DE2523694A1 - Ladungs-differenz-verstaerker fuer seismische schleppstraenge - Google Patents

Ladungs-differenz-verstaerker fuer seismische schleppstraenge

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DE2523694A1 DE19752523694 DE2523694A DE2523694A1 DE 2523694 A1 DE2523694 A1 DE 2523694A1 DE 19752523694 DE19752523694 DE 19752523694 DE 2523694 A DE2523694 A DE 2523694A DE 2523694 A1 DE2523694 A1 DE 2523694A1
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Description

Whitehall Corporation Dallas, Texas / USA
Ladungs-Differenz-Verstärker für seismische Schleppstränge
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Ladungs-Verstärkerschaltungen zur Verwendung mit kapazitiven oder Kondensator-Wandlern, die beispielsweise in einer geschleppten Unterwassermikrophon-Anordnung angeordnet sind, wie z.B. in seismischen Schleppsträngen oder in U-Boot-Abwehr-Schleppsträngen oder ähnlichem und insbesondere auf einen Ladungs-Differenzverstärker zur Verwendung bei seismischen Schleppsträngen oder bei U-Boot-Abwehr-Anwendungen unter Verwendung von geschleppten Unterwassermikrophon-Anordnungen für eine passive Unterwasser-Erfassung und Peststellung von Gegenständen, wobei die Unterwassermikrophone lange verdrillte Leitungspaare oder Leiter zur Übertragung durch den Schleppstrang hindurch zu Signalverarbeitungsstationen an Bord eines Schiffes ansteuern.
Es wurde bereits eine große Anzahl von seismischen Unterwasser-Erfassungs- und Peststellungssträngen entwickelt, um seismische Untersuchungen von terrestrischen unter der Oberfläche liegenden Strukturen unter dem Meeresspiegel durchzuführen. Allgemein schlossen derartige seismische Unterwasser-Schleppstränge ein Einführungskabel und eine lange Reihe von in Reihe geschalteten aktiven Schleppstrangabschnitten ein, die üblicherweise jeweils
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ORIGINAL INSPECTED
aus einem ölgefüllten Kunststoffrohr gebildet sind, das eine Anordnung von Unterwassermikrophonen, Zugseilen, Abstandshaltern, Transformatoren und mechanischen und elektrischen Leitungen oder Seilen umgibt, wie dies beispielsweise in den US-Patentschriften 2 465 699 und 3 371 739 beschrieben ist. Weiterhin sind in vielen Fällen inaktive Schleppstrangabschnitte in die Reihe von in Reihe geschalteten sog. "aktiven" Abschnitten eingefügt, die die auf Schalldruck ansprechenden Unterwassermikrophone enthalten. Derartige seismische Unterwasser-Schleppstränge können in vielen Fällen eine Länge von 1,5 oder 2 km oder mehr aufweisen, wobei ein typisches Schleppstrangsystem beispielsweise eine Länge von 2,15 km aufweisen kann und wobei jeder Abschnitt eine typische Länge von 30 Metern oder mehr aufweist. Während seismischer Beobachtungs- oder Erforschungsarbeiten werden derartige Schleppstränge von einem seismischen Beobachtungsschiff in einer ausgewählten Tiefe unterhalb der Meeresoberfläche geschleppt, wobei irgendwelche üblichen Einrichtungen vorgesehen sind, um den Schleppstrang in der gewünschten Tiefe zu halten. Typischerweise können diese Schleppstränge mit einer Vielzahl von Gewichten unter Abständen versehen sein, um ihnen einen negativen Auftrieb zu erteilen und es sind dann Schwimmvorrichtungen oder Ringrohreinrichtungen mit dem Schleppstrang verbunden, um diesen in der gewünschten Tiefe zu halten. Alternativ kann eine Einstellung des Auftriebes des Schleppstranges dadurch erzielt werden, daß in den Schleppstrang eine Flüssigkeit eingeführt oder aus diesem entfernt wird, die den Auftrieb des Schleppstranges verändert oder es können leitflügelartige Anordnungen mit einstellbaren Schwenkflächen verwendet werden, die den Schleppstrang in der geeigneten Tiefe halten.
In gleicher Weise wurden lange geschleppte Unterwassermikrophon-Anordnungen als Unterwasser-Horcheinrichtungen zur Feststellung von U-Booten oder Unterwasser-Fahrzeugen verwendet, wobei derartige geschleppte Unterwassermikrophon-Anordnungen als passive Unterwasser-Detektorsysteme verwendet werden und in diesen Fällen
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üblicherweise als U-Boot-Abwehr-Schleppsträhge bezeichnet werden.
Bei den vorstehend beschriebenen beiden Arten von Unterwassermikrophon-Anordnungen werden piezoelektrische keramische Kondensator-Wandler üblicherweise als Unterwassermikrophone verwendet, die auf Unterwasser-Schalldruckwellen oder Erscheinungen ansprechen, die von den Unterwassermikrophonen festgestellt werden sollen und diese Unterwassermikrophone wandeln derartige Erscheinungen in elektrische Informationen um. Derartige Wandler erzeugen eine Ausgangsspannung, die proportional zum angelegten Schalldruck ist und heutige Schleppstranganwendungen verwenden bis zu 100 Gruppen von Unterwassermikrophonen, die in einem einzigen Schleppstrang geschleppt werden und einen Abstand von 150m bis 3 km hinter einem geophysikalischen Forschungsboot aufweisen. Um die Unterwassermikrophon-Ausgangssignale oder Ausgangsspannungen der Signalverarbeitungseinrichtung auf dem geophysikalischen Forschungsboot oder dem Schleppschiff zuzuführen, war es üblich, einen Transformator mit jeder Unterwassermikrophon-Gruppe zu verbinden, um die Änderung des Signalverlustes über eine derartige lange Leitung bei Änderungen der Schlepps tr anglähgejzu beseitigen. Bei derartigen Schleppstrangsystemen unter Verwendung von transformatoren, die mit den Unterwassermikrophon-Gruppen verbunden waren, diente der Transformator grundsätzlich dazu, die Quellenimpedanz abzusenken, so daß die Unterwassermikrophon-Gruppe ein langes verdrilltes Paar von Leitungen ansteuern konnte, um die Ausgangssignale von der Unterwassermikrophon-Gruppe der Verarbeitungseinrichtung auf dem Schleppschiff zuzuführen. Ein derartiges System weist jedoch viele Nachteile auf, weil die Ausgangsspannung von der Unterwassermikrophon-Gruppe beträchtlich verringert wird, in vielen Fällen im Verhältnis von 10:1. Obwohl ein typisches Multidyn-Unterwassermikrophon einen Ausgang von ungefähr 56 Mikrovolt/Mikrobar aufweisen kann, kann dieses Sig-.nal am Transformatorausgang in einem derartigen System auf ungefähr 5 bis 10 Mikrovolt/Mikrobar verringert werden, und zwar in Abhängigkeit von der Anzahl der Unterwassermikrophone und von
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der Konstruktion der Transformatoren, so daß sich eine erhebliche Verringerung der Empfindlichkeit des Unterwassermikrophon-Systems ergibt, so daß es äußerst schwierig wird, ausreichende Signal-/Stör-Verhältnisse zu erzielen, wenn lange Leitungen erforderlich sind, um die Signale von einem Schleppstrang zum Schlepp schiff zu übertragen.
