DE2340628C3

DE2340628C3 - Anordnung zum Aufzeichnen seismischer Daten

Info

Publication number: DE2340628C3
Application number: DE2340628A
Authority: DE
Inventors: Robert Andrew Broding; Francis Ray Freeman
Original assignee: BP America Production Co
Current assignee: BP America Production Co
Priority date: 1972-10-16
Filing date: 1973-08-10
Publication date: 1979-06-28
Also published as: US3806864A; CA1082796A; DE2340628A1; GB1419458A; DE2340628B2; FR2203085A1; FR2203085B1; JPS4973302A; JPS5418201B2

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Aufzeichnen seismischer Daten, mit im Abstand voneinander angeordneten Seismometern, bei der von einem Steuerpunkt ausgesandte codierte Signale ein« selektive Aufschaltung der Ausgangsgrößen der Seismometer auf eine Aufzeichnungseinrichtung gestatten.

Eine derartige Anordnung ist aus der DE-OS 20 10 522 bekannt Nach diesem Stand der Technik sind die Seismometer mittels ihnen individuell zugeordneter Zwischenschaltkreise an eine einzige Übertragungsleitung, die zu einer Registrierzentrale führt, anschließbar. Aufgrund von in die Übertragungsleitung einspeisbaren Generatorimpulsen ist eine Andressierung und selektive Abfrage der einzelnen Seismometer möglich.

Aus der US 32 83 295 ist eine seismische geophysikalische Vermessungsanordnung bekannt, in welcher ein Funkempfänger und ein magnetisches Aufzeichnungsgerät an jeder von mehreren Seismometerstationen vorgesehen sind, wobei die Betätigung durch ein Steuersignal von einem zentral gelegenen Sender erfolgt Es fehlt jedoch bei dieser Einrichtung der Hinweis auf eine selektive Betreibbarkeit der Aufzeichnungsanordnung in Verbindung mit einer digitalen Datenerfassung.

Nach dem älteren Recht (DE-PS 23 25 459) erfolgt zwar eine Erfassung digitaler Meßwertbits in (mindestens) einem Register, doch sind nach diesem älteren Vorschlag, ebenso wie bei der DE-OS 20 10 522, keine Aufzeichnungseinheiten für einzelne Seismometer vorhanden.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Aufzeichnen seismischer Daten zu schaffen, die eine selektive Seismometer-Auswahl, eine digitale Meßwerter fassung und eine nur geringe Übertragungsbandbreite zwischen einer Steuerzentrale und den Meßstellen benötigt

Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung der eingangs genannten Art durch die sich aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ergebenden Merkmale gelöst

Da die Aufzeichnungseinheit und ein Band nur bei Bedarf benutzt werden, hat jede Einheit normalerweise genügend Aufzeichnungskapazität für alle Aufzeichnungen, welche mit der Einheit an einer gegebenen Stelle gemacht werden sollen. Wenn ihre Stelle und diejenige der mit ihr verbundenen Seismometer geändert werden soll, wird das Band mit den Aufzeichnungen normalerweise entfernt und ein neues leeres Aufzeichnungsband wird eingeführt.

Gewöhnlich werden die Bänder mit den Aufzeichnungen zu einer zentralen Stelle gesandt oder gebracht, um die Daten in irgendeiner gewünschten Form und Format entsprechend dem Arbeitsband eines digitalen Rechners wiederzugeben und zu speichern. Wenn diese Übertragung durchgeführt ist, können die Feldbandkassetten gelöscht und zur weiteren Verwendung zur Stelle der Feldarbeit zurückgebracht werden.

Da Mehrspuraufzeichnungen im üblichen Sinne nicht gewöhnlich an der Feldarbeitsstelle gemacht werden, wird die Notwendigkeit üblicher Mehrkanal-Aufzeichnungsgeräte für seismische Felddaten vermieden. Dementsprechend ist lediglich eine relativ einfache Steuereinheit erforderlich, um die Feldarbeiten unter Verwendung der einzelnen spuraufzeichnenden Aufzeichnungseinheiten gemäß der Erfindung durchzuführen. Primär ist es die Funktion der Steuereinheit, erst einen bestimmten Satz von codierten Signalen ?u erzeugen und auszusenden, welche notwendig sind, um die gewünschten Aufzeichnungseinheiten einzuschalten. Dann überträgt die Steuereinheit die Vorausdaten, d. h. Identifizierungs- und Aufzeichnungsparameterdaten, und schließlich wird eine Nullzeitmarke gleichzeitig mit Beginn der Erzeugung seismischer Wellen übertragen, gefolgt von Taktimpulsen, um die probenweise Abta-

stung und die Digitierung der seismischen Daten zeitlich zu steuern. Zu diesem Zweck enthält die Steuereinheit eine Einrichtung, mit welcher die codierten Signale ausgewählt und automatisch übertragen werden können, und durch weiche die entsprechende Vorausinformation für die Aufzeichnung zur Übertragung eingegeben werden kann. Vorzugsweise erfolgt die Übertragung über eine gewöhnliche Nachrichtenfunkverbindung, es könnten jedoch ebensogut zwei beliebige miteinander verdrillte isolierte Drähte verwendet werden. Da die übertragenden Signale nur einen relativ begrenzten Frequenzbereich aufweisen, ist eine teure Übertragungsleitung hoher Qualität unnötig.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand von Figuren näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen schematischen Erdquerschnitt,

F i g. 2 ein Blockschaltbild der in der Anordnung zur Aufzeichnung seismischer Daten verwendeten Steuereinheit,

F i g. 3 eine graphische Darstellung der Ste sersig.ialübertragungen, und

F i g. 4 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Anordnung zur Aufzeichnung seismischer Daten.

