DE2619328A1

DE2619328A1 - Anordnung zur steuerung eines zur erzeugung seismischer schwingungen verwendeten schwingungsgebers

Info

Publication number: DE2619328A1
Application number: DE19762619328
Authority: DE
Inventors: John James Sallas; George William Wood
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1975-05-01
Filing date: 1976-04-30
Publication date: 1976-11-11
Also published as: CA1054250A; FR2309919B1; US4056163A; AU499466B2; FR2309919A1; DE2619328C2; AU1314576A

Description

Dipl.-lng.

E. Prinz

Patentanwa-te	DipL-lng. G. Leiser	2619328
Pipl.-Chem. Dr. G. Hauser
Ernsbergerstrasse 19 ■
8 München 60

Unser Zeichen; T 1980 26.April 1976

TEXAS'INSTRUMENTS INCORPORATED
13500 North Central Expressway
Dallas, Texas, V.St.A. .

Anordnung zur Steuerung eines zur Erzeugung seismischer Schwingungen verwendeten Schwingungsgebers

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Steuerung eines zur Erzeugung seismischer Schwingungen verwendeten Schwingungsgebers und insbesondere auf die. Verwendung eines Gleichlaufbandfilters in der Phasenregelschleife eines Schwingungsgebers zur Erzeugung seismischer Schwingungen.·

Unter den verschiedenen Arten seismischer Schwingungsgeber gibt es die Gruppe der Schwingungsgeber, die auf den Boden für eine endliche Zeitdauer seismische Schwingungsenergie übertragen. Einer dieser Schwingungsgeber ist beispielsweise der von der Firma Continental Oil Company mit "Vibroseis" bezeichnete Schwingungsgeber. Es seien kurz die zum Verständnis notwendigen Eigenschaften solcher Schwingungsgeber betrachtet; die Schwingungsgeber enthalten typischerweise einen Kolben, der mechanisch mit einer Bodenplatte gekoppelt ist, die mit dem Erdboden in Berührung steht, damit auf diesen eine Schwingbewegung übertragen wird. Der Kolben kann sich innerhalb der Grenzen eines Zylinders, der Schw/Ba

609846/0786

«Γ -

einen Teil einer schweren Gegenmasse bildet, längs einer vertikalen Achse bewegen. Unter der Steuerung durch einen Servoschieber wird in die über und unter dem Kolben liegenden Zylinderabschnitte abwechselnd ein Hydraulikmittel eingeführt, was zu einer hin und her wirkenden Reaktionskraft zwischen dem Kolben und der Gegenmasse führt. Als Folge der .großen -Trägheit der Gegenmasse werden diese auf den Kolben einwirkenden hin und her gehenden Kräfte auf die Bodenplatte und schließlich auf den Erdboden übertragen.

Es ist bekannt geworden, solche Systeme mit einer Vorrichtung zur Erzeugung eines die tatsächliche Bewegung des Schwingungsgebers repräsentierenden elektrischen Signals auszustatten. Typischerweise kann eine solche Vorrichtung aus einem an der Bodenplatte befestigten Beschleunigungsmesser bestehen. Nach einer entsprechenden Aufbereitung wird das vom Beschleunigungsmeseer gelieferte Signal mit einem Bezugssignal verglichen, das die gewünschte Bewegung des Schwingungsgebers repräsentiert. Das aus diesem Vergleich resultierende Fehlersignal wird nach einer weiteren Aufbereitung zur Steuerung des Betriebs des oben erwähnten Servoschiebers verwendet, damit bewirkt wird, daß die Schwingbewegung dem Bezugssignal getreu folgt. Ein solches System ist beispielsweise in der USA-Patentanmeldung SN 501 410 vom 28.August 1974 beschrieben.

Dem Fachmann sind verschiedene Schaltungen zur Aufbereitung des die Schwingbewegung repräsentierenden Signals bekannt. Wie bereits erwähnt wurde, besteht die Vorrichtung zur Erzeugung eines die Schwingbewegung repräsentierenden Signals gewöhnlich aus einem Beschleunigungsmesser. Da der Beschleunigungsmesser die zweite Ableitung

609846/0786

~³~ · ' 2819328

der Auslenkung des Schwingungsgebers liefert, während das Bezugssignal typischerweise die gewünschte Auslenkimg des Schwingungsgebers repräsentiert, ist es bekannt geworden, das Ausgangssignal des Beschleunigungsmessers vor dem Vergleich mit dem Bezugssignal durch einen Doppelintegrator, zu verarbeiten. Jede Stufe dieses Doppelintegrators kann in bekannter Weise einen Rechenverstärker mit einem Eingangswiderstand und einem geeigneten Rückkopplungswiderstand enthalten. Es ist bekannt, daß alle in der Praxis verwendeten Integratorschal tungen bei sehr niedriger Frequenz von der Wirkung eines echten Integrators abweichen, so daß es allgemein erforderlich ist, daß der Frequenzgang des Integrators die Form K/j ω über den gesamten Betriebsfrequenzbereich des Schwingungsgebers aufweist, wobei die Variable ω die Kreisfrequenz darstellt. Dies führt zu Schwierigkeiten, wenn der Schwingungsgeber bei den höheren Frequenzen seines Bereichs arbeitet. In einem solchen Fall ergibt sich die Verstärkung für die -niederfrequenten Verzerrung skomponenten höher als die Verstärkung bei der Betriebsfrequenz. Die stark verstärkten Verzerrungskomponenten können zu unerwünschten Fehlersignalen aus dem Komparator führen und bewirken, daß der Schwingungsgeber nicht mehr phasenstarr arbeitet. Schwingungsgeber mit einem Doppelintegrator zur Aufbereitung des Ausgangssignals des Beschleunigungsmessers sind daher hinsichtlich ihrer oberen Betriebsfrequenz und ihrer Betriebsbandbreite stark eingeschränkt. Die Eigenschaft des Doppelintegrators, für niedrige Frequenzen einen hohen. Verstärkungsgrad aufzuweisen, ist bei einer typischen Anwendung eines Schwingungsgebers besonders nachteilig. Bekanntlich sind seismische Schwingungsgeber üblicherweise auf Lastwagen montiert, wobei Vorrichtungen zum Absenken des Schwingungsgebers und zum Abheben wenigstens eines Teils des Lastwagens vom Boden vorgesehen sind,

•809846/0786

damit auf den Schwingungsgeber eine Niederhaltekraft ausgeübt wird. Typischerweise wird nach dem Absenken der Bodenplatte der Schwingungsgeber erregt, damit auf den Boden für die Dauer von etwa 10 Sekunden eine Schwingung mit Frequenzdurchlauf übertragen. Am Ende des Frequenzdurchlaufs wird die Bodenplatte angehoben, und der Lastwagen wird zu.einer neuen Stelle bewegt, an der die Bodenplatte bei der Vorbereitung für den nächsten Durchlauf wieder abgesenkt wird. Die zum Anheben der Bodenplatte, zum Bewegen des Lastwagens und zum erneuten Absenken der Bodenplatte erforderliche Zeit, kann typischerweise nur 10 oder 15 Sekunden betragen, also in der gleichen Größenordnung wie der Frequenzdurchlauf liegt. Das· Anheben und Absenken der Bodenplatte und doe Bewegung des Lastwagens bewirken große Niederfrequenzsignale im Ausgangssignalverlauf des Beschleunigungsmessers. Diese großen Niederfrequenzkomponenten stören bei der Verstärkung durch den Doppelintegrator die Phasenverriegelung des Schwingungsgebers während der Auslenkschwingung, was insbesondere bei den hohen Frequenzen des Frequenzdurchlaufs der Fall ist.