Es wurden bereits Ladungsverstärker für bestimmte Arten von Wandlern verwendet, wie z.B. für Kondensatormikrophone und einige Arten von Beschleunigungsmessern, bei denen die Wandler auf dem Grundgedanken der Umwandlung irgendwelcher mechanischer, thermischer, chemischer usw. Erscheinungen in eine äquivalente elektrische Ladung beruhen. Um die Ladungsverstärkerschaltung zu vervollständigen, ist ein Operationsverstärker mit seinem invertierenden oder negativen Eingang mit dem Wandler verbunden und eine Gegenkopplungsschaltung mit einem Kondensator und einem parallel geschalteten Widerstand ist zwischen d em Ausgang und dem negativen Eingang des Operationsverstärkers eingeschaltet. Es wurde festgestellt, daß eine derartige Schaltung die wünschenswerte Eigenschaft aufweist, daß sie praktisch unabhängig von Nebenschlußkapazitäten am Eingang des Operationsverstärkers ist. Wenn eine negative Rückführung verwendet wird, arbeitet der Operationsverstärker derart, daß die beiden Eingänge auf dem gleichen Potential gehalten werden und weil der positive oder nichtinvertierende Eingang mit Erde verbunden ist, wird der negative oder invertierende Eingang auf Grund der negativen Rückführung ebenfalls auf Erdpotential gehalten. Daher hat eine zusätzliche Nebenschlußkapazität parallel zum Eingang keine Auswirkung, weil keine Spannung an dieser Nebenschlußkapazität erzeugt wird.
Ein derartiger üblicher Ladungsverstärker scheint zunächst bei Verwendung bei einer geschleppten Unterwassermikrophon-Anordnung der vorstehend beschriebenen Art unter Verwendung von piezoelektrischen keramischen Kapazitätswandlern als Unterwassermikrophone eine Möglichkeit zu bieten, die Notwendigkeit von mit den Unter-
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wassermikrophon-Gruppen verbundenen Transformatoren und dem damit verbundenen EmpfindIiohkeitsverlust zu beseitigen und zwar deshalb, weil dieser Ladungsverstärker von Nebenschlußkapazitäten am Eingang unabhängig ist. Wenn jedoch ein Ladungsverstärker mit den Unterwassermikrophon-Wandlern in üblicher Weise verbunden wird, ergeben sich eine Anzahl von Problemen, die den üblichen Ladungsverstärker scheinbar für eine derartige Anwendung ungeeignet machen, wobei diese Probleme insbesondere die Eigenschaft einschließen, daß auf Grund des unsymmetrischen bei der üblichen Operations-Ladungsverstärkerschaltung vorhandenen Einganges die Schaltung keine Gleichtakt-Unterdrückungseigenschaften aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ladungs-Differenz-Verstärker für seismische Schleppstränge zu schaffen, der mit einer Gruppe von Unterwassermikrophonen in einer geschleppten Unterwassermikrophon-Anordnung verbunden ist, die lange verdrillte Kabelleiter verwendet, um die elektrischen Signale zum Schleppschiff zu leiten, wobei die Differenz-Verstärkerschaltung es ermöglicht, daß die Unterwassermikrophon-Anordnung die langen verdrillten Leiterpaare ohne einen Transformator und den sich daraus ergebenden Empfindlichkeitsverlust ansteuert.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch angegebene Erfindung gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß wird ein neuartiger Ladungs-Differenz-Verstärker zur Verwendung bei Unterwasserraikrophonen der piezoelektrischen keramischen Kapazitätswandlerart eines Schleppstranges geschaffen, die beispielsweise in einem geschleppten Unterwasserschleppstrang für seismische oder U-Boot-Abwehranwendungen angeordnet sind und die einen symmetrischen Eingang für einen Differenzverstärker liefert, so daß sich eine Gleichtakt-Signalunterdrückung und ein
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guter Frequenzgang über den Frequenzbereich ergibt, der für seismische Erforschungs- und U-Boot-Abwehranwendungen benötigt wird.
Die erfindungsgemäße Ladungs-Differenz-Verstärkerschaltung verringert weiterhin weitgehend Änderungen des Frequenzganges oder der Phasenverschiebung, die sich aus elektrischen Feinschlüssen in den Schleppstrangabschnitten ergeben, in denen die Unterwassermikrophone angeordnet sind, oder die sich aus dem Eindringen von Seewasser und ähnlichem ergeben, so daß die Notwendigkeit einer Entfernung und eines Ersatzes der Unterwassermikrophon-Abschnitte so weit wie möglich verringert wird.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines seismischen
Unterwasser-Schleppstranges mit einer geschleppten Unterwassermikrophon-Anordnung, die eine Art der Anwendung eines Schleppstranges zeigt, in dem der erfindungsgemäße Ladungs-Differenz-Verstärker verwendet werden kann;
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines üblichen Ladungsverstärkers unter Verwendung eines Operationsverstärkers, der mit der Ersatzschaltung eines kapazitiven Wandlers verbunden ist;
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Ladungs-Differenz-Verstärkers, der mit einer Ersatzschaltung verbunden ist, die ein Unterwassermikrophon oder eine Unterwassermikrophon-Gruppe darstellt, die ein langes verdrilltes Leitungspaar ansteuert;
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Fig. 4 ein Schaltbild einer Ausführungsform eines
Ladungs-Differenz-Verstärkers, der mit der Ersatzschaltung eines piezoelektrischen keramischen Unterwassermikrophons und einem langen verdrillten Leitungspaar zu den Unterwassermikrophonen verbunden ist, wobei eine vorteilhafte Anordnung von Transistoren und Verstärkern sowie zugehörigen Bauteilen gezeigt ist;
Fig. 5A und 5B grafische Darstellungen von Messungen der Frequenz-
gangs-Eigenschaften gegenüber der Frequenz bzw. der Phasenverschiebung gegenüber der Frequenz für eine übliche Unterwassermikrophon-Anordnung unter Verwendung einer üblichen Transformatorschaltung zur Anssteuerung langer verdrillter Leitungen;
Fig. 6a und 6B grafische Darstellungen, die die Frequenzgangseigenschaften bzw. die Phasenverschiebung gegenüber der Frequenz für eine Unterwassermikrophon-Anordnung zeigen, die eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ladungs-Differenzverstärkerschaltung verwendet;
Fig. 7 ein Bloclschaltbild einer abgeänderten Ausführungsform eines Ladungs-Differenzverstärkers, der anstelle der Schaltung nach Fig. 3 Verwendung finden kann.
