DE2522228A1

DE2522228A1 - Aufzeichnungseinrichtung zum digitalen aufzeichnen von bei der geomagnetischen prospektion gewonnenen signalen

Info

Publication number: DE2522228A1
Application number: DE19752522228
Authority: DE
Inventors: Lucien Gerbel; Michel Waeselynck
Original assignee: Societe Nationale des Petroles dAquitaine SA
Current assignee: Societe Nationale des Petroles dAquitaine SA
Priority date: 1974-05-21
Filing date: 1975-05-20
Publication date: 1975-12-04
Also published as: FR2272442B1; FR2272442A1; OA05005A; IN142599B; CA1029441A; AU8132875A; GB1507748A; US3986207A

Description

DIETRICH LEWINSKY

H NZ-JOACHlM HUBER

REINtR PRIETSCH

MÖNCHEN 21 93m

GOTTHARDSTR.81

20. Mai 1975

SOCIETE NATIONALE DES PETROLES D'AQUITAINE TOUR AQUITAINE

92HOO Courbevoie (Frankreich)

Aufzeichnungseinrichtung zum digitalen Aufzeichnen von bei der geomagnetischen Prospektion gewonnenen Signalen

Priorität aus der französischen Patentanmeldung Nr. 7H 17806 vom 21, Mai 1974

Gegenstand der Erfindung ist eine Aufzeichnungseinrichtung zum digitalen Aufzeichnen von Signalen, die gleichzeitige Variationen des elektrischen und dee magnetischen Feldes wiedergeben, die durch das Fließen tellurischer Ströme entstehen und bei der geomagnetischen Prospektion des Untergrundes aufgenommen werden.

Es ist bekannt, daß elektromagnetische Induktionserscheinungen im Boden durch natürlich« elektromagnetische Varia-

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tionen hervorgerufen werden, deren Sitz und Ausgangspunkt unter der Erdoberfläche, in der Erdatmosphäre und in der Ionosphäre zu suchen sind. Es hat sich gezeigt, daß die Zusammenhänge, die zwischen den aufeinander senkrecht stehenden Horizontalkomponenten des elektrischen und des magnetischen Feldes an der Erdoberfläche oder in einem bestimmten Niveau im Erdinneren bestehen, ausschließlich auf den spezifischen elektrischenWiderständen des unterhalb der genannten Oberfläche oder des genannten Niveaus befindlichen Bereichs beruhen«

Als geomagnetische Prospektion des Untergrundes wird diejenige geophysikalische Prospektionsmethode bezeichnet, die darin besteht, Informationen über den spezifischen elektrischen Widerstand des Bodens in unterschiedlichen Tiefen aus gleichzeitigen, an der Erdoberfläche vorgenommenen Aufzeichnungen der Variationen einerseits des Magnetfeldes und andererseits des Erdstromfeldes zu gewinnen.

Die für die Ausübung der geomagnetischen Prospektion verwendete Anlage weist im allgemeinen einerseits einen Erdstromdetektor oder eine Gruppe von zwei Erdstromdetektoren auf (Nachweis der Komponenten des elektrischen Erdstromfeldes), die vorzugsweise in zwei zueinander senkrechten Richtungen angeordnet sind, wobei jeder der genanntenDetektoren in einer praktisch horizontal verlaufenden Ebene angebracht ist und aus zwei in einem gegenseitigen Abstand zwischen einem Mehrfachen von zehn Metern und einigen Kilometern in den Boden eingelassenenElektroden gebildet ist, wobei die genannten Elektroden die Enden einer isolierten elektrischen Leitung bilden, die als tellurische Leitung (Erdstromleitung) bezeichnet wird, und andererseits eine oder zwei oder sogar drei magnetische Detektoren (Anzeige der Komponenten des Magnetfeldes)» insbesondere ein Magnetometer, von denen zwei in Horizontalebenen liegen, und schließlich eine Registrier-

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einrichtung, die mit jedem der magnetischen Detektoren durch eine als Magnetleitung bezeichnete Leitung verbunden ist.

Die für die. Komponenten des Magnetfeldes und des Erdstromfeldes kennzeichnenden Signale haben Frequenzen, die bei erdmagnetischen Untersuchungen auf Erdöl zwischen 0,001 und 120 Hz liegen können, was zu drei Aufzeichnungsarten führt, nämlich Niederfrequenzaufzeichnungen (der Größenordnung 0,001 bis 1 Hz), Mittelfrequenzaufzeichnungen (der Größenordnung 0,3 bis 20 Hz) und Hochfrequenzaufzeichnungen (der Größenordnung 3 bis 120 Hz)·

Die üblicherweise zur Zeit benutzten Aufzeichnungsanlagen für die Aufzeichnung von erdmagnetischen Signalen im Gelände bestehen aus zwei Registriergruppen\ die eine zeichnet in Digitalform die niederfrequenten Signale auf und die andere liefert Analogaufzeichnungen der mittel- und hochfrequenten Signale» Derartige Aufzeichnungseinrichtungen sind verhältnismässig kompliziert, weil gleichzeitig Aufzeichnungsipittel für die digitale und die analoge Registrierung nebeneinander vorgesehen sein müssen. Ausserdem müssen im DatenverarbeitungsZentrum die analog aufgezeichneten Werte in digitale Daten umgewandelt werden, wodurch ein weiterer Zeitverlust entsteht und die Kosten der Datenverarbeitung anwachsen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Registriereinrichtung zu entwickeln, die im Gelände automatisch und ausschließlich digital die Signale aufzeichnet, die von den Erdstromdetektoren und den magnetischen Detektoren bei der erdmagnetischen Prospektion des Untergrundes geliefert werden, was zur Folge hat, daß die Mängel und Nachteile der bekannten Einrichtungen nicht mehr auftreten.