Zur Überwindung des oben angegebenen Problems sind Schwingungsgeber mit wechselstromgekoppelten Doppelintegratoren zur Aufbereitung des Ausgangssignals des Beschleunigungsmessers ausgestattet worden. Als Folge der Wechselstromkopplung ist der Verstärkungsfaktor der Integratorschaltung bei niedrigen Frequenzen nicht so hoch, wie bei gleichstromgekoppelten Integratoren, und das Problem mit den niederfrequenten Verzerrungskomponenten ist in einem gewissen Maß beseitigt. Die Wechselstromkopplung zeigt zwar die Neigung, den Verstärkungsfaktor des Doppelintegrators bei sehr niedrigen Frequenzen herabzusetzen, doch muß der Verstärkungs-' faktor bei dieser Art der Aufbereitungsschaltung mit

609846/0786

ansteigender Frequenz im Verlauf des vom Schwingungsgeber zu erzeugenden Frequenzbandes immer noch abnehmen. Die Wechselstromkopplung der Integratoren führt daher bei der Beseitigung der im Zusammenhang mit den Niederfrequenzkomponenten auftretenden Schwierigkeiten nur teilweise zum Erfolg. Überdies zeigt der wechselstromgekoppelte Doppelintegrator keine konstante Phasenverschiebung von 180°, sondern eine sich abhängig von der Frequenz ändernde Phasenverschiebung. Diese veränderliche Phasenverschiebung ·.. muß berücksichtigt werden, wenn die Auslenkung des Schwingungsgebers der Bezugsschwingung folgen soll. Eine Möglichkeit zur Berücksichtigung dieser veränderlichen Phasenverschiebung besteht darin, das Bezugssignal durch einen zweiten ebenfalls wechselstromgekoppelten Doppelintegrator vor dem Vergleich mit dem Ausgangs- ' signal des Beschleunigungsmessers zu leiten.Auf diese Weise unterliegen sowohl das Bezugssignal als auch das Ausgangssignal des Beschleunigungsmessers vor dem Vergleich der gleichen Phasenverschiebung, so daß gewährleistet wird, daß der Schwingungsgeber mit dem Bezugssignal phasenstarr ist. Eine weitere Möglichkeit zur Berücksichtigung der Phasenverschiebung besteht darin, die Abweichung der Phase der Schwingbewegung von der Phase des Bezugssignals auf Grund der Phasenverschiebung durch den 'wechselstromgekoppelten Doppelintegrator zuzulassen und diese veränderliche Phasenverschiebung an einem späteren Zeitpunkt während der Verarbeitung der von den Geophonen empfangenen Daten zu berücksichtigen. Es sei jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, daß keine dieser Möglichkeiten zur Berücksichtigung der Phasenverschiebung das oben erwähnte Problem löst, das sich aus dem hohen Verstärkungsfaktor des Doppelintegrators bei niedrigen Frequenzen ergibt.

609846/0786

. , 2819328

Ein weiterer Weg zur Lösung dieses Problems besteht in der Verwendung von Gleichlauftiefpaßfiltern. Dieser Lösungsweg ist im "Field Engineering Bulletin No. 136" der Firma Mandrel Industries Inc. vom 8.Februar 1973 mit dem Titel "New Operational Tracking Filter" kurz erörtert. Bei diesem System enthält die Aufbereitungsschaltung für das Ausgangssignal des Beschleunigungsmessers zusätzlich zu einem Doppelintegrator ein Tiefpaßfilter mit einer veränderlichen Grenzfrequenz. Die Grenzfrequenz dieses Gleichlauftiefpaßfilters ändert sich unter der Steuerung durch den Frequenzdurchlaufgenerator so, daß sie der Momentanfrequenz des gewünschten Frequenzdurchlaufsignals folgt. Als Ergebnis läßt das Filter Frequenzen über der momentanen Durchlauffrequenz nicht durch, während für Frequenzen unterhalb der Momentanfrequenz ein im wesentlichen ebener Frequenzgang beibehalten wird. Die~ Verwendung von Gleichlauftiefpaßfiltern trägt zwar zur Verringerung des sich aus der hohen Verstärkung bei niedrigen Frequenzen ergebenden Problems bei, doch stellt sie keine vollständige Lösung des Problems dar» Außerdem führen die Gleichlauftiefpaßfilter ebenfalls zu einer Phasenverschiebung bei der Momentanfrequenz des Schwingungsgebers, die berücksichtigt werden muß, wie oben erläutert wurde.

Mit Hilfe der Erfindung soll daher eine Energiequelle zur Erzeugung seismischer Schwingungen geschaffen werden, die bei hoher Frequenz betrieben werden kann. Ferner soll mit Hilfe der Erfindung eine breitbandige Schwingungsenergiequelle geschaffen werden.

Dies wird mit Hilfe des hier zu beschreibenden Schwingungsgebers zur Erzeugung seismischer Schwingungen erreicht, bei dem zur Aufbereitung des Ausgangssignals des Beschleunigungsmessers ein Gleichlaufbandfilter verwendet

609846/0786

wird. Der Schwingungsgeber enthält in einer Ausführungsform digitale Vorrichtungen zur Erzeugung eines einen gewünschten Schwingungsfrequenzdurchlauf repräsentierenden Signals. Ein Digital-Analog-Umsetzer erzeugt abhängig von dem digitalen Signal ein Analogsignal zur Steuerung des hydraulischen Servoschiebers eines Schwingungsgebers. Die resultierende Bewegung des Schwingungsgebers wird mit Hilfe eines Beschleunigsungsmessers abgetastet, der auf der Bodenplatte des Schwingungsgebers angebracht ist. Das Ausgangssignal des Beschleunigungsmessers wird mit Hilfe eines Gleichlaufbandfilters aufbereitet, dessen Mittenfrequenz unter der Steuerung durch die zuvor erwähnte digitale Vorrichtung der Momentanfrequenz des gewünschten Frequenzdurchlaufs nachfolgt. Ein abstimmbares Bandfilter ist in dem von der Firma Analog Devices Inc., Norwood, Massachusetts herausgegebenen Handbuch mit dem Titel "Nonlinear Circuits Handbook" auf den Seiten 140 bis 141 beschrieben. Das Ausgangssignal des Gleichlaufbandfilters stellt nach einer weiteren Aufbereitung in einer Verstärkungsregelschaltung (AVR) ein Eingangssignal eines Phasenkomparator dar. Das andere Eingangssignal des Phasenkomparators ist ein von der oben erwähnten digitalen Vorrichtung geliefertes Bezugssignal, das die Polarität des gewünschten Frequenzdurchlaufsignals repräsentiert. Das vom Phasenkomparator erzeugte Fehlersignal wird dazu verwendet, das digitale Eingangssignal des Digital-Analog-Umsetzers so zu steuern, daß die Schwingbewegung phasensynchron mit dem gewünschten Frequenzdurchlaufsignal bleibt.