In Fig. 1 ist in schematischer Form ein seismischer Schleppstrang dargestellt, der mit einer Trommel oder einer ähnlichen Einrichtung die schematisch mit 1OA bezeichnet ist, auf einem Schleppschiff 11 verbunden ist, so daß der Schleppstrang in üblicher Weise in einer ausgewählten Tiefe durch Süß- oder Seewasser mit Hilfe eines Schleppschiffes 11 geschleppt werden kann. Es ist ver-
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ständlich, daß der Schleppstrang entweder ein seismischer Schleppstrang für seismische Erforschungen sein kann, oder daß er ein passiver Unterwasser-Schleppstrang zur Feststellung von Geräuschen von Unterwassereinrichtungen oder Schiffen sein kann, wie er bei U-Boot-Abwehr-Detektorsystemen und ähnlichem verwendet wird. Der Schleppstrang 10 schließt ein Zuführungskabel 12 ein, das eine Umkleidung einschließen kann und das typischerweise die Signaldrähte von den Unterwassermikrophonen enthalten kann, die als aktive Abschnitte des Schleppstranges bezeichnet werden. Diese Umkleidung kann weiterhin Zugseile und andere Verbindungselemente einschließen, die für den Betrieb erforderlich sind. Auf das Zuführungskabel folgt typischerweise ein elastischer Abschnitt sowie die aktiven Abschnitte 14, die an gewünschten Stellen in einem üblichen Schleppstrang durch inaktive Schleppstrangabschnitte 15 getrennt sind, die zwischen den aktiven Abschnitten 14 eingefügt sind. Mit dem Schleppstrang sind übliche TJefensteuereinrichtungen verbunden, die beispielsweise die Form von leitflügelartigen Tiefensteuereinrichtungen oder Druckmeßeinrichtungen zur Einstellung des Auftriebes des Schleppstranges in bekannter ~ Weise aufweisen können, um eine gewünschte Tiefe einzuhalten.
Das allgemeine Verfahren zum Betrieb derartiger Schleppstränge bei der seismischen Erforschung ist in der US-Patentschrift
2 465 696 beschrieben und der typische Aufbau der Schleppstrangabschnitte kann ähnlich dem sein, der in der US-Patentschrift
3 371 739 beschrieben ist. Die Schleppstrangabschnitte 14, von denen eine große Anzahl in Reihe entlang des Schleppstranges angeordnet ist und die mit Hilfe verschiedener Arten von Koppeleinrichtungen verbunden sind, können typischerweise einen Schleppstrang mit einer Länge von 1,5 oder 2 oder mehr Kilometern bilden und jeder aktive Schleppstrangabschnitt enthält eine Anordnung oder Gruppe von Unterwassermikrophonen, die in einer ausgewählten Anordnung entlang der zugehörigen aktiven Schleppstrangabschnitte angeordnet sind. Bisher waren die Ausgänge der Unterwassermikrophone in einem einzigen Abschnitt typischerweise parallel und
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an einen Impedanz-Anpaßtransformator angeschaltet, um die elektrischen Spannungssignale von den Unterwassermikrophonen, die auf Grund der von den Unterwassermikrophonen gemessenen Schalldruckänderungen erzeugt wurden, Signalverarbeitungsschaltungen zuzuführen, die schematisch mit dem Bezugszeichen 16 bezeichnet sind und die auf dem geophysikalischen Forschungs-Schleppschiff angeordnet waren. Der durch den elastischen Abschnitt 13, die aktiven Abschnitte 14 und die inaktiven Abschnitte 15 gebildete Schleppstrang kann einen Abstand von I50 bis 3OOO m hinter dem geophysikalischen Schiff 11 aufweisen, wobei ein sehr langes Zuführungskabel 12 verwendet wird, das die Signaldrähte, über die die elektrischen Spannungssignale von den Unterwassermikrophonen der Verarbeitungseinrichtung 16 zugeführt werden müssen, sowie die Zugseile und andere Verbindungselemente umgibt.
Ein üblicher bekannter Ladungsverstärker, wie er bisher in Verbindung mit kapazitiven Wandlern, wie z.B. piezoelektrischen Beschleunigungsmessern und ähnlichem verwendet wurde, ist in Form eines Blockschaltbildes in Fig. 2 gezeigt. Der Wandler ist durch den gestrichelt dargestellten Block angedeutet, der mit dem Bezugszeichen t bezeichnet ist. Die Ersatzschaltung des Wandlers t kann durch eine eine niedrige Impedanz aufweisende Spannungsquelle e. und einen hierzu in Reihe geschalteten Kondensator C1 dargestellt werden. Die Ladung auf dieser Reihenschaltung ist: Q = C,e, und entweder eine Änderung der Kapazität oder eine Änderung der Spannung ruft eine Änderung der Ladung hervor. Der Widerstand R, stellt den Leitungswiderstand von dem Wandler t zum Operationsverstärker A. dar, während die gestrichelt dargestellte Kapazität C die Nebenschluß- oder Parallelkapazität entlang der Leitungen von dem Wandler zum Verstärkereingang darstellt. Eine Untersuchung dieser Schaltung zeigt, daß, weil unter der Annahme, daß kein Strom in den negativen Eingangsanschluß des Verstärkers A1 fließt, I1 = ig ist und daß die folgende Übertragungsgleichung gilt:
Jo_ = _£i_
el " C2 /
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Diese Übertragungsgleichung bezieht die Ausgangs spannung sowohl auf eine Änderung der Kapazität als auch auf eine Änderung der äquivalenten Serienspannung. Es sei darauf hingewiesen, daß eine Änderung von C, und/oder eine Änderung von e., eine Änderung der Ausgangs spannung eQ hervorruft, weil beide eine Ladungsänderung hervorrufen, daher der Name "Ladungsverstärker".
