DE2644886A1 - Verfahren und einrichtung zur pruefung und anzeige der ansprechcharakteristik der elemente eines geophysikalischen datenaufnahmesystems - Google Patents

Description

Hamburg, den 27. September 194376

Priorität: 1. Oktober 1975, U.S.A., Pat.Anm.Nr. 618 602

Anmelder;

Chevron Research Co.

575 market Street

San Francisco, CaI. 94105, U.S.A.

Verfahren und Einrichtung zur Prüfung und Anzeige der Ansprechcharakteristik der Elemente eines geophysikalischen Datenaufnahmesystems

Die Erfindung bezieht sich auf eine Impulsprüfung von Aufnahmeelementen eines geophysikalischen Datenaufnahmesystems und insbesondere auf ein Verfahren und eine Einrichtung, uielche automatisch sehr genaue Geophon-Ansprechcharakteristiken, die der gedämpften Beiuegungsgleichung dieser Geophone zugeordnet sind, erzeugt, nachdem eine im Stromkreis der Geophone liegende Konstantstromquelle, welche eine An-

-2-

7$9815/0369

fangsverschiebung der Spulen der einer Prüfung unterzogenen Einrichtungen bewirkt, u/eggenommeη wurde.

Der Ausdruck "Impulsprüfung¹¹ wird dabei zur Benennung eines Systems zur Prüfung der Arbeits- oder Betriebsparameter eines Geophones verwendet. In einem solchen System werden zunächst ein oder mehrere Geophone mit einem Gleichstrom vorerregt. Der Strom verschiebt die Geophonspulen in einer von der Polarität des Stroms .abhängenden Richtung_f um einen dem Strom, dem Magnetfeld, in dem die Spule aufgehängt ist und der Federkonstante des Spulenträgers proportionalen Betrag. U/enn der \/orerregerstrom aufhört, beaufschlagen die Federkräfte die Spule in Richtung ihrer Ruhestellung. Dies führt zu einer mechanischen Schwingung der Spule um ihre Ruhestellung, die auf der Spulenmasse, der Federkonstante, der Spulenlagerung und dem Dämpfungsfaktor des Ferier-Massen-Systems beruht.

Wenn die Spule einer gedämpften Schwingung ausgesetzt ist, wird während der Bewegung der Spule im filagnetfeld eine Spannung erzeugt, deren Augenblicksuuert durch die Bewegungsgleichungen der gedämpften Geophonspule festgelegt ist. Eine bestimmte Ansprechcharakteristik kann dann beispielsweise aus dem Amplitudenverhältnis des ersten und zweiten Scheitelwertes der absoluten Spannungsmaxima abgeleitet werden.

Die Erfindung ist zur Verwendung bei seismischen Aufschluß-

-3-

709815/0369

v/erfahren vorgesehen, bei welchen akustische Wellen erzeugt und in die Erde abgestrahlt u/erden. An den Grenzflächen unterirdischer Schichten, deren akustische Impedanzen verschieden sind, treten Reflexionen auf, die nacheinander durch Geophongruppen an der Erdoberfläche aufgenommen werden. Dede Geophongruppe, die eine Anzahl einzelner Geophone umfassen kann, erzeugt ein zusammengesetztes elektrisches Signal oder fflischsignal, welches eine Anzeige- und Aufzeichnungseinrichtung ansteuert, welche gewöhnlich in einem ffleßumgen untergebracht ist und elektrisch mit der Geophongruppe durch ein Geophonkabel oder einen Abschnitt eines solchen Kabels verbunden ist.

Unabhängig davon, ob seismische Daten im freien Gelände oder in Stadtgebieten aufgenommen werden, sollten die Geophone jeder Geophongruppe häufig geprüft werden. Die Wichtigkeit dieser Prüfung wurde erst vor kurzem wieder dokumentiert, fflan hat nämlich herausgefunden, daß bei der Ausführung von Aufschlußverfahren täglich etwa bis zu 20/6 der Geophone Defekte zeigen, die vom ffießpersonal mit den herkömmlichen Verfahren nicht festgestellt werden können.

Die bekannten Werfahren zur Impulsprüfung von Gaophonen im Gelände sind nämlich in ihrer Wirkungsweise beschränkt. Beispielsweise kann es erwünscht sein, die UJerts der ersten und zweiten absoluten Spannungsspitzen der gedämpften Sinusspan-

-4-

709815/0369

AS

nung als Funktion dar gleichen gemeinsamen Impulscharakteristik aufzunehmen, d.h. also in einem gemeinsamen Zyklus zu prüfen. Aus solchen AmplitudBnwerten können der Dämpfungsfaktor b und die Relativempfindlichkeit G der Geophone mit grösserer Genauigkeit bestimmt werden. Γ/lit den bisher bekannt gewordenen Systemen können jedoch keine benachbarten Amplituden-Spitzenwerte in einem gemeinsamen Zyklus erfaßt werden. Die Genauigkeit der Beurteilung der Geophoneigenschaftan ist daher stark eingeschränkt.

Die Erfindung bezweckt daher die Schaffung eines Verfahrens und einer Einrichtung für eine verbesserte und genauere Impulsprüfung, mit welchen vollautomatisch und bei hoher Betriebssicherheit und gutem Wirkungsgrad eine einfache und bequeme Überprüfung der Ansprechcharakteristik und des Frequenzganges eines oder mehrerer Geophone durchgeführt werden kann, um dem Hileßpersonal die Möglichkeit zu geben, in kürzester Zeit festzustellen, ob die einer Funktionsprüfung unterworfenen Geophone die filindestanforderungen an die Gütenormen erfüllen, wobei im normalen Feldbetrieb mit Laborgenauigkeit geprüft werden kann.

Dies wird erfindungsgemäß durch Schaffung einer tragbaren, leichten Einrichtung und einem damit ausführbaren Verfahren zur Impulsprüfung erreicht, mit welchen ausgewählte Amplitudenwerte der gedämpften Schwingung der Spulen der einer Prüfung unterzogenen Geophone aufgenommen und ausgezeichnet

-5-

709815/0369

werden können, wenn die zunächst verschobenen und dann aus ihrer verschobenen Stellung losgelassenen Spulen eine gedämpfte Schwingung ausführen. Aus den oben erwähnten Anzeigewerten können die interessierenden Betriebskenngrößen, insbesondere der Dämpfungsfaktor b und die relative Ansprechempfindlichkeit G berechnet werden. Mit der Erfindung können also buchstäblich Hunderte von Geophonen in einer relativ kurzen Zeitspanne am Meßort im Gelände geprüft werden, um festzustellen, ob sie die minimalen Güteanforderungen für einen wirksamen Geophonbetrieb erfüllen.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Einrichtung ist ein Schaltregler vorgesehen, um eine Gleichstromquelle schlagartig von den Geophonen abzuschalten und dadurch eine Schwingung der Spulen in Übereinstimmung mit der Masse, der Federung bzw. Nachgiebigkeit und der Dämpfung des Systems zuzulassen. Der gleiche Schalter verbindet gleichzeitig einen analogen Ansprechkreis zur Konditionierung bzw. Herstellung bestimmter Versuchsbedingungen und zur Verstärkung mit einem digitalen Voltmeter und einer vorzugsweise damit zu einem Modul zusammengefaßten Anzeige zur Überwachung der durch die Geophonspulen erzeugten Spannung. Eine digitale Taktgeberschaltung erzeugt Takt- bzw, Zeitsteuerimpulse für die Vorerregung der Stromquelle, des digitalen Voltmeters und der Anzeigevorrichtung. Diese Taktimpulse steuern Arbeitsschritte, welche unter anderem Angaben über den Ver-

-6-

709 815/036 9

4 26U886

4)

lauf der interessierenden Spitzenspannungen ermöglicht, und zwar insbesondere über die erste positive Spannungsspitze A.. und über das Verhältnis Ια,,/Α«! > wobei A₂ die erste negative, der positiven Spannung A₁ benachbarte Spitzenspannung ist.

Erfindungsgemäß ist auch eine 3a-Nein-Angabe bzw. Anzeige im Hinblick auf die Zulässigkeit oder Eignung der oben erwähnten Amplitudenwerte vorgesehen, wie durch die gegebene maximale Stellenzahl oder durch fehlende Zählerkapazität im digitalen Voltmeter und der Anzeigeeinheit angezeigt. Auf diese Weise kann auch die Anzeige einer mit der digitalen Erzeugung der Amplituden der interessierenden Frequenzbereiche auftretenden bit-Information mit zu geringem Datenfluß und mit Überlauf überwacht werden.

Außer einer Haupt-Taktimpulsfolge werden bei verschiedenen Elementen des erfindungsgemäßen Systems auch Vielfache dieses Taktes verwendet, um die erforderliche Synchronisierung zwischen den Elementen de© Systems während der Datenerzeugung zu gewährleisten.

In weiterer, bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist die analoge Ansprech- bzw. Detektorschaltung dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei konditionierte Signale der Ansprechspannung der eine gedämpfte Schwingung ausführenden Geophonspulen erzeugt. Das erste dieser Signale bezieht sich auf die an-

-7-

709815/0369

fänglicha maximale Spitzanamplituda dar Ansprachspannung oberhalb bzw. unterhalb sinar horizontalen Bezugslinie, und das zu/eita Signal entspricht der nächsten darauf folgenden Spitzenamplitude unterhalb bzui. oberhalb der gleichen Bezugslinie. Auf diese Weise könnan die Signale in einan ersten maximalen Spitzenwert A- und einan zweiten maximalen, dem liiert A₁ benachbarten negativen Spitzenwert A^ aufgeteilt werden. Die nachfolgende Schaltung zur Analog-Digital-Umsetzung zur Erzeugung der interessierenden Amplitudenwerte kann daher für jedes dieser Signale im wesentlichen gleich aufgebaut sein. D.h., daö die Analog-Digital-Konverter für dia Umsetzung der parallelen ersten und zweiten Signale sich in ihrem Aufbau nur geringfügig unterscheiden, jedoch die gleicha jeweils zugehörige logische Schaltung aufweisen, um die interessierenden Amplitudenwerte, insbesondere A,. und das Verhältnis zwischen A- und A2 in digitaler Form anzuzeigen. Aus diesen Werten können die interessierenden Gütenormen und Betriebsdaten, beispielsweise die Relativempfindlichkeit G und der Dämpfungsfaktor b, wie bereits erwähnt, errechnet werden.

Mit dem erfindungsgemäöen Verfahren und der erfindungsgemässsn Einrichtung können also ein oder mehrere Geophone eines geophysikalischen Datenaufnahmesystems durch Erzeugung und Analyse der Impuls-Ansprechcharakteristiken solcher Geophone schnell und bequem geprüft werden. Dabei werden insbesondere

-B-

7 09 815/0369

die zu der Gleichung der gedämpften Bewegung der Geophonspulen gehörenden ersten und zweiten aufeinander folgenden absoluten Spitzenamplituden abgetastet und mit einer auch im Gelände überraschend hohen Genauigkeit in digitaler Form angezeigt.