Ein nach den Grundsätzen der Erfindung arbeitender -Schwingungsgeber ist im Gelände geprüft worden, und es hat sich gezeigt, daß er bei Frequenzen über 250 Hz die Phasenstarrheit aufrecht erhalten kann. Bei Verwendung eines herkömmlichen wechselstromgekoppelten Doppelintegrators konnte der gleiche" Schwingungsgeber die Phasenstarr-

■6098Α6/078Θ

heit bei Frequenzen über 90 Hz nicht aufrechterhalten.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigen:

Fig.1 ein Blockschaltbild einer Schwingungsgeberanordnung mit einer verbesserten Signalaufbereitungsschaltung,

Fig.2 ein Blockschaltbild eines Wobbeigenerators,

Fig.3 ein schematisches Schaltbild eines GIeichlaufbandfilters und

Fig.4 das Schaltbild eines Doppelintegrators zur Verwendung in dem Schwingungsgebersystem.

Fig.1 zeigt in Form eines Blockschaltbildes eine Ausführungsform des Schwingungsgebers zur Erzeugung seismischer Schwingungen. Mit Hilfe der an Leitungen 50, 52 und 54 gelieferten digitalen Signale steuert ein Wobbelgenerator 10 den Betrieb des Schwingungsgebers, und er erzeugt insbesondere den Signalverlauf, der schließlich über eine Bodenplatte 28 zum Erdboden gekoppelt wird. Der Wobbelgenerator 10 lMert an der Leitung 50 eine Impulsfolge, deren Folgefrequenz veränderlich ist, damit die Schwingungsfrequenz der Bodenplatte 28 gesteuert wird. Die Impulsfolgefrequenz des an der Leitung 50 erscheinenden Signals wird in einem digitalen Phasenkompensator 12 -unter der Steuerung durch ein an der Leitung 56 erscheinendes digitales Signal veränderte Dies ermöglicht eine

809846/0788

2819328

zeitweilige Erhöhung oder Absenkung der Impulsfolgefrequenz, die schließlich zu den gewünschten Änderungen der Phase, der Schwingungen der Bodenplatte 28 führte

Nach einer Modifizierung unter der Steuerung durch das an der Leitung 56 erscheinende digitale Signal wird die Impulsfolge dem Eingang eines Binärzählers zugeführt, dessen Ausgangssignal die Adressenplätze eines Festspeichers (ROM) zyklisch abruft. Der Festspeicher enthält an aufeinanderfolgenden Speicherplätzen Abtastwerte eines sinusförmigen Signalverlaufs. Diese Sinusabtastwerte, die aus dem Festspeicher gelesen werden, bilden das an der Leitung 58 erscheinende Ausgangssignal des Digitalkompensators 12. Das an der Leitung 58 erscheinende Signal ist eine digitale Zeitfolge, die aus Abtastdaten einer Sinusfunktion besteht. Die Elemente des digitalen Phasenkompensators 12 sowie des Phasenkomparators 36 sind in der USA-Patentanmeldung SN 501 410 näher erläutert.

Das an der Leitung 58 erscheinende, von Abtastdaten gebildete Sinussignal wird auf eine von einem Digital-Analog-Umsetzer und einem Leistungsverstärker gebildete Einheit 14 angelegt. Der Digital-Analog-Umsetzer erzeugt ein analoges Sinussignal, das vom Leistungsverstärker so verstärkt wird, daß es einen ein konstantes Drehmoment aufweisenden Motor 16 antreiben kann. Der Motor 16 betätigt seinerseits einen Servoschieber 18 so, daß die Strömung des Hydraulikmittels innerhalb des Schwingungsgebers und damit die zwischen der Masse 24 und der Bodenplatte 28 erzeugten Reaktionskräfte geregelt werden. Auf diese Weise wird eine im wesentlichen längs einer vertikalen

609R4B/07RR

Achse erfolgende Hin- und Herbewegung der Bodenplatte 28 bewirkt, und auf die darunterliegende Erde werden elastische Wellen übertragen·

Ein linearer veränderlicher Differenzwandler 20 erzeugt ein die Stellung des Servoschiebers 18 repräsentierendes elektrisches Signal»- Dieses elektrische Signal wird über die Leitung 60 der Rückkopplungseinheit 26 zugeführt, die das Signal vor der Rückkopplung zum Leistungsverstärker in der Einheit 14 aufbereitet. Die Rückkopplungseinheit kann einfach aus einer Vorrichtung zum Demodulieren des Ausgangssignals des Differenzwandlers 20 und zum Hinzufügen einer steuerbaren Verschiebung zum demodulierten Signal zur Erzielung einer Zentrierung des Servorschiebers 18 bestehen.Das in einer geschlossenen Schleife geschaltete System bewirkt eine genaue Einstellung des Servoschiebers 18 entsprechend dem vom Digital-Analog-Umsetzer gelieferten analogen Sinussignal. In gleicher Weise erzeugt ein linearer veränderlicher Differenzwandler 22 ein die Stellung der Masse 24 repräsentierendes elektrisches Signal. Dieses Signal wird nach einer Aufbereitung ebenfalls zum Leistungsverstärker zurückgekoppelt, damit ein System mit geschlossener Schleife zur Steuerung der Bewegung der Masse 24 geschaffen wird«

Eine spezielle Art eines Schwingungsgebersystems mit Elementen, die den Elementen 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26 und 28 von Fig«1 entsprechen, ist in der Patentanmeldung P 24 20 781.6 beschrieben. Dort ist eine genaue Beschreibung der eben im Zusammenhang mit Fig.1 erörterten Elemente enthalten, und es wird auch ein Hydrauliksystem und ein Verfahren zum Betreiben des Hydrauliksystems beschrieben. Das dort beschriebene Hydrauliksystem kann zwar als Teil

609R4B/07B6

der hier "beschriebenen Erfindung einbezogen werden, doch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt; sie kann vielmehr auch andere Hydrauliksysteme und Verfahren zu ihrer Betätigung enthalten.