Die Verstärkung der Ladungsverstärker schaltung ist das Verhältnis der Wandlerkapazität C1 zur Verstärker-Gegenkopplungskapazität C3. Diese Schaltung weist die wünschenswerte Eigenschaft auf, von der Nebenschluß- oder Parallelkapazität am Eingang des Verstärkers unabhängig zu sein. Wenn eine Gegenkopplung verwendet wird, so arbeitet der Operationsverstärker derart, daß die beiden Eingänge auf dem gleichen Potential gehalten werden. Weil der positive oder nichtinver tier ende Eingang mit Erde verbunden ist, wird der negative oder invertierende Eingang durch die Gegenkopplung ebenfalls auf Erdpotential gehalten. Daher hat das Hinzufügen der Nebenschlußkapazität am Eingang keine Auswirkungen, weil keine Spannung längs der Nebenschlußkapazität C entsteht.
Der Widerstand R1 begrenzt den Hochfrequenz-Durchlaßbereich des
1 1
Verstärkers auf f™ = ' . Der Gegenkopplungswiderstand R0 muß einen Gleiehstrom-Eingangsvorstromweg für den negativen Eingang des Verstärkers A, ergeben. Die Parallelkombination von Rp und Co begrenzt den Niaderfrequenz-Durchlaßbereich der Schaltung
1
auf fT = —· Weil ein großer Widerstandswert für den Wider-
stand R2 (typischerweise im Megohmbereich) für einen niederfrequenten Betrieb erforderlich ist, müssen Verstärker mit geringem Rauschen und geringen Vorspannungsströmen verwendet werden. Weiterhin weist diese Schaltung auf Grund des unsymmetrischen Einganges keine Gleichtakt-Unterdrückungseigenschaften auf. Die erfindungsgemäße Ladungs-Differenzverstärkerschaltung wurde entwickelt, um diese Nachteile zu beseitigen und um die Verwendung eines Ladungsverstärkers an langen unabgeschirmten verdrillten Leiterpaaren zu ermöglichen.
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In Fig. 3, in der eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ladungsverstärkerschaltung in Blockschaltbildform dargestellt ist, sind das Unterwassermikrophon oder die Unterwassermikrophone der geschleppten Unterwassermikrophonanordnung, wie z.B. piezoelektrische keramische Kondensator-Unterwassermikrophone in einem geschleppten Unterwasser-Schleppstrang, wie z.B. einem seismischen oder U-Boot-Abwehrschleppstrang durch den gestrichelt dargestellten Block T dargestellt und die Ersatzschaltung des Unterwassermikrophons ist durch die Spannungsquelle E- und den in Reihe geschalteten Kondensator C1 dargestellt. Der Leitungswiderstand von dem Unterwassermikrophon T zu den Operationsverstärkern A1 und Ap ist durch den Widerstand R1 dargestellt und die Parallelkombination eines Widerstandes und eines Kondensators in den Gegenkopplungskreisen für die Operationsverstärker A- undAg ist mit R und Cp bzw. R' und C2' bezeichnet. Der von der Spannungsquelle E1 des Unterwassermikrophons erzeugte Eingangsstrom I1 fließt in den Knoten A und aus dem Knoten B heraus. Weil dieser Strom an beiden Knoten A und B gleich ist, weist die Ausgangsspannung der Operationsverstärker A1 und A2 die gleiche Größe jedoch die entgegengesetzte Polarität auf. Die Verstärkung der Verstärker A1 und A2 ist gleich C^/Cg. Der Differenzverstärker A., weist eine Verstärkung von Rh/R·* auf. Die gesamte Schaltungs-
-2 Q-t Rh. ^" >
verstärkung ist gleich 2 χ T7*- χ «~.
C2 K?
Wenn die beiden Gegenkopplungskondensatoren C2 und Cgf gleich sind, werden an den Eingangsknoten A und B erscheinende Gleich- takt-Stromsignale In dem Differenz-Verstärker A, aufgehoben. Der Widerstand R1 stellt den Umlaufwiderstand in dem verdrillten Leitungspaar dar, das sich von dem Unterwassermikrophon zur Differenzverstärkerschaltung erstreckt und der Hochfrequenzdurchlaßbereioh der Schaltung ist durch fH ». 1/21TR1C- bestimmt. Die obere Grenzfrequenz hängt weiterhin von der verteilten Auswirkung des Leitungswiderstandes R1 und der Nebenschluß-Leitungskapazität C wie in dem vorher beschriebenen bekannten Ladungsverstärker ab. Die Nebenschlußkapazität hat keine Auswirkungen,
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wenn eine Spannung von 0 an dem wirksamen Nebenschlußkondensator C anliegt, was genau genommen nur an den Verstärkereingangsknoten oder Anschlüssen A und B zutrifft. Bei praktischen Anwendungen sind der Umlauf-Leitungswiderstand R. und die Nebenschlußkapazität C entlang der Gesamtlänge des Kabels verteilt, so daß kleine ansteigende Spannungen längs der verteilten Nebenschlußkapazität C durch den Strom I1 und dem verteilten Leitungswiderstand R1 erzeugt werden. Bei einem verdrillten Leiterpaar von einer Länge von 3 km liegt die obere Grenzfrequenz immer noch oberhalb des seismischen Bandes und die untere Grenzfrequenz ist durch die Gleichung fL - 1/2 ^R2C2 bestimmt.
Figur 4 zeigt ein ausführliches Schaltbild für ein praktisches Ausführungsbeispiel eines Ladungs-Differenzverstärkers, der mit einem geschleppten Unterwassermikrophon verwendet werden kann. Das Unterwassermikrophon oder die Gruppe von Unterwassermikrophonen, die über das lange verdrillte Leitungspaar mit dem Ladungs-Differenzverstärker verbunden wird, ist wiederum durch den gestrichelten Block T angedeutet und durch den Kondensator C1 und die Spannungsquelle E. als Ersatzschaltung für das Unterwassermikrophon dargestellt. In Fig. 4 arbeiten die Transistoren Q. und Q2, der Verstärker A. und die zugehörigen Bauteile als der im Blockschaltbild dargestellte Operationsverstärker A- nach Fig. 3. Die Transistoren Q, und Q^, der Verstärker Ap und die zugehörigen Bauteile wirken als der in Blockschaltbildform dargestellte Operationsverstärker Ap nach Fig. 3· Der Verstärker A-. und die zugehörigen Bauteile nach Fig. 4 entsprechen dem in Blockschaltbild dargestellten Verstärker A, nach Fig. 3. Weil die Betriebsweise der mit dem Verstärker A2 verbundenen Schaltung identisch zur Betriebsweise der mit dem Verstärker A, verbundenen
ist
Schaltungywird die Schaltung des Verstärkers A2 nicht ausführlich erläutert. .