Weitere Vorzüge und merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, in welchen die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielsweise erläutert und dargestellt ist. Es zeigen :

Fig. 1 und 3 Blockdiagramme einer erfindungsgemäßen automatischen Impuls-Prüfeinrichtung zur Erzeugung von Kennwerten eines oder mehrerer Geophone eines geophysikalischen Datenaufnahmesystems, wobei die erfaßten Kennwerte zur Auswertung in digitaler Form angezeigt werden,

Fig. 2 eine schematische Blockdarstellung zur Ver

deutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 4 ein schematisches Schaltbild einer Ansprech-

Konditionier- und Verstärkerschaltung einer Impuls-Prüfeinrichtung nach Fig. 1 und 3 zur Erzeugung einer "wahren" und einer "konditionierten", mit der durch eine Schwingung der vorher angestoßenen Geophonspulen erzeugten Spannung verknüpften Wellenform,

-9-

7 09 815/036 9

Ίο"

Fig. 5 ein Schaltbild eines Digital-Voltmeters und

einer Anzeigevorrichtung, die vorzugsweise zu einem Baustein zusammengefaßt sind,

Fig. 6 und 7 weitere Schaltbilder zur Verdeutlichung bestimmter Ausgestaltungen der in Fig. 5 gezeigten Schaltung, insbesondere zur Veranschaulichung getrennter Analog-Digital-Konverter zur Identifizierung bzw. Erkennung getrennter Ansprechcharakteristiken der Geophone in der Anzeige,

Fig. θ ein Schaltbild einer Zähl- und Vergleichsschaltung des Digital-Voltmeters nach Fig. 5,

Fig. 9 ein schematisches Prinzipschaltbild logischer

Torschaltungen und der zugehörigen Schaltungsteile des Digital-Voltmeters und der Anzeigevorrichtung nach Fig. 5,

Fig. 10 ein Schaltbild einer Anzeigevorrichtung dBr

in Fig. 5 gezeigten Schaltung mit einem logischen Akkumulator bzw. Zwischenspeicher und einer Reihe eine siebenstellige Anzeige bildenden lichtemittierender Dioden,

Fig. 11 θιπβπ Rückstellkreis für aufeinander folgende

Funktionen der Prüfeinrichtung nach Fig. 1 und 3, und

Fig. 12 und 13 Schaltbilder einer Erkennungsschaltung des

Digital-Voltmeters und der Anzeigevorrichtung

-10-709815/0369

nach Fig. 5 zur Erkennung einer zu geringen bit-Zahl oder eines Überlaufs.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Schaltung 10 zur Anzeige einer Impulsantwort bzw. Impulsansprechcharakteristik dargestellt. Die Schaltung 10 ist vorzugsweise aus an sich bekannten größeren integrierten Schaltkreisen (LSIC) aufgebaut. Dadurch ist es in vorteilhafter Weise sichergestellt, die Schaltung 10 mit einer Batterie 11 zu betreiben und in einem kompakten tragbaren Gerät unterzubringen, welches auch im Gelände eingesetzt werden kann.

Die Schaltung 10 dient zur Anzeige von Impuls-Ansprechcharakteristiken eines oder mehrerer Geophone 12. Dib gemessenen Kennwerte der Geophone 12 werden mit Hilfe einer Anzeigeeinrichtung 13 digital angezeigt. Zur Einschaltung des Betriebes wird eine Stromquelle 14 über einen Regler 15 eingeschaltet. Die der Gleichung der gedämpften Bewegung, d.h. den Schwingungen der Geophonspulen BntsprBchende Spannungscharakteristik wird durch eine im Stromkreis der Geophone liegende Ansprechschaltung 16 abgetastet. Nach der digitalen Verarbeitung in der Aufbereitungs- und Anzeigeschaltung 13 können dann die interessierenden AnsprechcharakteristikBn der Geophone 12 angezeigt werden. Die Betriebsarten der Schaltung 10 werden verständlicher, wenn man zunächst einmal die gesuchten Betriebswerte, die durch die mit der erfindungsge-

709815/0369

mäßen Schaltung ausgeführten Messungen ausgewertet und zahlenmäßig ausgedrückt werden sollen, kennt und v/ersteht. Im folgenden sollen daher zunächst die Batriebskenniuerte und ihre Beziehung zu den durch die Schaltung 10 erzeugten Ansprechuierten kurz erörtert u/erden.

Bei der Impulsprüfung von Geophonan wird ein Strom durch die Geophonspulen geschickt. Wach der dann vorgenommenen Trennung vom zugehörigen Stromkreis führt die Spule eine mechanische Schwingung aus. Die Schuuingungsamplituden nehmen dann aufgrund der Energiaverluste oder Dämpfung mit der Zeit allmählich ab. Die Dämpfungsiuirkung auf die Spulenbeiuegung wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt, mit welcher eine bestimmte Betriabscharakteristik für die Bewertung und Beurteilung der Geophone ermittelt werden kann. Diese Gleichung lautet:

b = sin tan"¹ (1/ϊΓ)1 nj A₁ZA₂I (1)

Dabei ist b der in Form einer dimensionslosen Zahl ausgedrückte Dämpfungsfaktor, A₁ die erste positive Amplitude einer gedämpften Bewegung der Geophonspulen und A₂ die nächstfolgende negative Amplitude der gleichen gedämpften Bewegung. Der variable Schlüsselwert in dieser ersten Gleichung ist der Quotient A^/Tu« Dieser Ausdruck A./A^ ist einer der durch die erfindungsgamäße Schaltung 10 nach Fig. 1 erzeugten Amplituden-Ansprechwerte.

-12-

709815/0369

- tr -

Ein zweiter variabler Betriebskennwert für die oben erörterte interessierende Geophonbeurteilung wird durch die Gleichung

. ~1,_Λ (2)

Γ"

=A

^sin"

ausgedrückt, ujobei G die Relativsmpfindlich des oder der geprüften Geophone, A,. den Amplitudeniuert der ersten Spitze der Impulsantujort der Geophone, f die Resonanzfrequenz der Geophone und b den oben angegebenen Dämpfungsfaktor angibt.

Zur Ableitung der vorstehenden Gleichung (2) für die Empfindlichkeit werden im folgenden einige erläuternde Hinweise gegeben.

Dabei kann davon ausgegangen werden, daß im allgemeinen die Klasse des Spulenkörpers und die Länge einer Geophonspule von Geophon zu Geophon gleich sind. Die Spulenverschiebung wird durch die Gleichung

Y = K₂[e"^ÄtJsin cut (3)

angegeben, wobei Y die Verschiebung, K„ eine Konstante, t die Zeit und üi die Winkelgeschwindigkeit ist. Λ steht für ω b, wo· bei ui die Winkelgeschwindigkeit 2fff der in Resonanz befindlichen Spule ist, wobei f_Q die Resonanzfrequenz der Spule und b den oben erwähnten Dämpfungsfaktor angibt.

-13-

709815/0369

Es läßt sich zeigen, daß die maximale Spulengeschwindigkeit mit

^exp

angegeben werden kann.

Die durch den Stromfluß (i) auf dis Spule ausgeübte Kraft ist

F = K₂BIi,

wobei B die magnetische Flußdichte, 1 die Länge des Spulendrahtes und (i) der Strom ist.

Unter der Annahme, daß (i) und (1) konstant sind, kann dieser Ausdruck vereinfacht mit

F = k₃B

angegeben werden.

Zusätzlich u/ird jetzt die bekannte Gleichung für die Eigenfrequenz der Geophone:

U,_o = (S/m)^i/2

eingeführt, wobei S die Federkonstante und m die oben als

709815/0369

konstant angenommene Spulenmasse ist.

Durch Kombination der vorstehenden mathematischen Ausdrücke und unter Berücksichtigung der Tatsache, daß das erste Maximum A₁. der Impulsantwort am Punkt dar größten Spulengaschtuin· digkait auftritt, erhält man:

2 Γ -1 -1 Ί ^Ί/2

B = const. A^f axp ί cos b tan sin bj

oder für die zu B proportionale ralativ/e Empfindlichkeit G den Ausdruck

G = j A-f exp(cos" b tan sin" b)J ,

welcher der oben angegebenen Gleichung (2) entspricht.

Es ist zu beachten, daß die aus den obigen Gleichungen (1) und (2) bestimmten Variablen die Rasonanzfraquanz f , die Variable A,. und dia arithmetische Funktion Α<,/Α₂ einschließen. Der Wert A₁ wird ebenso u/ia die Variable A^/A^ durch die erfindungsgemäße Schaltung 10 erzeugt.

Es ist auch die Tatsache zu beachten, daß die meisten im Gelände eingesetzten Geophone Dämpfungswiderstände aufweisen. In diesem Fall fließt nur ein Teil des Erregarstromes durch die Spulen, während der Rest durch den Nebsniuiderstand fließt.

-15-

709815/0369

Unter der Annahme, daß sämtliche Dampfungsiuiderstanda gleich sind, ist die Messung der oben angegebenen relativen lichkeit G nach wie vor gültig. Falls bekannte Unterschiaie in den Dämpfungsiuiderständen vorhanden sind, würde man für G den Ausdruck

_r Rc
^G = "HTi

+ Rs Π, - (cos" b) (tan sind" b) |

1/2

erhalten, wobei Rc der Spulenwiderstand und Rs der Dämpfungsiuiderstand ist.

Fig. 2 dient zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens, in welchem die interessierenden Amplitudenkennwerte, d.h. also die zur Bewertung dar Geophonkennwerte gehörenden Werte A./Ao und A,, nacheinander bestimmt werden.

Dabei ist zu beachten, daß die Beendigung oder Unterbrechung des ursprünglich auf die Spulen gegebenen Stromes eine Impuls· antiüort auslöst, aus welcher die interessierenden Ansprechcharakteristiken, also A. und A,./^ ermittelt und angezeigt werden. Die Berechnung der interessierenden Geophonkenniuerte, insbesondere des Dämpfungsfaktors b und der relativen Geophonempfindlichkeit G nach den obigen Gleichungen (1) und (2) kann dann beispielsweise sehr einfach mit Hilfe eines Taschenrechners vorgenommen werden. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß die gemessenen Ansprechiuerte A₁ und A./A«, die

-16-

709815/0369

in dar erfindungsgemäßen Schaltung 10 erzeugt werden, in einer direkten Beziehung zu den interessierenden DetriebskennujBrten, d.h. also zur relativen Empfindlichkeit G und zum Dämpfungsfaktor b stehen, so daß dia Betriebskenniuerte und GütenormBn und damit eine Beurteilung der Geophone schnell und sicher möglich ist.

Fig. 3 zeigt nähere Einzelheiten des Aufbaus dar in Fig. 1 gezeigten erfindungsgemäßen Schaltung 10.

Die Ansprechujerte der mit den interessierenden Parametern A₁ und A-]/A₂ verknüpften Wellenform werden nacheinander an der Erkennungs- und Anzeigeschaltung 13 als Zeitfunktion angezeigt.

Dia Ansprechspannungen der Geophone werden zunächst durch die Ansprechschaltung 16 konditioniert bzw. aufbereitet. Dies erfolgt, nachdem der durch die Spulen geschickte Strom durch Betätigung eines Haupt-Relais oder-Schütz 20 von der Stromquelle 14 getrennt wurde. Der Ansprechkreis 16 verstärkt zunächst die Antwort- bzw. Ansprechspannung und spaltet diese dann zur Bildung einas zweiten parallelen Signals auf. Das zweite Signal wird konditioniert und verstärkt, und beide Signale werden vom Ansprechkreis 16 übertragen. Dabei ist zu beachten, daß das Relais 20 in die' gezeigte Stellung geschaltet werden muß, bevor die Ansprechspannung der mit der

-17-

709815/0369

Ansprechschaltung 16 und der Ablese- und Anzeige-Schaltung verbundenen Geophone abgetastet werden kann.