F i g. 1 zeigt schematisch einen Erdquerschnitt. Entlang der Profilmeßlinie, weiche entlang der Erdoberfläche 20 verläuft, sind mit gleichen Abständen zueinander einzelne seismische Aufzeichnungseinheiten 421 bis 441 angeordnet, deren jede aus einer Funkempfängereinheit mit einer Antenne und einem kleinen Magnetbandgerät, z. B. einem Kassettenrecorder besteht. Jede Aufzeichnungseinheit ist mit wenigstens einem Seismometer, insbesondere mit einer Gruppe von gebündelten Seismometern verbunden, welche eine einzige Ausgangsgröße zum Aufnehmen auf einer Aufzeichnungsspur erzeugt wie es bei seismischer geophysikalischer Vermessung üblich ist. An oder nahe den von den Aufzeichnungseinheiten 428 und 429 eirjenommenen Positionen sind schematisch eine erste Quelle 21 für seismische Wellen und eine zweite Quelle 22 für seismische Wellen vorgesehen. An einer geeigneten zentralen Stelle und der Quelle 22 zugeordnet, ist eine Steuereinheit 23 vorgesehen, welche einen Funkübertrager und im folgenden beschriebene Steuerkreise enthält, und weiche den Betrieb der Aufzeichnungseinheiten 421 bis 441 steuert und koordiniert.

Diese Anordnung von Seismometergruppen und Quellen für seismische Wellen ist eine vereinfachte Darsteliung für einen konventionellen Vermessungsvorgang mit belaufender Vermessung und gemeinsamem Tiefpunkt, bei welchem die Strahlenbahnen der seismischen Wellen von der Quelle 21 von einer unterirdischen Zwischenschicht 24 zu bestimmten der Aufzeichnungseinheiten 421 und 441 reflektiert werden, wie es in durchgehenden Linien gezeigt ist, während die entsprechenden Strahlenbahnen der von der Quelle 22 ausgehenden Wellen mit gestrichelten Linien dargestellt sind. Die von der Quelle 21 ausgehenden Wellen werden von den Aufzeichnungseinheiten 423 bis 426 und 430 bis 433 aufgenommen und aufgezeichnet, Während die Wellen von der Quelle 22 von den Aufzeichnungseinheiten 424 bis 427 und 431 bis 434 erfaßt und aufgezeichnet werden. Daß dies eine typische Form eines Schießvorgangs mit fortlaufender Messung und gemeinsamem Tiefpun'·/ ist, ergibt sich klar aus den gemeinsamen Tiefpunkten auf der Zwischenschicht 24, wo eine Reflexion sowohl für die durchgehenden als auch in gestrichelten Linien gezeichneten Strahlenbahnen auftriti.

Zuerst werden die verschiedenen Seismometergruppen auf der Erdoberfläche an vorhergemessenen Stellen entlang der Profilmeßlinie ausgelegt, und der Ausgang jeder Gruppe wird elektrisch mit dem VerstärkereingangsanschluS der zugehörigen Aufzeichnungseinheit

ίο 421 bis 441 verbunden. Zum Zwecke der Darstellung kann angenommen werden, daß die Bezugszeichen 421 bis 441 auch als Zahlen zur Identifizierung der Stellen der Seismometergruppen dienen. Wenn jede Seismometergruppc: und die zugehörige Aufzeichnungseinheit

an ihrer Stelle angeordnet sind, wird diese Stellenzahl in die Aufzeichnungseinheit eingegeben, um sowohl das Codesignal zu werden, welche diese im folgenden aktivieren wird, als auch die Identifizierung der Position der Aufzeichnungseinheit darzustellen, welche als Teil

der vorausgehenden Aufzeichnungsinformationen aufgezeichnet wird. Wenn z. B. die Aufzeichnungseinheit 425 und ihre zugehörige SeismomeUi gruppe in Position gesetzt und miteinander verbunden sk<d, werden die Zahlen »4«, »2« und »5« manuell auf ihren Rufcodeskalen, typisch drei Schaltern mit je einem Einstellrad mit zehn Positionen eingegeben. Die binär codierte DezimJe von 425, nämlich 0100 0010 0101 wird das Adressencodesignal, welches von der Steuereinheit 23 ausgesendet werden muß, wenn die Aufzeichnungseinheit 425 zum Aufzeichnen einer Seismogrammspur aktiviert werden soll.

Im einzelnen sendet die Steuereinheit 23 bei der Vorbereitung einer Aufzeichnung von der Quelle 21 über die Funkverbindung zu allen Aufzeichnungseinheiten 421 und 441 einen Satz von acht codierten Adressensignalen aus, die so gewählt sind, daß nur die Aufzeichnungseinheit 423 bis 426 und 430 bis 433 voll für die Aufnahme eingeschaltet werden, während die übrigen Aufzeichnungseinheiten im Ruhezustand blei-

ben. Sobald alle acht ausgewählten Aufzeichnungseinheiten eingeschaltet und in Betrieb sind, überträgt die Steuereinheit 23 einen Block von Vorausinformation, welcher die Stelle 428 als Punkt der Quelle identifiziert und die übrige übliche Information wie Mannschafts-

identifizierung, Datum. Zeit und dergleichen gibt. Diese Information wird von allen acht arbeitenden Aufzeichnungseinheiten zusammen mit der die Einheit identifizierenden Information, den Aufzeichnungsparametern und dergleichen für jede Aufzeichnungseinheit aufge-

zeichnet. Dicht hierauf folgt ein Nullzeitimpuls, welcher den Beginn der Erzeugung an seismischen Wellen durch die Quelle 21 markiert. Dem Nullzeitimpuls folgen sofort Zeitsteuerimpulse, welche die Abtastzeiten Her von den mit den arbeitenden Aufzeichnungseinheiten verbundenen Seismometern aufgenommene seismischen Daten synchronisieren. Am Ende eines voreingestellten Aufzeichnungsintervalls kehren alL· Aufzeichnungseinheiten 421 bis 441 in einen Funkempfangsbereitzustand für die nächste Aufzeichnung zurück.