Die Widerstände R1 und Rg, die in den oberen und unteren Eingangskreisen erscheinen, stellen den Drahtwiderstand in jeder
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Hälfte des verdrillten Leitungspaars zum Unterwassermikrophon T dar. Die Kapazität des Unterwassermikrophons ist als CU gezeigt. Die Kondensatoren Ch und Ge bilden ungepolte Kondensatoren, die die niederfrequenten Wechselspannungssignale durchlassen, die jedoch die Gleichspannungssignale sperren. Die maximale Eingangsspannung wird durch die Dioden CR und CR2 auf einen Spitzenwert von ungefähr 0,6 Volt begrenzt, um die Schaltung zu schützen. Das Eingangssignal wird der Gitterelektrode eines Feldeffekttransistors QlA zugeführt, der eine Hälfte eines Differenzverstärkers bildet. Die Widerstände R5 und R6 sind die Lastwiderstände für diesen Verstärker und die Vorspannung wird von dem Transistor Q2 über die Widerstände R8 und R9 geliefert. Der durch diese Vorspannung hervorgerufene Strom ist durch die Konstantspannung an dem Widerstand R17 und der Zenerdiode CR5 in dem Basiskreis des Transistors Q2 festgelegt, so daß der Kollektorstrom des Transistors Q2 konstant ist. Wenn die Spannung des Eingangssignals positiver wird, steigt der Kathoden-Anoden-Strom des Feldeffekttransistors QlA an. Entsprechend sinkt der Kathoden-Anodenstrom des Feldeffekttransistors QlB ab. Das Ergebnis ist eine ansteigende Spannung am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers A. und eine absinkende Spannung am positiven oder nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers Al. Der Widerstand R7 und der Kondensator C8 begrenzen die Eingangsfrequenz des Differenzverstärkers Ql. Das ansteigende Eingangssignal ruft einen verringerten Ausgang vom Verstärker Al und gleichzeitig einen vergrößerten Ausgang vom Operationsverstärker A2 hervor.
Der Ausgang des Verstärkers Al wird an den positiven Eingang über den Widerstand R3 und den Kondensator C2 zurückgeführt. Der Ausgang des Verstärkers A2 wird an den negativen Eiig ang über den Widerstand R4 und den Kondensator Cj5 zurückgeführt. Die Verstärkung des Verstärkers Al ist durch das Verhältnis der Unterwassermikrophon-Kapazität Cl zum Rückführungskondensator C2 festgelegt. Der Widerstand R35 ergibt einen Gleiohspannungs-Vorstrompfad für die Gitterelektrode des Transistors QlA. Der Kondensator C6 ergibt eine Frequenzkompensation des Operations-
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Verstärkers Al. Die Verwendung von Feldeffekttransistor-Eingangsstufen für die Verstärker Al und A2 verringert den Eingangs-Vorspannungsstrom und Rauschen derart, daß die Widerstände R3 und R4 für eine niedrige untere Grenzfrequenz sehr groß gemacht werden können, ohne daß das Rauschen des Verstärkers und die Gleichspannungs-Temperaturdrift vergrößert wird. Der Ausgang von den Verstärkern Al und A2 wird den Differenzeingängen des Differenzverstärkers A3 Über Widerstände RI9 bzw. R20 zugeführt.
Der Verstärker A3 und die Widerstände RI9, R20, R21, R22, R23 und R24 bilden einen Differenzverstärker, der lediglich auf Differenzspannungen anspricht, wie sie von dem Unterwassermikrophon erzeugt werden. Gleichtaktspannungen, die in die verdrillte Eingangsleitung eingeführt werden, werden in dem Verstärker A3 unterdrückt. Es werden einstellbare Widerstände R22 und R24 verwendet, um die Verstärkung und die Gleichtaktunterdrückung des Verstärkers A3 einzustellen. Der Kondensator C12 ergibt eine Frequenzkompensation für den Verstärker A3.
Die Verwendung eines Ladungs-Differenzverstärkers, der mit dem langen verdrillten Leitungspaär von dem Unterwassermikrophon oder von der Gruppe von Unterwassermikrophonen in den aktiven Abschnitten des Schleppstranges verbunden ist, ermöglicht es, daß die Unterwassermikrophone das verdrillte Leitungspaar ansteuern, so daß elektrische Spannungssignale von den Unterwassermikrophonen zu den Verarbeitungseinrichtungen auf dem Schleppschiff Übertragen werden, ohne daß Transformatoren erforderlich sind, wie sie bisher Üblicherwelse in der Technik der seismischen Schleppstränge verwendet wurden. Weiterhin ergeben sich zusätzliche bedeutsame Vorteile aus der Verwendung des Ladungs-Differenzverstärkers in einer derartigen Anordnung. Es 1st verständlich, daß ein unerwünschtes Eindringen von Seewasser in den seismischen Schleppstrang ein dauerndes Problem ist. Der Nebenschluß des Unterwassermikrophons oder der Unter-
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wassermikrophongruppe durch beträchtliche Widerstandswerte, die sich aus einem derartigen Eindringen von Seewasser ergeben, verringert erheblich den Frequenzgang in üblichen seismischen Schleppsträngen mit Transformatoren zwischen den Unterwasserraikrophonen und dem langen verdrillten Leitungspaar in dem am meisten kritischen Frequenzbereich für seismische Geräte. Bei einer üblichen Transformatorschaltung ist ein Verlust von mehr als 12dB bei 10 Hz bei einem Nebenschlußwiderstand von 10 Kiloohm möglich. Die grafische Darstellung in Fig. 5A zeigt die erhebliche Änderung des Frequenzganges, die bei einer üblichen mit den Unterwassermikrophonen gekoppelten Transformatorschaltung für verschiedene Widerstandswerte auftritt, die das Eindringen von Seewasser darstellen und es ist zu erkennen, daß sich eine beträchtliche Verbesserung des Frequenzganges für einen ähnlichen Kriechwiderstand an dem Unterwassermikrophon bei dem erfindungsgemäßen Ladungs-Differenzverstärker ergibt, wie dies in Fig. 6k dargestellt ist. Weiterhin ergibt sich eine erhebliche Verbesserung der Phasenverschiebung bei verschiedenen Kriechwiderständen . längs des Unterwassermikrophons, die sich aus dem Eindringen von Seewasser oder ähnlichem ergeben. Dies ist ohne weiteres durch einen Vergleich der grafischen Darstellungen nach Fig. 5B für eine übliche Transformatorschaltung und Fig. 6B für einen Ladungsdifferenzverstärker der beschriebenen Art zu erkennen. Es ist aus Fig. 6a zu erkennen, daß der Verlust auf Grund eines .," 10 Kiloohffi-Nebenschlußkriechwiderstandes an den Unterwassermikro- ^. phonen lediglich einen Abfall von 1,5 dB ergibt und daß die !'. Dämpfungseigenschaften der Schaltung nicht geändert werden. Wie j es in Fig· βΒ gezeigt ist, ruft ein Nebenschlußwiderstand von ^' 5 Kilooh» parallel zum Unterwassermikrophon eine Änderung der •V" Phasenversohiebung unter 10 Hz und nur eine sehr geringe JSn- t. derung oberhalb von lOHz hervor.