Nach Fig.1 ist auf der Bodenplatte 28 ein Beschleunigungsmesser 30 befestigt, so daß an der Leitung 62 ein die Bewegung der Bodenplatte 28 repräsentierendes elektrisches Signal erzeugt wird. Der Beschleunigungsmesser 30 kann irgendein im Handel erhältlicher Beschleunigungsmesser sein. Ein solcher Beschleunigungsmesser ist das von der .Firma Electro-Technical Labs, Houstin, Texas, hergestellte Modell EA-26. Das an der Leitung 26 erscheinende elektrische Beschleunigungssignal wird mit Hilfe eines Gleichlaufbandfilters 32 aufbereitet. Das GIeichlaufbandfilter 32 ist ein scharf abgestimmtes Bandfilter mit einer Mittenfrequenz, die unter der Steuerung durch das an der Leitung 54 erscheinende und vom Wobbelgenerator 10 erzeugte digitale Signal veränderlich ist. Dieses digitale Signal repräsentiert ständig die Momentanfrequenz des Frequenzdurchlaufsignals, das seinerseits von der an der Leitung erscheinenden Impulsfolge gesteuert ist. Auf diese Weise wird die Mittenfrequenz des Gleichlaufbandfilters 32 stets auf der gewünschten Schwingungsfrequenz der Bodenplatte gehalten, so daß das GIeichlaufbandfilter 32 in optimaler Weise auf die Verarbeitung der vom Beschleunigungsmesser 30 erzeugten Grundkomponente im Hinblick auf die Zurück-· Weisung aller anderen Komponenten eingestellt ist. Das Gleichlaufbandfilter 32 kann daherStörkomponenten bei Frequenzen sowohl über als auch unter der gewünschten Betriebsfrequenz im wesentlichen unterdrücken, und es ermöglicht als Folge davon eine Verriegelung der Phase der Bodenplattenschwingung mit der Phase des vom Wobbelgenerator 10 erzeugten Signals bei wesentlich höheren

.609846/0786

Frequenzen, als es bisher möglich war.

Das Ausgangssignal des Gleichlaufbandfilters 32 wird über die Leitung 64 dem Eingang der Verstärkungsregeleinheit 34 zur weiteren Aufbereitung zugeführt. Die Verstärkungsregeleinheit 34 kann in der bevorzugten Ausführungsform einfach ein übersteuerter Verstärker sein, dessen Ausgangssignal im wesentlichen eine Rechteckschwingung mit Nulldurchgängen ist, die mit den Nulldurchgängen des an der Leitung 64 erscheinenden Eingangssignals zusammenfallen. Dieses Rechtecksignal an der Leitung 66 wird einem Eingang eines Phasenkomparators 3-6 zugeführt. Der Phasenkomparator 36 bewirkt einen Phasenvergleich mit dem an der Leitung 52 erscheinenden Signal. Wie nachfolgend noch genauer erläutert wird, ist das Signal an der Leitung 52 ein Signal mit zwei Werten, das seinen Zustand jeweils bei den Nulldurchgängen des gewünschten Frequenzdurchlauf signals ändert. D.h. in anderen Worten, daß sich das an der Leitung 52 erscheinende Signal abhängig davon, ob sich der einzelne Sinuswert des gewünschten Frequenzdurchlaufsignals im positiven oder im negativen Abschnitt des Zyklus befindet, in einem hohen oder einem niedrigen Zustand befindet. Der Fachmann kann erkennen, daß der Phasenkomparator 36 dann die Phase der Bewegung der Bodenplatte 28 mit der Phase des gewünschten Frequenzdurchlaufsignals vergleicht und an der Leitung 56 ein Fehlersignal erzeugt,das die Größe und die Richtung jeder Phasendifferenz repräsentiert. Die an der Leitung 56 erscheinenden Fehlersignale werden in digitalen Phasenkompensator 12 dazu verwendet, die Impulsfolgefrequenz der an der Leitung 50 erscheinenden Impulsfolge so zu ändern, daß die Bewegung der Bodenplatte 28 phasensynchron mit dem vom Wobbelgenerator 10 erzeugten gewünschten Frequenzdurchlaufsignal gehalten wird.

609846/0786

Ein genaues Blockschaltbild des Wobbelgenerator 10 ist in Fig.2 angegeben. Nach Fig.2 liefert ein Aufwärts/Abwärts-Binärzähler 80 an seinen Q-Ausgängen eine aus Bits bestehende Binärzahl, die die gewünschte Momentan-Betriebsfrequenz des Schwingungsgebers repräsentiert. Der jedem der zwölf auf der Unterseite des Blocks 80 in Fig.2 zugeordnete Frequenzwert kann willkürlich gewählt •werden. In der bevorzugten Ausführungsform, die beispielsweise in Fig.2 dargestellt ist, bedeutet eine Änderung des Zustandes des niedrigstwertigen Bits des Ausgangssignals des Aufv/ärts/Abwärts-Zählers eine Frequenzänderung von 1/32 Hz. Die höchstwertigeren Bits sind Frequenzbedeutungen mit zunehmender Vielfachheit der Zahl 2 zugeordnet, so daß das höchstwertige Ausgangsbit des Aufwärts/Abwärts-Zählers 80 eine Frequenz von 64 Hz darstellt. Wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist, wird dieses digitale Freuenzsignal über die Leitung 54 zur Steuerung des Gleichlaufbandfilters 32 angelegt. Das mit Hilfe von 12 Bits ausgedrückte binäre Frequenzsignal wird über Mtungen auch einer binären Geschwindigkeitsmultipliziereinheit zugeführt. In der bevorzugten Ausführungsform besteht der Aufwärts/Abwärts-Zähler 80 aus drei 4-Bit-Aufwärts/ Abwärts-Synchronzählem des Modells Nr. SN74191 der Firma Texas Instruments Incorporated, Dallas, Texas. Diese drei 4-Bit-Aufwärts/Abwärts*ⁱiZähler sind gemäß den Angaben des Herstellers so miteinander verbunden, daß sie als ein einziger 12-Bit-Auf wärts/Abwärts-Zähler wirken«, Wie mit Hilfe der awölf an der Oberseite des Blocks 80 von Fig.2 erscheinenden Eingangsleitungen dargestellt ist, von denen jede eine 1:1-Beziehung zu einet· der zwölf Ausgangsleitungen aufweist, ist es möglich, durch eine entsprechende Steuerung des Zustandes der Signale an den zwölf Eingangsleitungen vor der Auslösung