Zum Aufzeicnnen von der Quelle 22 werden die acht aktiven Aufzeichnungseinheiten gegenüber den zum Aufzeichnen von der Quelle 21 verwendeten um eine Profilposition nach rechts verschoben. Die Steuereinheit 23 sendet so einen modifizierten Satz von codierten Adressensignalen aus, auf welche nur die Aufzeichnungseinhetten 421· bis 427 und 431 bis 434 durch Einschalten ansprechen. Wieder wird die entsprechend modifizierte Vorausinformation übertragen und aufge-

zeichnet, worauf sofort eine Zeitunterbrechung erfolgt, welche die Erzeugung von Wellen an dem Punkt der Quelle 22 markiert, worauf die Abtastimpulse folgen, welche das Unterteilen und Aufzeichnen der von den aktivierten Aufzeichnungseinheiten aufgenommenen Wellendaten steuert. Am Ende der Aufzeichnungsperiode werden diese Aufzeichnungseinheiten wieder abge* schaltet und in den Bereitschaftszustand gebfacht. Auf die oben beschriebene Weise werden seismische Wellen fortlaufend an Stellen 430,431,432 usw. erzeugt, bis alle gewünschten Erzeugungs- und Empfangspunkte entlang der Profilmeßlinie besetzt worden sind. Wie ohne weiteres ersichtlich ist, dient die Darstellung von nur acht im Betrieb befindlichen Aufzeichnungseinheiten zur Vereinfachung des Beispiels und zur Vermeidung von Verwirrungen in der Zeichnung. Typischere Zahlen von aktiven Aufzeichnungseinheiten und Spuren für jede Feldaufzeichnung wurden 24, 36 oder mehr sein, wobei die Abstände zwischen den Seismometergruppen und Aufzeichnungseinheiten in der Größenordnung von 100 m liegen. Trotzdem ist das Arbeitsprinzip das gleiche wie oben beschrieben.

F i g. 2 zeigt in ins Einzelne gehender Blockschaltbildform die prinzipiellen Einheiten, welche die Steuereinheiten 23 zum Steuern des gesamten Betriebes des Feldaufzeicnnungssystems bilden. Allgemein ist der obere Teil von F i g. 2 eine Schaltmatrix für die Auswahl des gewünschten Satzes von codierten Adressensignalen und für die Erzeugung und Übertragung von diesen Adressensignalen zum Aktivieren der für einen bestimmten Satz von Aufzeichnungsspuren erforderlichen jeweiligen Aufzeichnungseinheiten. Der Mittelteil von Fig. 2 umfaßt einen Generator für genaue Tonfrequenzen zum Steuern und Betreiben des Systems, welcher weiter als Zeitreferenz dient, wie auch Programm- oder Zeitzähler zum genauen Steuern der Aufzeichnungsmenge und der Erzeugung und Übertragung von Vorausdaten für die Aufzeichnung. Der untere Teil von Fig.2 umfaßt allgemein den Block für die Vorausinformation einschließlich Einrichtungen zum Einführen der gewünschten Aufzeichnung, Identifizierung und der Aufzeichnungsparameterdaten sowie zum Bringen dieser Daten in eine für die Funkübertragung zu den aktivierten entfernt angeordneten Aufzeichnungseinheiten geeignete Form.

Das Blockdiagramm entspricht im wesentlichen dem in einem Prototyp einer Steuereinheit verwendeten. Als eine Vereinfachung der dreistelligen Code in F i g. 1 basierte die in dem Prototyp verwendete Codesignalauswahl- und erzeugung auf zweistelligen Dezimalzahlen von 01 bis 99. So führte von einer zweidimensionalen Anordnung oder Matrix 30 mit 99 Kontaktpunkten ein isolierter elektrischer Leiter von jedem Punkt zu einer von 99 Gattereinheiten in einer Gatteranordnung 31. Die Auswahl der Matrixpunkte zugehöriger zweistelliger Zahlen erfolgte durch Anlegen einer Spannung an die entsprechenden Matrixpunkte unmittelbar vor Beginn einer Aufzeichnung. Die Erfassung der ausgewählten Matrixpunkte und die Erzeugung der entsprechenden codierten Signale erfolgte durch elektronische Abtastung aller Matrixpunkte hintereinander, z.B. in einem Rastermuster gesteuert von zwei Zählern 32 und 33 für die Abtastung, wobei eine Bewegung von Punkt zu Punkt der Matrix auftrat, bis ein ausgewählter Punkt aufgefunden wurde. Die Abtastung wurde augenblick-

JiCu angEiiSitcn, WäliFcHu uCr aüSgcWäuitc PüTikt ϊΐυ£Γ

die entsprechende Gattereinheit der Gatteranordnung 31 einen Umsetzer 34 für die binär codierte Dezimale (BCD) einschaltete, welcher für jede der zwei Stellen der den ausgewählten Punkt bildenden Zahl den entsprechenden Vier-binär-Bit-code plus ein Paritätsbit erzeugte. Die resultierenden zehn Bits an Information wurden in ein Schieberegister 35 gebracht und zur Übertragung zu den Aufzeichnungseinheiten aufeinarv derfolgend mit der Abtastfolgenfrequenz ausgestattet.

Die Zeitbasis für die Steuereinheit und für den Äufzeichnungsvofgang wurde aus einem konventionellen piezoelektrischen Kristalloszillator oder einem Taktgeber 40 abgeleitet* welcher z. B, bei einer Frequenz von 96 kHz auf einen Frequenzteiler 41 mit mehreren Ausgängen arbeitete, welcher über drei Filter 42, 43 und 44 Tonsignale bei Frequenzen von 3000 und 2000 bzw. 500 Hz erzeugte. Diese Tonsignale wurden selektiv einem üblichen Sender 48 für Funkverbindungen über entsprechende Steuereingänge von Gattern 45, 46 und 47 zugeführt. Steuer- und Sperrspannu^^n wurden den Gattern 45. 46 und 47 über entsprechende Flip-Flops oder Gatter 50,51 und 52 zugeführt.