J Die obere Kurve in Fig. 5A mit einem Wert für R_ (dem Dämpfungs- \ .widerstand) Von 62 Kiloohm stellt eine seismische geschleppte Unterwasseranordnung mit einer unteren Grenzfrequenz von 9 Hz (-3 dB), dar· Die direkt unter der oberen Kurve in Fig. 5A dar-
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gestellte Kurve zeigt den Frequenzgang bei einer Leitungslänge von oa. 3 km und die anderen Kurven für Kriechwiderstände von IO Kiloohm und 5 Kiloohm zeigen die Auswirkungen starker elektrischer Nebenschlüsse in dem Abschnitt, in dem sich die Unterwassermikrophone befinden. Inder Praxis ist dies nicht ungewöhnlich und wenn derartige Kriechverluste auftreten, muß dieser Unterwassermikrophon-Abschnitt entfernt und ersetzt werden. Wenn man dies mit den in den in Fig. 6B unter Verwendung des Ladungs-Differenz-Verstärkers dargestellten Daten vergleicht, ist zu erkennen, daß eine starke Verbesserung des Frequenzganges und der Phasenverschiebung bei Kriechwiderständen erreicht ist, so daß die Änderung des Frequenzganges oder der Phasenverschiebung nicht so groß ist, daß die aufwendige Entfernung und der Ersatz des Unterwassermikrophon-Abs chnüJfctes erforderlich ist, wenn ein derartiger Kriechwiderstand entsteht.
Patentansprüche :
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Claims (17)

  1. Patentansprüche :
    /ΐ·ΛLadungs-Differenz-Verstärker für seismische Schleppstränge V—' für die geophysikalische Erforschung und ähnliches durch Feststellung von akustischen Schalldruckänderungen, die seismische Signale bilden, und durch Erzeugung an elektrischen Signalen, die über ein verdrilltes nicht geerdetes Leiterpaar einer Signalverarbeitungseinrichtung an einer Verarbeitungsstation zugeführt werden, die mit Abstand von dem Schleppstrang angeordnet ist, mit einem seismischen Meßfühler nach Art eines kapazitiven Wandlers, der auf den sich ändernden Schalldruck anspricht, um einen sich ändernden elektrischen Ladungsausgang zu erzeugen, der proportional zu den Schalldrücken ist, denen der Meßfühler unterworfen ist, und mit Einrichtungen zur direkten Verbindung des verdrillten elektrischen Leiterpaares mit dem Meßfühler an einem Eingangsende der Leiter zur Zuführung des sich ändernden elektrischen Ladungsausganges von dem Meßfühler zu den Signalverarbeitungsschaltungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladungs-Differenz-Verstärker mit einem Ausgangsende des verdrillten Leiterpaares an der von dem Meßfühler entfernten Verarbeitungsstation verbunden ist und auf den sich ändernden elektrischen Ladungsausgang von dem Meßfühler anspricht, um verstärkte Ausgangsspannungssignale zu erzeugen, die den sich ändernden elektrischen Ladungsaasgang darstellen, daß der Ladungs-Differenz-Verstärker einen Operationsverstärker (A1, A2) mit invertierenden und nichtinvertierenden Eingängen und einem Ausgang, eine Schaltung zur Zuführung einer Gegenkopplung mit zumindest einer Parallelkombination aus einem Widerstand (R2) und einem Kondensator (C2) zur Zuführung einer Gegenkopplungsspannung an den negativen Eingang des Operationsverstärkers (A-, A2) zur Bildung einer Ladungsverstärkerschaltung, die im wesentlichen unabhängig von Nebensohluß-
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    1 ο
    kapazitätsänderungen an seinem Eingang arbeitet, Einrichtungen zur Ankopplung der Signale von dem Leiterpaar an die beiden Eingänge des Operationsverstärkers und mit den letzterwähnten Eingängen verbundene Einrichtungen zur Aufhebung der Gleichtaktsignale einschließt, die an den Eingängen der Operationsverstärker auftreten.
  2. 2. Ladungs-Differenz-Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der seismische Meßfühler ein Unterwassermikrophon für eine Unterwasser-Horchstation ist.
  3. j5. Ladungs-Differenz-Verstärker nach Angruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von seismischen Meßfühlern Unterwassermikrophone sind, die in einer Anordnung in einem seismischen Schleppstrang angeordnet sind.
  4. 4. Ladungs-Differenz-Verstärker nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3i dadurch gekennzeichnet, daß der Ladungs-Differenz-Verstärker zwei Ladungsverstärkerstufen umfaßt, die zwei parallele Signalverarbeitungskanäle bilden, die jeweils einen Operationsverstärker (A1, A2) mit einem invertierenden und einem nichtinvertierenden Eingang und einem Ausgang und Parallelkombinationen eines Widerstandes (R2, R2') und eines Kondensators (C2, C2!) aufweisen, die von den Ausgängen jedes Ladungsverstärkers ausgehend mit den jeweiligen invertierenden Eingängen dieser Ladungsverstärker verbunden sind und Gegenkopplungsschaltungen bilden, um die beiden Eingänge jedes LadungsVerstärkers auf dem gleichen Potentialpegel zu halten, wobei die Kapazität in jeder Gegenkopplungsschaltung gleich ist und daß Einrichtungen zum Verbinden der beiden Leiterpaare mit den negativen oder invertierenden Eingängen der beiden Ladungsverstärker vorgesehen sind.
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  5. 5. Ladungs-Differenz-Verstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit den nichtinvertierenden Eingängen des die Ladungsverstärkerstufen bildenden Operationsverstärkerpaares verbundene Einrichtungen vorgesehen sind, um diese Operationsverstärker auf einem ausgewählten gemeinsamen Potentialpegel zu halten und daß die mit den jeweiligen Operationsverstärkern verbundenen Gegenkopplungsschaltungen die invertierenden Eingänge der Operationsverstärker auf Grund der zugeführten Gegenkopplungsspannungen auf dem gleichen Potentialpegel wie die nichtinvertierenden EingangsanschlUsse halten, so daß verhindert wird, daß eine Spannung längs der Nebenschlußkapazität zwischen den invertierenden Eingängen der beiden Operationsverstärker entsteht, wodurch die Hinzufügung von Nebenschlußkapazitäten längs der invertierenden Eingänge eine vernachlässigbare Wirkung auf die Ladungsverstärkerstufen ergibt.