609846/0786

der Zählwirkung Anfangswerte für die 12 Bits einzustellen. In der in Fig.2 dargestellten bevorzugten Ausführungsform liegen die fünf niedrigstwertigen Eingangsbits ständig an Masse, so daß sie den Anfangswert 0 aufweisen. Die sieben höchstwertigen Bits sind an ein von sieben Bits gebildetes Startfrequenz-Eingangssignal angeschlossen, so daß die Startfrequenz des Frequenzdurchlaüfs als eine ganzzahlige Anzahl von Hertz von 1 bis 127 ausgewählt werden kann.Ein· an der Leitung 86 erscheinendes Durchlaufrichtungs-Eingangssignal wird an den Abwärts/Aufwärts-Anschluß des Zählers angelegt, damit die Richtung des Frequenzdurchlaufs festgelegt wird. Bis am Takteingang des Zählers 80 ein Impuls empfangen wird, bleibt die durch seine binäre Ausgangszahl repräsentierte Durchlauffrequenz konstant auf dem eingestellten Anfangswert. Impulse aus der binären Geschwindigkeitsmultipliziereinheit 88, die an der Leitung 90 erscheinen, erhöhen den Ausgangszählerstand des Zählers 80 in der vom Zustand des Signals an der Leitung 86 bestimmten Richtung. Die Multipliziereinheit 88 besteht in der bevorzugten Ausführungsform aus zwei binären 6-Bit-Geschwindigkeitsmultiplizierern des Modells SN7497 der Firma Texas Instruments Incorporated« Die zwei 6-Bit-Multipliziereinheiten sind gemäß den Herstellerangaben so zusammengeschaltet, daß eine einzige 12-Bit-Multipliziereinheit entsteht. Die Multipliziereinheit weist 12 Geschwindigkeitseingänge A_Q bis A^ nach Fig.2 auf .An diese 12 Eingänge wird eine aus 12 Bits bestehende Binärzahl angelegt, die die gewünschte Frequenzänderungsgeschwindigkeit in Hz/s repräsentiert. Diesen 12 Bitpositionen sind in ansteigender Wertigkeitsreihenfolge Geschwindigkeitsänderungswerte von 1/64 Hz/s bis 32 Hz/s zugeordnet. Das Ausgangssignal der Mu^tipliziereinheit 88 an der Leitung 90 ist eine Impulsfolge mit

609848/0738

einer Impulsfolgefrequenz, die sich aus der nachfolgenden Gleichung (1) ergibt.

¹¹ i

Impulsfolgefrequenz = (2048/4096)· ^₀ ^Αι² Impulse/s (1)

Abhängig davon, ob das Eingangsbit i den "Aus "-Zustand oder den "Ein"-Zustand aufweist, hat A. entweder den Wert "0" oder den Wert »1«.

Die Betrachtung einer repräsentativen Situation kann zum Verständnis der Arbeitsweise der Schaltung von Fig·2 beitragen. Wenn beispielsweise nur der 1/32 Hz/s-Eingang der Multipliziereinheit 88 den hohen Signalzustand aufweist und alle anderen elf Geschwindigkeitseingänge den niedrigen Signalzustand aufweisen, dann hat die Impulsfolgefrequenz der Impulsfolge an der Leitung 90 nach der Gleichung (1) den Wert 1 Impuls pro Sekunde. Dies hat zur Folge, daß sich der an den Leitungen 54 oder 82 erscheinende Ausgangszählerstand des Zählers 80 so ändert, daß er eine Frequenzänderung von 1/32 Hz pro Sekunde wiedergibt. Wenn das Frequenzdurchlaufrichtungssignal den Zähler 80 veranlaßt, beispielsweise aufwärts zu zählen, dann nimmt das Frequenzausgangssignal des GIeichlaufbandfilters von seinem Anfangswert aus mit einer Geschwindigkeit von 1/32 Hz/s zu.

Es sei nun auf die Arbeit sweise der Multipliziereinheit Bezug genommen; die zwölf Geschwindigkeitseingänge B_Q bis B^₁ dieser Multipliziereinheit sind über Leitungen mit den zwölf Bitfrequenzausgängen des Zählers 80 verbunden. Dem Takteingang der Multipliziereinheit 84 wird eine Eingangsimpulsfolge mit einer Impulsfolgefrequenz von 258 048 Impulsen pro Sekunde augeführt. Das an der Leitung 92 erscheinende Ausgangssignal der Multipliziereinheit 84 ergibt sich aus der nachfolgenden Gleichung (2).

609846/0786

11

Impulsfolgefrequenz = (258 048/4096) · ? _ _Q B_i2¹ Impuse/s

ⁱ⁼⁰ (2)

Abhängig davon, ob das Bit i des Signals an der Leitung einen hohen oder einen niedrigen Wert aufweist, ist B_i entweder I* O" oder "1".

Wenn beispielsweise nur der 1-Hz-Ausgang des Zählers 80 den hohen Zustand aufweist, und alle anderen binären Bits den niedrigen Zustand aufweisen, dann ergibt sich aus der Gleichung (2) die Impulsfolgefrequenz des an der Leitung 92 erscheinenden Signals mit einem Wert von 2016 Impulsen pro Sekunde. Wie in der USA-Patentanmeldung SN501410 angegeben ist, wird diese Impulsfolgefrequenz im digitalen Phasenkompensator 12 um den Faktor 8 weiter geteilt, ehe sie zum Takten des Aufwärts/Abwärts-Zählers verwendet wird, der den Festspeicher des digitalen Phasenkompensators 12 abruft. Wenn sich der Frequenzausgang des Zählers 80 im 1-Hz-Zustand befindet, werden folglich die Adressen des Festspeichers mit einer Geschwindigkeit von 252 Adressen pro Sekunde gelesen. Dies ist genau die Geschwindigkeit, mit der die Adressen gelesen werden müssen, damit der Festspeicher zyklisch zweimal in einer Sekunde aufwärts und abwärts gelesen wird, damit ein voller Zyklus der analogen Sinusschwingung in genau einer Sekunde erzeugt wird.

Die an der Leitung 92 erscheinende Impulsfolge wird von der Leitung 94 auch an eine Teilerschaltung 96 —angelegt, die die Impulsfolgefrequenz durch den Faktor 504 teilt. Das Ausgangssignal der Teilerschaltung 96 wird über die Leitung 98 einer Rechteckformerschaltung 1Oo zugeführt. Die Rechteckformerschaltung 100 kann

609846/0786

aus zwei in Serie geschalteten "bistabilen Flipflops bestehen, von denen das erste abhängig von der an der Leitung 98 erscheinenden Impulsfolge arbeitet. Als Folge davon ist das an der Leitung 102 erscheinende Bezugsvorzeichensignal ein Rechtecksignal, das für (jeweils 2016 Impulse an der Leitung 94 einen vollen Zyklus ausführt. Es sei daran erinnert, daß in dem zuvor erwähnten Beispiel, bei dem sich nur der 1-Hz-Ausgang des Zählers 80 im hohen Zustand befand, die entsprechende Impulsfolgefrequenz an der Leitung 92 den Wert 2016 Impulse pro Sekunde hatte. Daraus folgt, daß unter diesenBedingungen das an der Leitung 102 erscheinende Rechtecksignal eine Grundfrequenz von 1 Hz hat. Dieses Rechtecksignal, das diePolarität des gewünschten Frequenzdurchlaufsignals darstellt, v/ird über die Leitung 52 dem Phasenkomparator 36 zugeführt.

Die mit "Frequenzänderungsgeschwindigkeif'und "Startfrequenz¹¹ bezeichneten Eingangssignale können von Schaltern des Bedienungspults hergeleitet werden, die von einer Bedienungsperson vor der Inbetriebnahme des Schwingungsgebers entsprechend eingestellt werden. Das Bedienungspult kann auch so ausgebildet werden, daß es die Auswahl einer Startfrequenz und einer Endfrequenz sowie einer Durchlauflänge in Dezimalform gestattet. Zum Umsetzen dieser Dezimalzahlen in Binärzahlen,, die die Frequenzänderungsgeschwindigkeit und die Startfrequenz repräsentieren, kennen herkömmliche Logikschaltungen verwendet werden.

609846/0786

Der Aufbau des Gleichlaufbandfilters 32 ist durch das Schaltbild von Fig.3 angegeben. Die in Fig.3 angegebenen Rechenverstärker AR1 bis AR6 können jeweils eine integrierte Schaltung des Typs SN72558 der Firma Texas Instruments Incorporated, Dallas, Texas sein. Die Einheiten 120 und 122 sind jeweils multiplizierende Digital-Analog-Umsetzer des Typs AD7520 der Firma Analog Devices Inc., Norwood, Massachusetts. In der bevorzugten Ausführungsform wird zwar der Typ AD7520 mit seinem 1O-Bit-Digitaleingang verwendet, doch kann es in manchen Fällen auch erwünscht sein, den 12-Bit-Typ AD7521 oder einen anderen ähnlichen multiplizierenden Digital-Analog-Umsetzer zu verwenden.

Wie aus Fig.3 zu erkennen ist, wird das Ausgangssignal des Beschleunigungsmessers 30 an der Leitung 62 über einen Eingangstransformator T1 an das Gleichlaufbandfilter angekoppelt. Das Signal von der Sekundärwicklung des Eingangstransformators wird an einen herkömmlichen invertierenden Rechenverstärker AR1 angelegt, der bei geschlossener Regelschleife den Verstärkungsfaktor 10 auf v/eist. Im Verlauf der Erörtertung von Fig.3 werden die an den verschiedenen Punkten der Schaltung erscheinenden Spannungen mit dem Buchstaben V bezeichnet, dem eine Bezugsangabe angefügt ist, die dem speziellen Punkt der Schaltung zugeordnet ist. Die Spannung am Ausgang des Rechenverstärkers AR1, die an der Leitung 124 erscheint, ist damit mit V124 bezeichnet.

Die Spannung V124 wird über einen Widerstand R7 dem Rechenverstärker AR2 zugeführt, der nach Fig.3 auch von einer Rückkopplung der Spannungen V126, V64 und V 128 abhängig ist. Die Ausgangsspannung V126 des Rechenverstärkers AR2 ergibt sich aus der Gleichung (3):

V126=V124/R6/(R6+R727*(1+R1/R3+R1/R2)-(R1/R2)V64-(R1/R3)V128

(3) 609846/0786

26193

Die Ausgangsspannung V126 liefert die Bezugseingangsspannung für den Multiplizierenden Digital-Analog-Umsetzer 120. . ' '

Unter Bezugnahme auf Fig.2 sei daran erinnert, daß der Wobbelgenerator 10 dem Gleichlaufbandfilter and der Leitung 54 ein 12-Bit-Frequenzausgangssignal liefert* Da der Umsetzer des Typs AD7520, der in der bevorzugten Ausführungsform verwendet wird, nur einen 10 Bits umfassenden Digitaleingang aufweist, werden vom Gleichlaufbandfilter nur die 10 höchstwertigen Bits aus dem Wobbelgenerator benutzt. Wie aus Fig.3 zu erkennen ist, wird also das höchstwertige Bit an den Leitungen 54, d.h. das einer. Frequenz von 64 Hz entsprechende Bit an die Klemme 4 des Umsetzers 120 angelegt. Das niedrigstwertige Bit, das der Klemme 13 des Umsetzers 120 zugeführt wird, entspricht der Frequenz 1/8 Hz. In den folgenden Gleichungen ist die Variable FREQ die von der Binärzahl repräsentierte Frequenz. D.h. in anderen Worten,daß bei der der Binärzahl gemäß Fig.3 zugeordneten Frequenzbedeutung die Variable FREQ einen Wert hat, der gleich einem Achtel der Binärzahl ist. Der Umsetzer 120 multipliziert bei Zusammenschaltung mit dem Rechenverstärker AR3 nach Fig.3 die Eingangsspannung V126 mit dem analogen Äquivalent der an die Klemmen 4 bis 13 angelegten Digitalzahl. Die Ausgangsspannung V130 des Umsetzers 120 ergibt sich aus der Gleichung (4) :

V130 = - (FREQ/128)V126 (4)

8.09846/0786

■ r 20-

Der Rechenverstärker AR4 übt zusammen mit seiner Rückkopplungsschaltung die Funktion eines invertierenden Integrators aus, so daß sich die Ausgangsspannung V64 des GIeichlaufbandfilters ausgedrückt mit dem Frequenzgang im eingeschwungenen Zustand aus der Gleichung '(5) ergibt:

V64= - (1/j 2πί R8C1) V130 (5)

wobei j den Wert -1 hat und f die Frequenz ist.

Es ist zu erkennen, daß die Spannung V64 über den Widerstand R2 auch zum negativen Eingang des Verstärkers AR2 zurückgekoppelt wird. Die Spannung V64 liefert auch die Bezugseingangsspannung für den multiplizierenden Digital-Analog-Umsetzer 122. Der Umsetzer 122 arbeitet mit dem Rechenverstärker AR5 so zusammen? daß er die Spannung V64 mit der Analog-Spannung multipliziert,- die der seinen Klemmen 4 bis 13 zugeführten Digitalzahl entspricht. DIsse Digitalzahl ist auch das an den Leitungen 54 erscheinende Frequenzeingangssignal, das dem Umsetzer 122 in der gleichen Weise wie dem Umsetzer 120 zugeführt wird. Das beispielsweise einer Frequenz von 64 Hz entsprechende höchstwertige Bit wird den Klemmen 4 des Umsetzers 12D und des Umsetzers 122 zugeführt. Die Ausgangsspannung V132 des Umsetzers 122 ergibt sich somit aus der Gleichung (6)s

V132 = - (FREQ/12S) V64 (6)

Der Rechenverstärker AR6 arbeitet zusammen mit seiner Rückkopplungsschaltung aus dem Widerstand R9 und dem Kondensator C2 als ein invertierender Integrator, so daß sich die Spannung V128 aus der Gleichung (7) ergibt:

V128 = - 1/j2nfR9C2) V132 (7)

609846/0788

Die Spannung V128 wird über den Widerstand R3 zum negativen Eingang des Rechenverstärkers AR2 zurückgekoppelt. Durch Zusammenfassen der Gleichungen (3) bis (7) und durch Einsetzen der Bauelementwerte nach Fig,3 ergibt sich die Gesamtübertragungsfunktion des GIeichlaufbandfilters im eingeschwungenen Zustand, d.h. das Verhältnis der Spannung V64 zur Spannung V124 aus der Gleichung (8):

1O₁If

- ' FREO
V64/V124 = ■ (8)

FREQ

Diese Gleichung ist als die Übertragungsfunktion eines Bandfilters zweiter Ordnung mit variabler Resonanzfrequenz zu erkennen. Die Resonanzfrequenz folgt der Variablen VREQ, und bei Resonanz hat die Phasenverschiebung durch das Filter der Wert O₀ Die Güte Q desFilters ist für R1=R3, C1=C2 und R8=R9 gleich R2/R1; sie hat für die Bauelementwerte vonFig.3 den Viert 5.

Das GIeichlaufbandfilter läßt die gewünschte Grundkomponente des Ausgangssignals des Beschleunigungsmesser 30 stets durch, während es Frequenzen über und unter dieser Grundfrequenz stark sperrt. Gleichzeitig hält das Gleichlaufbandfilter bei der gewünschten Grundfrequenz angenähert die Phasenverschiebung mit dem Wert O aufrecht, so daß es nicht mehr notwendig ist, die Filterphasenverschiebung an anderer Stelle im System zu korrigieren oder zu berücksichtigen.

609846/0786

Es ist hier zwar eine spezielle Ausführungsform eines Gleichlaufbandfilters "beschrieben worden, doch können auch andere Arten solcher Gleichlaufbandfilter im Rahmen der Erfindung angewendet werden. In manchen Fällen ist · es auch erwünscht, einen Doppelintegrator mit dem Gleichlanfbandfilter in die Aufbereitungsschaltung für das Ausgangssignal des Beschleunigungsmessers einzufügen. Eine Ausführungsform eines solchen Doppelintegrators zeigt, das Schaltbild von Fig.4, bei dem wie bekannt ist, jede Integrationsstufe mittels eines Rechenverstärkers mit Rückkopplung gemäß der Darstellung ausgeführt wird. Die Rechenverstärker AR7 und AR8 können jeweils· die oben angegebenen integrierten Schaltungen des Typs SN 72558 sein. In einer Ausführungsform ist der Integrator in die Leitung 62 an dem Punkt zwischen dem Beschleunigungsmesser 30 und dem Gleichlaufbandfilter 32 eingefügt.

Ss ist hier ein Schwingungsgeber zur Erzeugung seismischer Schwingungen beschrieben worden, der in einem sehr breiten Frequenzband arbeiten kann. Ein auf der Bodenplatte des Schwingungsgebers angebrachter Beschleunigungsmesser erzeugt ein die Bewegung der Bodenplatte repräsentierendes elektrisches Signal. Das Ausgangssignal des Beschleunigungsmessers wird zur Phasenverriegelung der Bewegung der Bodenplatte mit einem Frequenzdurchliaufbezugssignal verwendet. Da das Ausgangssignal des Beschleunigungsmessers im allgemeinen nicht monochromatisch ist, ist zum Glätten dieses Ausgangssignals ein GIeichlaufbandfilter vorgesehen. Die Resonanzfrequenz dieses GIeichlaufbandfilters folgt der Momentanfrequenz des Frequenzdurchlaufbezugssignäls . Als Folge davon hat das Gleichlauf-

609846/0788

bandfilter die gewünschte Eigenschaft, daß es bei der Grundfrequenz des Ausgangssignals des BescMainigungsmessers eine Phasenverschiebung mit im wesentlichen dem Wert Null hat, und es kann diese Grundfrequenz durchlassen, während es alle anderen Frequenzen sperrt. Gemäß einem v/eiteren Merkmal der Erfindung kann die Aufbereitungsschaltung für das Ausgangssignal des Beschleunigungsmessers zwei Gleichlaufbandfilter enthalten, die jeweils so ausgebildet sind, wie in Fig.3 dargestellt ist. In diesem Fall ist eines der Glöichlaufbandfilter auf eine geringfügig unter der Eingangsfrequenz aus dem Wobbelgenerator 10 liegende Frequenz abgestimmt," während das andere Gleichlaufbandfilter auf eine geringfügig über dieser Eingangsfrequenz liegende Frequenz abgestimmt ist. Unter diesen Bedingungen würde die Kaskadenschaltung der zwei Gleichlaufbandfilter einen Gesamtphasengang aufweisen, der sich abhängig von der Frequenz in der Nähe der Momentanfrequenz des Frequenzdurchlaufsignals langsam ändert« Dies ist vorteilhaft, da Änderungen der Werte der Schaltungselemente, beispielsweise solche Änderungen, die von Temperaturänderangen stammen, nicht unannehmbare Phasenverschiebungen durdidie Gleichlaufbandfilterkombination einführen. Die versetzte Abstimmung aer zwei Gleichlaufbandfilter könnte durch Addieren einer geieigneten Digitalzahl zum digitalen Frequenzeingangswert .eines der Gleichlaufbandfilter erzielt werden, während von der digitalen Eingangsfrequenz des anderen GIeichlaufbandfilters eine entsprechende Digitalzahl subtrahiert wird.

609846/0786

Es ist hier zwar eine spezielle Ausführungsform eines Schwingungsgebers zur Erzeugung seismischer Schwingungen bechrieben worden, doch sind für den Fachmann im Rahmen der Erfindung ohne weiteres Abwandlungen erkennbar.

609846/0786

Claims

Patentansprüche

Θ.
Anordnung zur Steuerung eines zur Erzeugung seismischer Schwingungen verwendeten Schwingungsgebers, gekennzeichnet durch

a) eine Vorrichtung zur Erzeugung eines ersten elektrischen Signals mit einer veränderlichen Frequenz, das die Sollbewegung des seismischen Impuiisgebers repräsentiert,

b) eine Vorrichtung zur Erzeugung eines zweiten elektrischen Signals, das die Istbewegung des seismischen Schwingungsgebers repräsentiert,

c) eine GIeichlauffiltervorrichtung, die abhängig von dem zweiten elektrischen Signal arbeitet, wobei der Frequenzgang dieser Gleichlauffiltervorrichtung derart veränderlich ist, daß bei der Momentanfrequenz des ersten elektrischen Signals eine Phasenverschiebung mit etwa dem ¥ert Null und eine örtliche Amplitudengangspitze aufrechterhalten wird,und

d) eine Phasenkomparatorvorrichtung, die abhängig von dem ersten elektrischen Signal und von dem von der Gleichlauffiltervorrichtung erzeugten Signal ein Fehlersignal zur Steuerung des seismischen Schwingungsgebers erzeugt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichlauffiltervorrichtung ein Bandfilter ist₀

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzfrequenz des Bandfilters abhängig von einem digitalen Steuersignal veränderlich ist«,

609846/0786

4. Anordnung zur Übertragung einer seismischen Schwingungsenergie auf den Erdboden, gekennzeichnet durch

a) eine Vorrichtung zur Erzeugung eines ersten Digitalsignals,

t>) einen Digital-Analog-Umsetzer, der abhängig von dem ersten digitalen ein erstes elektrisches Analogsignal zur Steuerung der Bewegung eines hydraulischen Schwingungsgebers erzeugt,

c) eine Vorrichtung zur Erzeugung eines zweiten elektrischen Analogsignals, das die Bewegung des hydraulischen Schwingungsgebers repräsentiert,

d) eine Signalaufbereitungsvorrichtung mit einem Gleichlaufbandfilter, das abhängig von dem zweiten elektrischen Analogsignal ein modifiziertes Signal erzeugt, und

e) eine Komparatorvorrichtung, die abhängig von dem modifizierten Signal und von der Vorrichtung zur Erzeugung des ersten Digitalsignals ein Fehlersignal zum Modifizieren des ersten Digitalsignals erzeugt»

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittenfrequenz des Gleichlaufbandfilters von der Vorrichtung zur Erzeugung des ersten Digitalsignals gesteuert ist.

Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Erzeugung des zweiten elektrischen Analogsignals ein Beschleunigungsmesser ist«,

" 609846/0786

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalaufbereitungsvorrichtung eine Verstärkungsregelvorrichtung enthält.

8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalaufbereitungsvorrichtung wenigstens eine Integratorstufe enthält.

9. Anordnung zur Steuerung eines zur Erzeugung seismischer Schwingungen verwendeten Schwingungsgebers, der ein erstes elektrisches Signal, das die Istbewegung des Schwingungsgebers repräsentiert, mit einem zweiten Signal, das die Sollbewegung des Schwingungsgebers repräsentiert, verglichen wird, damit ein Fehlersignal zur Steuerung des Schwingungsgebers erzeugt wird, gekennzeichnet durch eine Signal aufbereitungsvorrichtung für das erste elektrische Signal mit wenigstens zwei in Kaskade geschalteten Gleichlaufbandfiltern, deren Mittenfrequenzen gegeneinander versetzt sind, jedoch stets etwa gleich der von dem zweiten Signal repräsentierten Momentanfrequenz sind.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverschiebung durch die Signalaufbereitungsvorrichtung in einem endlichen -Frequenzband um die durch das zweite Signal repräsentierte Momentanfrequenz etwa den Wert Null hat.

11« Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines mit variabler Frequenz arbeitenden Schwingungsgebers zur Erzeugung seismischer Schwingungen, dadurch gekennzeichnet:

a) daß ein Gleichlauffilter so gesteuert wird, daß nahe der gewünschten Momentanfrequenz des Schwingungsgebers

■ 6.0 9 846/0 78 6

der Spitzenwert seines Amplitudengangs und eine Phasenverschiebung etwa mit dem Viert Null aufrechterhalten werden,

b) daß ein die Bewegung des Schwingungsgebers repräsentierendes Signal erzeugt wird,

c) daß dieses Signal an das GIeichlauffilter angelegt wird,

d) daß die Phase des von dem GIeichlauffilter erzeugten Signals mit .der Phase eines Bezugssignals zur Erzeugung eines Fehlersignals verglichen wird und

e) daß die Bewegung des Schwingungsgebers unter Verwendung dieses Fehlersignals gesteuert wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Steuerung des Gleichlauffilters ein die Momentanfrequenz des Bezugssignals repräsentierendes Digitalsignal erzeugt wird, und daß die Frequenz, bei der der Spitzenwert des Amplitudengangs und die Phasenverschiebung des Filters mit dem Wert Null auftreten,entsprechend diesem Digitalsignal verändert wird.

13· Schwingungsgeber zur Erzeugung seismischer Schwingungen, gekennzeichnet durch

a) eine Bodenplatte zur Übertragung elastischer Wellen auf das darunterliegende Erdmaterial,

b) eine Hydraulikkolbenvorrichtung zur Ausübung hin- und hergehender Kräfte auf die Bodenplatte,

09846/0786

c) eine Fühlervorrichtung zur Erzeugung eines ersten
elektrischen Signals, das die Bewegung der Bodenplatte repräsentiert,

d) eine Vorrichtung zur Erzeugung eines zweiten elektrischen Signals, das die Sollbewegung der Bodenplatte
repräsentiert,

e) eine GIeichlauffiltervorrichtung, die abhängig von dem ersten elektrischen Signal arbeitet, wobei der Frequenzgang dieser Gleichlauffiltervorrichtung derart veränderlich ist,daß bei der Momentanfrequenz des zweiten
elektrischen Signals eine Phasenverschiebung mit etwa dem Wert Null und eine örtliche Spitze des Amplitudengangs aufrechterhalten werden, und

f) eine Phasenvergleichsvorrichtung, die abhängig von dem zweiten elektrischen Signal und dem von der GIeichlauffiltervorrichtung erzeugten Signal ein Fehlersignal
zur Steuerung des Betriebs der Hydraulikkolbenvorrichtung erzeugt.

14. Schwingungsgeber nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichlauffiltervorrichtung ein Bandfilter ist.

15· Schwingungsgeber nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzfrequenz des Bandfilters abhängig von dem digitalen Steuersignal veränderlich ist.

16, Schwingungsgeber zur Erzeugung seismischer Schwingungen, gekennzeichnet durch

a) eine hydraulisch betätigte Schwingungserzeugungsvorrichtung,

B09B46/Q786

b) eine Vorrichtung zur Erzeugung- .eines ersten Digitalsignals ,

c) einen Digital-Analog-Umsetzer, der abhängig von dem ersten Digitalsignal ein erstes elektrisches Analogsignal zur Steuerung der Bewegung der hydraulisch betätigten Schwingungserzeugungsvorrichtung liefert,

d) eine Vorrichtung zur Erzeugung eines zweiten elektrischen Analogsignals, das die Bewegung der hydraulisch betätigten Schwingungserzeugungsvorrichtung repräsentiert,

e) eine Signalaufbereitungsvorrichtung mit einem Gleichlaufbandfilter, das abhängig von dem zweiten elektrischen Analogsignal ein modifiziertes Signal erzeugt, und

f) eine Vergleichsvorrichtung, die abhängig von dem modifizierten Signal und von der Vorrichtung zur Erzeugung des ersten Digitalsignals ein Fehlersignal zum Modifizieren des ersten Digitalsignals erzeugt.

17. Schwingungsgeber nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittenfrequenz des GIeichlaufbandfilters von der Vorrichtung zur Erzeugung des ersten Digitalsignals gesteuert ist.

18. Schwingungsgeber nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Erzeugung des zweiten elektrischen Analogsignals einen Beschleunigungsmesser enthält.

19. Schwingungsgeber nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,

609846/0786

daß die Signalaufbereitungsvorrichtung eine Verstärkungsregelvorrichtung enthält.

20. Schwingungsgeber nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalaufbereitungsvorrichtung wenigstens eine Integrationsstufe enthält.

609846/0786

Le e rs e i te