Die gesamte Taktgabe und Steuerung des Aufzeich· nungsv.irgangs wurde durch einen Teiler oder Programmzähler 55 erzielt, welcher nach dem Aufsteuern eines Gatters 57 durch einen Druckknopf 56 für den Siart die Perioden der 500 Hz Abtastfrequenz zählte und nach einstellbaren, vorbestimmten Zeitintervallen nach dem Beginn der Zählung verschiedene Steuerimpulse "der spannungen zu verschiedenen Teilen des Steuersystems abgab.

Entsprechend dem unteren Teil von F i g. 2 wurde die zu jedem der entfernten Aufzeichnungseinheiten zu übertragende und dort aufzuzeichnende Information, bestehend aus der Vorausinformation, von Hand in einer Anzahl von Worteinheiten 60a, 606, 60c und 60c/ voreingestellt. Jede der Worteinheiten wies z. B. Schalter mit Einstellscheiben auf, mit deren Hilfe jede erforderliche Zahl von alphanumerischen Zeichen voreingestellt werden konnte. Da das Grundformat aus Worten mit achtzehn Bits, enthaltend sechzehn Informationsbits, ein Paritätsbit und ein Synchronbit, aufgebaut war; erfolgte die Übertragung der voreingestellten Vorausinformation unter der Steuerung einer Gattereinheit 62, die 500 Hz Impulse zu einem Teiler 63 mit der Teilung 18 übertrug, welcher bei jeder

18. Zählung eines Bits einen Impuls zu einem Zähler 61 zum Aussteuern der Vorausinformation übertrug. Dieser Zähler steuerte seinerseits die Übertragung jedes Vorausworts zu einem Satz von Ausgaberegistern 64a, 646. 64c/, von welchen das Wort nacheinander zur

so Funkübertragung zu den eingeschalteten entfernten Aufzeichnungseinheiten über 500 Hz Taktimpi-he von dem Ausgang des Filters 44 ausgetaktet wurde.

Taktimpulse mit 96 kHz zum Einleiten der schnellen Abtastung der Matrix 30 durch die Zähler 32 und 33 wurden direkt von dem Ausgang des Taktgebers 40 über in Reihe geschaltete Gatter 70 und 72 abgenommen, wobei das Gatter 70 von einer Steuer- oder Sperrspannung von einem Flip-Flop 71 und das Gatter

72 auf ähnliche Weise von einem Flip-Flop 73 gesteuert wurde. Die Abtastung der Matrix 30 wurde eingeleitet durch einen Spannungsimpuls von dem Programmzähler 55 über eine Ausgangsleitung 556 zu dem Startanschluß des Flip-Flops 71. Bei durch das Flip-Flop

73 aufgesteuertem Gatter 72 wurden Adressenabtastimpulse (AS) mit einer Frequenz von 96 kHz zu dem Zähler 32 übertragen und bewirkten, daß dieser mit jedem 96 kHz Impuls einen Punkt der Matrix 30 abtastete. Jeder zehnte Impuls wurde zu dem Zähler 33

für die Zehner übertragen, um ihn um eine Matrixzeile weiterzuschalten. Dementsprechend waren die während dieser etwas mehr als einer Millisekunde auftretenden 99 Impulse alles,ivas für eine vollständige Abtastung der Matrix 30 erforderlich warj wenn keine Punkte ifi der Matrix zur Erzeugung von entsprechenden codierten Signalen ausgewählt worden waren. Nachdem die Abteilung über den Mätrixpunkt entsprechend der Zahl 99 gelaufen war, erzeugte der Zähler 33 einen Impuls für das Ende der Adressenübertragung (EOAT), welcher über einen Leiter 83 zu dem Flip-Flop 71 übertragen wurde, um dieses zum Anhalten der Abtastung zu veranlassen.

Unter der Annahme jedoch, daß ein oder mehrere Zahlenpunkte in der Matrix 30 zur Übertragung der entsprechenden codierten Signale ausgewählt worden sind, erzeugte die Gatteranordnung 31, so bald der erste ausgewählte Punkt bei der Abtastung erreicht war, einen IJnlerbrechungsimpuls auf einer Leitung 75. welcher das Flip-Flop 73 zur Unterbrechung der Abtastung betätigte. Das Flip-Flop 73 führte weiter einer Leitung 77 eine Adressenübertragungsspannung (AT)zu, welche als Steuerspannung für einen Zähler 78 für das Schieberegister 35 und für ein Gatter 79 wirkte. Entsprechend begann das Gatter 79 500 Hz Impulse zu seiner Ausgangsleitung 80 und zu dem Schieberegister 35 sowie über eine Leitung 85 zu dem Eingang des Zählers 78 zu übertragen. Gleichzeitig mit dem Unterbrechungsimpuls auf der Leitung 75 leitete das betätigte Gatter in der Gatteranordnung 31 die Erzr igung von zwei binär codierten Stellen durch den Umsetzer 34 ein, welche sofort in das Schieberegister 35 gebracht wurden. Da jede Stelle vier Bits plus ein Paritätsbit erforderlich machte, wurden die resultierenden zehn Bits in dem Schieberegister 35 durch die 500 Hz Taktimpulse auf der Leitung 80 in Reihe auf einer zu dem Gatter 50 führenden Ausgangsleitung 35a des Schieberegisters herausgeschoben, wo sie die Übertragung der 3 kHz-Frequenz W₀ modulierten, wobei ein »1 «-Bit einem Impuls der 3 kHz-Frequenz von zwei Millisekunden Länge entsprach, während ein »O«-Bit dem NichtVorhandensein der 3 kHz für zwei Millisekunden entsprach. Am Ende des Intervalls von 20 msec entsprechend zehn Zählungen durch den Zähler 78 gab der Zähler einen Adressenendeimpuls (EOA) auf einer Leitung 82 ab, welcher das Gatter 79 sperrte und, übertragen über eine Leitung 76, bewirkte, daß das Flip-Flop 73 die Abtastung der Matrix 30 über Impulse durch das Gatter 72 erneut aufnahm. Gleichzeitig wurde der Adressenendeimpuls dem Gatter 51 zugeführt, um einen Impuls von zwei msec der zwei kHz-Frequenz F\ über den Sender 48 zu erzeugen.