  6. 6. Ladungs-Differenz-Verstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung des elektrischen verdrillten Leiterpaares mit den invertierenden Eingängen der die Ladungsverstärkerstufen bildenden Operationsverstärker bewirkt, daß der gleiche Strom an beiden invertierenden Eingängen hervorgerufen wird und daß die Ausgangsspannungen der beiden Operationsverstärker die gleiche Größe jedoch die entgegengesetzte Polarität aufweisen.
  7. 7. Ladungs -Differenz-Vers türker nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch zwei Differenz-Vers tärker-Eingangsstufen, die jeweils mit einem der Operationsverstärker (A., Ag) gekoppelt sind und ein Doppeltransistorelement mit ersten und zweiten Hälften aufweisen, die zwei Feldeffekttransistoren (QlA, QlB, QJA, QJB) in den jeweiligen Differenzverstärker-Eingangsstufen bilden, Einrichtungen zur Zuführung der sich ändernden elektrischen Ladung auf dem elektrischen Leiterpaar von dem Meßfühler (T) zu den Gitterelektroden der Feldeffekttransistoren (QlA, Q3A), die
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    erste Hälfte der Doppeltransistorelemente in den Differenz-Verstärker-Eingangsstufen^die selektiv mit den die Ladungsverstärkerstufen bildenden Operationsverstärkern gepaart sind, und Einrichtungen zum Verbinden der die beiden Hälften jedes der Doppeltransistorelemente bildenden Feldeffekttransistoren und zur Verbindung beider Hälften jedes Doppeltransistorelementes mit den beiden jeweiligen Operationsverstärkern, wobei die Gegenkopplung über die Gegenkopplungskreise den Eingängen der ersten Hälften der Doppeltransistorelemente zugeführt wird.
  8. 8. Ladungs-Differenz-Verstärker nach Anspruch 1, 2 oder J, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladungs-Differenz-Verstärker zwei Verstärkerschaltungen (A., Ap) einschließt, die jeweils invertierende und nichtinvertierende Eingänge und einen Ausgang aufweisen und die so angeordnet sind, daß sie zwei Ladungsverstärkerstufen bilden, daß jede Ladungsverstärkerstufe eine parallelgeschaltete Widerstands-Kapazitätskombination (R2, C2, R2', C21) einschließt, die von dem Ausgang des jeweiligen Verstärkers mit dem jeweiligen invertierenden Eingang verbunden ist, daß diese Widerstands-Kondensatorkombinationen Gegenkopplungsschaltungen mit gleicher Kapazität bilden, die die beiden Eingänge der jeweiligen Verstärkerschaltungen auf dem gleichen Potential halten, daß Einrichtungen zur Verbindung des Leiterpaares mit den invertierenden Eingängen der beiden Verstärker vorgesehen sind, um die sich ändernde elektrische Ladung diesen zuzuführen, und daß ein Differenzverstärker (A,) mit invertierenden und nichtinvertierenden Eingängen und Einrichtungen (RJ, RJ') zum Verbinden der Ausgänge von den beiden Ladungsverstärkern an die letzterwähnten Eingänge vorgesehen sind, um Gleichtaktsignale zu unterdrücken, die an den invertierenden Eingängen der beiden Ladungsverstärker auftreten.
  9. 9. Ladungs-Differenz-Verstärker nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Operationsverstärker
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    (A-, Ap) die Ladungsverstärkerschaltungen und daß die nichtinvertierenden Eingänge jedes der beiden Operationsverstärker (A-, Ap) mit Erdpotential verbunden sind, daß Gegenkopplungsschaltungen mit jedem Operationsverstärker verbunden sind und die invertierenden Eingänge der Operationsverstärker auf Erdpotential halten, und daß Änderungen der Nebenschlußkapazität zwischen den invertierenden Eingängen der beiden Verstärker keine Auswirkungen auf den Frequenzgang haben, weil keine Spannung an den beiden invertierenden Eingängen erzeugt wird.
  10. 10. Ladungs-Differenz-Verstärker nach Anspruch 8, gekenn-
    • zeichnet durch mit den nichtinvertierenden Eingängen des die Ladungsverstärkerstufen bildenden Operationsverstärkerpaares verbundene Einrichtungen um diese auf einem ausgewählten Potentialpegel zu halten, wobei die mit den jeweiligen Verstärkerschaltungen verbundenen Gegenkopplungskreise die invertierenden Eingänge der Verstärkerschaltungen auf Grund der negativen Gegenkopplungsspannungen auf dem gleichen Potentialpegel wie die nichtinvertierenden Eingangsanschlüsse halten, so daß keine Spannung an der Nebenschlußkapazität zwischen den invertierenden Eingängen der beiden Verstärkerschaltungen entsteht, wodurch eine Hinzufügung von Nebenschlußkapazität an den invertierenden Eingängen eine vernachlässigbare Wirkung auf die Signaleigenschaften der Ladungsverstärkerstufen aufweist.
  11. 11. Ladungs-Differenz-Verstärker nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Operationsverstärker (A., Ap) die Verstärkerschaltungen bilden und daß die Verbindung des elektrischen verdrillten Leiterpaares mit den invertierenden Eingängen der Operationsverstärker (A., Ap) den gleichen Strom an beiden invertierenden Eingängen hervorruft und bewirkt, daß die Ausgangsspannungen der beiden Operationsverstärker die gleiche Größe und entgegengesetzte Polarität aufweisen.
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  12. 12. Ladungs-Differenz-Verstärker nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Operationsverstärker (A., A) die Verstärkerschaltungen bilden und daß die Verbindung des elektrischen verdrillten Leiterpaares mit den invertierenden Eingängen der Operationsverstärker, die die Ladungsverstärkerstufen bilden, den gleichen Strom an beiden invertierenden Eingängen hervorruft und bewirkt, daß die Ausgangsspannungen der beiden Operationsverstärker die gleiche Größe und entgegengesetzte Polarität aufweisen.
