden bekannten Anlagen, die derzeit zur Bildung und Übertragung von Steuersignalen für seismische Schwingungserzeuger verwendet werden, weisen Drehzahlschwankungen auf, die ein entsprechend moduliertes Spektrum des Steuersignals ergeben. In der Praxis lassen sich solche Geschwindigkeitsschwankungen solcher mit Trommeln arbeitenden analogen Geräte nicht vermeiden, sie können jedoch durch die Steuereinrichtung gemäß der Erfindung kompensiert werden.

Als erstes wird eine digitale Aufzeichnung, die das gewünschte Steuersignal für den Schwingungserzeuger darstellt, mittels eines Computers oder einer anderen geeigneten Einrichtung hergestellt. Frequenzbereich und Frequenzgehalt des Steuersignals können den speziellen Eigenschaften des Terrains und anderen Faktoren, die die Messung beeinflussen, Rechnung tragen. Bei dem dargestellten typischen Ausführungsbeispiel wird für die Aufzeichnung (Fig. 2B und 4) ein bekanntes Format verwendet, das mit sieben parallelen Spuren auf einem digitalen Band arbeitet. Eine der äußeren Spuren enthält Paritätsbits, die einer ungeraden Parität entsprechen, während die anderen sechs Spuren sechs Informationsbits tragen, die ein Zeichen bilden. Ein Digitalwert (Wort) besteht aus zwei aufeinanderfolgenden Zeichen.

Die folgende Erläuterung bezieht sich auf F i g. 3, soweit es nicht besonders vermerkt wird. Die digitale Aufzeichnung 112 des Steuersignals wird auf der Transporttrommel 110 montiert, deren Antrieb dutch die Antriebssteuervoriichtung 82 und den Präzisions-5 oszillator 90 gesteuert wird. Größere Drehzahlschwankungen der Transporttrommel 110 können in üblicher Weise durch Phasensynchronisation der Antriebssteuervorrichtung 82 mit dem Präzisionsoszillatoi 90, welcher das Norm-Zeitsignal liefert, koirigiert

ίο werden. Große Phasenfehler können also nicht auftreten, und die in Form nieder- oder höherfrequenter Schwankungen auftretenden kleinen Phasenfehler, die das Spektrum des Steuersignals modulieren würden,· werden durch die digitale Steuereinrichtung 88 beseitigt. Die Zeichen werden durch den Mehrfachkopf 114 nacheinander von der digitalen Aufzeichnung 112 abgelesen, und die dabei erzeugten parallelen Bits der verschiedenen Zeichen werden im Takt durch die Steuereinrichtung 88 durchgeschleust, welche einen Zwischenspeicher enthält, und anschließend werden die aufeinanderfolgenden digitalen Zeichen mit einer äußerst konstanten Frequenz wiederhergestellt, so daß ein sehr genaues und störungsfreies Analogsignal gebildet werden kann.

Jedes aus sechs parallelen Bits bestehende Zeichen durchläuft dabei das ODER-Gatter 120, um auf der Leitung 122 einen Zjeichenverschiebeimpuls zu erzeugen, der das Zeichenschieberegister 124 weiterschaltet. Dieselben sechs parallelen Bits werden durch die Schwingungsformungs- und Verstärkerschaltung 126 und die verschiedenen UND-Gatter (z. B. die Gatter 130ά bis 130g· in F i g. 4) der jeweiligen Zeichengatter 130 bis 148 parallel durchgeschleust. Dabei werden sechs parallele Bits eines Zeichens nur jeweils durch ein Zeichengatter entsprechend dem Zustand des Zeichenschieberegisters 124 und entsprechend der erregten Ausgangsleitung 150 bis 168 durchgelassen. F i g. 4 zeigt dies für das erste und das zweite Zeichengatter 130 bzw. 132, die durch einen ersten und einen zweiten Zeichenfreigabeimpuls auf der Leitung 150 bzw. 152 aufgetastet werden. Wenn also das erste Zeichen von der digitalen Aufzeichnung 112 abgelesen wird und das Zeichenschieberegister 124 unter Steuerung durch das ODER-Gatter 120 einen ersten Zeichenfreigabeimpuls auf der Leitung 150 erzeugt, werden die UND-Gatter 130ό bis 130g des ersten Zeichengatters aufgetastet, und die sechs abgelesenen Bits des Zeichens, die über die Leitungen 118 b bis 118g und die Verstärker ^₁ bis A_e den UND-Gattern 1306 bis 130g des ersten Zeichengatters zugeführt werden, gelangen durch diese Gatter zu den Flip-Flops 260 bis 265 der ersten Wortspeicherstufe 190, in der sie gespeichert werden. In entsprechender Weise liefert das zweite Zeichen sechs Bits, die ein Freigabesignal auf der Leitung 152 des Zeichenschieberegisters 124 erzeugen, welches die UND-Gatter 1326 bis 132g des zweiten Zeichengatters auftastet, so daß diese die entsprechenden Bits, die ihnen durch die parallelen Adern des Kabels 128 zugeführt werden, zu den Flip-Flops 266 bis 271 der ersten Wortspeicherstufe 190 zur Speicherung durchlassen.

