DE1964202A1

DE1964202A1 - Verstaerkersystem fuer breiten Lautstaerkebereich

Info

Publication number: DE1964202A1
Application number: DE19691964202
Authority: DE
Inventors: Vanderford James Royce
Original assignee: Texaco Development Corp
Current assignee: Texaco Development Corp
Priority date: 1968-12-24
Filing date: 1969-12-22
Publication date: 1970-07-09
Also published as: DE1964202B2; US3603972A; JPS5129391B1; NL162265B; CH510359A; FR2027061B1; NL162265C; GB1266710A; BR6915408D0; FR2027061A1; NL6919459A

Description

Patentassessor Homberg/Narh., den 20. 12. 1969

Dr.G.8chupfner T 69 020

c/o Deutsche Erdöl-AG
4102 Homberg/Ndrh.
Baumstr. 31

TEXACO DEVELOPMENT CORPORATION

135 East 42nd Street New York,N.Y. 10 017

U. S. A.

Verstärker syst em für "breiten Laut st ärkeber eich

Die Erfindung "betrifft allgemein Verstärkersysteme für breiten Lautstärkebereich. Sie betrifft speziell automatische schnelle Verstärkersysteme mit regulierbarem Verstärkungsfaktor, mit denen man Signale eines breiten Lautstärkebereichs verarbeiten kann. Derartige Signale treten in der seismischen Datenverarbeitung auf und deshalb ist die Erfindung besonders für den Gebrauch in digitalen seismischen Speichersystemen geeignet.

Die Entwicklung von digitalen seismischen Feldapeichergeräten für breiten Lautstärkebereich, mit denen man seismische Signale in digitaler Form auf schnellen Hagnetbändern speichern kann, hat die Notwendigkeit von Analogverstärkern mit präzisem Verstärkungsfaktor und niedriger Verzerrung mit sich gebracht. Derartige Verstärker werden zwischen den Geophonen und den Analog-Digital-Umwandlern benötigt, um die seismischen Signale exakt innerhalb einee Amplitudenbereiches, der für die Analog-Digital-Ümwandler geeignet ist, zu reproduzieren. Dadurch wird es möglich» den gesamten Lautstärkebereich des Systems meßtechniech zu erfassen.

BAD ORIGfNAL

Da seismische Signale üblicher Weise einen sehr breiten Lautstärkebereich aufweisen, beispielsweise in der Größenordnung von 120 db, hat man bisher diese Signale häufig in einen geringeren Bereich komprimiert, beispielsweise in den Bereich von 78 db, so daß die Signale in einem Analog-Digital-Umwandler verarbeitet und gespeichert werden konnten» Verschiedene Einrichtungen zur Regulierung des Verstärkungsfaktors sind benutzt worden, um eine derartige Komprimierung zu unterstützen, beispielsweise benutzte man eine programmierte Regulierung des Verstärkungsfaktors, bei der der Verstärkungsfaktor langsam zwischen vorgegebenen Grenzen gewechsäLt wird, im gleichen Maße wie die Durchschnitt Samplitude der seismischen Signale sich verändert. Ein anderes Beispiel eines typischen automatischen Verstärkungsfaktorreguliersystems verwendet die zeitliche Mittelung der verstärkten seismischen Energie, um den Verstärkungsfaktor einzustellen. In neuerer Zeit sind Verstärker entwickelt worden, die einen stufenweisen Wechsel des Verstärkungsfaktor vornehmen und die in gewisser Weise diet Signalamplitude innerhalb eines Zeitfensters des seismischen Speichers ausnutzen. Eine Art von Verstärkersystemen bei dem der Verstärkungsfaktor stufenweise geändert wird, ist allgemein bekannt als Verstärker mit binärem Faktor, wie er zum Beispiel in den USA-Patenten 3 308 392 McGarter und 3 315 233 Hibbard et al beschrieben wird. Verstärkersysteme mit stufenweisem Faktor wechsel sind auch in den USA-Patenten 2 967 292 Eisner, 3 241 100 Loofbourrow und 3 264- 574 Loofbourrow beschrieben.

Die vorliegende Erfindung betrifft prinzipiell Verbesserungen in Verstärkersystemen mit stufenweiser Regulierung des Verstärkungsfaktors, mit denen man Signale von breitem Lautstärkebereich verarbeiten kann und in denen eine automatische Regulierung des Verstärkungsfaktors vorgesehen ist. Eines der wesentlichen Ziele der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verstärkersyatem mit automatischer schneller digitaler Faktorregulierung für breiten Lautstärkebereich zu

BAD ORIGINAL

bieten, bei dem automatisch ein optimaler Verstärkungsfaktor präzise festgesetzt wird, der auf der augenblicklichen Amplitude des Eingangssignals zu dem Zeitpunkt, in dem der Analog-Digital-Umwandler die Umwandlung beginnt, beruht.

Ein Aspekt der Erfindung besteht darin, daß ein Verstärkersystem mit einem Verstärkernetzwerk vorgesehen ist, einschließlich einer Vielzahl von Verstärkerstufen und Hilfsmitteln, um eine Vielzahl von progressiv unterschiedlichen vorbestimmten Verstärkungsfaktorbereichen für das genannte Netzwerk einzurichten. Ferner sind Mittel vorgesehen, um während des sukzessiven Abtaetens des Eingangssignals von einem zum anderen dieser Verstärkungsfaktorbereiche umschalten zu können, während die Signale durch das genannte Netzwerk hindurch zu einem gemeinsamen Ausgang geleitet werden. Weiterhin sind Mittel vorgesehen, um die zum Ausgang geleiteten Signale mit einem vorbestimmten Bezugssignal vergleichen zu können. Außerdem sind Mittel vorgesehen für wahlweises Aufrechterhalten eines der vorgenannten Verstärkungsfaktorbereiche, während eines Haltezeitintervalls, das deutlich länger als das Abtastintervall ist» wenn das zum Ausgang geleitete SignAl in einer vorbestimmten Beziehung zum genannten Bezugssignal steht. In einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung sind die Verstärker des Netzwerkes in Kaskade geschaltet. In dieser bevorzugten Ausführungsform enthalten die Mittel für das Efarichten der progressiv unterschiedlichen Verstärkungsfaktorbereiche ihrerseits Mittels für wahlweises Verbinden der entsprechenden Kaskadanstufenausgänge mit dem gemeinsamen Ausgang während des Abtastintervalls. Mittel für das wahlweise Aufrechterhalten eines dieser Verstärkungsfaktorbereiche hingegen enthalten Mittel für das wahlweise Aufrechterhalten der Verbindung zwischen einem Kaskadenstufenausgang und dem gemeinsamen Ausgang während des Haltezeitintervalls.

Vorteilhaft wird gemäß einer bevorzugten Form der Erfindung die gemeinsame Ausgangsschaltung über einen Analog-Digital-

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Umwandler mit einem digitalen Speicher verbunden. Letzterer speichert die Signalinformation, die mit dem augenblicklichen Digitalwert des Signals an der gemeinsamen Ausgangsschaltung korrespondiert und mit dem Verstärkungsfaktorniveau, mit dem das Signal durch das System hindurch übersetzt wird, wobei dieses Niveau bestimmt wird durch denjenigen Vestärkungsfaktorbereich, der während des Haltezeitintervalls aufrecht erhalten wird, während das Signal an den gemeinsamen Ausgang geleitet wird.

Nach einer weiteren Aueführungsform der Erfindung ist eine Vielzahl der genannten Verstärkersysteme mit regulierbarem Verstärkungsfaktor vorgesehen, und zwar zusammen mit einem MnTHpIeier zum Verteilen der entsprechenden Ausgänge auf das System, das den Analog-Digital-Umwandler enthält.

In einer bevorzugten AusfUhrungsform der Erfindung enthält das Verstärkersystem für breiten Lautstärkebereich einen Seil eines seismischen Datenverarbeitungssystem einschließlich von Hilfsmitteln, um seismische Signalinformationen in den Eingang des Verstärkersystems einzugeben.

Die Gegenstände und Vorteile dieser Erfindung können besser verstanden und gewürdig werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung zusammen mit den Zeichnungen, in denen folgendes gezeigt wird.

Figur 1 ist ein schematisches Schaltbild teilweise in Blockform. Es zeigt ein seismisches Datenverarbeitungssystem mit einer Vielzahl von erfindungsgemäßen Verstärkersystemen für breiten Lautstärkeber eich mit automatischer schneller Regulierung des Verstärkungsfaktors.

Figur 1a ist ein sehematieches Schaltbild teilweise in Blockform. Ss illustriert detailliert einen Teil des in Figur 1 gezeigten Systems, nämlich denjenigen Teil des Systems, das als Element J in Figur 1 gekennzeichnet ist.

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Figur 2 ist ein schematisches Schaltbild teilweise in Blockform, das eine andere Art eines seismischen Datenverarbeitungssystems illustriert, wobei dieses System eine Vielzahl von erfindungsgemäßen Verstärkersystemen für breite Lautstärkebereiche enthält.

Figur 2 a ist ein schematisches Schaltbild teilweise in Blockform, das detailliert den Teil der Figur 2 wiedergibt, der dort als Element J¹ gekennzeichnet ist.

Figur 3 ist ein schematisches Schaltbild in Blockform, das detailliert die Teile der Systeme der Figuren 1 und 2 wieder gibt, die dort als Detail A gekennzeichnet sind.

Figur 4 ist ein schematisches Schaltbild teilweise in Blockform, das detailliert die Teile des Systems der Figuren 1 und 2 wieder gibt, die dort als Detail B gekennzeichnet sind.

Figur 4 a ist ein Diagramm, das die charakteristischen Frequenzen der Schaltung,die in den Figuren 1, 2 und 4 als Detail B gekennzeichnet ist, wieder gibt·

Figur 5 ist ein schematisches Schaltbild, das detailliert den in Figur 1 mit 0 bezeichneten Teil wieder gibt.

Figur 6 ist ein schematisches Schaltbild teilweise in Blockform, das detailliert den in den Figuren 1 und 2 mit D bezeichneten Teil des Systems wiedergibt.

Figur 7 ist ein schematisches Schaltbild in Blockform, das detailliert den als E bezeichneten Seil der Figuren 1 und 2 wieder gibt.

Figur 8 ist ein schematisches Schaltbild in Blockform, das detailliert den in den Figuren 1, 1«, 2 und 2a mit F bezeichneten Teil wieder gibt.

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BAD OHIGINAL

Figur 9 ist eine graphische Barstellung der Amplitude eines Signals nach der Verstärkung, die das charakteristische eines Beispiels eines Verstärkeraystems gemäß der Erfindung illustriert.

In Figur 1 ist ein System zur Verarbeitung und Speicherung seismischer Signale gezeigt. g1, g2 und έη repräsentieren drei Exemplare einer an sich beliebig großen Anzahl von Geophonen. Geophone sind Vorrichtungen, die akustische in elektrische Signale umsetzen und an sich bekannt sind. Jedes einzelne dargestellte Geophon kann in Wirklichkeit seinerseits eine Gruppe oder eine Vielzhal von individuellen Geophonen darstellen, deren entsprechende Ausgänge zusammen geschaltet sind, um ein gemeinsamesGeophonsignal zu ergeben.