Die von dem Programmzähler 55 bewirkte Arbeitsfolge war folgende: ein Drücken des Druckknopfes 56 bewirkte eine sofortige Abgabe eines Impulses von dem Programmzähler 55 über eine Ausgangsleitung 55a, um das Gatter 52 zu triggern und die Übertragung der 500 hz Tones durch den Sender 48 einzuleiten. Nach einer kurzen Verzögerung für die Schaltungsstabilisierung von z. B. 10 Millisekunden leitet ein Spannungsimpuls auf dem Startanschluß 556 das schnelle Abtasten der Matrix 30 ein. Das abwechselnde Abtasten der Matrix 30 und das Aussenden von entsprechenden BCD-codierten Adressensignalen über die Ausgangsleitung 35a und den Sender 48 wurde bis zum Ende fortgesetzt. Unmittelbar darauf, typisch nach einer Zeit von 614 msec entwickelte der Zähler 55 auf seiner Ausgangsleitang 55c/einen Startimpuls für die Vorausinformation (HS), welcher dem Gatter 79 als Sperrbefehl zugeführt wurde, um den weiteren Durchgang von 500 Hz Tafclirnpulsen zu Unterbinden, und einem Gatter 62 als Steuerspännung zugeführt wurde, um die Übertragung der Vorausworte einzuleiten.

Entsprechend Wurden die in den Wöfteinheiten 60a bis 60c/ gespeicherten Vorausworte ihrerseits zu den Ausgäbefegistefn 64a bis 64c/ übertragen, um als eine Folge binär codierten Dezimalbits (BCD) in Reihe durch das Gatter 50 als Ein^Aus-Modulation des zu dem Sender 58 gehenden 3 kHz^Tones ausgetäktet zu werden. In der Folge gab der Programi'izähler 55 nach einer geeigneten Zeit wie z. B. 796 msec auf einer Leitung 55c einen das Ende der Vorausimpulse markierenden Impuls (EOH) ab, welcher bewirkte, daß das Gatter 52 die Übertragung des 500 Hz-Tones Ober das Gatter 47 unterbrach. Als nächstes sandte der Programmzähler 55 am Ende einer Pause von 30 msec in der 500 Hz Tonübertragung, nämlich nach 826 Millisekunden, auf der Ausgangsleitung 55a einen Zeit-O-lmpuls aus, um die Übertragung des 500 Hz-Tones wieder zu beginnen, wobei dieser Impuls mit deni Beginn der Erzeugung seismischer Wellen zusammenfiel. Diese Tonübertragung wurde fortgesetzt und diente als Synchronisier- und Abtastzeittakt für alle arbeitenden Aufzeichnungseinheiten, bis ein voreingestelltes Zeitintervall der gewünschten Aufzeichnungslänge abgelaufen war, worauf ein Aufzeichnungsendeimpuls (EOR) über das Gatter 52 angelegt wurde, um die Übertragung über das Gatter 47 zu beenden. Die gewünschte Aufzeichnungslänge in Sekunden konnte an einer Schalteinrichtung 85 eingestellt werden, deren Einstellung über einen Komparator 87 mit einem durch den Zeit-0-Impuls bei 826 Millisekunden aufgesteuerten Zeitzähler 86 verglichen wurde. Der Komparator 87 gab das Aufzeichnungssendesignal ab, wenn die Anzeige des Zeitzählers 86 die Aufzeichnungslängeneinstellung der Schalteinrichtung 85 erreichte.

F i g. 3 zeigt schematisch und graphisch die allgemeine Folge von Tonsignalen, wie sie von dem Sender 48 nach Fig.2 zur Steuerung der entfernten Aufzeich nungseinheiten übertragen wird. Dies ist im wesentlichen eine typische Taktfolge, die mit dem Programmzähler 55 erzeugt werden könnte, welcher so arbeitet, daß vierundzwanzig zweistellige Adressencode für vierundzwanzig entfernte Aufzeichnungseinheiten, wie sie bei vielen Feldoperationen üblich sind, erzeugt und übertragen werden. Die Zeit nimmt in dem Diagramm in Fig.3 von links nach rechts zu, die Länge von Intervallen und Intervallgruppen ist über der Darstellung in Millisekunden dargestellt, während die abgelaufvne Zeit ausgehend von der Zeit 0 beim Niederdrücken des Schalters 56 des Senders 48 in Millisekunden darunter dargestellt ist Die drei verschiedenen Breiten der Balkendarstellung deuten die mudolierenden Tonfrequenzen an, welche in dem Träger des Senders vorhanden sind, während die gerade Mittellinie keine Tonmodulation zeigt. Beginnend auf der linken Seite entspricht die Zeit 0 dem Niederdrücken des Druckknopfes 56 für den Beginn, gefolgt von einer 500 Hz Tonübertragung von 10 Millisekunden, welche mit dem von dem Programmzähler 55 auf den StartanschluB 55b abgegebenen verzögerten Startsignal endet Die nächsten 528 Millisekunden werden zum Abtasten der Matrix 30 und zum Übertragen der binärcodierten Dczimalbiis der vierundzwanzig zweistelligen Zahlen benutzt welche hier als der Satz von codierten Signalen ausgewählt sind, während die zwanzig Millisekunden die

Übertraglingszeit von 10 Bits mit einer Geschwindigkeit von 2 Millisekunden pro Bit darstellen. Die Schraffierung in der Balkendarstellung in Fig.3 soll die Ein-Aus-Modulation des300 HzTones darstellen, wobei ein »1«-Bit einen Impuls von 2 Millisekunden des 3000 Hz-Tons entspricht, während ein »O«-Bit eine Unterbrechung von zwei Millisekunden des 3000 Hz-Tons ist. Das Ende jedes Adressencodes wird durch die Übertragung eines Impulses von zwei Millisekunden des 2000 Hz-Tons markiert.

Wenn eine solche Adresse von einer entsprechenden entfernten Aufzeichnungseinheit aufgenommen und decodiert wird, erfolgt ein vollständiges Einschalten deren Aufzeichnungsmechanismus einschließlich Einschalten des Bandtransportes. Damit die zuletzt eingeschalteten Aufzeichnungseinheiten stabilisiert werden können und der Bandantrieb auf Geschwindigkeit kommen kann, folgt dem Endsignal der letzten Adresse ein Intervall von 76 Millisekunden, nach dessen Vorausinformation.

Von einem Seismometer öder einer Seismometergruppe 90 aufgenommene Signale werden von einem Vorverstärker 91 verstärkt und ggf. durch einen Filter 92 gefiltert, worauf eine weitere variable Verstärkung mit einem mehrstufigen Verstärker mit großem Verstärkungsbereich folgt. Das vom Verstärker abgegebene Analogsignal wird dann durch einen Analog-Digital-Umsetzer 94 auf Befehl in digitale Form umgewandelt, während der augenblickliche Verstärkungswert des Verstärkers 93 abwechselnd durch Byte auswählende Gatter 95 und 96 in ein Speicherregister 97 mit acht Bits übertragen wird. Von dort werden die gespeicherten Bits in einer Folge über einen Wähler 98 zu einem zweiphasigen Codierer 99 ausgelesen, welcher die digitalen Daten in eine geeignete Form zum Aufzeichnen als Serienbits in einem kleinen Bandgerät 10Π bringt.

Die Bitsteuerung in diesem Aufzeichnungssystem

Ablauf alle Aufzsichnungssiuhcitsii voll im Betrieb sind. 20 srfc!™t "estsuert durch einen konventionellen Takt'¹'?-

AIs nächstes folgt ein von dem Programmzähler 55 auf dessen Startanschluß 556 getriggerter Impuls von zwei Millisekunden und 2000 Hz, welcher den Beginn der Übertragung des Vorausinformationsblocks signalisiert. Als nächstes folgt ein Intervall von 180 Millisekunden, währenddessen die Vorausübertragung von fünf Worten stattfindet. Jedes Wort besteht aus 18 Bits, wobei insgesamt 90 Bits mit einer Geschwindigkeit von einem Bit pro 2 Millisekunden übertragen werden, woraus sich das Intervall von 180 Millisekunden ergibt.

Am Ende der Vorausinformation folgt eine Pause von 30 Millisekunden, während der kein Ton übertragen wird. Dies ist die Zeit-0-Pause. während der die Vorausdaten von einem Zwischenspeicher in jeder Aufzeichnungseinheit zu dem sich jetzt bewegenden Aufzeichnungsband übertragen werden. Am Ende der Pause von 30 Millisekunden tritt die Zeitunterbrechung bei To auf, gefolgt von dem Aufzeichnen der seismischen Daten während der mit der Schalteinrichtung 85 voreingestellten Zeitdauer. Der 500 Hz-Ton ist während des gesamten Aufzeichnungsintervalls vorhanden, um als Synchronisiertakt für alle Aufzeichnungseinheiten zu dienen. Das Ende des 500 Hz-Tones am Ende der vorbestimmten Aufzeichnungszeit bewirkt, daß der Bandtransport angehalten, die Register und Flip-Flops zurückgestellt und die Leistung in den entfernten Aufzeichnungseinheiten in den empfangsbereiten Zustand zurückgebracht werden.

Es ist hervorzuheben, daß das Zeit- und Frequenzformat nach F i g. 3 nur ein Beispiel unter vielen möglichen Steuersignalfolgen ist. Die dreistelligen BCD Adressencodesignale in F i g. 1 werden z. B. jeweils 30 Millisekunden für die Übertragung erfordern, und die Aufzeichnung von mehr oder weniger als 24 Spuren würde die zwischen dem Einschalten des Steuersystems und dem Beginn der Datenaufzeichnung bei 7ö verstrichene Zeit verändern. Ähnlich könnte die Reihenfolge von zunächst der Aufzeichnung der Vorausinformation und dann der aufgenommenen seismischen Daten umgekehrt werden, solange diese benachbart zueinander auf dem Band angeordnet sind.

F i g. 4 der Zeichnung zeigt in Form eines Blockschaltbildes die Hauptteile einer Aufzeichnungseinheit zum Aufzeichnen einer der endgültigen Aufzeichnungsspuren. Allgemein zeigt der obere Teil von Fig.4 die Verarbeitungsschaltungen für die seismischen Daten, der mittlere Teil ergibt die Takt- oder Zeitgeberimpulse, und der untere Teil erzeugt die aufzuzeichnende ber 101 mit Kristalloszillator, welcher typisch bei einer Frequenz von 1,52 MHz auf einen Teiler 102 arbeitet, der seinerseits zwei niederfrequente Ausgangsgrößen bei 9 kHz und bei 4,5 kHz erzeugt. Die Bitfrequenz von 9 kHz wird mit einem Abtastintervall von zwei Millisekunden verwendet, welches zur Zeit bei seismischen geophysikalischen Vermessungen weit verbreitet verwendet wird, während die Ausgangsgröße mit 4,5 kHz zur Verfügung steht, wenn ein Abtastintervall von 4 Millisekunden benutzt werden soll. In dem vorliegenden Beispiel wird angenommen, daß das Abtastintervall mit zwei Millisekunden bei 9 kHz verwendet wird. Diese Frequenz wird über ein Gatter 103 zu einem Zähler 104 übertragen, welcher die Funktion der Unterteilung des Bitstromes in Bytes von 8 Impulsen hat, denen jeweils eine Pause von einem Bit folgt. Ein Flip-Flop 105 für die Byte-Auswahl erkennt die Pausen und ermöglicht abwechselnd die Übertragung von digitalen Bits durch die Gatter 95 und 96 für die Byte-Auswahl zu dem Speicherregister 97, von dem in Serie zu dem Bandgerät 100 ausgelesen wird. Der Ausgang des Zählers 104 ist weiter zu einem Synchronisiergenerator geführt, welcher dem Codierer 99 synchronisierte Signale oder Impulse zuführt, welche e.ne richtige Gruppierung des aufgezeichneten Bitstroms in aufeinanderfolgenden Worten sicherstellen.

Jede empfangene Aufzeichnungseinheit enthält weiter einen konventionellen Funkempfänger 110, welcher auf die Übertragung von dem Sender 48 in Fig.2 abgestimmt ist, und seine Energie von einer Batterie 111 erhält Eine Verbindung 112 stellt sicher, daß der Funkempfänger 110 durch Verbinden mit der Batterie 111 eingeschaltet wird, wenn die Seismometergruppe 90 mit dem Eingang des Vorverstärkers 91 verbunden wird.

In der Schaltung des Funkempfängers 110 ist ein Squelchrelais 113 vorgesehen, welches in Abwesenheit eines übertragenen und empfangenen Signals normalerweise offen ist. Beim Empfang des Trägers von dem Sender 48 schließt das Squelchrelais 113 jedoch und legt Spannung von der Batterie 111 an eine Decodiereinheit 114 und über eine Leitung 115 an den Vorverstärker 91 an. Wenn dann das besondere ßCD-codierte Signal, auf welches die Decodiereinheit 114 zur Erkennung eingestellt ist, empfangen wird, schließt ein Leistungsrelais 116, um die Batteriespannung auch den übrigen Kreisen der Aufzeichnungseinrichtung und dem Bandtransportmechanismus zuzuführen.

Die verschiedenen von dem Sender 48 zu dem

Funkenfänger 110 übertragenen Signale werden von dem Funkempfänger einer Signaltrcnncinriehtung 117 zugeführt, welche aus verschiedenen nicht im einzelnen dargestellten Filtern und logischen Schaltungen besteht und einer Ausgabeeinheit 118 abtastende Signale oder Abtaststeuerimpulse in Intervallen von zwei Millisekunden entsprechend der 500 Hz Übertragung des Senders 48 zuführt. Die aus dem Schieberegister 35 ausgelesenen und über den Sender 48 übermittelten ßCD-codierten Adressensignale v/erden zu der Decodiereinheit 114 m geführt, weiche derart voreingestellt ist. daß sie nur dann betätigt werden kann, wenn ein besonders codiertes Signal aufgenommen wird. Wenn während der Übertragung der Adressensignale kein Signal aufgenommen wird, welches dem in der Decodiereinheit 114 eingestellten Code entspricht, bleibt das Leistungsrelais 116 offen, und es wird keine Leistung zu der Hauptschaltung der Aufzeichnungsgeräte und zu den Bandtransportschaltungen übertragen.

Hntpr rlpr Annahme, daß eine Leistungseinschaltung ₂Q erfolgt, erkennt eine Einheit 119 das Startsignal für den Vorausinfot äationsblock zur Zeit 614 Millisekunden in Fig.3 und richtet die folgende Übertragung von Vorausdatenbits in ein Schieberegister 124 zum vorübergehenden Speichern. Ein Flip-Flop 120 für das Ende des Blocks erkennt das Ende der Vorausübertragung im Zeitpunkt 796 Millisekunden in Fig.3 und ändert den Zustand eines Flip-Flops 121 von »Laden« auf »Schreiben«. Im Zustand »Laden« führt das Flip-Flop 121 einem Gatter 122 eine Steuerspannung zu, über welche 500 Hz Impulse in Intervallen von zwei Millisekunden zu den Lade-Schreib-Anschlüssen von Schieberegistern 124 und 125 übertragen werden. So werden die Vorausdaten von der Einheit 119 mit der relativ geringen Übertragungsgeschwindigkeit von 500 Bits pro Sekunde oder zwei Millisekunden pro Bit in das Schieberegister 124 gebracht, während gleichzeitig bis zu drei Worte von Daten, welche die lokale Aufzeichnungseinheit charakterisieren und an Schaltern 126 voreingestellt sind, in das Schieberegister 125 eingespeichert werden. Zur gleichen Zeit, zu welcher die lokalen Daten durch Setzen der Schalter 126 eingeführt werden, wird die Decodiereinheit 114 über eine Leitung 127 so eingestellt, daß sie auf das besondere codierte Rufsignal anspricht, welches zu der von der Seismometergruppe 90 eingenommenen Position gehört Diese wird typisch zu der Zeit eingeführt, zu welcher die Seismometer in ihre Positionen auf dem Erdboden gebracht werden, und die Positonszahl wird über die Schalte·- 126 zu der jeweiligen Seismometergruppe gehörigen empfangenden Aufzeichnungseinheit übertragen. Eine Änderung des Flip-Flops 121 in den Zustand »Schreiben« steuert ein Gatter 123 auf, um die 9 kHz Frequenz den Lese-Schreib-Anschlüssen der Schieberegister 124 und 125 zuzuführen, so daEdas Herausschieben der in diesen gespeicherten Bits mit einer 18 mal größeren Frequenz über den Wähler 98 und den Codierer 99 zu dem Bandgerät 100 erfolgt

Das Schalten des Flip-Flops 121 durch den Detektor für das Blockende oder das Flip-Flop 120 in den Zustand »Schreiben« steuert auch das Gatter 103 auf, so daß es 9 kHz Impulse zu dem Zähler 104 und zum Gatter 123 überträgt. Die ßyte-Ausgangszählungen des Zählers 104 werden ebenfalls zu einem voreingestellten Zähler 130 mit acht Worten oder sechzehn Bytes übertragen, welcher beim Ende der acht Worte über eine Wählersteuerung 131 den Wähler 98 von den Ausgängen der Schieberegister 124, 125 auf den Ausgang des Speicherregisters 97 für Daten schaltet. Dies markiert das Ende der Übertragung der Vorausdaten zu dem Bandgerät 100 und den Beginn der Aufzeichnung der seismischen Daten von der Seismometergruppe 90.