  13. 13. Ladungs-Differenz-Verstärker nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Differenzverstärker-Eingangsstufe mit jeder der Verstärkerschaltungen verbunden ist und zwei Feldeffekttransistoren (QlA, QlB, QJA, QJ3B) aufweist, die jeweils eine Hälfte eines Doppeltransistorelementes in den jeweiligen Differenzverstärkereingangsstufen bilden, daß Einrichtungen zum Zuführen der sich ändernden elektrischen Ladung auf dem elektrischen verdrillten Leiterpaar von dem Unterwassermikrophon (T) zu den Gitterelektroden der Feldeffekttransistoren (QlA, Q3A) vorgesehen sind, die eine entsprechende Hälfte der Doppeltransistorelemente in den Differenzverstärkerstufen bilden, die selektiv mit den Verstärkerschaltungen in den Ladungsverstärkerstufen gepaart sind, und daß Einrichtungen zum Verbinden der die beiden Hälften jedes der Doppeltransistorelemente bildenden Feldeffekttransistoren miteinander und mit den beiden Verstärkerteilschaltungen in den Verstärkerschaltungen vorgesehen sind, wobei die durch die Gegenkopplungsschaltungen zugeführte Gegenkopplungsspannung am Eingang der Doppeltransistorelemente zugeführt wird.
  14. 14. Ladungs-Differenz-Verstärker nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Differenzverstärker-Eingangsstufe mit jeder der Verstärkerschaltungen verbunden ist und zwei Feldeffekttransistoren aufweist, die jeweils eine Hälfte eines Doppeltransistorelementes in den jeweiligen Differenz-
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    verstärkereingangsstufen bilden, daß Einrichtungen zum Zuführen der sich ändernden elektrischen Ladung auf dem elektrischen verdrillten Leiterpaar von dem Unterwassermikrophon an die Gitterelektroden der Feldeffekttransistoren vorgesehen sind, die eine entsprechende erste Hälfte der Doppeltransistorelemente in den Differenzverstärkereingangsstufen bilden und die selektiv mit den Verstärkersehaltungen in den Ladungsverstärkerstufen gepaart sind, daß Einrichtungen zum Verbinden der Gitterelektroden der anderen Feldeffekttransistoren in jeder der Differenzverstärkereingangsstufen mit einem ausgewählten konstanten Potentialpegel vorgesehen sind und daß Einrichtungen zum Verbinden der die beiden Hälften der Doppeltransistorelemente bildenden Feldeffekttransistoren in den beiden Differenzverstärkereingangsstufen miteinander und zum Verbinden der Kollektoren der jede der beiden Hälften des jeweiligen Doppeltransistorelementes bildenden Transistoren mit dem invertierenden bzw. nichtinvertierenden Eingang einer Verstärkerteilschaltung (A-, Ag) vorgesehen, sind und daß der Ausgang der Verstärker-Teilschaltungen (A-, A2) über ein Widerstands-Kondensator-Gegenkopplungsnetzwerk mit der Gitterelektrode des jeweiligen ersten Feldeffekttransistors jeder Ladungsverstärkerstufe verbunden ist.
  15. 15. Ladungs-Differenz-Verstärker nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Verbinden der Emitter jedes der Doppeltransistorelemente mit den Emitter-Kollektorkreisen eines weiteren Paares von Transistoren (Q2, Q4), mit deren Basis eine Zenerdiode (CR5* CR6) verbunden ist, um den Kollektorstrom in dem letzterwähnten Transistorpaar konstant zu halten.
  16. 16. Ladungs-Differenz-Verstärker nach Anspruch 15* gekennzeichnet durch mit den nichtinvertierenden Eingängen des die Ladungsverstärkerstufen bildenden Verstärkerschaltungspaares verbundene Einrichtungen zum Aufbringen eines ausgewählten
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    gemeinsamen Potentialpegels auf diese Eingänge, wobei die mit den jeweiligen Verstärke rs chaltungen verbundenen Gegenkopplungsschaltungen die invertierenden Eingänge der Verstärker schaltungen auf Grund der Gegenkopplungsspannungen auf dem gleichen Potentialpegel wie die nichtinvertierenden Eingangsanschlüsse halten, so daß keine Spannung längs Nebenschlußkapazitäten zwischen den invertierenden Eingängen d er beiden Verstärkerschaltungen entstehen kann, wodurch die Hinzufügung von Nebenschlußkapazitäten an den invertierenden Eingängen eine vernachlässigbare Wirkung auf die Ladungsverstärkerstufen ergibt.
  17. 17. Ladungs-Differenz-Verstärker nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Differenzverstärker-Eingangsstufe mit jeder der Verstärkerschaltungen verbunden ist und zwei Feldeffekttransistoren (QlA, QlB, Q3A, QjSB) aufweist, die jeweils eine Hälfte eines Doppeltransistorelementes in den jeweiligen Differenzverstärker-Eingangsstufen bilden, daß Einrichtungen zur Zuführung der sich ändernden elektrischen Ladung auf dem elektrischen Leiterpaar von dem Unterwassermikrophon zu den Gitterelektroden der Feldeffekttransistoren (QlA, Q5A) vorgesehen sind, die eine entsprechende erste Hälfte der Doppeltransitorelemente in den Differenzverstärkereingangsstufen bilden und die selektiv mit den Verstärkerschaltungen in den Ladungsverstärkerstufen gepaart sind, so daß Einrichtungen zur Verbindung der Gitterelektrode des anderen Feldeffekttransistors (QlB, Q5B) in jeder der Differenzverstärker-Eingangsstufen mit einem ausgewählten konstanten Potentialpegel vorgesehen sind, und daß Einrichtungen zur Verbindung der Feldeffekttransistoren, diedie beiden Hälften jedes der Doppeltransistorelemente in den beiden Differenz-Verstärker-Eingangsstufen bilden, miteinander und zum Verbinden der Kollektoren der Transistoren, die jede der beiden Hälften jedes Doppeltransistorelementes bilden, mit dem invertierenden bzw. nichtinvertierenden Eingang einer Verstärkerteilschaltung (Al) vorgesehen sind, wobei der Ausgang der Verstärkerteil-
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    schaltung (Α., A2) über die Widerstands-Kondensator-Gegenkopplungsschaltung mit der Gitterelektrode des ersterwähnten Feldeffekttransistors (QlA, Q^A) verbunden ist, der jeder der Ladungsverstärkerstufen zugeordnet ist.
    l8. Ladungs-Differenz-Verstärker nach Anspruch VJ, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Verbindung der Emitter jedes der Doppeltransistorelemente mit den Emitter-Kollektorkreisen eines weiteren Transistorpaares (Q2, Q4), deren Basisanschlüsse mit einer Zenerdlode (DR5> CR6) verbunden sind, um einen konstanten Kollektorstrom in diesem letzterwähnten Transistorpaar aufrechtzuerhalten.
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