Es ist Übliche Praxis in der seismischen Erforschung, eine Anzahl derartiger Geohphone in aufeinander folgenden Entfernungenvon einer Quelle seismischer Energie dem sogenannten Schußpunkt anzuordnen. Sie Geophone ermitteln die akustische Energie, die vom Schußpunkt ausgehend iiber verschiedene Wege kommend bei ihnen eintrifft. Die von den Ausgängen der einzelnen Geophone gelieferten Signale werden in Form einer Kurvenschar in Abhängigkeit von der Zeit fixiert. In Übereinstimmung mit dem hier im folgenden offenbarten System werden die Signalinformationen der einzelnen Geophonausgänge in zugeordneten Signalkanälen verstärkt und der Analog-Digital-Umwandlung zugeführt und dann auf Magnetband gespeichert. Derart auf Band gespeicherte Signale können, sofern gewünscht, reproduziert oder in die analoge Form rückverwandelt werden und in Form von Kursren gespeichert werden, so wie es hier offenbart ist. Jedoch ist es von größerer Wichtigkeit, daß solcher Weise digital gespeicherte Signale einer modernen Datenverarbeitungstechnik unterworfen werden können, wobei Hochleistungsdigitalkomputer und verwandte Einrichtungen eingesetzt werden können.

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BAD ORIGiNAL

Das hier offenbarte Verstärkersystem besitzt den weiteren Vorteil, daß es ein Ausgangssignal ausgibt, das in der sogenannten "Floating-Poinf'-Forin gespeichert werden kann. Zum Beispiel kann das Ausgangssignal als ein digitales Wort gespeichert werden, das eine Mantisse und einen Exponenten enthält, so wie es genauer im folgenden beschrieben wird. Ein derartiges digitales Wort representiert exakt den absoluten Wert des korrespondierenden Eingangssignals. Durch Speicherung von Floating-Point-Signalen auf Magnetband ist es möglich, nicht nur den Relativwert sondern auch den Absolutwert der Verstärkersignale zu konservieren.

In Fig. 1 sind die Geophone g.., g« und g_n an die Eingänge der ihnen zugeordneten Signalkanäle 1, 2 und η angeschlossen. Die Signalkanäle sind im wesentlichen identisch* Einander zugeordnete Elemente werden durch entsprechende Bezugsziffern beziehungsweise durch mit diesen Ziffern indizierte Buchstaben gekennzeichnet. Während in dac dargestellten Ausführungsform drei Kanäle gezeichnet sind, soll der Kanal η den letzten einer beliebigen Anzahl solcher Kanäle representieren. In denmeisten Fällen enthalten Systeme zur Verarbeitung seismischer Daten 12, 24 oder eine noch größere Zahl von Kanälen.

Jeder der Kanäle 1 bis η enthält eine Vielzahl von Verstärkerstufen A und B₁ bis B., die in Kaskade geschaltet sind, ferner eine zugeordnete Schaltung einschließlich einer gemeinsamen Ausgangsschaltung F und Mittel für das wahlweise Anschließen des Ausgangs jeder einzelnen Verstärkerstufe an den gemeinsamen Ausgang F, sofern das Signal des Ausgangs dieser Verstärkerstufe zu einer vorgegebenen Bezugsspannung in bestimmter Beziehung steht. Hierbei wird f*as Eingangssignal in der unten beschriebenen Weise in aufeinanderfolgenden Zeitpunkten abgetastet. Jeder der Verstärkerkanäle 1 bis η ist mit einem System zur Verarbeitung und Speicherung seismischer Signale einschließlich noch zu beschreibender Mittel verbunden, wobei die Ausgänge der einzelnen Kanäle 1 bis η über einen Multiplex zeitlich aufeinanderfolgend zugeteilt werden, so daß die Signale der Geophone g^ bis ^ verarbeitet und

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BAD ORlOiNAL

einem einzigen Analog-Digital-Umwandler zugeleitet werden können und schließlich einem hier nicht dargestellten digitalen Bandspeicher.

Jetzt werden die Einzelheiten des Teils der Figur 1, der den Kanal 1 enthält, beschrieben. Man erkennt, daß der Ausgang des Geophone ^ mit dem Eingang der Eingangsschaltung A des Kanals 1 gekoppelt ist, wobei die Eingangsschaltung A schematisch als Block A dargestellt und genauer in Figur 3 als Detail A illustriert ist. Block A enthält eine geeignete Eingangsschaltung wie einen Eingangstransformator, einen Präzisionsvorverstärker, seismische Filter, eine Abgleichschaltung für eine Begrenzung nach oben, sonstige Filter und logische Gatter zur Steuerung des Eingangsabschwächers EA sowie der Präzi sionsvorver stärker stuf e A«j. Dieser Block A erzeugt ein binär kodiertes Signal, das die Gesamtverstärkung dieser Stufe des Systems auf eine Weise präsentiert, die später genauer beschrieben werden wird. Die Kombination des Eingangsabschwächers EA des Blocks A und dessen Präzisionsverstärker werden normalerweise von Hand justiert, um eine vorbestimmte Gesamtverstärkung zu erreichen. In einer bevorzugten AusfUhrungsform der Erfindung soll der Verstärkungsfaktor des Blocks A jedoch b sein, so daß k addiert bzw. subtrahiert werden kann zum bzw. vom Exponenten, der durch die folgenden Stufen des Kanals bestimmt wird. FUr eine AusfUhrungsform dieses Systems ist k = 1 und b = 8. Es let weiterhin dargestellt, daß der Ausgang des Blocke A direkt mit dem Eingang des ersten einer Serie von in Kaskade geschalteten Präzisionsverstärkern gekoppelt ist, die schematisch als Blöcke B.. bis B, und genauer als Detail B in Figur 4 dargestellt sind. Diese Blöcke bieten eine WeeheelStromverstärkung mit einem gewissen Basiswert b zum Exponenten k. Beispielsweise ist k = 8, wenn in einer AusfUhrungsform b « und k = 1 ist bei einer Gleichstromverstärkung mit dem Faktor

1. Jede der Präzisionsverstärkerstufen B_A bis B, ist ein

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nicht invertierender Breitbandverstärker, dessen Verstärkungsfaktor durch Präzisionswiderstände in seiner Rückkoppelungsschleife vorgegeben werden kann, wie unten beschrieben werden

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Die Eingänge der Präzisionsverstärkerstufen B₁ bis B. sind mit konstanten Spannungsquellen G.. "bis O. gekoppelt, wobei letztere als Detail G in Figur 5 ausführlich dargestellt sind. Jede der Spannungsquellen 0.. bis G^, liefert sowohl positive als auch negative G-leichstrombezugsspannungen und enthält aus der Elektronik an sich bekannte Mittel zur Begrenzung des Eingangs der nachfolgenden Präzisionsverstärkerstufe, um diese vor großen SignalÜberspannungen und Verzerrungen zu bewahren. Obgleich eine konstante Spannungaquelle in Verbindung mit dem Eingang jeder Präzisionsverstärkerstufe dargestellt ist, soll bemerkt werden, daß die Funktion einer derartigen konstanten Spannungsquelle, z.B. den nachfolgenden Verstärker vor Überlastung zu schützen, auch direkt durch eine entsprechende Ausführung des Verstärkers an sich erreicht werden kann.

An die jeweiligen Ausgänge der Blöcke A und B.. bis B. sind die Blöcke D.. bis D,- gekoppelt. Jeder dieser Blöcke IL bis D₁- ist eine Vorrichtung zur BandbreitenbeStimmung und ist ausführlich als Detail D in Figur 6 illustriert. So ein Block D enthält eine Vorrichtung zur Phasenkompensation, eine Vorrichtung zur Kalibrierung des Verstärkerfaktors für präzise Verstärkung oder Abschwächung und einen Impedanz transformator. In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verstärkersystems kann jede dieser Vorrichtungen zur Bandbreitenbestimmung D.. bis D₁- Mittel enthalten zur Entfernung der Gleichstromkomponente aus dem Signal. Jede der Vorrichtungen D^ bis Dj- enthält auch Schaltelemente, welche die jeweiligen Ausgänge der Verstärkerstufen A und B.] bis B- von den Signal eingängen der zugeordneten Blöcke E.. bis E,- trennen. Letztere sind ausführlich als Detail E in Figur 7 illustriert und bedeuten Schaltnetzwerke. Mit anderen Worten, die jeweiligen Ausgänge der Bandbreitenvorrichtungen D^ bis D,- sind mit den jeweiligen zugeordneten Sehaltnetzwerken E^ bis E₅ gekoppelt.

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Jede der Bandbreitenvorriehtungen D₁ bis D^ enthält auch Mittel, um sie an das jeweilige Gleichstromniveau des gemeinsamen Ausgangs aller S ehalt netzwerke E₁ bis E,- anzupassen.

Die Bandbreitenvorrichtungen D₁ bis D^ bieten Mittel zum Anpassen der Bandbreite der verschiedenen Signalwege vom Eingang eines speziellen Verstärkerkanals bis zum gemeinsamen Ausgang. Beispielsweise können die aufeinander folgenden Signalwege vom Eingang des Blocks A durch die-verschiedenen elektronischen Netzwerke E₁ bis Et bis zum gemeinsamen Ausgang, der das Detail 3? enthält, egalisiert werden, so daß die Bandbreiten dieser verschiedenen Wege gleich sind. Vorzugsweise sollen sich die verschiedenen Bandbreiten aller Signalwege nach dem längsten Weg richten, nämlich dem Weg durch die letzte Verstärkerstufe der Kaskade. Es ist derjenige Weg, der die Vorrichtung B. und das Schaltnetzwerk E,-enthält, wie aus den Figuren 1 und 2 hervorgeht.

Zusätzlich zur Bandbreitenanpassung enthalten diese Vorrichtungen auch Mittel, um die phasen der verschiedenen Signalwege anzupassen, so daß sie mit der Phase des längsten Weges, wie in oben beschriebener Weise, übereinstimmen. Es soll bemerkt werden, daß beim Gebrauch linearer Schaltelemente die Phasenegalisierung der verschiedenen Wege auch auf eine Bandbreitenegalisierung hinausläuft.

Die Blöcke D trennen auch die Eingänge der zugeordneten Blöcke E von den jeweiligen Eingängen der nachfolgenden Blöcke B.

In der illustrierten Ausführungsform trifft dieses natürlich nicht für den Block D^ zu, weil keine weitere Kaskadenstufe , folgt, die durch den Block D^ vom Schaltnetzwerk E,- zu •tonnen wäre.

In der illustrierten Ausführungsform ist dieser letzte Block Dc nichtsdestoweniger nützlich für die Anpassung der ver-

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BAD ORIGINAL

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schieäenen Verstärkeräüsgangswege an das Gleichstromniveau des gemeinsamen Ausgangs aller Schalter und ist vorzugsweise für diesen Zweck vorgesehen.

Jedes der Schaltnetzwerke E^ "bis E,- enthält ein elektronisches Hochgeschwindigkeits-Schaltnetzwerk einschließlich einer oder mehrerer logischer Eingangsgatter für "ein"- oder "aus"-Zeiten, einer Schaltvorrichtung vorzugsweise in Form eines Feldeffekt-Transistor s (FET) und einer Steuerschaltung für die Übersetzung der eingehenden "ein"- oder "aus"-Signale in Signale, welche den Feldeffekt-Transistor beeinflussen.