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Die erfindungsgemäße Einrichtung zum automatischen und ausschließlich digitalen Aufzeichnen von Signalen, die kennzeichnend sind für die Komponenten von Erdstrom- und Magnetfeldern und die von Erdstromdetektoren und magnetischen Detektoren bei der geomagnetischen Prospektion des Untergrundes geliefert werden, ist dadurch gekennzeichnet, daß sie aufweist;

- eine Analogeingangsstufe mit mindestens so vielen Verstärkergliedern, wie Erdstromdetektoren und magnetische Detektoren vorgesehen sind, wobei die den Erdstromdetektoren zugeordneten Verstärkerglieder jeweils einen Differentia lverstärker mit festem Verstärkungsgrad aufweisen, der mit dem entsprechenden Erdstromdetektor durch die zugehörige Erdstromleitung verbunden ist, während die den magnetischen Detektoren zugeordneten Verstärkerglieder jeweils einen nichtdifferentiellen Verstärker mit jeweils gemäß dem Frequenzbereich der aufzuzeichnenden Signale einstellbaren Veretärkungsgrad aufweisen, welcher Verstärker durch die zugehörige Leitung mit dem Ausgang des zugeordneten magnetischen Detektors verbunden ist,

- eine Tiefpaßfilterstufe mit soviel Tiefpaßgliedern, wie in der Analogeingangsstufe Verstärkerglieder vorgesehen sind! wobei jedes der genannten Filterglieder in Parallelschaltung ein Niederfrequenz-Tiefpaßfilter, ein Mittelfrequenz-Tiefpaßfilter und ein Hochfrequenz-Tiefpaßfilter aufweist und jedes Filter eine vorgegebene Grenzfrequenz besitzt und wobei die Eingänge jedes Tiefpaßfilters ein und desselben Filterglieds nacheinander mittels einer Umschalte inr ich tung an den Ausgang des entsprechenden Verstärkerglieds der Analogeingangsstufe gelegt werden,

- eine Analogausgangsstufe mit so vielen Verstärkern mit

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programmierbarem Grad der binären Verstärkung, wie Filterglieder vorhanden sind, wobei jeder Verstärker rait binärer Verstärkung mit dem Ausgang des entsprechenden Tiefpa&filterglieds verbunden ist und ein verstärktes Signal sowie ein Digitalsignal abgibt, das für den Augenblickswert der angewendeten binären Verstärkung kennzeichnend ist,

einen Multiplexer mit einstellbarem unterschiedlichem Abtastschritt, ausgestattet mit mindestens so vielen Eingangsknaalen, wie Verstärker mit binärer Verstärkung vorgesehen sind, wobei der Ausgang jeweils eines dieser Verstärker mit jeweils einem der Eingangskanäle des Multiplexers verbunden ist,

einen Analog-Digital-Umsetzer (A/D-Umsetzer), dessen Eingang mit dem Ausgang des Multiplexers verbunden ist und der ein eretesSignal liefert, das in Digitalform die Amplitude der von dem Multiplexer aufgenommenen Analogabtastung wiedergibt, und ein zweites Signal, das für die Adresse des Multiplexerkanals kennzeichnend ist, von dem die Abtastung stammt,

ein Verstärkungsrechenwerk, das jeweils von dem A/D-Urasetzer ausgehende Signale aufnimmt und das für jeden der Verstärker mit binärer Verstärkung den Momentanwert der Verstärkung errechnet und den genannten Verstärkern einen Befehl zur Einstellung auf optimalen Verstärkungsgrad liefert,

ein Digital-Registriersystem, das das erste Digitalsignal des A/D-Umsetzers sowie das Digitalsignal aufnimmt, das von jedem Verstärker mit binärer Verstärkung geliefert wird, und

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-s-

- einen Aufzeichnungswähler, der mit dem Multiplexer» zumindest den nichtdifferentiellen Verstärkern der Analogeingangsstufe sowie den verschiedenen Filtergliedern der .Tiefpaßfilterstufe verbunden und so eingerichtet ist, daß für jede Aufzeichnungsart, nämlich Niederfrequenz, Mittelfrequenz·und Hochfrequenz, die Wahl des Abtastschritts des Multiplexers j* des Verstärkungsgrades der nichtdifferentiellen Verstärker der Analogeingangsstufe und des geeigneten Tiefpaßfilters jedes Tiefpaßfiltergliedes gewährleistet ist»

Nach einer speziellen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Aufzeichnungseinrichtung besitzt das Digitalaufzeichnungssystem einen Digitalmultiplexer, der die Signale aufnimmt, die von dem A/D-Umsetzer abgegeben werden, sowie die Verstärkungssignale, die von jedem der Verstärker mit binärer Verstärkung abgegeben werden, ferner eine an den Ausgang des Digitalmultiplexers angeschlossene Formerschaltung, sowie eine Magnetbandahickelvorrichtung, die die Information aufnimmt, die von der Formerschaltung über einen Pufferspeicher geliefert werden.

Mit diesem DigitalaufZeichnungssystem kann eine Etikettausgabeschaltung verbunden sein, die jeder Aufzeichnung einen Unterscheidungscode voranzustellen vermag, wobei die genannte Etikettausgäbeschaltung mit dem Digitalmultiplexer des Aufzeichnungssystems in Verbindung steht.

Das Digitalaufzeichnungssystem kann auch einer Steuerschaltung zum Suchen und Auslesen zugeordnet sein, die es erlaubt, auf dem Band der Abwickelvorrichtung eine Aufzeichnung anhand der Etikettnummer zu finden, dann diese

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Aufzeichnung auszulesen oder das genannte Band in die dem Ende dieser Aufzeichnung entsprechende Lage zu bringen, wobei die genannte Baugruppe zu diesem Zweck mit dem Digitalmultiplexer und der Formersehaltung des Aufzeichnungssystems verbunden ist sowie mit dem A/D-Umsetzer, dessen Funktionen umkehrbar sind. Das hat Bedeutung für die Einstellung des Bandes für eine neue Aufzeichnung, ohne die vorhergehende Aufzeichnung zu beeinträchtigen·