Der Synchronismus zwischen allen eingeschalteten Aufzeichnungsgeräten, welche zur Herstellung aller Spuren einer gegebenen mehrspurigen seismischen Aufzeichnung arbeiten, wird dadurch sichergestellt, daß zum Analog-Digital-Umsetzer 94 als digitierende »Befehle die 500 Hz Steuerimpulse mit Abständen von zwei Millisekunden über eine Ausgangsleitung 118a von der Ausgabeeinheit 118 übertragen werden. Eine Verbindung auch zwischen dem Zähler 104 und der Aiisgangsleitiing 118a hält ein konstantes Verhältnis zwischen der 500 Hz Grundsteuerfrequenz und der Zählung von Bytes durch den Zähler 104 aufrecht. Auf ähnliche Weise wird die von dem Taktgeber 101 erzeugte 9 kHz Bitfrequenz über eine Leitung 103a zu dem Codierer 99 und dem Gatter 123 sowie über eine Leitung iO3b zu dem Verstärker 93, dem Speicherregister 97 oder dem Synchronisiergenerator 106 übertragen. Die Messung über den Verstärker 93 wie auch das Austakten der gespeicherten Bits aus dem Speicherregister 97 erfolgt mit der relativ hohen 9 kHz Bitgeschwindigkeit.

Beim Abschluß der Aufzeichnung jeder Spur oder zu jedem anderen geeigneten Zeitpunkt erfolgt das Rückstellen der verschiedenen Zähler und Flip-Flops durch einen Spannungsimpuls auf einer Leitung 135, welche zu den verschiedenen Rückstellanschlüssen führt.

In Abwandlung des dargestellten Beispiels könnten die Seismometer oder Seismometergruppen in einer zweidimensionalen Flächenanordnung angeordnet sein, und verschiedene Aufzeichnungen könnten durch eine recht unterschiedliche Auswahl der für jede Aufzeichnung einzuschaltenden Einheiten gemacht werden. Mehr als eine Steuereinheit mit zugehöriger Quelle könnte verwendet werden, um einen Vermessu.igsvorgang dadurch zu beschleunigen, daß abwechselnd oder aufeinanderfolgend verschiedene Sätze von Aufzeichnungsgeräten mit einer Steuer- und Quelleneinheit eingeschaltet würden, während die andere oder anderen zu neuen Quellenpunktstellen bewegt werden.

Ein Grund für die Verwendung von 18 Bits oder 2 Bytes mit neun Bits als die Grundwortlänge bei den Feldaufzeichnungen ist die bessere Verträglichkeit mit jedem Aufzeichnungsformat eines Standardmagnetbandes mit neun Spuren, wie es allgemein bei Digitalrechnern verwendet wird. Das heißt, die Daten können leicht in ein anderes Format gebracht oder auf irgendeine Weise manipuliert werden, welche erforderlich scheint um sie der weiteren Verarbeitung durch Standardrechner und Programme, wie sie täglich verwendet werden, anzupassen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Aufzeichnen seismischer Daten, mit im Abstand voneinander angeordneten Seismometern, bei der von einem Steuerpunkt ausgesandte codierte Signale eine selektive Aufschaltung der Ausgangsgrößen der Seismometer auf eine Aufzeichnungseinrichtung gestatten, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufzeichnungseinrichtung durch einzelne bei den Seismometern (90) vorgesehene Aufzeichnungseinheiten (421 bis 441) gebildet ist, daß jede Aufzeichnungseinheit eine auf die codierten Signale ansprechende Schaltung (113, 114, 116) zum Verbinden derselben mit einer Quelle elektrischer Energie (111), ein Schieberegister (124,125) zur Aufnahme einer Folge von Aufzeichnungsidentifikationen und Aufzeichnungsparameter darstellenden Bits und ein Speicherregister (97) zur Aufnahme einer Folge von Meßwertbits aufweist.

2. Anordüung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dats für die Steuerung der A.ussendung der codierten Signale ein Programmzähler (55), ein Zeitzähler (86) und ein Zähler (61) zum Aufsteuern einer Vorausinformation vorgesehen sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähler (55. 86, 61) mit einer Matrix-Gatterschaltung (30, 31) zur Auswahl der selektiven Aufschaltung der Seismometer (90) verbunden sind.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daP die Ausgabegröße des Zählers (6!l) zum Aufsteuern der Vorausinformation durch eine Schaltkreisaliordnung (S5, 62, fai) so gesteuert wind, daß die die Aufzeichnungsidemifikationen und Aufzeichnungsparameter darstt.Ienden Bits vom Steuerpunkt (23) her langsam übertragen werden, und daß eine Schalteinrichtung (121, 123) zur schnellen Übertragung dieser Bits aus dem Schieberegister (124, 125) auf einen Aufzeichnungsträger ίο vorgesehen ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schieberegister (124,125) und das Speicherregister (97) über einen Auswahlschalter (98) mit dem Aufzeichnungsträger verbunden sind und daß dem Auswahlschalter ein Codierer (99) nachgeschaltet ist.

6. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (113, 114, 116) zum Verbinden der Aufzeichnungseinheit mit einer Quelle elektrischer Energie mit einer an einstellbare Schaltelemente (122, 123, 126) gekoppelten Signaltrenneinrichtung (117) verbunden ist.

7. Anordnung nach einem der vorstehenden M Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein».: Funkübertragung der codierten Signale vorgesehen ist.