Die jeweiligen Ausgänge jedes Schaltnetzwerkes E^ bis E^ sind miü dem Eingang eines Hochleistungsverstärkers und Impedanztransformators gekoppelt, der sphematisch als Block F dargestellt ist und ausführlich als Detail F in Figur 8 wiedergegeben wird. Es soll betont werden, daß der Eingang des Verstärker-Impedanz-Umformers F eine gemeinsame Verbindung für die Ausgänge von allen Schaltnetzwerken E.. bis E₅ darstellt. Es sind somit alle Kanäle mit dem Eingang dieses einen gemeinsamen Blocks F verbunden.

Der Verstärker-Umformer F hat eine relativ hohe Eingangs-

7 impedanz. Sie ist vorzugsweise von der Größenordnung 10 mal des "ein"-Widerstandes des Feldeffekt-Transistor-Ausgangs des jeweiligen Schaltnetzwerkes E^ bis Ec, das an den Eingang angeschlossen ist. In einer bevorzugten Ausführungsform, die eine Verstärker stufe vom ^wFollover^w«-Typ verwendet, ist die Ausgangsimpedanz des Verstärker-Umformers F im wesentlichen Null und der Faktor davon ist normalerweise 1,000.

Hier soll bemerkt werden, daß eine Kombination vor irgendeiner Anzahl der vorgenannten Hochgeschwindigkeitsschaltnetzwerke, wie E^ bis Ec, mit einem einzelnen Hochgeschwindigkeitsverstärker und Impedanz-Umformer, wie Block F, in der hier offenbarten Schaltung gemeinsam mit unten beschriebenen Prüfelementen einen Hochgeschwindigkeitsmultiplexer oder

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Kommutator darstellt, in welchem relativ tillige Schaltelemente, z.B. Feldeffekt-Transistoren mit nicht präzisem ^Mein^M-Wiäerstand "benutzt werden können, wobei ein wesentlicher Vorteil darin "besteht, daß die Schalter ersetzt werden können, ohne daß die Verstärkerwege neulalibriert zu werden "brauchen.

Der Ausgang des Blocks P ist mit den Eingängen von zwei digfcalen Entscheidungsvorrichtungen gekoppelt, die schematisch als Blöcke H und I dargestellt sind. Sie haben die Punktion zu entscheiden, ob die Ausgangsamplitude des Verstärker-Impedanz-Umformers P entweder die positive (Vorrichtung H) oder die negative (Vorrichtung I) Bezugsspannung (+ V oder - V) überschreitet. Die Quelle fUr die Bezugsspannung ist schematisch als Block G dargestellt.

Die digitalen Entscheidungsvorrichtungen H und I sind an sich bekannte Schaltungen des Typs, der im allgemeinen klassifiziert ist als "Voltage-Gomperators" wie sie beispielsweise auf den Seiten 45 und 46 in "Handbook of Operational, Amplifier Applications", published by Burr-Brown Research Corporation, Tucson, Arizona, 1963» beschrieben sind.

Die Vorrichtung G ist eine bekannte Schaltung desjenigen Typs, den man auf Seite 49 der eben zitierten Referenz findet.

Die Bezugsspannungsquelle G ist eine Präzisionsspannung mit zwei Ausgängen, von denen der eine eine positive Spannung gibt, die an die Vorrichtung H angelegt ist und der andere eine negative Spannung liefert, die an die Vorrichtung I angelegt ist. Beide Bezugsspannungen der Quelle G, sowohl die positive als auch die negative, sind vorgegeben. Sobald das Ausgangssignal des Blocks P eine der vorgegebenen Bezugsspannungen überafareitet, entweder die positive oder die negative, wird ein Vergleichssignal durch die Entscheidungsvorrichtung H bzw. I ausgelöst und an ein digitales Kontroll- und Hultiplexnetzwerk, das schematisch als Block J gekenn-

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zeichnet ist, weiter geleitet. Block J ist ausführlich in Figur 1a als Detail J dargestellt. Block J seinerseits kontrolliert den Kontrolleingang des entsprechenden elektronischen Hochgeschwindigkeitsschaltnetzwerkes, nämlich des entsprechenden Details E im gesperrten oder leitenden Zustand und dann geht das zu vergleichende Signal durch, so daß der erwähnte Schalter für die Dauer eines Abtastvorganges eingeschaltet bleibt, damit die Analog-zu-Digital-Abtast-und-Halteoperation in einer unten beschriebenen Weise von„statten gehen kann.

Das digitale Kontroll--und Multiplexnetzwerk J funktioniert als Programmierung für die Hochgeschwindigkeitsschalter E.. bis E₁-. Das Netzwerk reagiert auf ein Synchronisiersignal, das heißt auf einen "Syne"- oder "Go"-Impuls, das über den "Sync^llEingangskanal von einer geeigneten digitalen Uhr hergeleitet wird. Beispielsweise kann der "sync"-Impuls vom Analog-Digital-Umwandler kommen. Als Reaktion auf solch einen "sync"- oder "go"-Impuls schaltet das Programmierungsnetzwerk J in zeitlicher Folge die aufeinanderfolgenden Hochgeschwindigkeitsschalter E.J bis Ε,-. Das System kann so eingerichtet sein, daß es die Schalter entweder abwärts oder aufwärts in der Folge kontrolliert, z.B. von E₁ bis E₅ oder von E,- bis E^. Die bevorzugte Art der Arbeitsweise wird später diskutiert werden. Nehmen wir an, daß das System so programmiert ist, daß es die jeweiligen Schalter E^ bis E,-z.B. des Kanals 1 kontrolliert und danach die Kanäle 2 bis η durchgeht. Im Verlaufe des Kontrollieren des Kanals 1 wollen wir annehmen, daß derSchalter E^ eingeschaltet ist, infolge der Wirkung des Kontrollsignals S^ vom digitalen. Kontrollnetzwerk J, welches seinerseits auf einen "sync"- oder "go"-Impuls vom Analog-Digital-Umwandler- und Kontroll-Igikblock AD reagiert hat. In disem Augenblick wird ein in den Eingang des Geophone g^ eingegangenes Signal durch die Eingangs-Elektronik A geleitet, von dort durch die Bandbreitenbestimmungsvorrichtung D-, dann weiter durch das eingeschaltete Sehaltnetzwerk E₁ zum gemeinsamen Ausgang,

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der den Verstärkerimpedanztransformator F enthält, welcher seinerseits ein Signal gleichzeitig an die digitalen Entscheidungsvorrichtungen H und I abgibt, welche das eingegangene Signal mit der positiven und negativen Bezugsspannung + V und - Y vergleichen, die von der Präzisionsspannungsquelle G geliefert wird. Venn das eingegangene Signal in seiner Amplitude entweder die positive an H anliegende Bezugsspannung oder die negative an I anliegende Bezugsspannung überschreitet, wird das Durchtesten, das durch das digitale Kontrollnetzwerk J gesteuert wird, gestoppt, womit das Schaltnetzwerk E, während des restlichen Zyklus eingeschaltet gehalten wird, so daß das Ausgangssignal durch den Block Έ zum Analog-Digital-TJmwandler und zur digitalen Kontrollogik geleitet werdenkann, deren Arbeitsweise noch genauer erläutert werden wird.

Jetzt soll noch einmal zur Arbeitsweise des digitalen Kontrollnetzwerkes oder Programmierers J zurückgekehrt werden. Im Gegensatz zur oben beschriebenen Situation soll jetzt angenommen werden, daß das Schaltnetzwerk E₁ momentan eingeschaltet ist, als Reaktion auf ein Signal vom digitalen Netzwerk J und daß der Ausgang des Verstärkerimpedanztransformators P weder die positive noch die negative Bezugsspannung, die von der Quelle G- geleUfert wird, überschreitet. In diesem Pail wird das digitale Netzwerk J den Schalter E.. ausschalten und den nächsten darauffolgenden Schalter E« einschalten. Das Signal, das zu dem zweiten Schalter E„ geleitet worden ist, wird dann in der gleichen Weise getestet werden, wie das Signal, das durch den ersten Schalter E.. gegangen ist. So werden die gleichen Vergleiche mit der positiven und negativen Bezugsspannung angestelt werden, um zu bestimmen, ob der Programmierer J dem zweiten Schalter E / in eingeschalteter Stellung halten soll oder nicht oder ob durch den ganzen Zyklus das Taeben hindurch fortgesetzt werden soll, ibis ein Signal durch einen von den Schaltern E₁ bis E₁-angeliefert wird, das die positive oder negative Bezugsspannung überafareitet. Pur den. Sail, daß diese Bedingungen

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durch den ganzen Zyklus hindurch, nicht erfüllt werden, daß also das Kontrollnetzwerk J die Schalter E₁ bis E^ kurzzeitig vorübergehend einschaltet, ohne daß ein Signal an H oder I, das die vorgegebenen Bezugsspannungen überschreitet, angeliefert wird, wird der Zyklus am fünften im eingeschalteten Zustand befindlichen Schalter E₅ gestoppt. Der Zyklus wird erneut beginnen, als Reaktion auf den nächsten "sync"- oder ⁿgo^w-Impuls, der in das digitale Kontrollnetzwerk J eingeht. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die für die Entscheidung über irgendeine Stellung der Schalter E₁ bis E₅ erforderliche Zeit ein Minimum von einer halben Mikrosekunde.

Jedem "sync"- oder "go"-Impuls, der in das digitale Kontrollnetzwerk J eingeleitet wird, ist ein zweites Signal zu geordnet, und zwar ein Kanalnummerimpuls, welcher einen Satz von Schaltern in einem speziellen der Kanäle 1 bis η auswählt.

Das digitale Kontroll- und Multiplexnetzwerk J enthält auch den Exponentenaddierer sowie Mittel für die Zuteilung der den Exponenten entsprechenden digitalen Signale K₁, K_p, K, zum digitalen Speicher. Diese Signale werden vom Ausgang des Kontrollnetzwerkes J zum Block AD, der den Analog-Digital-Umwandler und die Kontrollogik enthält, geleitet und-von dort zur Aufzeichenvorrichtung des in der Abbildung nicht dargestellten digitalen Bandspeichers. Die digitalen Exponenten- λ signale K₁, Kg und K, liefern dem Analog-Digital-Umwandler Informationen über die Größenordnung des gesamten Verstärkungsfaktors des Verstärkersystems, wie es durch den Block A gefordert worden ist. Hit anderen Worten, das vom gemeinsamen Ausgang F zum Analog-Digital-Umwandler geleitete Signal enthält den Wert des verstärkten Signals innerhalb eines gewissen Bereichs, nämlich die Mantisse. Die digitalen Exponentensignale geben den Exponenten des Verstärkungsfaktors, mit dem das Signal verstärkt worden ist und welcher durch die Konfiguration der Schalter E₁ bis E₅ bestimmt wird, von denen nur ein einziger eingeschaltet und für das dem Analog-Digital-Umwandler zugelieferte Signal verantwortlich ist.

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Es soll "bemerkt werden, daß durch diese Art der Aufzeichnung auf dem Magnetband des nicht dargestellten Speichers in Form einer digitalen Floating-Point-Zahl, d.h. in der Form von Mantisse und Exponent, es ermöglicht wird, die absolute Amplitude des seismischen Signals, wie es vom jeweiligen Geophon erzeugt wird, zu fixieren.

Es wird darauf hingewiesen, daß der Analog-Digital-Umwandler einen Abtast- und Haltestromkreis enthält und auch eine Quelle für echte Zeitimpulse. Der Abtast- und Halte Stromkreis garantiert einen hinreichenden Zeitraum für das Abtasten des angelieferten Signals und für dessen Analog-Digital-Umwandlung zum Zwecke der Speicherung in digitaler Form auf einem geeigneten nicht dargestellten Speicher, der an den Ausgang des Analog-Digital-Umwandlers angeschlossen ist. Der Speicher kann irgendeine geeignete Vorrichtung, etwa ein digitaler Bandspeicher sein.

Die Arbeitsweise des digitalen Kontroll- und Multiplexnetzwerkes J kann besser an Hand der Figur 1a verstanden werden, in der die das Netzwerk J bildenden Elemente innerhalb des gestrichelt gezeichneten Rahmens enthalten sind. Eines dieser Elemente ist ein "ausschließlich oder"-Gatter OG, an das die Ausgänge der zwei digitalen Entscheidungsvorrichtungen H und I angeschlossen sind. Das "ausschließlich oder"-Gatter OG ist eine an sich bekannte Schaltmg, die nur dann ein Ausgangssignal abgibt, wenn die beiden Eingangssignale digital voneinander verschieden sind. Ein vom "ausschließlich oder¹¹-Gatter OG ausgehendes Signal, das einer Kombination aus der Entscheidungsvorrichtung H und der Entscheidungsvorrichtung I entspricht, wird einem als "Auslösung 1" bezeichneten ersten Eingang einer Amplitudengedächtnislogik ML zugeführt, welche eine an sich bekannte Schaltung ist, die im wesentlichen aus Flip-Flops bestehen. Die Amplitudengedächtnislogik ML enthält noch einen zweiten als "Auslösung 2" bezeichneten Eingang, dem ein Zeitsignal vom ersten Ausgang eines Zeitdekodierregisters ZR zugeführt wird, welches eine übliche Schaltung für Binär-Dezimal-Umwandlungen ist, wie sie am Beispiel

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in "Digital Computer Primer" von E.M. McCormick beschrieben wird, speziell dort auf Seite 135 (published by McGraw-Hill Book Company, Inc., New York, 1959). Das Zeitdekodierregister ZR besitzt auch einen zweiten und dritten Ausgang, aus denen "Set"- und "Reset"-Signale dem zweiten und dritten Eingang der Amplitudengedächtnisiogik Mi zugeführt werden. Das Zeitdekodierregister ZR wird programmiert von Signalen, die aus einem "teile durch 32"-5¹IiP-PlOp-ZaIiIer I¹C kommen, welcher mit seinem ersten Eingang an eine Quelle Cl für Zeitimpulse mit konstanter !frequenz angeschlossen ist, die in der Abbildung beispielsweise als eine 1,024 MHz-Uhr dagestellt ist. Der "teile durch 32"-FIiP-FlOp-ZaUler ist ebenfalls eine an sich bekannte Schaltung für die Lieferung von 32 möglichen Zeitimpulsen. In der illustrierten Ausführungsform ist es nämlich erwünscht, einen Arbeitszyklus von nominell 31 Mikrosekunden zu haben, und die Möglichkeit zu haben, Impulse 23U_^ewählen, die innerhalb von Intervallen mit einer nominellen Dauer von 1 Mikrosekunde liegen. Der "teile durch 32"-Ρ1ίρ-5Ίop-Zähler enthält eine nicht dargestellte "reset"-Schaltung und einen zweiten Eingang für die Aufnahme von "reset"-Signalen von einer Quelle für "go"- oder "sync"-Impulse, welche wie in Figur 1 dargestellt, durch den Block AD, der den Analog-Digital-Umwandler und die Eontrollogik enthält, gegeben ist.

Die Amplitudengedächtnislogik ML· ist mit ihrem Ausgang an den erstenEingang 1· eines "Und"-Gatters UG angeschlossen. Der zweite Eingang 2¹ dieses "Und"-Gatters UG ist an einen Ausgang des Zeitdekodierregisters ZR angeschlossen, durch den ein "Advanee-Switch-Countertt-Signal geführt wird. Das "Und"-Gatter UG kann eine an sich bekannte Schaltung sein, die nur dann anspricht, wenn gleichzeitig zwei geeignete Signale durch ihre Eingänge 1¹ und 2· eingehen und dann ein Ausgangssignal liefert, welches dem Eingang 1¹¹ eines Schalterzählers SC zugeführt wird* Der Schalterzähler SC ist eine an sich bekannte Schaltung, die im wesentlichen aus einer Vielzahl von Flip-Flops in Kaskadenschaltung besteht. Der Eingang 2" des Schalterzählers ist mit einem vierten Ausgang des Zeitdeko-

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dierregisters ZR verbunden und erhält von diesem ein "reset"-Signal.

Der Sohalterzähler SG enthält eine Vielzahl von Ausgängen, von denen drei zeichnerisch dargestellt sind, für die Zuleitung von die Exponenten darstellenden Signalen X^, Xg und X, zu den entsprechenden Eingängen des Exponentenaddierers ES. Der Exponentenaddierer ES enthält darüberhinaus eine Vielzahl von zusätzlichen Eingängen, von denen drei zeichnerisch dargestellt und mit Y.., Y₂ und Y, bezeichnet sind, für die Aufnahme von Binär-Signalen vom Block A, die der G-esamtverStärkung entsprechen. Der Exponentenaddierer ES enthält seinerseits eine Vielzahl von Ausgängen, von denen drei zeichnerisch dargestellt und mit K.., Kp und K~ bezeichnet sind. Diese Ausgänge sind identisch mit den Ausgängen der Pigur 1, die dort von dem Netzwerk J ausgehen und in Figur 1 ebenfalls mit K^, Κ« ^un-d Κχ bezeichnet sind. Der Exponentenaddierer ES ist eine an sich bekannte Vorrichtung, die aus einer Vielzahl von Flip-Flops besteht und aus "Und"- sowie ¹¹O der "-Gattern. Seine Punktion besteht in der Addition und Speicherung der durch die Eingänge eingehenden Signale, sobald das "Addierexponenten"-Signal gegeben wird.

Die dem Exponenten entsprechenden Signale Z,, Xp und X, werden vom Zähler schalt er SO, wie in Pigur 1a dargestellt, den entsprechenden Eingängen einer Verstärkerschaltlοgik- und Multiplexvorrichtung VM zugeleitet. Die Verstärkerschaltlogik- und Multiplexvorrichtung VM besitzt 5 mal η Ausgänge, die mit 1-S.. bis 1-Sp- sowie 2-S.. bis 2-S,- usw. und schließlich n-rS-j bis n-Sc bezeichnet sind. Die aus diesen Ausgängen ausgehenden Signale werden, wie in Pigur 1 dargestellt ist, den Schaltern E. bis E₁. des ersten Kanales sowie den Schaltern E₁ bis E,- des zweiten Kanals usw. und schließlich den Schaltern E^ bis E,- des η-ten Kanals zugeführt. Die letztgenannten Signale steuern oder programmieren die Schalternetzwerke E₄ bis Er-.

- 19 Ö09828/12SI

Die Verstärkerschaltlogik- und Multiplexvoirichtung VM enthält ferner eine Vielzahl von Eingängen für das Empfangen von Kanalnummersignalen, die vom Block AD geliefert werden, wie es in Figur 1 dargestellt ist. Die Aufgabe der Kanalnummersignale "besteht darin, die Funktion der Verstärkerschaltlogik- und Multiplexvorrichtung VM derart zuzuordnen oder zu synchronisieren, daß die Kanalprogrammiersignale in der gewünschten Reihenfolge auftreten. Die Verstärkerschaltlogik- und Multiplexvorrichtung VIi ist eine übliche Schaltung für die Binär-Digital-Umwandlung.

Die Verstärkerschaltiogik- und Multiplexvorrichtung VM steuert oder programmiert also die Reihenfolge, in der die Schaltsignale S₁ bis Sr angewendet werden und mit denen die Schaltnetzwerke E₁ bis E_r der verschiedenen Kanäle 1 bis η geschaltet v/erden.

Die Verstärkerschaltlogik- und Kultiplexvorrichtung Vl-I ißt so programmiert, daß sie in einer zeitlichen Aufeinanderfolge zuerst alle Schalternetzwerke E₁ bis E . des ersten Kanals, dann alle Schalter E.. bis E^ des zweiten Kanals usw. und schließlich alle Schalter E₁ bis E₅ des η-ten Kanals durchgeht. Die soeben beispielhaft aufgezählte Schaltreihenfolge, die beim Kanal 1 beginnt und beim Kanal η endet, kann jedoch auch eine andere sein. In jedem Fall wird die Reihenfolge der Kanäle durch die Kanalnummersignale bestimmt, die der digitalen Kontrollogik und Multiplexeinheit J sugeführt werden, und weiche eine Funktion der vom Block AD gelieferten Signale ist, wie sich aus Figur 1 er^ibx.

Jetzt wird auf Figur 2 Bezug genommen, in der eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist, welche in wesentlichen der von Figur 1 gleicht, sich jedoch in den Kitteln für das Multiplexeii unterscheidet. In der AusfUhrungsform der Figur 2 wird das Hultiplexen durch einen gemeinsamen Kanal-Multiplexer KM ausgeführt, wobei die Steuerung von einem modifizierten digitalen Kontrollnetzwerk übernommen

- 20 009828/1211

BAD OBiGtNAL

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Maltipleser Mi i©r ^igur 2 ©satliSlt susätslieli noeh-eiasn liagang₌_für ©in ^C3sja.e^C3=Sigaal₉ &®τ sm. i@n An©go,ag i©s Block© JJD angeschlossen isto Bas ⁵⁸SjIiQ^Sigasl ©iTaetoonieiert öl© «S^beitsweise des- Multiplexers ΈΜ,ε Dieser- ordnet" die von. Egmälen 1 bis η ankommenden Signale nacii Maßgabe von-i-Syn= claronisierinipulsen in ein© zeitliche Reihenfolge ein_s er "bindet die Ausgänge der-einzelnen-Kanäle in einer ausge~ wählten Reihenfolge über die diügitalen Ent scheid ungsvorr ich tungen H und I mit einem modifizierten, digitalen Sontroll·=» netsvert 3^₉ dessen Details ausführlicher in der Eigur 2a dargestellt sind_o .

Iss modifizierte digiale Eontrollnetzwerk J¹ ist im lichen identisch mit dem digitalen Kontroll- und Multiples= netzwerk J der.Figur Ia₈ Is unterscheidet sich won diesem Jedoch in der Verstärkerschaltlogik, auch in dar Schalt= Kanaldekoäierlogike In dem digitalen Kontroll-* und Multiples= netzwerk 3 der Figuren 1 und 1a sind in der Terstärkergchslt·= logik- und Multiplexvorrichtung ¥M Mittel für die Ausführung der Multiplexer-Punktion nach Maßgabe der vom Block AD eintreffenden Signale vorgesehen. In dem modifizierten digitalen Kontrollnetzwerk J¹ der Figur 2a ist demgegenüber keine solche

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₂₁ JS4202

e=» ^ jj esa

Vorrichtung für das Iteltiplex®n vorgesehene Hier iyird das Multiplexen von einem separaten Multipl<S3E©r₉ »e e& ia der 3?igur 2 gezeichnet ist,, vorgenommene, -

In dem System der Figuren 2 und 2a enthalt die Yerstärkerschaltlogik lediglich Eingänge zum Empfangen eier Schalt-Zählersignale X.,, X» und X* _? außerdem ist sie mit nur einmal fünf Ausgängen, die S^ "bis 8,- bezeichnet sine! ₂ ausgerüstet» Jeder dieser Ausgänge ist an die entsprechenden Elemente E^ bis E^ aller Kanäle gemeinsam angeschlossen, wie es in 3?igur 2 dargestellt ist. Dieses in anderen Worten: In der Ausführungafarm.der ligur 2 mit äem in figur 2a dargestellten modifisiertem Metswerk: J⁸ werden. iie gleich "bezifferten Elemente E- "bis Et sämtliehsr "Kanäle von 1 bis η , gleichzeitig geschaltet durch ein Schaltsignal, das von dem modifizierten Netzwerk J⁸ kommt» Beispielsweise schaltet ein Schaltsignal S^ gleichzeitig die Schältnetzwerke S, sämtlicher Kanäle 1 bis n» Ein Schaltsignal S$ schaltet gleichzeitig sämtliche Schäfenetzwerke E« der Kanäle 1 bis η usw. .""■■■'■-"-..

Der Multiplexer EM der figur 2 teilt jeweils selektiv nur einen einzigen Kanal zur Z®it_s den digitalen Entscheidungsvorrichtungen H und I und gleichzeitig öem l2jalog=>Digital-Fmwandler im Block AD zu* Das heißt, der Multiplexer KM läßt Signale selektiv passieren, die vom Kanal 1 kommen, während der vollständigen Zeitperiode, in der das digitale Kontrollnetzwerk J¹ die Signale S-.bis Sc durchprüft, um den Kanalsehaltzyklus vom Schaltnetzwerk E«j bis zum Schaltnetzwerk Ec durchzuprüfen. Danach unterbricht der Multiplexer' KM seinen Eingang für den Kanal 1, um Zeit für die Abtast- und Halteoperation in dem Block AD zu reservieren und läßt selektiv das Signal des Kanals 2 zu den digitalen Entscheidungsvorrichtungen H und I und zum Block AD für ein Zeitintervall passieren, daß wieder ausreichend ist, um dem digitalen Kontrollnetzwerk J^! das Durchprüfen das ganzen Zyklus der Schaltsignale S^ bis Sg u^ damit der Sohaltnetzwerke E₁ m_s E5 des Kanals 2 zu ermöglichen_s danach wird

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OftfGINAL

Z@it ffe Si® ÜMj@st- uai HsüLttsöperationen gewährt ₀ In gleiehew tfeis© 1.MJIt i@3? Mmltipl©s@S- KM. selektiv alle"

folgenden feaäle passiven ₉ bis durch zum Kanal a_o ?iirä etab@± ¥on -dem Multiplexer im wesentlichen Zeitintervall offengehalten, das erforderlich istg dgsiit ias digitals Kontrollnetsiferfc J⁸ die ganze Folge #@E Scimltsignale S« Ms Sc durchprüi©n kann,,, zusätzlich eldr Zeit ρ Sie erforderlich ist_s raa iie Alstast- und Halte-Operationen durchzof Uhren· üTaoh dem ier Multiplexer KM in der hier Deschrieoenen* Weise alle laue von 1 Ms η durchgegangen istj. beginnt er damit wieder von vorne.

^ InnerhaXb d©s gestrichelten Eahmens äer Pigur 3 ist der W Bloolc A auBfMhElich dargestellt-. Sia Eingangsatschwächer ist über einen luswaMsciialter SW an eiae ^S5high-line"-Ausgleichs= schalter HL· imfl an einen Eingangtransformator ES angeschlossene ler Auswahl schalter SW ist mit einen Stuf enverstärkungs=· EontEollsehaltsr SY gekoppelt und gestattet, wahlweise den BingangsabseHwäeher zu umgehen, mittels einer vom Geophon zum sweiten EoX des Schalters führenden ieitung HL·..

Der in Plocfcf'orm'-dargestellte Eingangstransformator ET kann geeignete (ibliojie Eingangs- und Ausgangswicklungen enthalten^ trobei ii@ !©tstere mit dem Eingang des Vorverstärkers A^ verbunden ist. Der Bingangstransformator S3? dient zur Abisolation des Seophons und des Eingangskabels vom Vorverstärker A₁ und Ton den darauffolgenden Schaltelementen, wobei jedoch die Anwendung einer üblichen Brückenausgleichtechnik oder Ausiiltertechnil£ nicht unterbunden wird, sofern unerwünschte Sisrgien fiberspielt oder ausgemerzt werden sollen, wie die 60 Hertz-Interferenz infolge eines induktiven und kapazitiven Effekts am Verstärkereingang. Derartige unerwünschte Signale , können mittels der "high-line'^Ausgleichsschaltung zurückgehalten werden» /

Bex* Sra^isionsstufenvor-werstasker A^ ist vorgesehen, um diegewitneehtert. Eingangs signale ausreicliend zu verstärken, damit Λ ... ■. ■ _ 23 -

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sigiÄLe Y₁, Xg m&ü X^ bestellt ""dsrinj ö©n BspoaenteaaäQierei? BS so einsust-elieii;» ia.'i s@iae Bieponeiiteaaasgaiigssignale automatisch so "beaessoa weri©a_D iaß in iim©n aas Terstärlctingsfa&toriiiveau ä@s Blockes A iseriicksiclxtigt ist_D ISr den FaIl^ äaß der Block A eines. iro^estiHaatan Tesstästangisfaktor verscliieden von S amfweist_s wir§ es aottrjeaoig^ ausätzliclie digitale Signale sue oies f©m E2spoÄ©at©aafläi®rer BS zu leiten.

Obgleich <üas offeabe-rte System Mittel enthält für die automatische EiniiüxruBg des Yorbestimmtea TerstärfemigsfalctorniYeaus äes Blockes .-■ in äen Exponentenaödierer BS, um die

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koppelt werden kann₀ In anil©rea I"Jort©n steiles ii@- digitales YerstSs'loangsni'Foau.signale vom Block A Hilfsmittel ües_g mittels die logischen Gatter des Esponeatenadöiererg EU in i@n versetzt i^erden» die .Schaltung ü®m Blo©k©@ Ä abzufragen unä die EsqsonentensignaLe demgealS in bekannter Weise ©ins»« stellen* wie es in JFigur "3 durch die entsprechenden gestridx@l~ ten Linien_; angedeutet wird, die vom Eingangsab schwächer und -vom'Präzisionsverstärker A^ Eum Schalter Sf führen_e hinaus kann die Einstellung der Teretärkungsniveaukontrolle des Blockes A in üblicher ¥eiee mit dem Exponentenaddieror verbunden werden^ wie durch geeignete elektrische Verbindungen_? die äie Position des Schalters SW anzeigen, gemeinsam mit .konventionellen Mitteln, wie die "Stufe A Verstärkungslogik⁸¹ GL. Mit ihnen werden geeignete binäre Signale I«., Tg und J^ hergeleitet, die repräsentativ für die Stellung des Schalter® SV sind und andererseits das vorgegebene Verstärküngsniveau der Eingangselektronik A wiedergeben. Die einzelnen Blöcke A der Kanäle 1 bis η sind gewöhnlich im wesentlichen auf gleichem Verstärtaingsfaktorniveau. Demgemäß wird man die Schalter SV, die die Verstärkungsniveaujustierung der einzelnen Kanäle 1 bis η darstellen, gewöhnlich auf die gleichen oder'-einander entsprechenden "Niveaus einstellen und sie

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sweckoiäßigerweise miteinander syXLOteonisIesea oel©r- koppeln^ etwa durch eine geeigntte mechanische Koppelung von einem. Kanal zum anderen«, In solch einem lall© ist' ®s - ©^forderlich, (lie "Stufe A - Yerstärfeungslogik¹⁸ G-L· nor in ©in©m ©inzigen ier Kanäle vorzusehen» zwecks Abgab® eines Signals über das Verstärkungeniveai!, des Blocke® A sram digitalen lontrollnetzwerk J bzw« J* · Ei© Koordination eier Y®rstärtomgsniv©@»g der Blocke A der einzelnen Kanäle 2 bis η mit clem Terstärkungsniveau des zum Kanal."1 gehörigen Blockes A ist illustriert durch die gestrichelten Linien, die äi©~ Blöcke A der Kanäle 2 und η mit der Linie verbinden^, die die Signalleitung bedeutet, durch die öie Signale des Terstärkungsniveaus des Blockes A des Kanals 1 zum digitalen Kontrollnetzwerk J bzw» J¹ geleitet werden (vergleicht !Figur t bzw« Eigur 2).

Me Figur 4 stellt das Detail B dar und zeigt einen transistorisierten Breitbandarbeitsverstärker A? in nicht invertierender Konfiguration* wie er handelsüblich ist als "iffiXIJS= SQ 1", Der Präzisionsverstärkungsfaktor wird gegeben durch die Präzisionswiderstände R... und R« des Rückkoppelungsnetz-Werkes. Der in i*igur 4a mit f2 bezeichnete Hochfreguens-Out-Off des Verstärkers wird durch den Kondensator CL bestimmt^ der von dem Widerstand R^ in der Rückkoppelungsschleife überbrückt wird. Der in Figur 4a mit f1 bezeichnet® Hiedrigfre^uenz-Out-Off wird durch die RO-Reihe₂ die aus in Reihe geschaltetem Kondensator (L und Widerstand R^ besteht, und über die die negative Seite des-Arbeitsverstärkers AY geerdet 1st, bestimmt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Verstärkungsfaktor der Verstärkerstufe eine Konstante von plus 8,000 im Paßband und er wird bei sehr niedrigen Frequenzen herab bis zum Gleichstrom, gleich I₉OOO gewählt, wie es graphisch in der Figur 4a dargestellt ist. Figur 4a ist die Charakteristik der Schaltung des Details B. Eine Ab«, gleiölvorrichtung zur Korrektur von Ungleiehmäßigkeiten in der Eingangsspannung im Arbeitsverstärker fe@nn vorgesehen werden und ist dargestellt als ein veränderbarer ¥iderst®ni

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fife öen (ReieSistS'om&bsleicli. is-. Jteijeits verstärker AT_C

<ä©e Batails ö siai Innerhalb 3es gestrichelt Rahmens öer I¹IgUr 5 eingestellt «Sie eine Bs= gnzungsschaltung zeigt,. die aas " Ausgangs sigmL irgendeiner

gehenden Stufe- beschneidet naä so. die Eingangs spannungs-Schwingungen: für irgendeine folgesi® Stufe auf ®±nen Wert begrenzt, der so bemessen ist, äaß_s wenn mit einem Tergtärkungsfaktor von plus 8,000 verstärkt wird., wie es in der illustrierten Ausführungsfons geschielxt, die asshf olgende Stufe nicht ausgelastet wird. Die Begrenziingssebaltung C ; . enthält einen lingangswiderstand R*, öer mit seinem Ausgangs-= ende an den elektrischen Mittelpunkt eines Dioöenpaares ange~ schlossen "ist_? das aus den Dioden IL und Dg besteht, welche ihrerseits in Serie zwischen dem negativen Pol und dem positiven Pol einer nicht dargestellten Gleichstromquelle geschaltet sind* Dieser Begrenzer garantiert, äaS der Arbeits~ verstärker niemals den linearen Arbeitsbereich überschreitet.. Damit v/ird keine wesentliche Terserrung in dem ^6lBin-Skale'^D-Amplitudenbereich (d.h. 0,512 ToIt Ms 4,096 ToXt) am Ausgang der folgenden Stufe B gefunden werden_e Ib. einer bevorzugten Ausf ühEungsf orm wird das Signal am Eingang auf etwa Ό ρ -7 + O₉A -J: ölt ss 0,8 ToIt begrenzt _f woraus sich maximal 0,8 3ε 8„0 s 6_y4 ToIt am Ausgang der nachfolgenden Stufe B ergebene Der Arbeitsverstärker AT des Details B ist fähig, seinen Ausgang in einem Bereich von + 10 ToIt bis - 10 ToIt linear schwingen zu lassen. Das Beschneiden oder Begrenzen durch die Schaltung des Details C bringt Terzerrungen hinein während der Beschneiderperiode, jedoch nicht während ües niedrigen ^tllin-Skala^lt-Amplituäenverlaufs. Me Grleichstomquelle, zwischen deren Pole die erste und die zweite Diode in Serie geschaltet sind, ist eine PräzisionsSpannungsquelle, die von einem=-_f Regulator mit niedriger Impedanz versorgt wirö und liefert Spannungen in der dargestellten Ausfuhrungsfom von 0,7 ToIt und - O₉J ToItο Der Widerstand R^ &at in einer bevorzugten Ausführungsform 5,1 kOhm. Die erste und die zweite Diode sind fähig, sehr rasch aus dem Leitungszustand herauszukommen ₉ d.h. sie besitzen eine schnelle Regenerationscliarakteristik.

ÖQ9828/iii§ * 27 -

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lislisn Schalter in ier ^MAus^s3~St®lluag sa h®lt©3a_e Solsli ©la Stouerstromiensis ist im diagramm, als eier Bl©efe SB dargestelltie ssen Ausgang mit dem Kontrolleingaag ie® I*®stl£örperseiia,lter HL· Terbunden. ist und-der ainen ait B beg@iolm@ten SingaHg te,t Der Eingang S dient für öas Enpfangen von Zeitimpulsen S^₉ Sg Sh, Β* uxLü Sc irom digitalen Eontrollnetswerfc J bzw. Jl Wie oben erwähnt, ist in der Arbeitsweise des offenbarten Verstärker systems die Steuerstromlsxeisstufe SD dazu Torges@heii₉ um den normalerweise in der ^wAu.s^w-St"ell.ung befindliclien Jest~ körperschalter LL 2u kontrollieren, wobei daß Steuersignal von der Zeitlogiksch$altung herkommt, so daß im gewünsckten Zeitpunkt das Schaltelement LL in die ⁿEin"-»Stellung geselialt©t wird, und in dieser Stellung für ein vorgegebenes Zeit intervall gehalten wird. In dieser ^MEinⁿ-St-ellung.kann das Analogsignal vom Eingang äes Schalters kommend, diesen bis zu seinem Ausgang während des vorgegebenen Zeitintervalls passieren, so wie es für die gewünschte Arbeitsweise erforderlich' ist«

Me Schaltung des Details 3? ist innerhalb des gestrichelten Rahmens der Figur 8 dargestellt. Sie enthält einen nicht invertierenden Impedanzumformer ΙΪ mit dem Ter Stärkungsfakt or -1. .Ein geeigneter Impedanzumformer ist-beispielsweise *in- dem

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tor@enalters mit größerem ⁱ⁵ein^K-»¥iderstand in dem "vorgeschalteten Schalt-Hetzwerk Eo Die Eingangs-Impedanz der Schaltting Έ soll gleich oder größer als das 10'»fache des Pein"-Widerstandes des Feldeffekt-Transistors sein_s so daß der ^Kein"-Widerstand die Meßgenauigkeit nicht beeinträchtigt

Während di« in den Figuren 1 und 2 dargestellten Systeme TerStärkerkanäle mit fünf in Kaskade geschalteten Verstärkerstufen aufweisen j soll "betont werden, daß erfindungsgemäß auch andere Anzahlen von Yerstärkerstuf en angewendet werden können. Die Anzahl der in Kaskade geschalteten Stufen hangt vom Verstärkungsfaktor pro Stufe und vom geforderten gesamten Verstärkungsfaktor ab. Es ist für die linäre Speicherung zweckmäßig, Stufen mit als Zweierpotenzen angebbaren Verstärkungsfaktoren zu verwenden* Sp ergeben (vgl. Fig. 9) sieben Stufen mit je einem Verstärkungsfaktor 8 einen gesamten Verstärkungsfaktor 8^Y = 2 097 152· Da 8' »

21
2 ist, wurden für den gleichen gesamten Verstärkungsfaktor einundzwanzig Stufen mit Verstärkungsfaktor 2 erforderlieh sein. . ·

In einer bevorzugten Ausführungsform mit einem Analog-Digital-Ümwandler, der in das binäre System umgewandelt, wird eine mit der Zahl zehn vergleichbare Basis, wie etwa die Zahl acht gewählt, der in binäres System drei Bits entsprechen. Es kann auch die Zahl zwei als Basis gettählt werden, Jedoch wurden damit die Kanäle beträchtlich korn- ' plexer werden« In einem typischen seismischen Signalver-

teBS, ml&h cteE¹ Beroich.- äex- Geophonsigna-le von ©"inssa ¥oi*ö fee®®?» lis se- sin@iE ssSurfeel Βχ£2^©ιτ©ϊ"δ er-. st^dc&^ag was ©ia©e Bsr-eiea li'ösif ΧΦο Sb en-ts©2f±e&t_o -Bieser Bereich k©aa ws eei&i; W©s?s^®ri£(Ssstiif ®a mit ctes !faktor acht

' Bei efeifaa mit dem faktorbcreieii zw.ei 24 Stuf ©a @ECöi?i.GC*Meii.c Ie ateonömisclxes¹ Hxnsielit Ml« &<$& Stuf ©a sit fi©a safefeöi? β e±a©a guten Homp3?®miß₀ Bei Tex¹-=? T?readtmg - exa^s Imaleg-SigS.tsi-Oawaafilerg mit 15 Maaren Bits ■wird ö©E"· sigaifilisiate^© Bit uljliciierweise- für Sas Yorseicii beautrzt-j .ifMlirea^ üe ifosigem -1% Bits den absoluten Wert der gemesseaen SyaimiMg: dsrstelleH,, Jaahsiiei des ^igwr- 9 erkennt daB'der "auf des-iisssisse dargestellte Eiagangswert

*"' " jeäesmaX ma ä@ä Falkos?" B-iron links nacli rechts steigt« Die atif des· Oretiiisiie hergestellte Spänmmg am ISiwaMlei? Termin» dert sich, dabei ^milB Toa 14 auf 11 Bits nni. der Yerstärfcangsfaktor mi2$'automatisch, ι» S vergrößert ,werden, um-den " Umwandler eingang auf "X4 Bit Meßgenauigkeit zuriickzustellene 33er -^erstärkimgsCakfeps am -Atisgang "jeder Stufe ist am Kopf der !Pig« 9 ziismmem. ait-der" Stxifenntünmer oder-dem. Exponenten angegeben.; Dez? Werfe; as Terstärkerausgang oder- am Eingang - des .toalQg-SigitsI-WmwaiidXers ist in .Fig. 9 rechts" zusammen mit Jknsalil. der Sits ausgeben, ¥äiir.end die dlj-Tariation auf der -liakea: Seite ü&ie ItIg₉ 9 dargestellt ist. Jm Fuß der lig_o_9-ist 'al® MagaBgsspannung. und ihre db^-¥ariation- auf getragen.. ."-..;"-." . . ■ . " -.

Der Teretärkujigsfafctor wird gelesen "bzw. gespeichert als SEponent -zu-einer geeigneten Basis» Das Ergebnis ist mit d"©3?^ Hantisse zo. auXtiplizieren, wobei"-sich'die geTr/ünsclite iiaßzaiil fiir das Eingangssignal ergibt. Damit entspricht die .öeaauigkeit eines derartigen Systems mindestens U.Bits oder 1 Ixomili für eines. Eingangsbereich von 144 üb bei Verwendung won acht Kaskadenstuf en und für einen Bereich von 90 db ~h®± -Vervrendmng von tvm£ lkskadenstufen. Wewa, der Konverter- m£_: eine (Je&stiigfeeit von weniger als 11 Bits redu~ ." "'wird»"■ :eä?gifet ©ich ein möglicher iautstärkenbereieh von V^: Beachtung-des" ?orzeich^iisignals^:

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©leibt, kessa. esa ©Ines ¥os^>s%lsk©2^llsQsaI i?©a a Stuf <ga iss, eiaea lineares Bes³eie]k QifoQitsa" !©sssse&o lisseslssaa gotaa werden, indea mmi all® Bsgggag^agGa- diisefe- 8sfeisit©l@s©ate. anläßt s γόη clesisn bekaimt ist_s MsM sis ©©te» rieraeiten lassen. Auf -di@s© Heise tiisi. €©2 faktor im g®ssmten Signais-J^g nicht; gelna.Bst V3b& keine stärkerstufe t?ird vorübergehende. Verzerrungen In das System einführen, .

Die Ausgänge ©ines Satzes von in Kaskade geschalteten Verstärkerstufen mit aapliiämdeitbegrer-zten Mngaagen werden so dem Bereich des Analog-BIgital-XJmwandlers angepaßt, daß der maximale lineare Ausgang Jedes Signalweges ein wenig größer als der volle Bereich des Einganges vom Analog-Digit al— Umwandler 1st. Bleibt man mit den Äusgangswerten im Bereich zwischen einer achtel (im Pail eines Systems mit dem Faktor 8 pro Kaskadenstufe) und der vollen Skalenbreite und schaltet den Aiialog-Bigital-IJmwandler an den Ausgang der angemesseiier. Verstärkersrufe an, konmrfr man jederzeit mit drei

BAD ORlGlHAL

binären Bits (entsprechend 18 ab) der vollen Skalenbreite des Analog-Digital-Umwandlers aus und kann die Eingangsspannung exakt abschnittweise von einem Nulldurchgangspunkt des Eingangssignals zum "nächsten messen. Das einzige Erfordernis dabei ist, daß man die in Kaskade geschalteten Präzisionsverstärkerstufen automatisch und-mit hoher Geschwindigkeit schalten kann. Es ist nicht erforderlich, wie in üblichen binären Verstärkersystemen, die Abtastwerte früherer Amplituden aufzubewahren. Hier ist Jede spezielle Amplitude völlig unabhängig von sämtlichen vorangegangenen. Dieses ist gleichbedeutend damit, wenn man mit einem Analog-Digital-Umwandler mit 36 binären Bits die augenblickliche Geophonspannung abtastet und zu allen Zeitpunkten mit einer garantierten Genauigkeit von 11 Bits digitalisiert. Da die gespeicherte Geophonspannung in Form einer "Floating Point"-Zahl fixiert ist, was ideal für die Eingabe'in digitale Computer ißt, wird dieses Verstärkersystem als "Floating Point "-Verstärkersystem bezeichnet werden.

Das oben offenbarte Signalverarbeitungssystem ist ein Mittel zur Umwandlung eines Analogsignals in digitale Wörter, die in einem solchen Format gespeichert= werden können, in dem jedes digitale Wort eine Anzahl von binären Bit-Positionen auf einem magnetischen Speichermittel, z.B. einem Magnetband, besetzt. Jedes derartige digitale Wort wird in der Floating-Point-Form gespeichert. Durch diese Art der Speicherung der Signalinformationen ermöglicht dieses System eine große Anpassungsfähigkeit an die Aufgabe sowie eine leichte Handhabung von Signalen mit großen Unterschieden in ihren Werten, wobei gleichzeitig eine hohe Genauigkeit erreicht wird. (Vgl. "Digital Computer Primer" von E. Ή, McCormicfc, .1959, McGraw-Hill Book Co., Seiten 152 und folgende.)

In der illustrierten Ausführungsform repräsentiert die auf Magnetband gespeicherte digitale Floating-Point-Zahl die augenblickliche seismische Spannungsamplitude, wie sie in das Verstärkersystem, vom angeschlossenen Geophon kommend, eintritt.

Das digitale Floating-Point-Wort besteht aus Mantisse und Exponent und hat folgende Formt ,

Q ■ ±■ χ t>-^k (Gleichung I)-

Darin ist Q die absolute Größe der Amplitude des Eingangssignals, wie es in einen Kanal eingegeben wird, der eine Anzahl von Verstärker stuf en in Kaskadenschaltung ,aufweist, b ist der Verstärkungsfaktor einer einzelnen Verstärkerstufe, χ ist die Mantisse, die die Ausgangsamplitude einer einzelnen, durch den Signalabtastteil in oben beschriebener Weise ausgewählten Verstärkerstufe repräsentiert. Der Exponent k ist die Nettοzahl der Verstärkerstufen, durch die das Eingangssignal durchgeleitet wird, bevor es den durch die Abtastschaltung ausgewählten Ausgang erreicht.

In der bevorziigten Ausführungsform hat jede der in Kaskade geschalteten Verstärkerstufen den Verstärkungsfaktor 8, d.h.: ·

χ 8~^k (Gleichung 2)

Um das digitale Floating-Point-Wort der Gleichung 2 mit einer Genauigkeit von beispielsweise 14 Bits zu speichern, sind 18 Bit-Positionen erforderlich. Die Mantisse χ wird in binärer Form dargestellt und erfordert 14- Bits. 3 Bits sind für den Exponenten k erforderlieh und 1 Bit für das Vorzeichen.

00 u 2 s /i U i

Die hier offenbarten Verstärker sy sterne tasten nicht durch Zeitmittelung ah. Hier wird das Eingangssignal in aufein-' * anderfolgenden Zeitpunkten abgetastet. Die an den entsprechenden Ausgängen der Verstärkerstufen erscheinenden Signale werden derart weitergeleitet, daß der im Floating-Point-Wort gespeicherte Wert des Exponenten k für jeden .einzelnen Abtastwert unabhängig hergeleitet wird, d.h. der gespeicherte Exponent k ist unabhängig vom Exponenten eines vorangegangenen oder nachfolgenden Wortes.

Vorteilhaft erfolgt das Abtasten beim hier offenbarten Verstärkersystem im wesentlichen in aufeinanderfolgenden (P Zeitpunkten ohne Zeitmittelung, und zwar in einer Weise,, bei der der Verstärkungsbereich, während des Durchleitens des Signals durch den Verstärker geändert werden kann. Charakteristisch für den Verstärker ist somit ein Arbeitszyklus, während dem der optimale Gesamtverstärkungsfaktor ermittelt, eingestellt, während des Durchleitens des Signals durch das Verstärkersystem bis zu dessen Ausgang aufrechterhalten wird und während eines HaltezeitIntervalls aufrechterhalten wird, das mindestens so lang ist, daß der Analog-Digital-Umwandler die Umwandlung in digitale Form vornehmen kann. Der.Arbeitszyklus wird innerhalb eines Signalzyklus abgeschlossen, während dem ein dem Eingang des Verstärkersystems zugeführtes Signal zwecks Umwandlung in ein entsprechendes digitales Signal, das beispielsweise auf einem Magnetband gespeichert werden, kann, durchgeleitet wird.

Es wird hier gemeint, daß das Haltezeitiirt;ervall für den auserwählten, vom Comparator bestimmten Verstärkungsgrad so lang sein soll, daß der Analog-Digital-Umwandler die . geeignete Umwandlung in digitale IPorm vornehmen kann. Damit soll aber nicht gesagt werden, daß es unbedingt erforderlich ist.- für die meisten i*älle ist es nicht erforderlich - daß das genannte Haltezeitintervall während der gesamten Periode

BAD OfflSJNAL

fortgesetzt wird, die der Inalog-Digital-Umwandler "benötigt, um eine derartige Umwandlung zu vollenden. Es wird darauf hingewiesen, daß in einem typischen Analog-Digital-Umwandler geeignete Abtast» und Haltestromkreise enthalten sind, welche ein Analog-Signal, das in digitale Form umgewandelt werden soll, abtasten und halten· Beispielsweise enthalten Analog-Digital-Umwaiidler geeignete innere Kurazeit-Gedächtnis-Schaltungen oder auch Signal-Versetz-Schaltungen, die es dem Analog-Digital-Umwandler ermöglichen₉ ein Analog-Signal in die digitale Form umzuwandeln, ohne daß unbedingt das betreffende Signal für die ganze dafür benötigte Zeitdauer gehalten oder beobachtet zu werden "braucht. Die vorbestimmte Ealtezeit für den auserwählten Verstärkungsgrad, die der Umwandler für die Durchführung seiner Abtast- und Halt ef unkt ion benötigt,, enthält also nicht unbedingt die gesamte Zeit, die der Analog-Digital-Umwandler für die Vollendung der tatsächlichen Analog-Digital-Umwandlung braucht.

In der hier "beschriebenen speziellen Ausführungsform mit 5 Stufen pro Kanal lifegt im Falle von 32 Kanälen das Zeitintervall, das ein Kanal für das Aufnahmen eines Abtastwertes vom Analog-Signal braucht, bei 31»25 Hikrosek. Damit benötigt das gesamte 32-Kanal-System für einen gesamten Abtast-Vorgang, bei dem pro Kanal ein Abtastwert aufgenommen wird, ein Intervall, daß bei einer Killisek. liegt» Der Comparator "benötigt zum Durchtesten eines einzelnen der fünf '.möglicher-, über die Schalter E,, E,- führenden Signal— wege zwecks Ermittlung des optimalen Gesamtverstärkungsfaktors je 2 Hikrosek. Das-bedeutet, daß die. Ermittlung ' des optimalen GesaiEtverstärkiingsfaktors durch den Comparator O b2V,-. ei bsw. 4- bsw„, 6 bsi·:. 8 Hikrosek. benötigt, je nach den, ob der DuxchtestproaeS xait dem Durchtesten- des über E, bsv;. Ep bzw. E₃. bzw. E₁, bsv. E₁- führenden Signs 1-weges beendet ist. Um das Signal in die Abtast- und Halteschaltung des Aiialcg-Digital-Umifandlers einzugeben, werden

BAD ORIGlNAl-

ι <? g η 4. ν

5 Mikrosek. benötigt. Diese 5 Mikrosek. kommen zu den eben genannten, vom Komparator benötigten 0-8 Mikrosek. hinzu, so daß in einer Ausführungsform mit 5 Stufen pro Kanal, die Halteperiode 5 - 13 Mikrosek. dauern kann. In der illustrier ten Ausfülirungsform kann die Halteperiode auch die vom Comparator nicht benötigte, d.h. überschüssigen Zeit enthalten. Somit können insgesamt 15 Mikrosek. von den zur ■Verfügung stehenden 51,25 Mikrosek. abgehen, wobei 10 Mikrosek. vom Comparator benötigt werden und 5 Mikrosek. für die Eingabe des Signals in die Abtönt- und Halteschaltung den Analog-Digitol-Umwand]crs.

Damit in dem hier offenbarten Verstärkersystem das gespeicherte Floatiiig-Point-Wort eine exakte Darstellung des absoluten Wertes des Eingangssignals Q ist, ist es vorteilhaft, daß sämtliche, in Kaskade geschaltete Verstärkerstufen einschließlich der Eingangsverstärkerstufe A und den darauffolgenden Stufen B^ bis B^ eine gemeinsame Verstärkungsbasis B haben, so daß die Exponenten einer jeden einzelnen Verstärkerstufe algebraisch zum gespeicherten, Exponentenwert k addiert werden kennen. Für die illustrierte Ausführungsform bedeutet dieses, daß der für ein spezielles Signal gespeicherte \lert des Exponenten k die Summe aus dem Exponenten für die Stuie A plus den Exponenten der darauf folgendem Kaskaäei:stufe, wie nie durch die Schalterstellungen der Schaltnetzwerke E₁ bis Ii_r bestimmt werden, ict.

Dj. erfii-dur.g£ge::.äJI konstruierte- VerKtärkei-eyctemc- ein Au ε £;&,;.[,£ sigj-.al in der Floating-Point-Form liefern, daß den abrcluteij Wert de« Eingar-^sEiEr-als ;;ioäer[lbt, ergibt sich eise größere iLi-.-pacEuiigEfäij.igkc-it in ο er und dex^% Speicherung der Au

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Einige der sich durch das Speichern seismischer Signale in digitaler Form ergebende Vorteile sind beschrieben in "Tools For Fomorrows Geophysics" von Milton B. Dobrin und Stanley H. Ward (Geophysical Prospecting, Band 10, Seiten 4-33 bis 452, 1962).

Hinsichtlich des Gebrauchs von Arbeitsverstärkern in oben beschriebenen Datenverarbeitungssystemen wird hingewiesen auf "Handbook of Operational Amplifier Applications, Burr-Brown Research Corp., Tucson Arizona, 1963).

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Claims

Patentansprüche

., Vorrichtung zur Umsetzung von Geophonsignalen mit

item Lautstärkebereich in speicherbare, insbesondere auf Magnetband speicherbare Digitalsignale, die mehrere Kanäle zum Anschließen mehrerer Geophone besitzt, dadur'ch gekennzeichnet, daß jeder Kanal eine Singangselektronik (A), an deren Ausgang angeschlossene in Kaskade geschaltete Verstärkerstufen (B..,, Bp...,B), an den Ausgang der Eingangselektronik (A) und an die Ausgänge der Verstärkerstufen (B.*, Bp...B) angeschlossene elektronische Schalter (E^, Ep.-.E -j) aufweist, deren Ausgänge kanalweise zum jeweiligen Kanalausgang zusammengeschlossen sind, wobei die einzelnen Kanalausgänge über eine Vereinigungsschal bung an einen allen Kanälen gemeinsamen Ausgang angeschlossen sind und wobei an den gemeinsamen Ausgang eine die speicherbaren Digitalsignale produzierende Schaltung (AD) und eine Komparatorschaltung (H,I,G) zum Vergleichen der aus dem gemeinsamen Ausgang austretenden Spannungssignale mit einer Bezugsspannung ausgeschlossen sind, wobei an Ausgänge der Komparatorschaltung (H,I,G) eine Kontrollschaltung (J bzw. J¹) angeschlossen ist, die ihrerseits Eingänge zum Aufnehmen von von den Eingangselektroniken (A) und der die speicherbar en Digitalsignale probierenden Schaltung (AD) ausgehenden Kontrollsignale und Ausgänge zum Ausgeben von Steuersignalen (S,*, 82» ..S J_n+X]) an die elektronischen Schalter (E>|, Ep...E ^, und Informativ Signalen (K,-. ,Kp...) an die die speicherbaren Digit al signale produziex'ende Schaltung (AD) aufweist und wobei letztere Schaltung (AD) mit einem Ausgang zum Ausgeben der speieherbar en Digitalsignale versehen isb,
2. Vorrichtung nach Anspruch. 1, dadurch ge Ic en nze ichnet, daß die genannte Vereinigung see haltung eine impedanzumformende Ver stärker stufe (F) ist, an deren Eingang sämtliche Kanalausgänge angeschlossen sind und

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deren Ausgang der genannte, allen Kanälen gemeinsame Ausgang ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennz e i c h Ii et, daß die genannte Vireinigungsschaltung ein Kanaliimlti] lexer (KM) ist, an dessen Eingänge sämtliche Kanal ausp,äuge über impedaiizumformeiide Verstärker stufen

(F) ange sohl ess sen sind, und dessen Ausgang der genannte, allen Kanälen gemeinsame Ausgang ist, an den die genannte Schaltung (AB; und über die genannte Komparatorsehaltung (H,I,G) di<- genannte Kontrollschaltung J bzw.J¹ angeschlossen sind.
4. Vorrichtunp mich Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß cine imped an zuinf or mend e Verstärkerstufe (F) im wesentlichen aus einem nicht invertierenden Impedanzumformer (IT) mit dem Verstärkungsfaktor 1 besteht, wobei dessen Eiiu~anßsiinpedanz gröSenoi'dnungsmäßig das 10 -fache

7 seiner Ausfangsi impedanz beträgt und mindestens das 30 fache des Wirierctandes, den die elektronischen Schalter (E. ,E^...E - > in "ein "-St ellung aufweisen.
5. Vorri chi nur r.ach Anspruch 2, d u d u r c h g e k e 11 n- z e J c h i- fit, daß eine an den Ausgang der impedanzfonaenden Ver.«'1 fu'irorstufe (F) angeschlossene Komparatorsclialtuiif 'HjI₁G^ Utit einer Kaiitx^oZ.Ischaltung (J) getl/·« ip;;, iic die Schalterserien (E^ ,Ε-λ.. . .E ^) der

λ.

einseiii«:. ia»"^!- in zeitlicher Aufeinanderfolge steuert und i:or..i t t :::·"!; Multiplexer di-.rst.ellt.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangselektronik (A) einen Eingangs ab schwächer (EA)und einen Verstärker (A,,) mit einstellbarem AbSchwächungs- bzw. Verstärkungsfaktor sowie eine Verstärkungskontrolle (SV) zur Einstellung eines den zu erwartenden Geophonsignalen angepaßten Faktorf enthält, sowie eine logische Schaltung (GL), die dem eingestellten Faktor entsprechende Signale (Y^,Yp...) der Kontrollschaltung (J bzw. J¹) zuleitet.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Eingangselektronik (A) und den Verstärkerstufen (Β.,Bp...B) Begrenzungsschaltungen (0,,,0^...O) und zwischen den Ausgängen der Eingangselektronik (A) und den Verstärkerstufen (B^,Bp...B) einerseits und den Eingängen der elektronischen Schalter (E^,E~ .. .E ,, ) andererseits Bandbreitenvorrichtungen (D^Dp.. -D₁₁₁₊^ -\

liegen.
8. Vorrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß jede? Verstärkerstufe (B^,Bp...B_m) einen Gleichstromverstärkungs-Faktor 1 und einen Wechselstromverstärkungsfaktor größer als 1 hat, wobei letzterer Faktor für jede Vurstärkungsstof e (B,, ,Bp...B) gleich ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstromverstärkungsfaktor eine positive ganzzahlige Potenz von 2 ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Schalter (E^₁Ep... EJj₁₊-]) im wesentlichen aus je einem Festkörperschalter (Hi) und je einer Steuerschaltung (SD) bestehen, deren Eingänge mittels Signalleitungen (S^,Sp...S .) an die Kontrollschaltung (J bzw. J') angeschlossen sind.

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12. Vorrichtung nach "Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Komparatorschaltung (H,I,G) aus zwei mit dem genannten gemeinsamen Ausgang verbundenen Entscheidungsvorrichtungen (H,I) und einer die Bezugsspannung liefernden Gleichstromquelle (G) besteht, deren positiver Pol mit der einen Entscheidungsvorrichtung (H) und deren negativer Pol mit der anderen Entscheidungsvorrichtung (I) verbunden ist, wobei die Entscheidungsvorrichtungen (H,I) so dimensioniert sind, daß die mit dem positiven Pol verbundene Entscheidungsvorrichtung (H) ein Signal eines gewissen ersten Wertes ausgibt, wenn das vom gemeinsamen Ausgang eintreffende Signal oberhalb der positiven Bezugsspannung liegt, sonst ein Signal eines gewissen zweiten Wertes und daß die mit dem negativen Pol verbundene Entscheidungsvorrichtung (I) ein Signal des gewissen ersten Wertes ausgibt, wenn das vom gemeinsamen Ausgang eintreffende Signal unterhalb der negativen Bezugsspannung liegt, sonst ein Signal des gewissen zweiten Wertes.

13· Vorrichtung nach Anspruch 5 und Anspruch 12, d a d u rch gekennzeichnet, daß die Kontrollschaltung (J) ein Oder-Gatter (OG) mit zwei Eingängen für die von den Entscheidungsvorrichtungen (H,I) eintreffenden Signale, das seinerseits nur Signale ausgibt, wenn die eintreffenden Signale verschiedenwertig sind, aufweist, sowie eine Bezugsuhr (OL), eine Dividier-Flip-IPlop-Schaltung (S¹O), ein Zeitdecodierregister (ZR), eine Gedächtnisschaltung (ML), ein Und-Gatter (UG) , einen Schalterzähler (SC), einen Exponentenaddierer (ES) und eine einen Multiplexer enthaltende Steuerschaltung (VM), wobei die Dividier-Flip-Flop-Schaltung (FC) Eingänge für die Aufnahme von von der Beaugsuhr (CL) gelieferte Zeibimpule.und von von der vorgenannten Schalfcun.3 (AD) gelieferte Synchronisier- iitiuairie sowie Ausgänge λ\ιι· Ausgabe von Sählimpulsen an d'ii» '.■>---i"delr--i;Miifj.^l*t^;:Lst;ei.¹ (3E), Ausgangs aur Ausgabe von As 1.: .":."■'; >;> ·, £i.:U·- -.ixi-i -s?'^it?iJgij.:USi. Uli die GeduelUüiAüSv

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zum Weiterstellen des Schalterzählers (SO) an dar; Und-Gatter (UG) sowie einen Ausgang zur Ausgabe eitles Presetsignals an den Schalterzähler (SG) sowie einen Ausgang zur Ausgabe eines Signals an de» den Exponenbenaddierer (ES) aufweist, wobei die Gedächtnisschaltung (1"IL) Eingänge für die Aufnahme der vom Oder-Gatter (OG) und dem Zeitdekodierijgisber (ZB) gelieferte Signale sowie einen Ausgang für die Ausgabe von Signalen an das Uhd-Gatter (UG) auf v/eist, wobei der Schalterzähler (SG) Eingänge für die Aufnahme der vom Und-Gatter (UG) und vom Zeitdekodierregister (ZR) gelieferben Signale sowie Ausgänge zur gemeinsamen Ausgabe von Signalen sowohl an den Exponenfcenaddierer (ES) als auch fc an die Steuerschaltung (VM) aufweist, "wobei der Exponentenaddierer (ES) Eingänge für vom Schalterzähler (SG) und von den Eingangselektroniken (A) und vom Zeitdekodierregister (ZR) gelieferte Signale sowie Ausgänge zur Ausgabe von Signalen an die vorgenannte Schaltung (AD) aufweist und wobei schließlich die Steuerschaltung (VM) Eingänge für die Aufnahme der vom Schalterzähler (SC) gelieferten Signale sowie Eingänge für die Aufnahme der von der vorgenannben Schaltung (AD) gelieferben Hrialnummer-Impulse sowie Ausgänge für die Ausgabe von Steuersignalen (S^,S₀...S „) an die elektronischen Schalter (E^,Ep..-E₊₁N aufweist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrollschaltung (J) ein Oder-Gatter (OG) mit zwei Eingängen für die von den Entscheidungsvorrichtungen (H,I) eintreffenden Signale, das seinerseits nur Signale ausgibt, wenn die eintreffenden Signale verschiedenwertig 3iüd, aufweist, sowie eine Bezugsuhr (GL),eine Dividier-E'lip-Fip-Schalbung (FG), ein Zeitdekodierregistör (ZK), eine Gedächbriiaachalbung (ML), ein Undgatter (UG), einen Schalterzähier (3G), einen Exponentenaddierer· (ES) und eine Steuer-^cualtuag (V), wobei die Mvidier-Fli^-Flop»Schaltung (-?'■."'.'"Eil¹-- ·ΐage für die Aufnahme von von dc^ Be sugäulir (OL) ^- --ϋ.ίο^υ--■ Zeitimpulse und von von o.:-.v "«rKei^axuiBn üoiaaLt., ■= (Ai^

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gelieferte Syi.chronisierimpulse sowie Ausgänge zur Ausgabe von Zählimpulsen an das Zeitdekodierregister (ZR) aufweist, wobei das Zeitdekodierregister (ZR) Ausgänge zur Ausgabe von Auslöse-, Set- und ResetSignalen an die Gedächtnisechaltung (I¹IL) sowie einen Ausgang zur Ausgabe eines Signals zum Weiteristellen des Schalterzählers (SC) an das Und-Gatter sowie einen Ausgang zur Ausgabe eines Presetsignals an den Sclialterr.äher (SC) sowie einen Ausgang zur Ausgabe eines Signa]ß an den Exponentenaddierer (ES) aufweist, wobei die Gedächtnis schaltung (I1L) Eingänge für die Aufnahme der vom Oder-Gatter (OG) und dem Zeitdekodierregister (ZR) gelieferten Signale sowie einen Ausgang für die Ausgabe von Signalen an das Und-Gatter (UG) aufweist,wobei der Schalterzähler (SC) Eingänge für die Aufnahme der vom Und-Gatter (UG) und vom Zeitdekodierregister (ZR) gelieferten Signale sowie Ausgänge zur gemeinsamen Ausgabe von Signalen sowohl an den Exponentenaddierer (ES) als auch an die Steuerschaltung (V) aufweist, wobei der Exponentenaddierer (ES) Eingänge für vom Schaltiii'zähler (SC) sowie von den Eingangsei eiztroniken (A) und von Zeitdekodierregister (ZR) gelief eisten Signale sowie Ausgänge zur Ausgbe von Signalen an die vorpeiianiite Schaltung (AD) auf v/eist, wobei schließlich die Steuerschaltung (V) Eingänge für die Aufnahme der vom Schaiteriüüiler (SC) gelieferten Signale sowie Ausgänge für die Ausgabe von Steuersignalen (S^jSg.-.S .) an die elektronischen Schalter (E, ,E-...E ^) aufweist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, άεφ der Wechselstromverstärkungsfaktor 8 ist.

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