Nach einer vorteilhaften Ausführungeform der erfindungsgemäßen Aufzeichnungseinrichtung besitzt der Differentialverstärker bei jedem Verstärkerglied der Analogeingangsstufe, das an einen Erdstroadetektor angeschlossen ist, einen direkten Ausgang und einen Ausgang über ein Hochpaßfilter mit vorgegebener Grenzfrequenz, und ein nichidfferentieller Verstärker, dessen Verstärkungsgrad gemäß dem Frequenzbereich der vorgenommenen Aufzeichnung einstellbar ist, ist über ein Itaschaltorgan an den direkten Ausgang des Differentialverstärkers für die Niederfrequenzaufzeichnung und an den Ausgang des Hochpaßfilterβ für die Mittel- und Hochfrequenz-Aufzeichnung angeschlossen, wobei der Ausgang des genannten nichtdifferentiellen Verstärkers an den Eingang des entsprechenden Tiefpaßfiltergliedes angeschlossen ist und die Steuerung des genannten Umschaltorgans sowie die Einstellung des Verstärkungsgrades des genannten nichtdifferentiellen Verstärkers durch den Aufzeichnungswähler vorgenommen wird, . -

Bei dieser Ausführungsform kann man auch eine etwaige Anfangsunsymmetrie der Erdstromfühler kompensieren, indem man den Eingang des genannten nichtdifferentiellen Verstärkers mit einer stabilisierten Gleichspannungsquelle verbindet (insbesondere einer Batterie oder einer durch Zenerdioden stabilisierten Gleichspannungsquelle), wobei

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diese Verbindung über einen handbetätigten Schalter oder mittels des Aufzeichnungswählers hergestellt wird.

Auf die gleiche Weise kann eine Anfangsunsymmetrie des magnetischen Detektors ausgeglichen werden, indem der Ausgang des nichtdifferentiellen Verstärkers des mit dem genannten magnetischen Detektor verbundenen Verstärkergliedes mit einer stabilisierten Spannungsquelle verbunden wird» wobei die Verbindung Über einen von Hand oder durch den Aufzeichnungewähler betätigten Schalter vorgenommen wird»

Obwohl die Art der Tiefpaßfilter, die das Tiefpaßfilterglied in der erfindungsgemäßen Aufzeichnungseinrichtung bildenι keine besondere Bedeutung hat, handelt es sich bei den genannten Tiefpaßfiltern zweckmässigerweise um aktive Filter, d,h., um Filter, deren Kreise keine Induktivitäten enthalten und mit Rechenyerstärkern arbeiten·

Die erfindungsgemäße Aufzeichnungsanlage kann unter Umständen mit einer Serie von Bandfiltern ausgestattet sein, um Signale mit der Frequenz von 50 oder 60 Hz auszuschalten oder zu schwächen, wobei diese Filter an den Ausgang jedes Verstärkerglieds in den Analogeingangsstufen und vor die Umschaltmittel geschaltet sind, die jedem entsprechenden Filterglied zugeordnet sind.

Die Erfindung läßt sich besser anhand der nachstehenden Beschreibung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen digitalen Aufzeichnungseinrichtung durch die die Erfindung nicht eingeschränkt sein soll und in Verbindung mit den Zeichnungen erläutern, die folgendes darstellen:

Fig» 1 ein Blockdiagramm der genannten Aufzeichnungsanlage;

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Fig, 2 ein Blockschaltbild eines Verstärkungsgliedes der Analogeingangsstufe, verbunden mit dem Ausgang eines Erdstromdetektors durch die zugehörige Erdstromleitung}

Fig. 3 ein Schaltschema eines Verstärkergliedes der Analogeingangsstufe, verbunden mit dem Ausgang eines magnetischen Detektors}

Fig. 4 eine schematische Schaltung eines Digitalverstärkers der Analogausgangsstufe;

Fig, 5 ein Blockdiagramm eines Rechenwerks und Binärverstärkungs-Einstellgruppe der binär verstärkenden Verstärker der Analogausgangsstufe der Aufzeichnungseinrichtung.

Die Aufzeichnungsanlage nach Fig. 1 enthält eine Analogeingangsstufe 1, die zwei Verstärkerglieder 2a und 2b umschließt, die jeweils an den Ausgang eines nicht gezeichneten Erdstromdetektors über zwei Leitungsdrähte der entsprechenden Erdstromleitung angeschlossen sind, und zwar die Leitungsdrähte 3a und 3a · bei dem Verstärkerglied 2a und die Leitungsdrähte 3b und 3b¹ bei dem Verstärkerglied 2b, sowie zwei Verstärkerglieder 4a und 4b, die jeweils mit dem Ausgang eines nicht gezeichneten magnetischen Detektors durch die zugehörigen Leitungen 5a und 5b verbunden sind. Die Ausgänge der Verstärkerglieder der Analogeingangsstufe, im vorliegenden Fall die Ausgänge 6a und 6b der Verstärkerglieder 2a und 2b, und die Ausgänge 7a und 7b der Verstärkerglieder 4a und 4b sind jeweils über einen Dreiwegeschalter 8a bzw, 8b bzw, 8c bzw, 8d an ein Tiefpaß-Filterglied 9a bzw, 9b bzw. 9c bzw, 9d·einer Tiefpaßfilter-

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gruppe 10 angeschlossen. Jedes TiefpaßfiBergÜed 9a bzw. 9b bzw. 9c bzw, 9d enthält ein Niederfrequenz-Tiefpaßfilter 11a bzw. 11b bzw, lic bzw, lld, ein Mittelfrequenz-Tiefpaßfilter 12a, bzw. 12b bzw. 12c bzw. 12d und ein Hochfrequenz-Tiefpaßfilter 13a bzw. 13b bzw. 13c bzw. 13d. Die Filtereingänge jedes Tiefpaß-Filtergliedes sind mit dem Dreiwegeumschalter verbunden, der dem genannten Filterglied zugeordnet ist. Die Ausgänge der Tiefpaß-Filterglieder, nämlich IHa bzw. IHb b-zw. mc bzw. 14d sind jeweils mit einem zugehörigen Verstärker mit binärer Verstärkung 15a bzw. 15b bzw. 15c bzw» 15d verbunden, und diese Verstärker mit binärer Verstärkung bilden die Analogausgangsstufe 16, Der Ausgang jedes Verstärkers mit binärer Verstärkung, nämlich 17a bzw. 17b bzw, 17c bzw, 17d, ist mit einem Eingangskanal eines Multiplexers 18 verbunden, dessen Abtastschritt durch Teilung der Frequenz des diesem Multiplexer zugeordneten zentralen Taktgebers einstellbar ist und dieser Multiplexer speist einen Analog-Digital-Umsetzer (A/D-Umsetzer) 19 mit Analogabtastungen} der A/D-Umsetzer 19 besitzt einen ersten Ausgang 20 für die Digitalabtastungen und einen zweiten Ausgang 21 für ein die Adresse des Multiplexerkanals, der die Abtastung liefert, kennzeichnendes Signal. Die Ausgänge des A/D-Umsetzers sind an den Eingang eines Rechenwerks 22 für das Berechnen und Einstellen des Verstärkungsgrades der Verstärker mit binärer Verstärkung geführt, und dieses Rechenwerk gibt über die Leitungen 23a bzw, 2 3b bzw, 23c bzw. 23d an jeden Verstärker mit binärer Verstärkung einen Befehl zur Einstellung der optimalen Verstärkung, Der A/D-Verstärker ist ausserdem an ein Digitalaufzeichnungssystem 24 angeschloßen, das einen Digitalmultiplexer 25 enthält, der mit einer Formerschaltung 26 verbunden ist, die ihrerseits über einen Pufferspeicher 28 mit einer Bandabwickelvorrichtung 27 verbunden ist, wobei diese Verbindung durch die Verbindung des Ausgangs 20 des genannten A/D-Umsetzers