Nachdem beide Zeichen des ersten Digitalwertes abgelesen und zur Speicherung in der ersten Wortspeicherstufe 190 durchgeschleust worden sind, liegen die entsprechenden Bits auf den verschiedenen Eingangsleitungen 272 bis 283 der UND-Gatter 284 bis 295 des ersten Wortgatters 212. Das durch die Taktimpulse vom Oszillator 90 gesteuerte Schieberegister

222 liefert dann auf den Leitungen 224 bis 232 nacheinander Wortfreigabeausgangsimpulse an die verschiedenen Wortgatter 212 bis 220, deren UND-Gatter dadurch aufgetastet werden und die 12 Bits des ganzen Digitalwertes zum Digital-Analog-Umsetzer 98 durchlassen. Der Digital-Analog-Konverter 98 ist eine passive Einrichtung, die die Ausgangssignale der Wortgatter über die Leitung 250 empfängt und aus diesen Signalen einen entsprechenden Analogspannungspegel erzeugt.

Das Zeichenschieberegister 124 beginnt mit dem Freigeben der Zeichen unmittelbar bei Arbeitsbeginn der digitalen Frequenzsteuereinrichtung 88, und bei der Hälfte der Verschiebung liefert es einen Freigabeimpuls auf der Leitung 234, der das durch die Taktimpulse betätigte Schieberegister 222 freigibt. Wenn das Schieberegister 222 zu arbeiten beginnt, werden auf den Leitungen 224 bis 232 Wortfreigabeimpulse erzeugt, so daß die aufeinanderfolgenden Digitalwerte der Reihe nach über die entsprechenden Wortgatter 212 bis 220 zur Umwandlung in Analogsignale zum Umsetzer 98 durchgelassen werden. Das Schieberegister 222 wird durch eine bestimmte Anzahl von Schritten nach Arbeitsbeginn des Zeichenschieberegisters 124 in Betrieb gesetzt, um einen einwandfreien Fluß der Digitalwerte zu gewährleisten. Insbesondere wird die Hälfte der Wortspeicherstufen gefüllt, bevor das Schieberegister 222 mit der Freigabe von Digitalwerten zur Weiterleitung an den Umsetzer 98 beginnen kann. Hierdurch können Schwankungen beiden Vorzeichens, also Voreilungen und Verzögerungen in der Geschwindigkeit, mit der die Zeichen vom digitalen Band abgelesen werden, kompensiert werden, so daß die digitalen Werte mit einer genau festgelegten Frequenz ausgeschleust werden. Wieviel Speicherplatz erforderlich ist, hängt von der Größe der zu kompensierenden Geschwindigkeitsschwankungen der Antriebssteuervorrichtung 82 und der Transportvorrichtung, insbesondere der Trommel 110, ab. Bei Verwendung einer servogesteuerten Antriebsvorrichtung für die Aufzeichnung, bei der die Spitzenwerte von lang- und kurzzeitigen Schwankungen kleiner als 0,5 % ^smd> ^und bei Verwendung eines digitalen Sweep-Signals, das jede Millisekunde abgetastet wurde, genügen zehn Wortspeicherplätze, um ein konstantes Ausgangssignal und konstantes umgesetztes Analogsignal zu erzeugen. Mit zunehmenden Geschwindigkeitsschwankungen muß auch die Speicherkapazität erhöht werden, um den zeitlichen Fluß der Digitalwerte zum Umsetzer 98 einwandfrei steuern zu können.

Die Wortspeicherstufen 190 bis 200 werden jeweils durch das Rückstellschieberegister 238 zurückgestellt, nachdem der in der betreffenden Stufe gespeicherte Digitalwert zum Digital-Analog-Umsetzer 98 weitergeleitet worden ist. Dieses Rücksetzen wird durch einen »Digitalwert-Plus-Eins«-Impuls ausgelöst, der vom Schieberegister 222 über die Leitung 236 an das Rückstellschieberegister 238 geliefert wird, das dabei dann die richtige Wortrückstelleitung 240 bis 248 erregt und die zugehörige Wortspeicherstufe löscht. Auf diese Weise ist das zyklische Herauslesen, Speichern und Freigeben von Digitalwerten immer wieder möglich. Wenn die Grenze der Speicherkapazität erreicht ist, beginnt die Speicherung wieder beim ersten Speicherplatz, der ja nach der Übertragung des gespeicherten Digitalwertes zum Digital-Analog-Umsetzer 98 gelöscht worden war.