Der Schalter 20 ujird mit einer Schaltersteuerung 22 eines Hauptreglers 15 über eine Verbindung 21a elektrisch gesteuert.

Die Schaltersteuerung 22 wird durch einen Taktimpulszug C./10 angesteuert, welche von einer digitalen Taktgeberschaltung geliefert wird. UJsitere von der Taktgeberschaltung 23 erzeugte Taktimpulszügo umfassen 50C,., 100C₁, 5C. und C- Taktimpulse. Diese Taktimpulse synchronisieren die Schaltungsvorgänge in der digitalen Auswerte- und Anzeige-vorrichtung 13, wie oben erläutert.

Es ist zu beachten, daß die Eingabe der Takt- und Steuersignale im Baustein 26 der Digital-Voltmeter-Anzeige- bzuj. Ableseeinrichtung zusammengelegt ist, in welchem die gewünschten zu den Amplitudenwerte A. und A./A₂ gehörenden Ansprechwerte mit guter Genauigkeit erzeugt und dann,wie oben erläutert, an der Anzeigeeinrichtung 27 angezeigt werden.

Fig. 4 verdeutlicht die Arbeitsweise der Ansprechschaltung in Fig. 3 anhand näherer Einzelheiten.

Es wurde bereits erwähnt, daß die Schaltung 16 dazu dient, zwei Impulsantworten A. und A₂ zu erzeugen, die für die

-10-

709815/0369

Ansprachcharaktaristik eines oder mehrerer an dan Klemmen 48 in Fig. 4 angeschlossener Geophone kennzeichnend sind.

Zunächst iuird am Punkt 50 von der Stromquelle 14 und einem Widerstand oder einem Widerstandsnetzwerk 24 ein bestimmter Konstantstrom erzeugt, u/enn die Schalterelemente 20a und 20b mit zugehörigen Schalteranschlüssen gemäß Fig. 4 in Verbindung gebracht werden. Der von der Stromquelle 14 und dem Widerstandsnetzwerk 24 kommende Strom erscheint am negativen Eingang eines Operationsverstärkers 52. Da der Eingang des Ver-stärkers 52 keine Differenzspannung gegen den an Erde liegenden positiven Eingang aufweisen kann, muß der konstante Strom zur Umkehrung bzw. Negierung über die mit den Anschlüssen 48 verbundenen Geophone fließen. D.h., daß ein Stromfluß zum Punkt 52a durch einen vom Punkt 52a abgehenden Stromfluß kompensiert werden muß. Das Schalterorgan 20b ist während dieses Zeitraumes über eine Verbindung 21a des Umschaltreglers 22 in Fig. 3, der auch das Schalterelement 20c steuert, geschlossen. Die genannten Ströme gleicher Grösse und entgegengesetzter Richtung sorgen dafür, daß der Punkt 52a auf dem Potential Null bleibt, unter der Annahme, daß die notwendige Spannung am Ausgang des Verstärkers 52 aufgebaut wird, um einen genau entgegengesetzten Strom durch das oder die Geophone an den Anschlüssen 48 zu erzeugen.

Dioden 54 verhindern dabei eine Übersteuerung des Verstär-

-19-

709815/0369

kers 52 durch die Stromquelle 14 dadurch, daß sie über einem bestimmten Schwellenwert leitend werden.

Unter der Annahme, daß die gemäß Darstellung am Punkt 50 angeschlossene Stromquelle 14 eine positive Polarität besitzt, fließt ein positiver Strom über einen Widerstand 24 zum Punkt 52a, und die einzige Möglichkeit, daß der Verstärker 52 einen negativen Strom erzeugen kann, um den Punkt 52a auf dem Potential Null zu halten, besteht darin, daß seine Ausgangsspannung eine negative Polarität aufweist. Der Ausgang des Verstärkers 52 wird also auf einem mehr oder wenigen konstanten negativen Potential liegen, während diese Vorgänge ablaufen. Es ist zu beachten, daß das gleiche negative Potential gleichzeitig über einen Schalter 58 und einen mit diesem ausgewählten Widerstand 25 an den Eingang eines Operationsverstärkers 61 gelegt ist. Zu diesem Zeitpunkt ist dar Ausgang des Verstärkers 61 auf einem positiven Potential.

Die von der Digitalschaltung 23 in Fig. 3 kommende C./10 Taktfolge wirkt beim Beginn ihres komplementären Halbzyklus wie vorstehend beschrieben über den Regler 22. Der dem Eingang des Verstärkers 52 zugeführte Strom wird dadurch schlagartig durch die Rückstellung der Schalterelemente 20b und 20c unterbrochen. Das Schalterelement 20a verbleibt in seiner Stellung. Vor der Unterbrechung bzw. Abschaltung wurde die Spule unter der Wirkung des vom Verstärker 52 durch diese fließenden

-20-

709815/0369

Stromes in eina angahobana (odar heruntergedrückte) Stellung boiuegt, aus der sia bei der Abschaltung zurückfällt. Bei der Zurückbewagung und während ihrer durch die Generatorwirkung erzeugten Abweichung erzeugt die Spule baim Schneiden von Flußlinien eine sich zeitlich ändarnda Impulsantwort in Form einer Welle mit benachbarten Spitzanamplituden A. und A„, die oberhalb und unterhalb einer zugehörigen Bezugslinie D gemessen werden. Ein zur Amplitude A^ gehörendes Ausgangssignal wird am Ausgang des Verstärkers 52 erzeugt. Ein ebenfalls an diesem Ausgang erzeugtes, zur Amplitude A~ gehörendes Signal erscheint in der dargestellten Form am Ausgang des Verstärkers 61. Dabei ist zu beachten, daß dieses Ausgangssignal zum negativen Abschnitt der Bewegungaglaichung dar Geophonspulen gehört.

Die Polarität der Wellenform ist^ eine Funktion dar Gaophonkennujerte. Der Verstärker 52 muß eine der durch die zurückfallende Spule am Anschluß 48 erzeugten Spannung gleich große und entgegengesetzte Spannung erzeugen. Wann die Geophonspule am Anfang eine negative Spannung am Verstärkareingang 52 erzeugt, dann erzeugt dieser Verstärker am Anfang eine entgegengesetzte positive Antuiortspannung mit einer maximalen Spitzenamplitude A₁, Wann die Spule ihre mechanische Schwingung fortsetzt, läuft die durch den Verstärker 52 erzeugte Wellenform durch Null und wird negativ. Dieser Abschnitt mit einer unter der Bezugslinia liegenden Spitzenamplituda führt im Ergebnis nach

-21-

709815/0369

einer Umkehrung durch den Verstärker 61 zu einem Ausgangssignal A„, wie in Fig. 4 dargestellt.

Da der Verstärker 61 das am Ausgang des Verstärkers 52 erzeugte Signal abtastet, läuft das Ausgangssignal des Verstärkers 61 zunächst in der negativen Richtung. Diese Signalabweichung in negativer Richtung ist jedoch auf einen maximalen Spitzenwert A^ begrenzt, weil eine Diode 63 bei einer vorgB-wählten Einstellung leitend wird und daher eine weitere negative Signalauslenkung des Verstärkers 61 begrenzt. Auf den positiv verlaufenden Signalabschnitt des Verstärkers 52 folgt ein negativ verlaufender Abschnitt, welchem der Verstärker 61 folgt.

Die Amplitude A£ dieser am Ausgang des Verstärkers '61 folgenden positiven Auslenkung während des negativen Signalverlaufs am Verstärker 52 wird über einen Widerstand 25 gesteuert, der durch einen vom Meßpersonal gesteuerten Schalter 58 ausgewählt wird.

Das Schaltelement 20a kann verschiedene Widerstände zur Steuerung des Verstärkereingangs 52 ansteuern. Um ein maximales Ausgangssignal von den Geophonen an den Anschlüssen 48 zu erhalten, ist es erwünscht, das oder die Geophone mit dem maximal zulässigen Strom anzusteuern, bei welchem die Geophonspule noch nicht auf die zugehörigen Anschläge stößt. Das

-22-

709815/0369

Umschaltalamant 20a gestattet es, den Strom auf einen Maximalwert einzustellen, bei dem diesa Bedingung erfüllt ist und das Geophon nicht an dia zugehörigen Anschläge stößt.

Der durch das Umschaltelement 2Od angesteuerte Widerstand trägt ebenfalls zu einer flexiblen Steuerung durch das Bedienungspersonal bei.

Es sai angenommen, daß das Umschaltalement 20a so eingestellt ist, daß die Bedingungen eines maximalen Stromes für die Ansteuerung der Geophone, ohne daß deren Spulen gegen die zugehörigen Anschläge stoßen, erfüllt sind. Weiter soll jedoch angenommen werden, daß das Ausgangssignal des Verstärkers 52 gerade unter diesen Bedingungen ziemlich klein ist. Das Umschaltalament 2Od kann dann dazu verwendet werden, einen ausgewählten Widerstand eines Netzwerks 57 anzusteuern, um das Ausgangssignal des Verstärkers 52 zu vergrößern.

Wenn eine Geophonanordnung von beispielsweise acht Gaophonan, die alle in Serie liegen, an die Anschlüsse 48 gelegt wird, muß das Umschaltelament 2Od umgesteuert werden. Die Einstellung des Umschaltelemantes 20a sollte jedoch die gleiche sein wia für ein einzelnes Geophon, wenn sämtliche Geophonspulen der Anordnung um denselben Betrag gespannt werden, wie ein einzelnes Geophon, wobei jedoch die Geophonanordnung ein gegenüber einem einzelnen Gaophon achtfach vergrößertes Ausgangs-

-23-

709815/0369

signal abgibt. Zwar könnte die Einstellung des Umschaltorganes 20a geändert werden, jedoch ist dies hier nicht erwünscht, weil auch dann, wenn dadurch eine Verringerung des Stromes auftreten würde, die den Verstärkarausgang 52 innerhalb bestimmter Grenzen festlegen würde, das Signal-Stör-Verhältnis dabei um einen der Anzahl der Geophone entsprechenden Faktor ansteigen könnte. D.h., daß eine durch die Geophonanordnung aufgenommene Störung achtmal so groß wäre tuie eine von einem einzelnen Geophon aufgenommene Störung, auch wenn die Signalamplitude unverändert bleibt.

Die Einstellung des Umschaltorganes 20a wird also vorzugsweise in der zur Prüfung eines einzelnen Geophones vorgesehenen Stellung gelassen, und das Signal des Verstärkers 52 durch Verstellung des Umschaltorganes 2Od herabgesetzt. Dadurch wird sehr einfach sin günstiges Signal-Stör-Verhältnis sichergestellt.

Fig. 5 zeigt einen Digital-Voltmeter-Baustein 26 mit einer Anzeigevorrichtung 27 nach Fig. 3, wobei zunächst der Schaltungsteil 26 des Digital-Voltmeters betrachtet werden soll.

Der Schaltungsteil 26 weist Analog-Digital-Konverter 30 und 31 auf, deren Eingänge 32 und 33 die konditionieren ersten und zweiten analogen UJellanformen des Ansprechkreises 16 in Fig. 3 getrennt aufnehmen, und welche diese Analogwerte in

-24-

709815/0389

ST

Binärzahlen umsetzen. 3eder Analog-Digital-Konverter meist mehrere allgemein mit 34 und 35 bezeichnete Ausgänge auf, um aus den Analog-Amplituden A₁ und A„ der ankommenden Wellenformen Digitalzeichen zu erzeugen.

Im Hinblick auf die Erzeugung der Digitaldarstellung der Amplitude A. ist eine Logikschaltung 36 zur Wahl der Betriebsart und der Anzeige von Bedeutung.

Die Logikschaltung 36 besitzt mehrere digitale Gatter am Ausgang der Analog-Digital-Konverter 30 und 31 und ist außerdem mit einer digitalen Vergleicherschaltung 37 verbunden.

Die Logikschaltung 36 dient im ujBsent.lichen dazu, die Betriebsarten einzuleiten, beispielsweise in Abhängigkeit von Steuersignalen Impulse der Analog-Digital-Konverter für A. oder A,./A_?, weiche durch einen Zwischenspeicher 40 zu zählen sind, auszuwählen und die Zeitabschnitte für die Zählung auszuwählen, die Steuerfunktion der Analog-Digital-Konverter 30 und 31 zu unterstützen sowie die Zählvergleichsschaltung 37 zu steuern. Der Betrieb der Logikschaltung 36 ist mit dem Betrieb der Zählvergleichsschaltung 37 und durch die Wirkung eines Rückstellkreises 3B mit den Analog-Digital-Konvertern 30 und 31 jeweils synchronisiert. Die Rückstellschaltung 38 unterstützt auch die Steuerung der mit den Analog-Digital-Konvertern 30 und 31 verbundenen, den bit-Fluß feststellenden Schaltung 39, wie

-25-

709815/0369

. as- .

unten erläutert wird. Die Anzeige 27 umfaßt eine logische Speicherschaltung 40, die mit einem Anzeigefeld 41 mit lichtemittierenden Dioden (LED) über eine logische Ansteuerungsschaltung 42 verbunden ist. Wenn also der Speicherkreis 40 Zähluerte empfängt, welche die interessierenden Werte A. oder A-i/Ar, kennzeichnen, arbeiten eine logische Übertragungs- und Rückstellschaltung 40a und ein Zwischenspeicher 40b in Verbindung mit der Ansteuerlogik, um diese Werte auf dem Anzeigefeld 41 anzuzeigen.

Zur Ausführung der einleitenden Erkennungsvorgänge werden in den Analog-Digital-Konvertern 30 und 31 vorgesehene erste und zweite Spannungsvergleicher eingesetzt, deren Eingänge jeweils eines der Analog-Signale A. oder A„ aufnehmen und ein Ausgangssignal erzeugen, solange im Spannungsvergleicher kein Gleichgewichtszustand herrscht. Der Digital-Ausgang der Spannungsvergleicher wird zur Steuerung eines Gatters verwendet, um, festgelegt durch das fehlende Gleichgewicht des Vergleichers, einen Impulszug zum 12-bit-Zähler durchgehen zu lassen. Der Zählerausgang steuert eine Digital-Analog-Ko nverter-Kettenschaltung, deren Ausgang den Analogwert der Binärzählung des Zählers ergibt. Dieser Ausgang ist auf den Eingang des Spannungsvergleichers rückgekoppelt. Wenn also der analoge Ausgangswert der Kettenschaltung für die Digital-Analog-Umsetzung gleich dar Spitzenamplitude A. (oder A„) am Spannungsvergleicher ist, d.h. bei Gleichgewicht des Spannungsverglei-

-26-

709815/0369

chars, ist der Dezugsimpulszug am Gatter 36 unterbrochen.

Dia Steuerung des Systems durch eine iYleßperson wirkt also unmittelbar auf dia logische UJählschaltung 36 und somit auch auf dia logische Speicherschaltung 40.

Wenn nun das Einschaltsignal für A. auf die Logikschaltung 36 in Fig. 5 gageben wird, gelangen Zählwarta vom Zähler des Analog-Digital-Konverters 30 zur Speicherschaltung 40, Das Einschaltsignal für A,. gelangt auch auf eine Anzeiga-Gatter-Auswahlschaltung 36b mit dem richtigen Gatter für die Speicherung der Zählwerte mährend dar Meßzeit des Spitzaniuertas A,.. Am Enda des durch das Gatter ausgewählten Zyklus ist dia Zählung im Speicher 40b gespeichert. Ein Übertragungs- und Rückstell-Impuls wird dam Speicher 40b über eine Übertragungs- und Rückstellschaltung 40a zugeführt. Der Übartragungsimpuls überträgt die bairn Zählen gespeicherte Zählarinformation über eine Anstauarschaltung 42 zum Anzaigafald 41. Nach dar Übertragung stellt dia Übartragungs- und Rückstallschaltung 40a dan Speicher 40b zurück.

Bai einer angenommenen Haupt-Taktfrequenz IC1/10 ) von 0,9 Hz wiederholt sich dar Zähl- und Anzeigezyklus alle 1,11 Sakundan. Beim jeweiligen Deginn dar Messung von A. oder A₂ stallt dar Analog-Digital-Rücksatzkrais 30 sämtliche Zähler des Systems auf Null. Dadurch ist sine hohe Genauigkeit gewährleistet,

-27-

709815/0369

da der Zählzyklus nicht durch äußere Zählwerte beeinträchtigt luird.

Der Betrieb des Digital-Voltmeters 26 und der Anzeigevorrichtung 27 uiird schrittweise durch die vom digitalen Taktgeber 23 in Fig. 3 erzeugte Takt-folge C./1Q gesteuert, wobei C₁ 9kHz ist.

Im folgenden werden einige u/eitere wesentliche Taktfolgen angegeben; Eine Folge 100 C. wird als Aufwärts-Zählfolge für den Analog-Digital-Konverter 30 verwendet und als Abgabefrequenz für die Zählwertvergleichsschaltung 37. Eine Taktfolge C^ wird für die Abwärts-Zählung des Analog-Digital-Konverters 30 eingesetzt. Für den Analog-Digital-Konverter 31 wird ferner eine Taktfolge 50 C- verwendet, und eine 5 C^-Taktfolge ist für den Betrieb der Übertragungs- und Rückstellschaltung 40a vorgesehen, wie unten erläutert.

Außerdem wird die Rückstellschaltung 38 schrittweise durch die Haupt-Taktfolge C../10 gesteuert, wodurch die Synchronisierung der Analog-Digital-Konverter 30 und 31, der Zählwert-Vergleicherschaltung 37 und der Erkennungsschaltung 39 für den Nachrichten- oder bit-Fluß vorteilhaft einfach sichergestellt ist.

Andererseits umfaßt die Erzeugung und Anzeige der A^/A^ lung einen Rechenvorgang, in welchem die A^-Zählwerte, wie

-28-709815/0369

sie vom Analog-Digital-Konverter 31 erzeugt u/erden, und die A*-ZähImsrte, uiie sie vom Analog-Oigital-Konverter 30 erzeugt werden, geteilt werden· Für diesen Vorgang muß der Analog-Digital-Konverter 31 zunächst einen eiern analogen Amplitudenspitzenuiert A„ der am Eingang 33 liegenden UJeHe entsprechenden Zählwert A~ erzeugen.

Für diesen Vorgang werden - kurz gesagt - alle zur zweiten Wellenform gehörenden Zählwerte A₂ ständig in einem Zähler gespeichert, während der Hälfte dieses Wertes gleiche Zählwerte vorübergehend in einem weiteren Zähler gespeichert werden. Zum Vergleich der Zählwerte A. und A„ wird eine gesonderte logische Torschaltung bei dem zum A.-Signal gehörenden Analog-Digital-Konverter angesteuert, damit ein Abwärts-Zähltakt mit der Taktfolge C. zum A.-Zähler, dem Analog-Digital-Konverter 30, durchgelassen wird, während gleichzeitig eine andere Torschaltung angesteuert wird, um einen anderen Takt mit der Taktfolge 100 C^ zur- weiteren Aufwärtszählung des A₂-Zwischenspeichers in der Vergleichsschaltung 37 durchgelassen wird. Dieser Zähler zählt vorwärts, bis sein Zählwert mit dem des A2**Dauer-Speicherzählers beim Analog-Digital-Konverter 31 übereinstimmt. Zu diesem Zeitpunkt stellt die Vergleichsschaltung den Zwischenspeicher-Zähler zurück und liefert einen Zählwert über eine Auswahl-Logikschaltung 36 zum logischen Speicher 40· Der zu A» gehörende Zähl-Vergleichs-Rückstell-Betrieb setzt eich so lange fort, bis der A.-Zähler bis zum

-29-

709815/0369

Uiert Null zurückgezählt hat. Das logische Gatter für den Durchlaß des resultierenden Impuls-Zähliuertes, d.h. des Zähluiertes für A,./A₂, zum Anzeigezähler ist dann abgeschaltet. Eine in einem Stromkreis mit dem Anzeige-Zähler liegende Übertragungs- und Rückstellschaltung ist vorgesehen, um die Anzeige der Werte A. und A../A₂ mit der Taktfrequenz des Systems von 0,9 Hz zu ergänzen bztu. auf den neuesten Stand zu bringen.

Zur weiteren Erläuterung des vorstehend beschriebenen Vorgangs tuird angenommen, daß der A--Zähler A.-Zähluuerte und der A„-Dauerspeicher-Zähler A₂-Zählujerte enthält. IUe η η A₂ gerade ist, enthält der A^-Ziuischenspeicher-Zähler A₂/2 Zähliuerte, u/enn aber A₂ ungerade ist, enthält er A₂-i/2 Zähluierte. Da der A.-Zähler bis Null rückwärts zählt, und zwar mit einer Taktfolge, die lOQmal langsamer ist als die den Zuuischenspeicher-Zähler für A„ steuernde Taktfolge, ist festzustellen, daß 10Qmal A₁-Taktimpulse auf den letztgenannten Zähler gegeben werden, bevor der Aufteilungs- bztu. Zerlegungsvorgang beendet ist. Die sich ergebende Anzahl C der Vergleiche ist daher entweder

^A2

100 A₄ + — ¹ 2

C a , wenn A₀ gerade ist,

100 A₁ + -=—

2 C = ' , wenn A₉ ungerade ist.

^A2

-30-7 09 815/0369

Diese Ausdrücke können zu einem Ausdruck

C = 100

+0 1

zusammengefaßt werden.

Am. Ausgang der Vergleichsschaltung 37 können nur ganzzahlige Werte auftreten.

U/enn daher

100

I + B

ist, wobei I eine ganze Zahl und B ein Bruch ist, dann ist C der auf die nächsthöhere ganze Zahl 1 + 1 aufgerundete Uiert 100 A^A₂, wenn

ο = 1 B > y

-0

ist« U/enn

Β<1

-0

ist, dann ist C der auf die ganze Zahl I abgerundete Uiert 12 *

7 0.9 8 1 5 / 0 3 6 9

-31-

«A

Da A₂, wie später noch beschrieben u/ird, im allgemeinen grosser als 200 ist, wird also 1Z2A₂ im allgemeinen nicht größer sein als 1Z400·

Die obigen Ausführungen zeigen, daß die Genauigkeit, mit welcher C den liiert 100 A₁ZA₂ ausdrückt, größer wird, wenn man vorher den A^-Zwischgnspeicher mit A^-Zählwerten auffüllt, bevor man den Aufteilungsprozeß beginnt·

Uiie oben erwähnt, wird der Zähl-Vergleich-Rückstell-Zyklus so lange fortgesetzt, bis der Analog-Digital-Umsetz-Zähler im

30,

Analog-Digital-Konverter/den Zählwert Null erreicht hat. Dieser Zähler schaltet dann die logische Auswahl-Torschaltung 36 ab, welche einen Durchgang weiterer von der Zählwert-Vergleichsschaltung 37 erzeugter Rückstellimpulse zum Speicher 40b verhindert« Der endgültige Zählwert ist somit gleich der logischen Funktion 100 mal A₁ZA₂* und dieser UJert wird an einer mit Licht emittierenden Dioden arbeitenden Anzeigetafel 41 abgelesen, wobei ein Dezimalkomma dafür sorgt, daß der liiert

/4

A₁ZAo angezeigt und mit der C₁ZiO -Taktfolge, welche die gesamten Vorgänge steuert, beispielsweise über die logische Übertragungs- und Rückstellschaltung 40b der Speicherschaltung 40 der Anzeige auf den neuesten Stand ergänzt wird·

Fig· 5 zeigt, daß die logische Auswahl-Torschaltung 36 nicht nur Zählwert-Auswahl-Gatter 36a aufweist, die von der Bedie-

0-9 815/0369

nungsperson an einem Bedienungsfeld wahlweise eingeschaltet werden, sondern außerdem eine Gatter-Auswahlschaltung 36b. Die Schaltung 36b arbeitet in Abhängigkeit von der durch die Bedienungsperson gewählten Einschaltfolge automatisch, um eine Torschaltung anzusteuern, welche einen vorbestimmten Steuerpfad bildet, über welchen Zählwerte vom Analog-Digital-Konverter 30 oder von der Zählwert-Vergleichsschaltung 37 vom Speicher 40b zur Anzeige an der Ableseeinheit 41 gespeichert werden können. Ferner wird deutlich, daß der Betrieb der Zählwert-Auswahlschaltung 36a ebenfalls mit der Art der Ansteuerung mit dem Speicher 40b verknüpft ist, wie dies oben anhand der Ansteuersignale für A* oder A./A₂ erläutert wurde. Es kann zu einem Zeitpunkt jeweils nur eine UJertemenge angezeigt werden.

Es wird auch deutlich, daß die Genauigkeit der Anzeige an der Ableseeinheit 41 durch Verwendung einer mit den Analog-Digital-Konvertern 30 und 31 in Reihe liegenden Erkennungseinrichtung für den Nachrichten-bzw. bit-Fluß der Signale A. und A₂ weiter erhöht wird.

Die Schaltung 39 arbeitet in Abhängigkeit von den Zählerzuständen in den Analog-Digital-Konvertern 30 bzw. 31 und dient zur Feststellung eines bit-Überlaufs oder einer bit-Unterströmung, wodurch eine hohe Genauigkeit des an der Ableseeinheit 41 angezeigten Endergebnisses sichergestellt werden kann. Der Sig-

-33-

709815/0369

naifluß-Detektor 39 u/eist einen gesonderten Überlauf-Detektor 44 für das Signal A. auf, der einem Detektor 45 für den Signalbzw. bit-Fluß des Signals A„ parallel geschaltet ist. Der Detektor 44 erkennt einen Überlaufzustand im Zähler der Signale A. des Analog-Digital-Konverters 30, beruhend auf der Erzeugung eines Aus-bit (carry-out (CO) bit) gegenüber einer Komplementär-Haupttaktfolge C./1Q , wie sie durch einen Flip-Flop vom D-Typ im Stromkreis der logischen Speicherschaltung 40 aufgenommen wird· Sollte die Erzeugung des höchstwertigen bits (MSB) derart sein, daß ein überlaufzustand im A_-.-Zähler des Analog-Digital-Konverters 30 angezeigt wird, liefert der Flip-Flop vom D-Typ ein unterbrechendes Signal an eine zum Speicher 40b gehörende Dezimal-Auswahlschaltung, welche die Dezimal-Anzeige der Anzeigeinheit 27 intermittierend erregt, so daß eine "blinkende" Dezimal-Anzeige erzeugt wird, mit Ausnahme des einen in Gebrauch befindlichen Dezimalkommas, welches dieser Unterbrschnung nicht unterworfen ist, wie unten erläutert wird.

UJe η η eine Änderung im Überlauf-Zustand des Signals A* festgestellt wird, ist eine Korrektur relativ einfach. Die Bedienungsperson ändert die Schalterstellung über das Schalterorgan 20a in Fig. 4 und steuert dadurch die Amplitude des durch die der Prüfung unterworfenen Geophone fließenden Gleichstromes..

Der Signalflußdetektor 45 für A₂ arbeitet wie folgt: Ein

-34-09815/0369

getrennter Flip-Flop vom D-Typ kann erregt werden, um ein Steuersignal über eine Leitung 46 zu liefern und dadurch eine gesonderte, hier nicht dargestellte, von der Bedienungsperson beobachtete Anzeige mit lichtemittierenden Dioden betätigen. Entweder die fallende Flanke des im A^-Zähler des Analog-Digital-Konverters 31 erzeugten höchstwertigen bit-Signals (MSB-Signals) bei einem zu großen Datenfluß (Überlauf) oder die fallende Flanke eines IYISB-k-Signals, wobei k beispielsweise 3 ist, bei einem zu geringen Datenfluß löst über die Leitung 46 jeweils ein von der Bedienungsperson beobachtetes Signal aus· Es genügt hier festzustellen, daß die logischen Verknüpfungsregeln für die Zustände des bit-Flusses des Signals A₂ derart sind, daß es der Bedienungsperson möglich ist, einzugreifen, um zu verhindern, daß die Zähler in den Analog-Digital-Konvertern während des Betriebes der erfindungs· gemäßen Schaltung überbelastet oder unterbelegt sind. Eine Korrektur eines bit-Uberlaufzustandes oder eines Zustandes einer zu geringen bit-Strömung für das Signal A₂ kann beispielsweise durch Änderungen der Schaltstellung des Schalters 5Θ, siehe Fig· 4, auftreten, wodurch der Verstärkungsgrad des Verstärkers 61 für das Signal A„ in der analogen Ansprechschaltung 16 nachgestellt wird. Der liiert A₂ sollte dabei so hoch wie möglich gehalten werden, ohne den Zähler für das Signal A₂ im Analog-Digital-Konvarter 31, siehe Fig· 5, zu überlasten.

-35-709815/0369

2844886

Bei der Bearbeitung von A- oder A./A« können die beiden Analog-Digital-Konverter 30 und 31, siehe Fig. 5, angesteuert und kontinuierlich betrieben werden. Dabei ist zu beachten, daß die Bedienungsperson eingreifen kann, iuenn sie, uiie oben erläutert, durch den Betrieb des Signalfluß-Detektors 39 auf einen Zustand zu großen oder zu geringen Signalflusses in den Zählern der Analaog-Digital-Konverter 30 oder 31 aufmerksam gemacht wird,

Fig. 6 und 7 zeigen Einzelheiten der Analog-Digital-Konverter 30 und 31.

Nach Fig. 6 u/eist der Analog-Digital-Konverter 30 einen Spannungsvergleicher 43 mit einem Eingang 32 für die Eingabe der gedämpften Signaliuelle mit der augenblicklichen Spitzenspannung A. als Maximum. Der Vergleicher 43 besitzt einen zweiten Eingang 66, der an einen Ausgang einer Digital-Analog-Konverter-Kettenschaltung 67 angeschlossen ist. Der Spannungsvergleicher 43 besitzt ferner einen zu einem NAND-Gatter 69 geführten Ausgang 6B. Das NAND-Gatter 69 besitzt einen u/eiteren Eingang 70 und einen Ausgang 71, die mit einem Flip-Flop 72 vom D-Typ verbunden sind, dessen Komplementärausgang 73 besonders wichtig ist. Er steuert nicht nur das NOR-Gatter 74, son· dern bildet auch einen direkten Eingang zum Gatter 105, siehe Fig_e 9, der Auswahlschaltung 36 in Fig. 5·

-36-709815/0369

Die Bestimmung der Zählu/erte für A. durch den Betrieb eines Aufuiärts-Abiuärts-Zählers 75 wurde oben schon erläutert. Das NOR-Gatter 74 hat eine zweite Zuleitung 77, Über welche der Aufiuärts-Abuiärts-Zähler 75 über die Gatter 78 und 79 mit der Taktfolge C₁ im Abwärts- bzw. Rückwärts-Zählbetrieb gesteuert werden kann. Diese Betriebsarten sind verbunden mit der Erzeugung der arithmetischen logischen Funktion A₁/A«, wie oben erläutert. Der Zähler 75 kann auch als Funktion einer Haupt-Taktfolge C^/10 über den Rückstellkreis 38, siehe Fig.5, periodisch rückgesetzt werden. Das heißt, daß Rücksetzsignale über eine an die Rücksetzschaltung 38 in Fig.5 angeschlossene Leitung 80 zum Aufwärts-Zähler 75 gelangen.

In diesem Zusammenhang ist zu betonen, daß die Speicher- und logische Steuerschaltung 40b in Fig. 5 den gleichen Takt zählt, der den Aufwärts-Zählvorgang des Zählers 75 und des Analog-Digital-Konverters 30 steuert. Die Speicherschaltung 40b hat eine maximale Taktimpulsfolge, die viel geringer ist, als die Zählgeschwindigkeit des Zählers 75 des Analog-Digital-Konverters 30. Um jedoch zu verhindern, daß beispielsweise aufgrund des Betriebes der Vergleichsschaltung 67 Taktfrequenzen auftreten, die größer sind als die Zählgeschwindigkeit der Speicherschaltung 40b, ist der Flip-Flop 72 in Fig.6 wesentlich« Er ist zur Taktsteuerung des Zählers 75 vorgesehen. Uienn jedoch der Vergleicher 43 auf einen niedrigen Signalwert (Zustand "low") geht, und wenn beispielsweise eine

-37-709815/0369

Rauschstörung erzeugt luird, u/ird der Flip-Flop 72 über das Gatter 69, siehe Fig· 6, unwirksam, so daß verhindert uiird, daß die eben erwähnte Rauschstörung über die Leitung 107 und das Gatter 105 zum Speicher 40b gelangt·

Fig. 8 zeigt, daß die Zähluiart-Uergleichsschaltung 37 einen dreistufigen Vergleicher 88 aufweist, der mit einem Zähler des Analog-Digital-Konverters 31 in Fig. 7 und mit einem Zähler 91 verbunden ist, und der wie folgt arbeitet: Während der Zeit, in der die Amplitude A_ bestimmt und in den Zähler 81 des Analog-Digital-Konverters 31 gegeben u/ird, siehe Fig. 7, wird das niedrigstwertige bit (LSB) mit mit halben Gewicht bzw. der halben Bewertung der Taktfolge des Zählers 81 in den Zähler 91 gegeben. Kurz gesagt, wird der Takt-Zählluert im Zähler 81 am LSB-Ausgang des niedrigstwertigen bits des Zählers 81 durch 2 geteilt. Ferner ist zu beachten, daß das LSB-Signal zu einem UND-Gatter 93 eines Schaltungsteiles 90 gelangt, wo es mit dem Eingangstakt C./10 vom digitalen Taktgeber 23 in Fig. 3 kombiniert wird und dann über Gatter 95 und 96 zum Zähler 91 gelangt. Während der Zeit, in der der Impuls A₂ im Zähler 81, siehe Fig. 7, aufwärts gezählt wird, befindet sich der Eingang für die Taktfolge Cj/10 am Gatter 93 in seinem HI-Zustand (Zustand high"), (!flit anderen Worten: Das UND-Gatter 93 wird eingeschaltet, um einen taktgesteuerten Durchgang des LSB-Signals durch die Gatter 95 und 95 zum Takteingang des Zählers 91 zuzulassen·

-38-709815/0369

- se. -

Während dieser Zeit verhindert jedoch das am Eingang eines UND-Gatters 94 liegende Komplement der Eingangs-Taktfolge C₁ 10 auch die Zählung eines 100 C..-Taktes. Im Ergebnis u/ird also der Zähler 91, ufie oben ermähnt, mit der halben Zählgeschiuindigksit des Zählers 81 taktuieise aufwärts betrieben und hält in seinem Speicher den halben Ufert des Zählerutertes der Amplitude A₂, um die Genauigkeit der Division der Zähluterte A* durch A„ zu erhöhen.

Unmittelbar nachdem der durch den C-/10 -Takt vorgeschriebene Impuls-IKIeßzyklus in dem System beendet ist, wird der Zyklus für die Vorerregung des oder der Geophone mieder eingeleitet. Zu diesem Zeitpunkt ist das Gatter 93 in Fig. 8 geschlossen. Das Gatter 94 ist jedoch angesteuert, mit dem Endergebnis, daß es geöffnet ist. Die 100 C^-Taktzähluiarta gelangen nun zum Takt-Eingang des Zählers 91 und bewirken damit eine Fortsetzung der Aufutärts-Zählung des Zählers 91 mit der Taktfrequenz 100 C^. Dieser Vorgang uiird fortgesetzt, bis der Zählutert im Zähler 91 gleich dem im Zähler 81 des Analog-Digital-Konverters 31 in Fig. 7 ist. An dieser Stelle erhält man im Vergleicher einen Verglsichsuiert, und dieser Vergleichsmert u/ird dann vom Vergleicher 88 über die Leitung 98 auf das ODER-Gatter 99 der logischen Schaltung 92 für die Rückstellung des Vergleichers gegeben, welche eine monostabile Kippschaltung 100 ansteuert, deren Q-Komplementär-Ausgang über ein ODER-Gatter 101 an den

Rückstellausgang des Zählers 91 gelegt ist, und dessen Q-Aus-

709815/0369 ~³⁹"

gang einen Vergleichswert über eine Leitung 103 zum Gatter 106 der logischen Auswahlschaltung 36 gibt, siehe Fig. 9. Nach der Rückstellung des Zählers 91 und ohne Unterbrechung läuft die 100 C₁-Taktfolge kontinuierlich weiter durch das Gatter 94, um den Zähler 91 wieder aufwärts zu betreiben, bis sin weiterer Vergleichswert im Vsrgleicher 88 erhalten wird. Zu diesem Zeitpunkt steuert der Ausgang wieder das ODER-Gatter 99 an, welches die monostabile Kippschaltung IQQ triggert, die ihrerseits wiederum den Zähler 91 zurückstellt.

Während dieser Zeit wird die am UND-Gatter 79 liegende C-Taktfolge, wobei C^ = 9000 Hz ist, schließlich durch das NAND-Gatter 78 und das NOR-Gatter 74 zum Takteingang dar Zähler 75 durchgeschaltet. Durch die Wirkung der durch die C./1Q -Impulsfolge ausgeführten Aufwärts-Abwärts-Steuerung zur Regelung des Aufwärts-Abwärts-Zählers 75 wird der Zähler 75 abwärts bzw. rückwärts mit der Taktfrequenz C. betrieben, während der Zähler 81 in Fig. 8 periodisch mit der 100 C.-Taktfolge arbeitet. Dieser Betrieb dauert an, bis der Zähler 75, siehe Fig. 6, den Zählwert Null erreicht hat. Zu diesem Zeitpunkt und aufgrund der Einwirkung auf der zum Gatter 125 der logischen Auswahlschaltung 36, siehe Fig.9,führenden Übertragungs-Ausschalt-Leitung 128 wird der Prozeß abgeschlossen. Der Divisionsprozaß endet, wenn der Speicher 75, siehe Fig. 6, das Ausschalt-Signal für die Übertragung liefert. Das Übertragungs-Ausschalt-Signal bewirkt nach dem Abschalten des Gatters 125 in Fig. 9 auch die

-40-

709815/0369

Abschaltung eines Gatters 106 über eine Leitung 123 und eines Gatters 130 über eine Leitung 131, siehe Fig. 9. Es ist zu beachten, daß das Gatter 106 dem Zähltuert für jeden Vgr-

gleich von der monostabilen Kippschaltung 100 in Fig. B steuert und dessen Zähltuert durch das Gatter 110 der Gatteranordnung 109 und über eine Leitung 112 durch weitere Gatter zur Speicher- und logischen Steuerschaltung 40b, siehe Fig. 10, durchläßt.

Zusammengefaßt ist festzustellen, daß mährend der Taktsteuerung des Zählers 91 mit einer Taktfolge 100 C₁, der Zähler mit einer Taktfolge C₁ abwärts bzw. rückwärts gesteuert ujurde, Während dieses Vorgangs übertrug ein Ausgang der monostabilen Kippschaltung 100 Impulse zur logischen Auswahlschaltung 36 und von dort für eine Anzeige über den Speicher mit dar logischen Steuerschaltung 40b. Dies führte im Ergebnis dazu, daß A₁ mit einem wirklich annehmbaren, zufriedenstellenden Wirkungsgrad durch A₂ geteilt wurde. Der Rechenweg für diesen Prozeß wurde oben aufgezeigt. In der Speicher- und Steuerschaltung 40b wurde zu diesem Zeitpunkt die Anzahl der Teilungen gespeichert. Wenn das Übertragungs-Ausschalt-Signal am Gatter 106 auftritt, und dieses Gatter abschaltet, wird verhindert, daß Impulse vom Divisionsprozeß durchkommen. Zur gleichen Zeit, zu dar das Gatter 106 abgeschaltet ist, ist auch das Gatter 130 gesperrt, wodurch der Gatterdurchlaß des Speichers 40 abgeschaltet wird, d.h. daß dar UJsg übar die

709815/0369 "⁴¹~

NOR-Gatter 116, 117a und 117b sowie die Leitung 118 für die Speicher- und Steuerschaltung 40 abgeschaltet wird. Somit werden das Tor und die Taktsignale von der Schaltung 40b abgeschaltet. Das am Gatter 125 eintreffende Ausschalt-Signal für die übertragung, welches dieses Gatter abschaltet, verhindert, daß die Taktfolge C. den Zähler des Analog-Digital-Konvertere 30 weiter rückwärts zählen läßt. Dieser Zähler steht daher auf Null. Die Zählung und ein Vergleich erfolgen im Analog-Digital-Konverter 31. Vergleiche zwischen dem Vergleicher 88 und dem Zähler 91 werden kontinuierlich fortgesetzt, jedoch werden die Ausgangssignale der monostabilen Kippschaltung 100, die durch den Speicher und die logische Steuerschaltung 40b gezählt werden, durch die Abschaltung der Gatter im Signalweg zu dieser Schaltung unterbrochen.

Fig. 7 zeigt Einzelheiten des Analog-Digital-Konverters

Ein Vergleich mit Fig. 6' zeigt die Ähnlichkeiten mit dem Analog-Digital-Konverter 30. Der dem Amplituden-Spitzenwert A„ entsprechende Binärwert ist im Zähler 81 gespeichert, der über ein Digital-Analog-Ketten-Netzwerk 82 mit einem Spannungsvergleicher 83 verbunden ist. Die Logik bzw. die Verknüpfung für den Betrieb des Analog-Digital-Konverters 31 erfolgt über ein NAND-Gatter 84. Der Anschluß 86 des NAND-Gatters 84 ist mit dem Ausgang des Spannungsvergleichers verbunden und beendet die übertragung der Taktimpulse vom

-42-

709815/0369

Ausgang das Gattars 84, tuann das Spannungsmaximum A„ erreicht und im Zähler 81 in digitaler Form gespeichert ist und zu einem im UJart dar Amplitude A₂ gleichen Ausgangssignal an 82 geführt hat.

Dia Zähltaktrate für den Zähler 81 ist 50 C,.. Es ist zu beachten, daß dar Ausgang des Zählers 81 nicht nur an das Digital-Analog-Konvertar-Natziuerk 82 angeschlossen ist, sondern parallel dazu auch Binärdatan zur Zähliuart-Varglaichsschaltung 37 liefert.

Fig. 10 zeigt nähere Einzelheiten einer logischen Speicherschaltung 40, welche in Verbindung mit einer in Segmente unterteilten, mit lichtamittierendan Dioden ausgebildeten Anzaigabzui. Ableseeinheit 41 dargestellt ist. Dia logische Speicherschaltung 40 empfängt an ihren Eingängen Signale zur Speicherung und zur anschließenden Anzeige in dar Ablaseeinheit 41· Zu diesem Zuiack umfaßt dia logische Speicharschaltung 40 eine logische Übertragungs- und Rückstellschaltung 40a, die im Stromkreis mit dam Speicher und der logischen Steuerschaltung 40b liegt. UJie bereits ermähnt, sorgt die logische Steuerschaltung 40b für eine richtige Synchronisierung dar in Segmente unterteilten Anzeigeeinheit 41, um eine Dezimal-Anzeige für dia Bedienungsperson herzustellen. Außerdem kommt die logische Ansteuerschaltung 136 zur Wirkung. Diese Schaltung arbeitet bei dar Einführung einer Änderung das binär kodierten

-43-709815/0389

Dezimalcodes in einen siebenteiligen Anzeigecode, über welchen die Zählu/erte von A« oder Α,,/Α» für die siebenstellige Anzeige verarbeitet werden.

Der wesentliche Bestandteil der logischen Speicher- und Steuerschaltung 40b ist ain Speicher 135, der das Herz der Schaltung bildet und mit einem Takteingang an das Gatter-Netzuierk 109 der Schaltung 36a in Fig. 9 über eine Leitung 112 angeschlossen ist. Auf diese Weise kann eine Taktsteuerung der zum Zähler 135 gelangenden Zählwerte von A. oder A^/A„ erfolgen. Die Einschaltung des Zählers 135 erfolgt über ein vom NAND-Gatter 117b der Schaltung 36b erzeugtes Steuersignal, welches über eine Leitung 118 eintrifft.

Die logische Übertragungs- und Rückstellschaltung 40a umfaßt ebenfalls ein in einem Stromkreis mit einem 1-aus-1O-Zähler 139 liegendes gesondertes Gatter-Netzwerk 138. Diese Elemente stehen mit dem NAND-Gatter 117b in Verbindung, um zusätzliche Steuersignale für den Betrieb des Zählers 135 an dessen Eingängen 140 und 141 zu erzeugen.

Zu diesem Zweck besitzt das Gatter-Netzwerk 138 ein NAND-Gatter 142, welches über eine Leitung 122 an das QDER-Gatter 121 der Schaltung 36b, siehe Fig. 9, angeschlossen ist, um ein C-/10 -Taktsignal aufzunehmen, und welches außerdem über eine Leitung 118 an das NAND-Gatter 117b angeschlossen ist.

709815/0369 "⁴⁴"

2S44886

Das QDER-Gatter 145 sorgt für eine richtige Rückstellung eines Zählers 139 und für die Erzeugung von Taktsignalen Q₁ und Q₂ für die Eingänge 140 und 141 des Zählers 135. Die übertragung und Rückstellung des Zählers 135 erfolgt mit der gleichen» durch den Rückstallkreis 38 in Fig. 5 festgelegten Geschwindigkeit.

Fig. 11 zeigt nähere Einzelheiten eines Rückstellkreises 38.

Der Rückstellkreis 38 besteht im wesentlichen aus einer monostabilen Kippstufe 148, die durch ein UND-Gatter 149 mit einer Taktfrequenz C./10 angesteuert ujird. Die Ausgänge 150 und 151 der Kippstufe werden wie folgt zur Rückstellung der Schaltung verwendet: Das Q-Signal wird zur Rückstellung der Vergleicherschaltung 37 verwendet, während das komplementäre Q-Signal am Ausgang 151 zur Rückstellung der Analog-Digital-Konverter 30 und 31 und des Signalfluß-Detektors 39 dient.

Fig. 12 und 13 zeigen einen Signalflußdetektor 39 nach Fig.4 und insbesondere einen A^-Überlauf-Detektor 44 bzw. einen Detektor 45 für einen zu großen oder zu geringen A₂-Signalfluß.

Nach Fig. 12 weist ein A₁.-Überlauf-Detektor 44 einen an ein NAND-Gatter 153 angeschlossenen Flip-Flop 152 auf. Ein Eingang 154 des Gatters 153 ist mit dem Komplementärausgang "CÜ" für das

-45-

09 815/0369

2SU886

Übertragungs-Ausschalt-Signal (carry-out signal) des Zählers 75 in Fig. 6 verbunden. Wenn ein für das Auftreten einer Zustandsänderung am Ausgang CO kennzeichnendes Signal auftritt und der C₁/10 -Takt seinen Zustand ändert, ist das Gatter 153 durchgeschaltet. Somit uiird die folgende, auf einen typischen Zähler-Überlauf bezogene logische Verknüpfung herbeigeführt: Signaländerungen auf der Leitung 154 in Verbindung

/ 4 mit einer Zustandsänderung des C,./10 -Taktes auf der Leitung 155 führen zu einem Ausgangssignal am Ausgang 158 des Flip-Flop 152. Der Flip-Flop 152 uiird durch einen Rückstellimpuls auf der Leitung 150, siehe Fig. 11, zurückgestellt. Das Signal am Ausgang 158 steuert sämtliche Dezimalen mit der Dezimal-Austuahl-Logik 137 an, siehe Fig. 10. Dieses Signal wird durch die Rückstell-Taktfolge C~/1O unterbrochen, welche ein Blinken der einen überlauf anzeigenden Dezimalen bewirkt.

Es ist darauf hinzuweisen, daß ein cTT-bit auf der Leitung eine Änderung am NAND-Gatter 153 von einem Zustand "high" (Hl) zu einem Zustand "low" (LOW) hervorruft. In Verbindung mit einer passenden Änderung des C^/10 -Taktes kann durch den Flip-Flop 152 am Ausgang 158 ein HI erzeugt werden, um einen Überlaufzustand anzuzeigen.

Fig. 13 zeigt nähere Einzelheiten eines Detektors 45 für einen zu großen oder zu geringen A₂-SignalfIuQ.

-46-

709815/0369

Ein SignalfluQ-Detektor 45 meist zwei Flip-Flops 160 und 161 auf. Diese u/erden durch ein A./A^-Steuersignal am Eingang der logischen Torschaltung 36a, siehe Fig. 9, angesteuert. Das Steuersignal A_-./A₂ u/ird einmal dem D-Eingang des Flip-Flop 161 und außerdem dem NAND-Gatter und von diesem dem S-Eingang des Flip-Flops 160 zugeführt. Takteingänge 163 und setzen die Anzeige der Zustände des Analog-Digital-Konverters 31 in Fig. 7 jeweils für einen zu geringen Signalfluß oder einen Überlauf des Signals A₂ in Gang.

Gemäß Fig. 7 sind Ausgangsleitungen 165 und 166 zu bestimmten Eingängen des Digital-Analog-Konverter-Netzwerks 82 parallel geschaltet. Diese Leitungen übertragen die angezeigten Daten des höchstwertigen bits IYlSB (most significant bit) und eines lYISB-k, wobei z.B. k = 3 ist, zu den Flip-Flop-Schaltungen und 161 in Fig. 13.

Die lYlSB-Daten u/erden über einen Verstärker 168 taktgesteuert zum Eingangs 164 des Flip-Flop 161 gegeben, wenn das IYlSB von einem positiven liiert auf Erdpotential fällt. In diesem Zustand erzeugt der Ausgang 169 in Verbindung mit einem Verstärker auf einer Leitung 171 ein Ansteuersiynal für eine nicht dargestellte lichtemittierende Diode, deren Aufleuchten durch die Bedienungsperson beobachtet werden kann. In Verbindung mit dem Flip-Flop 161 ist weiter zu beachten, daß das IYlSB auf einen Zustand "high" gehen und zu einem Zustand "low" zurück-

7 0-981 5/0369 "^4?"

kehren muß, um zu erreichen, daß eine Vorderkante den Flip-Flop 161 triggern kann. Andera ausgedrückt, muß das ITlSB einmal aufwärts gehen und einmal fallen. Dies zeigt an, daß alle bits im Speicher des Analog-Digital-Konverters 31 auf eine 1 gegangen sein müssen und daß dann ein u/eiterer Zählu/ert einen Überlauf verursacht. Der Flip-Flop 161 ist dann getriggert, und sein Ausgang 171 steuert die lichtemittierenden Dioden der Anzeigevorrichtung. Danach arbeitet der Rückstellkreis 38, um den Flip-Flop 161 bei der Anfangsflanke jeder Analog-Digital-Umsetzung zurückzustellen.

Zusammengefaßt ist festzustellen, daß beim Auftreten eines Überlaufs im Analog-Digital-Konverter 31 der Rückstellkreis 38 den Flip-Flop 161 zurückstellt und auf eine u/eitere Überlauf-Anzeige wartet. LUa η η keine auftritt, bleibt die mit lichtemittierenden Dioden arbeitende Anzeige ausgeschaltet.

Es luird nun noch die zum Flip-Flop 160 gehörende Schaltungsanordnung für die Feststellung eines zu geringen Signalflusses betrachtet. Das Gatter 167 luird mit der vom Gatter 130 der Schaltung 36b, siehe Fig. 9, kommenden C./10 -Taktfolge gesteuert und empfängt an einem Eingang die iYiSB-3-Daten vom Analog-Digital-Konverter 31. UJenn MSB-3 gültig ist (Zustand EINS) geschieht nichts, weil das Gatter 167 auf seinen Ausgangszustand "high" stehen bleibt und der Takteingang am Flip-Flop 160 keine ansteigende Flanke sieht· UIe η η jedoch das JYlSB-3-

-48-709815/0369

Signal auf "high" und dann auf "low" geht, geht der Ausgang des Gatters 167 nach "loiu" und dann nach "high" und ändert .beim übergang auf "high" den Zustand des Flip-Flop 160. Das am Q-Ausgang auftretende "high"-Signal gelangt dann über die Leitung 174 zu einem Gatter 173. Das Gatter 173 ist ein NOR-Gatter, dessen Ausgang den Zustand "high" einnimmt, wenn an beiden Eingängen ein "loui"-Signal liegt. Da der Flip-Flop getriggert wurde und am Q-Ausgang 174 ein "high"-Signal liegt, kann am Ausgang des Gatters 173 kein "high"-Signal vorhanden sein. Die lichtemittierende Diode bleibt daher ausgeschaltet.

Angenommen jedoch, es erscheint kein IYl5B-3-Signal am Gatter 167, dann wird der Flip-Flop 160 nicht zum Kippen veranlaßt. Das Q-Signal am Ausgang 174 bleibt dann auf dem UJert "low". Wenn dann der C*/1Q -Takt am anderen Eingang des Gatters 173 auf den Zustand "loiu" geht, nimmt dessen Ausgang des Zustand "high" ein und steuert die lichtemittierende Diode an. Es ist zu beachten, daß die Anzeige in diesem Fall lediglich "blinkt", weil sie regelmäßig zurückgestellt uiird als eine Funktion der gleichen Rückstellfrequenz, ωie sie durch den Rückstellkreis 38 erzeugt uiird.

- ANSPRÜCHE -

70.9815/0369

Claims (1)

1. ANSPRÜCHE

   1. Verfahren zur Prüfung von Geophonen eines Datenaufnahmesystems, wobei zunächst die Geophonspule aus ihrer üblichen Ruhestellung bewegt und dann losgelassen wird, und die gedämpfte Spulenschuiingung an einem Ausgangsimpuls der Spule durch digitale Anzeige von Ansprechwerten, die auf erste und zweite Spitzenamplituden der Schuiingung oberhalb und unterhalb einer Bezugslinie bezogen sind, überwacht wird, wodurch die Geophon-Betriebskennwerte bestimmbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß

   I· die Geophonspule aus ihrer Ruhestellung bewegt

   wird, II. die Geophonspule losgelassen wird und mechanisch zu schwingen beginnt,

   III. die zu der gedämpften Spulenschwingung gehörende Ansprech-UJellenform überwacht wird, welche eine erste oberhalb einer Bezugslinie auftretende Spitzenamplitude A. und eine zweite, unterhalb der Bezugslinie auftretende Spitzenamplituds A₂ aufweist, IV· mit der ersten auftretenden Spitzenamplitude eine

   digitale Anzeige angesteuert wird und V· die Darstellungen A,. und A./A^» durch welche die Geophoncharakterietiken bestimmbar sind, gesondert digitalisiert und angezeigt werden.

   -50-

   709816/0369

   2. Verfahren nach Anspruch 1 , u/obei der zu/eite Verfahrensschritt zusätzlich dadurch gekennzeichnet ist, daß die periodisch mit der ersten auftretenden Spitzenamplitude A. oberhalb der Bezugslinie und der nächsten Spitzenamplitude Ά2 unterhalb der Bezugslinie periodisch auftretenden gedämpften UJellenformen unmittelbar der Gleichung der Spulenbeiuegung zugeordnet ist und in der Form

   ^K1 [

   B^mfCt\ sin wt

   dargestellt wird, tuobei χ die Spannung, K. eine Konstante, t die Zeit, uidie Winkelgeschwindigkeit angibt und <£· = u) b ist, uiobeitü die Winkelgeschwindigkeit der Spule bei Resonanz und b den Dämpfungsfaktor angibt«

   3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Ausführung des vierten Verfahrensschrittes zusätzlich vorgesehen ist, daß

   I· eine erste Serie von Zählimpulsen proportional zur Spitzenamplitude A* der ersten Ansprechiuelle erzeugt uiird,

   II· eine zweite Serie von Zählimpulsen proportional zur Spitzenamplitude A» der zweiten Ansprechwelle erzeugt wird,

   III. die erste Serie der Zählimpulse gespeichert wird, und

   -51-

   709815/0369

   IU* die erste Serie der Zählimpulse zur Darstellung der Spitzenamplitude A. angezeigt wird.

   4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

   bei der Ausführung des vierten V/erfahrensschrittes iuei- - ter vorgesehen ist, daß

   I. eine erste Serie von Zählimpulsen proportional zur Spitzenamplitude A₂ der Ansprechuiellenform erzeugt wird, II. gleichzeitig eine zweite Serie von Zählimpulsen

   proportional zur Spitzenamplitude A₂ erzeugt wird, III. eine Zählcharakteristik A./A₂ erzeugt und gespeichert wird und

   IU. die Zählcharakteristik A./A« zur Darstellung des interessierenden Amplitudenverhältnisses angezeigt uiird.

   5· Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Ausführung des ersten Zusatzschrittes die Ansprechtuellenform einem Spannungsvergleicher zugeführt wird, daß ein Impulszug erzeugt und solange zu einem Zähler durchgegeben wird, ivie die Amplitude der ersten Ansprechujelle als Funktion der Zeit ansteigt, und daß der Impulszug im , Zeitpunkt des Auftretens des ersten Spitzeniuertes A- der ersten gedämpften Ansprechtuelle unterbrochen wird.

   -52-

   709815/0369

   6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche zweite Verfahrensschritt noch dadurch gekennzeichnet ist, daß die Ansprechuiellenfarm einem Spannungsvergleicher zugeführt iuird, daß ein Impulszug erzeugt und solange zu einem Zähler durchgelassen wird, wie die Amplitude der Ansprechuiellenform als Funktion der Zeit abnimmt und daß der Impulszug beim Auftreten des Spitzenwertes A₂ der zweiten Ansprechutellenform unterbrochen wird·

   7. Verfahre η nach Anspruch 1, zusätzlich gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt der Berechnung des Dämpfungsfaktors (b) und der relativen Empfindlichkeit (G) mit Hilfe der die Ansprechcharakteristik darstellenden, der ersten und zweiten Spitzenamplitude zugeordneten Werte.

   8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansprechcharakteristik durch A. und A^/A₂ dargestellt, wird und der Dämpfungsfaktor (b) mit der Formel

   b s sin tan" (i/if )¹ⁿ

   und die Empfindlichkeit nach der Formel

   Γ , -1 -1 νΊ ^1/2

   G a I Α^_οβχρ(οο8 b tan sin b)J

   -53-

   709815/0369

   berechnet u/erden, lüobai b der interessierende Dämpfungsfaktor, A. und A₂ die definierten Spitzenamplituden, G die relative Empfindlichkeit der geprüften Geophone und f die Resonanzfrequenz der Geophone ist bzw. sind.

   9· Verfahren zur Bestimmung der Betriebskenniuerte von Geophonen eines geophysikalischen Datenaufnahmasystams durch eins Impulsprüfung, wobei die Ansprechcharakteristiken der gedämpften Schwingungen unterworfenen Geophone digital angezeigt werden, gekennzeichnet durch Konditionieren von auf die Spulenschwingung der Geophone bezogenen Ansprech-LUellenformen in Verbindung mit oberhalb und unterhalb einer Bezugslinie liegenden Spitzenamplituden einer Ansprechcharakteristik, und durch digitale Bestimmung und Anzeige von die Ansprechcharakteristik darstellenden liierten.

   10. Einrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Prüfung von Geophonen eines Datenaufnahmesystems, insbesondere nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Schaltung mit einem Generator zur stauerbaren Verstellung der Geophonspule aus ihrer Ruhelage, mit Mitteln zur Erzeugung und Überwachung erster und zweiter Ansprechwellenformen der gedämpften Schwingung dar freigegebenen Spule mit Spitzen· amplitudenA. und A₂, wobei diese Mittel einen analogen Ansprechkreis mit ersten und zweiten, jeweils mit dam

   -54-

   7Ö981S/O36§

   Geophonausgang in Reihe geschalteten Verstärkungs- und Konditionierungs-Schaltkreisen aufweist und eine an diesen analogen Ansprechkreis angeschlossene digitale Anzeigeund Ableseeinheit zur gesonderten Erzeugung und Anzeige einer Darstellung des liiertes A₁ und einer Darstellung des Verhältnisses A^/A«.

   11· Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Verstärkungs- und Konditionierungskreis (52) einen mit einem Geophonausgang (12) verbundenen Ein· gang und mehrere Ausgänge aufmeist, von welchen einer mit der digitalen Anzeige- und Ableseeinheit und ein anderer mit einem Eingang der zweiten Verstärkungs- und Konditionierungsschaltung verbunden ist·

   12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite l/erstärkungs- und Konditionierungsschaltung (61) eine Begrenzungseinrichtung aufweist zur wahlweisen Sperrung oder Begrenzung des der ersten oberhalb der Bezugslinie auftretenden Spitzenamplitude zugeordneten Teiles der durch die erste Verstärkungs- und Konditionierungs-Schaltung (52) erzeugten Ansprechcharakteristik.

   13. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ansprechwellenform unmittelbar mit der

   -55-

   70*9815/0369

   Dämpfungsgleichung der Spulenschwingung verknüpft und durch die Beziehung

   K* e"" sin cot

   gegeben ist, wobei χ die Spannung, K* eine Konstante, t die Zeit, ω die Winkelgeschwindigkeit und &= ω b ist, wobei W₀ = 27Γ f_Q die Winkelgeschwindigkeit der Spule bei Resonanz und f_Q die Resonanzfrequenz und b der Dämpfungsfaktor ist.

   14. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die digitale Anzeige- und Ableseeinheit

   I. einen ersten Vergleicher und eine Logikschaltung aufweist mit einem Analog-Digital-Konverter zur Erzeugung und Speicherung zu A- proportionaler Zähluierte,

   II. einen zweiten Wergleicher und eine Logikschaltung aufweist, die zu einem Analog-Digital-Konverter zur Erzeugung und Speicherung von Zählwerten proportional zu A„ und A„/2 in getrennten Speichern,und

   III« eine Logik- und Anzeigevorrichtung zur gesonderten Anzeige der Zählwerte von A. und der abgeleiteten Zählwerte A^A₂

   aufweist.

   -56-

   709 815/0369

   — WO —

   15· Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Logik- und Anzeigevorrichtung eine an die Speicher für die Zähliuerte A., A^ und A„/2 angeschlossene Zähl-Vergleichs-Rückstell-Vorrichtung zugeordnet ist, welche enthält

   I. einen Taktgeber für die Abiuärtssteuerung des

   Speichers für A. auf den UJert Null, II· einen Taktgeber zur Aufuiärtssteuerung des Speichers für A»/2 mit einer gegenüber der Taktge-8chujindigkeit des Speichers für A. IQOfach höhere Taktgeschiuindigkeit,

   III. eine Vergleichs- und Rückstellschaltung zur Rückstellung des Speichers A„/2 bei gleichem Zählmert ujie im A₂-Speicher, und
   IW. eine beim Erreichen des Zählwertes Null im abuiärts zählenden Speicher für A. gesperrte Torschaltung für einen Durchgang von Rückstellimpulsen zu einer Speichereinrichtung«

   16. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Vergleichs- und Logikschaltung einen an den Geophonausgang angeschlossenen Spannungsvergleicher aufweist zur Aufnahme einer der gedämpften Spulenschuiingung entsprechenden Ansprechspannung, daß im Stromkreis des Spannungevergleichere eine Taktimpulsquelle zur Erzeugung einer Taktimpulsfolge liegt, daß eine logische

   -57-

   709815/0369

   Torschaltung am Ausgang des Spannungsvergleichers und der Taktimpulsquelle liegt, welches während des Anstieges der Ansprechspannung als Funktion der Zeit angesteuert ist, daß ein Zähler zur Aufnahme des Taktimpulszuges im Stromkreis der logischen Torschaltung liegt, und daß ein Digital-Anlog-Ketten-Netzwerk zu/ischen dem Zähler, der logischen Torschaltung und dem Spannungsvergleicher angeordnet ist zur Erzeugung eines analogen Signals als Funktion der Taktimpulsfolge am Spannungsvergleicher und zur Abschaltung der logischen Torschaltung beim Auftreten des Spitzenu/ertes A₁. der Ansprechspannung·

   17· Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Vergleichs- und Logikschaltung einen Spannungsvergleicher zur Aufnahme der zweiten konditionierten Ansprechspannung aufweist, daß eine Taktimpulsquelle im Stromkreis mit dem Spannungsvergleicher liegt, daß am Ausgang des Spannungsvergleichers und der Taktimpulsquelle eine logische Torschaltung liegt, die solange eingeschaltet ist wie die Amplitude der Ansprechspannung mit der Zeit ansteigt, daß ein Zähler zur Aufnahme der Taktimpulse im Stromkreis mit der logischen Torschaltung liegt, daß ein Digital-Analog-Kettenentzwerk zwischen dem Zähler, der logischen Torschaltung und dem Spannungsvergleicher vorgesehen ist zur Erzeugung eines Analog-Signals für den Spannungsvergleicher und zur Abschaltung

   -58-

   der logischen Torschaltung beim Auftreten des Spitzenwertes Α«, und daß ein Zähler zur Speicherung der halben Anzahl der erzeugten Taktimpulse vorgesehen ist.

   18. Einrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch einen im Stromkreis mit dem Zähler liegenden A,-Überlaufbit-Detektor mit einer in Abhängigkeit von Änderungen eines Übertragungs- Ausschalt-bits des Zählers und eines Taktimpulses arbeitenden Signal-Erzeugungs-Einrichtung zur Anzeige eines Überlaufs von A,.-Signal-bits.

   19. Einrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch einen im Stromkreis mit dem Zähler liegenden, dem Signal A₂ zugeordneten Signalfluß-Detektor mit Signalerzeugungs· mitteln_f die als Funktion einer ausgewählten Änderung in einen höchstwertigen bit (lYlSB) und einen M5B-k-bit des zugehörigen Zählers wirksam ist zur Anzeige eines Überlaufs und eines zu geringen Datenflusses in diesem Zähler.

   20. Einrichtung zur Impulsprüfung eines Geophons, insbesondere zur Ausführung eines Verfahrens nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch

   I. eine im Stromkreis mit dem Geophon liegende

   Ansprechschaltung zur Überwachung einer auf die Geophonschwingung bezogenen Wellenform mit

   -59-

   709815/0389

   ersten und zweiten Verstärkungs- und Konditionierschaltungen zur Erzeugung erster und zweiter Spannungswallen mit Spitzenamplituden oberhalb und unterhalb einer Bezugslinie, und II. eine digitale Anzeige- und Ablese-Einrichtung im Stromkreis mit der Ansprechschaltung zur gesonderten Auswertung und Anzeige der Darstellungen der Ansprechujarte.

   709815/0369