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mit dem Eingang des Digitalmultiplexers des Digitalaufzeichnungssysterns herbeigeführt ist» Der genannte Digitalmultiplexer empfängt ausserdem von jedem der Verstärker mit binärer Verstärkung ein Signal 29a bzw. 29b bzw. 29c bzw. 29d, das für den jeder Digitalabtastung zuzuordnenden Wert der binären Verstärkung kennzeichnend ist.

Eine Etikettausgabeschaltung 30 ist an den Digitalraultiplexer angeschlossen, und diese Schaltung, die von Hand oder automatisch gesteuert wird, kann jeder Aufzeichnung einen Unterscheidungscode vorausschicken.

Eine Such- und Lesesteuergruppe 31, die mit de» A/D-Umsetzer durch eine Leitung 32, mit dem Digitalmultiplexer durch eine Leitung 33 und mit der Formerschaltung durch eine Leitung 3U verbunden ist, gestattet das Lesen der verschiedenen auf dem Band der Abwickelvorrichtung 27 aufgezeichneten Etiketten und das Einstellen des genannten Bandes auf eine festgelegte Etikettnummer» dann das Dekodieren dieses Bandes Zeichen für Zeichen und Spur für Spur und das Einstellen des Bandes nach der letzten Aufzeichnung vor dem Beginn neuer Messungen in eine Position, in der die kommende Aufzeichnung die vorhergehenden Aufzeichnungen nicht beeinträchtigt.

Ein Aufzeichnungswähler 35, der mit dem Multiplexer 18 durch eine Leitung 36, mit jedem Verstärkerglied der Analog-Eingangsstufe durch eine Leitung 37uid mit den an den Eingang der Tiefpaß-Filterglieder gelegten Umschaltern durch eine Leitung 38 verbunden ist, erlaubt für jede gewählte Aufzeichnungsart (Niederfrequenz, Mittelfrequenz, Hochfrequenz) die Wahl des Abtastschritts des Multiplexers 18, des Verstärkungsgrades jedes Verstärkergliedes der Analogeingangsstufe 1 und des Tiefpaßfilters jedes Tiefpaß-Filtergliedes der Tiefpaßfilterstufe 10.

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Das Blockschaltbild in Fig. 2 bezieht sich mit seinem Verstärkerglied der Analogeingangsstufe, das einem Erdstromdetektor zugeordnet ist, auf das Glied 2a. Die Leitungsdrähte 3a und 3a¹ der Erdstromleitung, die das genannte Glied mit dem entsprechenden, nicht gezeichneten Erdstromdetektor verbinden, sind an jeweils einen Eingang eines Differentialverstärkers in mit feststehenden Verstärkungsgrad geführt; der Ausgang dieses Verstärkers ist mit einem Umschalter Hl für zwei Stellungen verbunden, der durch das Signal 37 gesteuert wird, das von dem in Fig. 1 gezeichneten Wähler 35 geliefert wird. Diese Verbindung erfolgt entweder unmittelbar über eine Leitung 42 (bei Niederfrequenzaufzeichnung) oder indirekt mittels einer Leitung 43 über ein Hochpaßfilter 44, dessen Grenzfrequenz so gewählt ist, daß der niederfrequente Teil des über die Leitung 4 3 laufenden Signals ausgeschaltet wird (bei Mittel- und Hochfrequenzaufzeichnung). Der Umschalter ¹H ist mit einem Verstärker 45 mit entsprechend der gewählten Aufzeichnungsart einstellbarem Verstärkungsgrad verbunden, wobei die Variation des Verstärkungsgrades ebenfalls von dem von dem Wähler 35 ausgehenden Signal 37 gesteuert wird. Auf den Verstärker 45 folgt ein Unterdrückungsfilter 46, das zum Ausscheiden des Signalteils mit der Frequenz 50 oder 60 Hz dient, und der Ausgang dieses Filters bildet den Ausgang 6a des Verstärkergliedes 2a. Eine stabilisierte Gleichspannungsquelle 47 kann an den Eingang des nichtdifferentiellen Verstärkers 45 über einen nicht gezeichneten, handbetätigten Umschalter gelegt werden, um eine etwaige Unsymmetrie des dem Verstärkerglied 2a zugeordneten Erdstromdetektors ausgleichen zu können.

Gemäß Fig. 3, die Einzelheiten des Verstärkerglieds 4a der an einen magnetischen Detektor angeschlossenen Analogeingangsstufe wiedergibt, verbindet die Leitung 5a den Ausgang des genannten Detektors mit dem Eingang eines nicht-differen-

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tiellen Verstärkers 50, dessen Verstärkungsgrad auf einen von drei Werten, je nach der gewählten Aufzeichnungsart (Niederfrequenz, Mittelfrequenz, Hochfrequenz) eingestellt werden kann, indem einer von drei Gegenkopplungswiderständen 51, 52, 53 über einen jewdls zugeordneten Schalter 54, 55, 5 geschaltet wird, dessen Betätigung durch einen durch das von dem Aufzeichnungswähler 35 ausgehende Signal 37 gesteuert wird. Am Ausgang des Verstärkers 50 liegt ein Bandfilter 58,.das dazu dient, aus dem verstärkten Signal den Teil mit einer Frequenz von 50 Hz zu entfernen. Eine stabilisierte Gleichspannungsquelle 5 9 kann ebenfalls an den Ausgang des Verstärkers 50 über einen nichtgezeichneten handbetätigten Umschalter angeschlossen werden, um eine etwaige Unsymmetrie des an das Verstärkerglied 4a angeschlossenen magnetischen Detektors auszugleichen.

Die Verstärker 15a, 15b, 15c, 15d mit einstellbarer binärer Verstärkung, die die Analogausgangsstufe 16 bilden,werden im einzelnen anhand der Fig. 4 beschrieben, die den schematischen Aufbau des Verstärkers 15a wiedergibt. Dieser Verstärker 15a weist einen eigentlichen Verstärker 60 auf, der durch eine Leitung 14a an den Ausgang des Tiefpaß-Filtergliedes 9a der Tiefpaß-Filterstufe 10 angeschlossen ist, und der variable Verstärkungsgrad dieses Verstärkers 60 wird durch Umschalten eines der Widerstände 61, 62, 63, 64 mittels eines jeweils zugeordneten Ausschalters 6 5, 66, 67, 68 erzielt, der von einem Schalter 69 betätigt wird, der von der Rechen-.schaltung 22 zum Rechnen des Verstärkungsgrades über die Leitung 2 3a gesteuert wird. Die Widerstände 61, 62, 63, 64 und der Widerstand 70 sind so vorbestimmt, daß der Verstärkungsgrad des Verstärkers 60 gleich 1 ist, wenn keiner der Widerstände 61, 62, 63, 64 eingeschaltet ist, und nimmt die Werte 2 bzw, 4 bzw. 8 bzw. 16 an, wenn die Widerstände 61 bzw. 62 bzw. 6 3 bzw, 64 angeschlossen sind. Die Einschaltung

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- ΠΑ -

jedes der Widerstände 61 bis 64 wird über eine zugeordnete Leitung 71, 7 2, 73, 7 H durch eine bistabile Kippschaltung 75 angezeigt, die ein Signal 29a abgibt, das für die Adresse des eingeschalteten Widerstands und damit den binären Verstärkungswert kennzeichnend ist; dieses Signal wird dem Multiplexer 25 zugeleitet, der· einen Teil des Aufzeichnungssystems m bildet. Der Ausgang des Verstärkers 60 bildet den Ausgang 17a des Verstärkers 15a mit binärer Verstärkung, der an den Multiplexer 18 angeschlossen ist.

Wie in Fig, 5 schematisch dargestellt, weist die Rechenschaltung 22 zum Rechnen und zum Einstellen des Verstärkungsgrades des Verstärkers mit binärer Verstärkung der Analogausgangsstufe 16 einen Digitalkomparator 80 auf, der an ein umlaufendes Speicherelement 81 angeschlossen ist. Der Eingang des Digitalkomparators ist mit dem ersten Ausgang 20 des A/D-Umsetzers 19 verbunden, während ein erster Eingang des umlaufenden Speicherelements unmittelbar mit dem zweiten Ausgang (Ausgang 21) des Umsetzers und ein zweiter Eingang mit dem Ausgang des Digitalkomparators über eine Leitung 82 verbunden ist. Der Ausgang des Elements 81 ist mit der Verstärkungseinstellung jedes der Verstärker mit binärer Verstärkung 15a, 15b, 15c, 15d der Ausgangsstufe 16 mittels jeweils zugeordneter Leitungen 2 3a, 2 3b, 2 3c, 23d verbunden.

Der Digitalkomparator 80 gewichtet jede Digitalabtastung, die ihm von dem A/D-Umsetzer zugeführt wird auf den Verstärkungsgrad 1 und bestimmt den Verstärkungsgrad, der angewendet werden muß, um am Eingang des entsprechenden Kanals des Multiplexers 18 ein Signal passender Amplitude zu erhalten, und überträgt dann auf den Speicher des Elements 81 die Anzeige des so bestimmten Verstärkungsgrades. Ausser dieser Anzeige des Verstärkungswertes, die von dem Digitalkomparator ausgeht, nimmt der umlaufende Speicher noch von

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dem A/D-Umsetzer 19 die Adresse des Multiplexerkanals
auf, von dem die auf den Digitalkomparator übertragene
Digitalabtastung herrührt. Das Element 81 identifiziert
dann den dem Kanal des Multiplexers 18 zugehörigen Verstärker mit binärer Verstärkung, der der aufgenommenen Adresse
entspricht und gibt an den genannten Verstärker über die
zugehörige Leitung einen Befehl zum Übergang auf den
Verstärkungsgrad, der dem von dem Digitalkomparator bestimmten Wert entspricht.

Wenn beispielsweise die Digitalabtastung von dem Kanal 17a, der dem Verstärker 15a mit binärer Verstärkung entspricht,
herrührt, so identifiziert das Element 81 den genannten Verstärker aus der von dem A/D-Umsetzer gelieferten Adresse und sendet diesem Verstärker 15a mit binärer Verstärkung über
die zugehörige Leitung 23a einen Befehl für den Schalter 6 9 des genannten Verstärkers, um den richtigen Widerstand einzuschalten, z.B. den Widerstand 62, wenn der Verstärkungsgrad auf den Wert U übergehen soll.

Die obenbeschriebene digitale Aufzeichnungsanlage arbeitet
folgendermaßen;

Zunächst werden die nicht gezeichneten Erdstromdetektoren
über die Erdstromleitungen 3a, 3a' und 3b, 3b¹ an die zugeordneten Verstärkerglieder 2a und 2b angeschlossen, während die ebenfalls nicht gezeichneten magnetischen Detektoren
über die Leitungen 5a und 5b an die Verstärkerglieder Ha
und 4b der Analogeingangsstufe 1 angeschlossen werden,

An dem Aufzexchnungswähler 35 wird die gewünschte Aufzeichnungsart (Niederfrequenz, Mittelfrequenz, Hochfrequenz)
angegeben. Im folgenden wird angenommen, daß eine Niederfrequenzaufzeichnung erfolgen soll. Der Wähler 35 wählt dann

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den Abtastungsschritt des Multiplexers 18 und schaltet einerseits die Niederfrequenz-Tiefpaßfiler 9a, 9b, 9c und 9d der Tiefpaßfilterstufe 10 über die zugehörigen Schalter 8a, 8b, 8c und 8d und andererseits die Kreise der Verstärkerglieder 2a, 2b, 4a und 4b der Analogeingangsstufe 1, die der Niederfrequenzaufzeichnung entsprechen,

Die von den verschiedenen Erdstromdetektoren und magnetischen Detektoren herrührenden Signale durchlaufen nacheinander das Verstärkerglied 2a bzw. 2b bzw. Ha bzw. 4b, danach die entsprechenden Niederfrequenz-Tiefpaßfilter 11a bzw, 11b bzw* lic bzw. lld und gelangen zu dem zugehörigen Verstärker mit binärer Verstärkung 15a bzw, 15b bzw. 15c bzw. 15d der Analogausgangsstufe 16, wobei der Verstärkungsgrad jedes Verstärkers mit binärer Verstärkung zu Beginn des Vorgangs auf den Wert 1 festgelegt ist (keiner der Widerstände 61, 62, 6 3 oder 64 eingeschaltet).

Die von den Verstärkern mit binärer Verstärkung 15a bzw. 15b bzw. 15c bzw, 15d über die Leitungen 17a bzw. 17b bzw. 17c bzw, 17d abgegebenen Analogsignale werden von dem Multiplexer 16 periodisch mit dem Abtastschritt abgetastet, der von dem Aufzeichnungswähler vorgeschrieben wurde, wobei jeder Abtastzyklus zwei Phasen umfaßt. In einer ersten Phase werden die vier Analogabtastungen, die jeweils von dem Multiplexer 18 aufgrund des Ausgangssignals eines der auf den Wert 1 eingestellten Verstärkers mit binärer Verstärkung abgenommen sind und von dem A/D-Umsetzer in digitale Abtastungen umgewandelt sind, zugleich mit dem Signal 21, das die Adresse des Eingangskanals des Multiplexers, von dem die Abtastung herrührt, kennzeichnet, in die Rechenschaltung 22 für die Verstärkungsrechnung geleitet. Diese Rechenschaltung vergleicht den Digitalwert jeder der vier Abtastungen mit einem vorgegebenen Wert (im vollen oder halben Maßstab), was der Gewinnung eines

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Signals geeigneter Amplitude am Eingang des Multiplexers 18 entspricht, um das richtige Arbeiten des Multiplexers zu gewährleisten.

Am Ende dieses Vergleichs bestimmt die Baugruppe zur Verstärkungsrechnung für jeden Verstärker mit binärer Verstärkung 15a, 15b, 15c, 15d, welcher der Widerstände vom Typ 61, 62, 63, 64 angeschlossen werden muß, um den richtigen Verstärkungsgrad zu erzielen und steuert über die zugehörige Leitung 2 3a, 23b, 23c, 23d den Umschalter vom Typ 69, der den richtigen Widerstand anschließt, indem er den entsprechenden Schalter betätigt. Wenn beispielsweise der Wert der Verstärkung des Verstärkers 15a mit binärer Verstärkung auf den Wert "4" eingestellt werden soll, so gibt die Rechenschaltung 22 über die Leitung 23a ein Steuersignal an den Umschalter 69, damit dieser den Widerstand 6 2 anschließt, indem der Schalter 66 geschlossen wird. Das Anschliessen des Widerstands, der der binären Verstärkung entspricht, die von der Rechenschaltung 22 für jeden der Verstärker 15a, 15b, 15c, 15d vorgeschrieben ist, wird von der dem System 75 für den Verstärker 15a entsprechenden bistabilen Schaltung angezeigt, und ein diesem Wert der binären Verstärkung entsprechendes Signal wird über die Leitungen 29a, 29b, 29c, 29d von dem jeweiligen Verstärker 15a, 15b, 15c, 15d abgegeben.

In der zweiten Phase der Abtastphase, die einige hundert Mikrosekunden nach der ersten Phase abüäift, um die Stabilisierung der von der Rechenschaltung 22 auf optimale Verstärkung eingestellten Verstärker mit binärer Verstärkung vorzunehmen, nimmt der Multiplexer eine zweite Serie von Analogabtastungen auf, die nach ihrer Umwandlung in Digitalabtastungen über die Leitung 20 dem Dxgitalmultiplexer 25 des Aufzeichnungssystems 24 zugeführt werden, und dieser Digitalmultiplexer empfängt ausserdem über die Leitungen 29a, 29b,

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29c, 29d den der jeweiligen Abtastung entsprechenden Wert der binären Verstärkung, Von dem Digitalmultiplexer25 aus werden die digitalen Abtastungen und die ihnen entsprechenden Werte der binären Verstärkung in die Formerschaltung 26 übertragen, wo sie in Form von Blöcken vorgegebener Länge angeordnet werden, bevor sie über den Pufferspeicher 28 auf die Magnetbandabwickelvorrichtung 2 7 gegeben werden. Der Pufferspeicher steuert den Start der Magnetbandabwickelvorrichtung und verhindert auf diese Weise jegliche Unterbrechung bei der Aufzeichnung auf dem Magnetband in der Magnetbandabwickelvorrichtung 27.

Die Etikettausgabeschaltung 30 wird zu Beginn und am Ende der Aufzeichnung betätigt und überträgt auf den Digitalmultiplexer 25 eine Folge von Digitalinformationen, die einen Unterseheidungscode für diese Aufzeichnung bilden. Der Multiplexer überträgt diese Informationen auf die Formerschaltung 26,die sie nach dem Formen über den Pufferspeicher auf die Magnetbandvorrichtung leitet.

Die Etikettausgabeschaltung kann von Hand oder automatisch gesteuert werden. Im letzteren Fall kann die Steuerungsfolge von dem Wähler 35 geliefert werden.

Der genannte Unterscheidungscode besteht aus einem Block der gleichen Größe wie die Informationsblöcke und trägt eine Aufzeichnungsnummer sowie verschiedene Angaben, die eine vorbestimmte Zahl von Malen wiederholt werden und durch Nullen ergänzt werden, um den üblichen Umfang von Informationsblöcken zu erreichen. Die Aufzeichnungszahl beginnt bei einem neuen Band mit 1 und sie wird automatisch durch die Etikettausgabeschaltung um eine Einheit erhöht, jeweils wenn eine neue Aufzeichnung beginnt. Was die übrigen Angaben des Unterscheidungscodes betrifft, so können sie sich unter anderem auf den Zeitpunkt der Aufzeichnung und auf die Beschreibung der geo-

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physikalischen Apparatur beziehen (Zahl der Erdstromleitungen und/oder der Magnetometer, ...), was es erlaubt, bei der Auswertung des Bandes die Herstellung von Lochkarten zu vermeiden, wenn man zu den im Gelände aufgenommenen tatsächlichen Signalen gelangen will.

Wenn man eine Aufzeichnung auf dem Band wiederfinden will, bringt man einfach ihre Nummer in die Schaltung 31 zum Steuern und Auslesen ein und diese Schaltung steuert dann das Band in der Bandabwickelvorrichtung 27, anschliessend das Auslesen der Aufzeichnungsnummernbis zu der gesuchten Nummer, die dann zur Kontrolle in der Schaltung 31 angezeigt wird. Dann kann die Baugruppe 31 veranlaßt werden, die Abwickelvorrichtung 27 so zu betätigen, daß dasBand automatisch an das Ende der gesuchten Aufzeichnung geführt wird. Das ist besonders günstig, um das Band für eine neue Aufzeichnung in die richtige Lage zu bringen, denn man ist nun sicher, daß die neue Aufzeichnung die vorhergehenden Aufzeichnungen nicht stören kann.

Durch Anzeige der Aufzeichnungsart "Mittelfrequenz¹¹ oder "Hochfrequenz" wählt der genannte Wähler den Mittelfrequenzoder Hochfrequenzabtastschritt des Multiplexers 18 und schaltet gleichzeitig einerseits die MitteIfrequenz- oder Hochfrequenzkreise der Verstärkerglieder 2a, 2b, 4a und 4b der Analogeingangsstufe 1 und andererseits die Tiefpaßfilter 12a, 12b, 12c und 12d (Mittelfrequenz) oder 13a, 13b, 13c und 13d (Hochfrequenz) der Tiefpaßfilterglieder 9a, 9b, 9c und 9d der Filterstufe 10 und man erhält in diesem Falle die entsprechende Mittelfrequenz- oder Hochfrequenz-Digitalaufzeichnung.

Patentansprüche:

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Claims

Pat entansprüche

I₀) Einrichtung zum automatischen und ausschließlich digitalen Aufzeichnen von Signalen, die kennzeichnend sind für die Komponenten von Erdstrom- und Magnetfeldern und die von Erdstromdetektoren und magnetischen Detektoren bei der geomagnetischen Prospektion des Untergrundes geliefert werden, dadurch gekennzeichnet, daß sie aufweist:

- eine Analogeingangsstufe mit mindestens so vielen Verstärkergliedern, wie Erdstromdetektoren und magnetischen Detektoren vorgesehen sind, wobei die den Erdstromdetektoren zugeordneten Verstärkerglieder jeweils einen Differentialverstärker mit festem Verstärkungsgrad aufweisen, der mit dem entsprechenden Erdstromdetektor durch die zugehörige Erdstromleitung verbunden ist, während die den magnetischen Detektoren zugeordneten Verstärkerglieder .jeweils einen nichtdifferentiellen Verstärker mit jeweils gemäß dem Frequenzbereich der aufzuzeichnenden Signale einstellbaren Verstärkungsgrad aufweisen, welcher Verstärker durch die zugehörige Leitung mit dem Ausgang des zugeordneten magnetischen Detektors verbunden ist,

- eine Tiefpaßfilterstufe mit soviel Tiefpaßfiltergliedern, wie in der Analogeingangsstufe Verstärkerglieder vorgesehen sind, wobei jedes der genannten Filterglieder in Parallelschaltung ein Niederfrequenz-Tiefpaßfilter, ein Mittelfrequenz-Tiefpaßfilter und ein Hochfrequenz-Tiefpaßfilter aufweist und jedes Filter eine vorgegebene Grenzfrequenz besitzt und wobei die Eingänge jedes Tiefpaßfilters ein und desselben Filterglieds nacheinander

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mittels einer Umschalteinrichtung an den Ausgang des entsprechenden Verstärkerglieds der Analogeingangsstufe gelegt werden,

eine Analogausgangsstufe mit so vielen Verstärkern mit programmierbarem Grad der binären Verstärkung, wie Filterglieder vorhanden sind, wobei jeder Verstärker mit binärer Verstärkung mit dem Ausgang des entsprechenden Tiefpaßfilterglieds verbunden ist und ein verstärktes Signal sowie ein Digitalsignal abgibt, das für den Augenblick swert dfer angewendeten binären Verstärkung kennzeichnend ist,

einen Multiplexer mit einstellbarem unterschiedlichem Abtastschritt, ausgestattet mit mindestens so vielen .Eingangskanälen, wie Verstärker mit binärer Verstärkung vorgesehen sind, wobei der Ausgang jeweils eines dieser Verstärker mit jeweils einem der Eingangskanäle des Multiplexers verbunden ist,

einen Analog-Digital-Umsetzer (A/D-Umsetzer),. dessen Eingang mit dem Ausgang des Multiplexers verbunden ist und der ein erstes Signal liefert, das in Digitalform die Amplitude der von dem Multiplexer aufgenommenen Analogabtastung wiedergibt, und ein zweites Signal, das für die Adresse des Multiplexerkanals kennzeichnend ist, von dem die Abtastung stammt, ein Verstärkungsrechenwerk, das jeweils von dem A/D-Umsetzer ausgehende Signale aufnimmt und das für jeden Verstärker mit binärer Verstärkung den Momentanwert der Verstärkung errechnet und den genannten Verstärkern einen Befehl zur Einstellung auf optimalen Verstärkungsgrad liefert,

ein Digital-Re'gistriersystem, das das erste Digitalsignal des A/D-Umsetzers sowie das Digitalsignal aufnimmt,

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das von jedem Verstärker mit binärer Verstärkung geliefert wird, und

einen Aufzeichnungswähler, der mit dem Multiplexer, zumindest den nichtdifferentiellen Verstärkern der Analogeingangsstufe sowie den verschiedenen Filtergliedern der Tiefpaßfilterstufe verbunden,und so eingerichtet ist, daß für jede Aufzeichnungsart, nämlich Niederfrequenz, Mittelfrequenz und Hochfrequenz, die Wahl des Abtastschritts des Multiplexers, des Verstärkungsgrades der nichtdifferentiellen Verstärker der Analogeingangsstufe und des geeigneten Tiefpaßfilters jedes Tiefpaßfiltergliedes gewährleistet ist.

2, Aufzeichnungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das DigitalaufZeichnungssystem einen Digitalmultiplexer aufweist, der die Signale aufnimmt, die von dem Analog-Digital-Umsetzer abgegeben werden, sowie die Verstärkungssignale, die von jedem der Verstärker mit binärer Verstärkung abgegeben werden, ferner eine an den Ausgang des Digitalmultiplexers angeschlossene Formerschaltung, sowie eine Magnetbandabwicke!vorrichtung, die die Informationen aufnimmt, die von der Formerschaltung über einen Pufferspeicher geliefert werden.

3, Aufzeichnungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ausserdem eine Etikettausgabeschaltung vorgesehen ist, die jeder Aufzeichnung einen Unterscheidungscode voranzustellen vermag, und daß diese Baugruppe mit dem Digitalmultiplexer des Aufzeichnungssystems in Verbindung steht.

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, Aufzeichnungseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ausserdem eine Steuerschaltung zum Suchen und Auslesen vorgesehen ist, die es erlaubt, auf dem Band der Abwickelvorrichtung eine Aufzeichnung anhand ihrer Etikettnummer zu finden, dann diese Aufzeichnung auszulesen oder das Band in die dem Ende dieser Aufzeichnung entsprechende Lage zu bringen, wobei die genannte Baugruppe zu diesem Zweck mit dem Digitalmultiplexer und der Formerschaltung des Aufzeichnungssystems und dem Analog-Digital-Umsetzer verbunden wird.

Aufzeichnungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Differentiälverstärker bei jedem Verstärkerglied der Analogeingangsäufe, das an einen Erdstromdetektor angeschlossen ist, einen direkten Ausgang und einen Ausgang über ein Hochpaßfilter mit vorbestimmter Grenzfrequenz aufweist, und ein nichtdifferentieller Verstärker, dessen Verstärkungsgrad gemäß dem Frequenzbereich der vorgenommenen Aufzeichnung einstellbar ist, über ein Umschaltorgan an den direkten Ausgang des Differentialverstärkers für die Niederfrequenzaufzeichnung und an den Hochpaßfilterausgang für die Mittelfrequenz- und Hochfrequenzaufzeichnung angeschlossen ist, wobei der Ausgang des genannten nichtdifferentiellen Verstärkers an den Eingang des entsprechenden Tiefpaßfiltergliedes angeschlossen ist und die Steuerung des genannten Umschaltorgans und die Einstellung des Verstärkungsgrades des genannten nichtdifferentiellen Verstärkers über den Aufzeichnungswähler vorgenommen wird.

6. Aufzeichnungseinrichtung nach einem der Ansprüche Ibis 5,

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- 2h -

dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefpaßfilter der Tiefpaßfilterstufe aus aktiven Filtern bestehen.

7, Aufzeichnungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Unterrückungsfilter, das die Signale mit der Frequenz 50 oder 60 Hz ausschalten soll, am Ausgang jedes Verstärkergliedes der Analogeingangsstufe vorgesehen ist.

8. Aufzeichnungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine stabilisierte Gleichspannungsquelle über einen Umschalter mit dem Eingang des nichtdifferentiellen Verstärkers des Verstärkergliedes der Analogeingangsstufe verbunden ist, das an einen Erdstromdetektor angeschlossen ist und daß die Steuerung der Umschaltung der Spannungsquelle von Hand oder durch den Aufzeichnungswähler vorgenommen wird.

9, Aufzeichnungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine stabilisierte Gleichspannungsquelle über eine Leitung mit dem Ausgang des nicht-differentiellen Verstärkers des Verstärkergliedes der Analogeingangsstufe verbunden ist, das an einen magnetischen Detektor angeschlossen ist, und daß die Steuerung der Umschaltung der Spannungsquelle von Hand oder mittels des Aufzeichnungswählers vorgenommen wird.

10, Aufzeichnungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,

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dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zum Rechnen und zum Einstellen des Verstärkungsgrades der Verstärker mit binärer Verstärkung einerseits einen Digitalkomparator aufweist, der an einen ersten Ausgang des Analog-Digital-Umsetzers angeschlossen ist, welcher Komparator aus jeder von dem Umsetzer aufgenommenen Digitalabtastung den Wert der Verstärkung bestimmt, um am Eingang des Multiplexers, der der Adresse der Abtastung entspricht, ein Signal geeigneter Amplitude zu erhalten und ein Ausgangssignal abzugeben, das für den genannten Wert kennzeichnend ist und andererseits ein umlaufendes Speicherelement mit einem ersten Eingang, der das Ausgangssignal des Digxtalkomparators aufnimmt, und einem zweiten Eingang, der unmittelbar mit dem zweiten Eingang des Analog-Digital-Umsetzers verbunden ist und schließlich einem Ausgang in Verbindung mit dem Einstellsystem für den Verstärkungsgrad jedes Verstärkers mit binärer Verstärkung, wobei der genannte Speicher den Verstärker mit binärer Verstärkung identifiziert, der dem Eingang des Multiplexers zugeordnet ist, von wo die Abtastung ausgeht, die von dem Digitalkomparator aufgenommen ist und dem System zum Einstellen des Verstärkungsgrades des- genannten, auf diese Weise gekennzeichneten Verstärkers einen Befehl zum Obergang auf den Verstärkungsgrad übermittelt, der dem durch den Digitalkomparator bestimmten Wert entspricht.

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