Dieser Zyklus wiederholt sich, bis das ganze Steuersignal für den Schwingungserzeuger abgelesen und im Takt ausgegeben worden ist, also bis die ganze in der Aufzeichnung 112 aufgezeichnete Folge von Digitalwerten abgelesen, in der digitalen Steuereinrichtung 88 gespeichert und anschließend mit konstanter Frequenz ausgegeben worden ist. Dies kann mittels einer zyklischen Zwischenspeicherung der Digitalzeichen in einer begrenzten Anzahl von Wortspeicherplätzen und Gattern erfolgen, solange die Anzahl

ίο der Wortspeicherplätze und Gatter für die Kompensation der Schwankungen bei der Abtastrate ausreicht. Bei manchen Transporteinrichtungen, deren Verwendung denkbar ist, können langzeitliche Schwankun-' gen in der Größenordnung von plus oder minus 3 %' auftreten. Zur Kompensation von Schwankungen dieser Größe würde eine erheblich größere Speicherkapazität als bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel erforderlich sein. Eine solche Erhöhung der Speicherkapazität würde dann die Verwendung eines kleinen Kernspeichers als Zwischenspeicher an Stelle von Flip-Flops rechtfertigen, da die Kosten eines größeren Flip-Flop-Speichers nicht mehr tragbar sind. Eine andere Lösung würde darin bestehen, einen größeren Kernspeicher mit wahlfreiem Zugriff zu verwenden, der ausreicht, um das gesamte digitale Steuersignal zu speichern, so daß die Transporttrommel oder eine entsprechende ander,e Transportvorrichtung entfallen kann. Auch in diesem Falle würden sich jedoch erheblich höhere Anlagekosten ergeben.

Für das vorliegende Steuersystem können die Ergebnisse von seismischen Untersuchungen erheblich verbessert werden. Die Genauigkeit des auf digitalem Wege erzeugten Steuersignals ermöglicht die Planung und Durchführung von seismischen Messungen, bei denen die störenden Einflüsse von Gerätefehlern dadurch stark herabgesetzt werden, daß der seismische Schwingungserzeuger und damit das Eingangssignal wesentlich genauer definiert sind als bisher.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Anlage zur Steuerung eines seismischen Schwingungserzeugers, mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines aus aufeinanderfolgenden Digitalwerten bestehenden Steuersignals vorgegebener Frequenzcharakteristik, einer Registriervorrichtung zum Aufzeichnen der das Steuersignal bildenden Digitalwerte, einer Wiedergabevorrichtung zum Herauslesen der aufgezeichneten Digitalwerte und einem Digital-Analog-Umsetzer, der ein den Digitalwerten entsprechendes Analogsignal zur Steuerung des Schwingungserzeugers liefert, g ekennzeichnet durch einen Zwischenspeicher (190 bis 200) zur Speicherung aufeinanderfolgender Gruppen der herausgelesenen Digitalwerte und eine durch das Ausgangssignal eines Oszillators (90) hoher Stabilität gesteuerte und den Digital-Analog-Umsetzer (98) speisende Abfrageanordnung (212 bis 220) zum Herauslesen aufeinanderfolgender Digitalwerte aus dem Zwischenspeicher.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die herausgelesenen Digitalwerte einerseits einer Freigabeimpulsgeneratorschaltung (120, 124), welche aufeinanderfolgende Freigabeimpulse auf verschiedenen Ausgangsleitungen (150 bis 168) liefert, als auch UND-Gattern (130 bis 148) zugeführt sind, die die herausgelesenen Digitalwerte unter Steuerung durch die Freigabeimpulse

nacheinander zu Zwischenspeicherstufen (190 bis 200), die den Zwischenspeicher bilden, durchlassen, und daß die Ausgänge der Zwischenspeicherstufen mit Ausgangsgättern (212 bis 220) verbunden sind, die durch eine vom Oszillator (90) gesteuerte Auftastimpulsgeneratorschaltung (222) mit einer durch die Oszillatorfrequenz bestimmten Frequenz auftastbar sind und die Digitalwerte nacheinander zum Digital-Analog-Umsetzer (98) durchlassen.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Freigabeimpulsgeneratorschaltung ein ODER-Gatter (120), dessen Eingängen die herausgelesenen Digital werte zugeführt sind, und ein Schieberegister (124), das einen mit dem Ausgang (122) des ODER-Gatters verbundenen Verschiebeeingang und eine Anzahl von nach-

einander erregten Ausgängen (150 bis 168) aufweist, die jeweils mit einem der UND-Gatter (130 bis 148) verbunden sind, enthält.

4. Anlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zwischenspeicherstufe (z. B. 190) eine Anzahl von Flip-Flops (260 bis 271) enthält, die durch die digitalen Ausgangssignale der UND-Gatter (130, 132) setzbar sind.

5. Anlage nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftastimpulsgeneratorschaltung ein Schieberegister (222) enthält, das durch das Ausgangssignal des Oszillators (90) gesteuert ist und aufeinanderfolgende Auftastimpulse. an die mit den Ausgängen der Zwischenspeicher-, stufen (190 bis 200) verbundenen UND-Gatter (212 bis 220) liefert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen