DE2745213A1

DE2745213A1 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung und uebertragung von seismischen signalen

Info

Publication number: DE2745213A1
Application number: DE19772745213
Authority: DE
Inventors: John Vinton Bouyoucos
Original assignee: Hydroacoustics Inc
Current assignee: Hydroacoustics Inc
Priority date: 1976-10-07
Filing date: 1977-10-07
Publication date: 1978-06-29
Also published as: SE440702B; FR2397644A1; NL184857C; JPS6345073B2; IT1192201B; DE2745213C2; GB1579841A; FR2397644B1; AU2946977A; JPS5362701A; DK444677A; CA1093199A; NL7710921A; GB1579842A; ZA775864B; AU510847B2; NO158317C; NO158317B; US4147228A; SE7711207L

Description

HYDROACOUSTICS INC., Rochester, N.Y., V.St.A.

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung und übertragung von seismischen Signalen

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung und Übertragung von seismischen Signalen. Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf Verfahren und Vorrichtungen zur Erzeugung seismischer Signalfolgen, welche die Energie maximieren, die von der verfügbaren Leistungsquelle übertragen wird und die eine hohe Auflösung geologischer Reflexionsoberflächen bei minimaler Unsicherheit vorsehen.

Die Erfindung ist besonders geeignet für die Verwendung bei geophysikalischen Untersuchungen durch die Verwendung der Fortpflanzung einer elastischen Welle innerhalb der Erde. Die Erfindung kann auch allgemein in Abfühl- und Feststellsystemen verwendet werden, die akustische Übertragungen verwenden.

Seismographische Untersuchungen haben die Entwicklung verschiedener Arten von seismischen Signalquellen und Untersuchungsverfahren gefördert. Nichtsdestoweniger sind die Eigenschaften existierender Quellen und Verfahren in Verbindung mit den Erdeigenschaften als ein akustisches Signalübertragungsmedium begrenzend hinsichtlich der Geschwindigkeit des Untersuchungsfortschritts, sowie der Signal-zu-Rausch-Verhältnisse und der geophysikalischen Auflösung.

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TELEFON: (OM) 28*627

TELEX: S-22038 p*tw d

Das am häufigsten angewandte Verfahren für eine tiefe seismische Erforschung auf dem Land ist das sogenannte Vibroseis-Verfahren, bei dem ein hydraulischer Vibrator an die Erdformation eine Linearüberstreichung von Frequenzen anlegt, welche im allgemeinen den Bereich von 1 bis 4 Oktaven überstreichen. Nach dem Empfang werden Korrelationsverfahren benutzt, um die Reflexionsereignisse oder -vorfalle (Reflexionen von geologisch reflektierenden Oberflächen) aufzulösen und zu lokalisieren. Einen allgemeinen Überblick über solche Verfahren gibt US-PS 3 886 4Θ3.

Typischerweise sind die Vibratoren zusammen mit ihren hydraulischen Leistungsversorgungen auf Schwerlastfahrzeugen angeordnet. Solche Fahrzeuge werden häufig in Gruppen von zwei bis sechs verwendet, wobei die Vibratoren synchron angetrieben werden, um die gewünschte Übertragung oder Sendung zu erzeugen. Es wurde angestrebt, die Amplitude der Vibrationen oder Schwingungen zu erhöhen und deren Frequenzen für eine tiefere Eindringung zu erniedrigen. Dies hatte größere Fahrzeuge zur Folge, die in Betrieb und Wartung teurer sind. Hinsichtlich einer Beschreibung solcher Schwingungserzeugungs-Vorrichtungen sei auf US-PS 3 92 9 und 3 363 720 hingewiesen. Zusätzlich macht es eine wirkungsvolle tiefe seismische Erforschung erforderlich, daß synthetische räumliche Anordnungen solcher Quellen verteilt werden. Typischerweise stellt eine Gruppe von vier Vibroseis-Fahrzeugen, die sich entlang einer Linie der geophonen Anordnung bewegen, Kontakt mit der Erde gleichzeitig alle 20 Fuß oder dgl. her, wobei während jeder Berührung ein synchronisierter Lineardurchgang von 5 bis 15 Sekunden Dauer von einer niedrigeren Frequenz in der Nähe von 5 Hz bis zu einer oberen Frequenz im Bereich von 60 Hz erfolgt, üblicherweise bilden 10 oder mehr dieser Kontaktsätze das Äquivalent eines einzigen "shot point", wobei es sich hier um einen Ausdruck handelt, der aus der Verwendung von Explosivstoffen in seismischen Untersuchungen abgeleitet ist. Zur Auflösung tiefer reflektierender Oberflächen müssen die Gruppen von Aufzeichnungen von Signalen, die durch die Geophonanordnung von jedem Kontaktsatz erhalten wurden, verarbeitet werden, korreliert werden und geordnet werden, um Seismogramme zu erhalten, die für

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eine Analyse der geologischen Struktur durch Geologen geeignet sind (vgl. Cassand und Lavergne in "Seismic Exmissions by Vibrators" in Kapitel 8 des Textes "Seismic Filtering", herausgegeben von der "Society of Exploration Geophysicists", Tulsa, Oklahoma, 1971, U.S.A.

Bei einem typischen Vibrationsquellenxontakt kann eine Kompressionsvorspannkraft der Kopplungsplatte gegenüber Erde beispielsweise 30 000 engl. Pfund betragen. Dieser Kompressionsvorspannkraft kann eine sich mit der Zeit ändernde Kraft überlagert sein, und zwar beispielsweise mit 20 000 engl. Pfund Spitzen-Amplitude. Die augenblickliche Kraft ändert sich dann zwischen 10 000 und 50 000 engl. Pfund. Die Impedanz der Erde kann sich als eine Funktion der angelegten Kraft ändern und trägt somit zu eine. Verformung des übertragenen Signals bei, was das Seismogramm "verunreinigt" oder mindestens als ein erhöhtes Hintergrundrauschen darinnen auftritt.

Obwohl die elektrohydr.; ilische Frequenzsdurchgangsübertragung in die Erde eine tiefe seismische Erforschung gestattet, so ist •Joch selbst bei Verwendung von Quellenanordnungen der Leistungsumwandlungsjjrozess teuer und hat einen geringen Wirkungsgrad. Es wird geschätzt, daß annähernd 1/10 von einem Prozent oder weniger der vom hydraulischen Schwingungsgenerator erzeugen Primärenergie seinen Weg in die Erde als brauchbare seismische Energie für Forschungszwecke findet.

Ein weiterer Nachteil der Vibratorfahrzeugeist deren Größe. Sie sind häufig zu groß und sie sind schwer in rauhem oder bewaldetem Gelände zu betreiben, so daß deren Verwendung im allgemeinen auf offenes, glattes Terrain beschränkt ist. Demgemäß mußte man seine Zuflucht zu Sprengvorrichtungen, wie beispielsweise Dynamit, explodierende Gasmischungen und die Freigabe von Hochdruckluft dann suchen, wenn schlecht zugängliche Zonen erforscht werden sollten. Die Verwendung solcher Vorrichtungen hat jedoch

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nachteilige Wirkungen auf die Umwelt. Darüber hinaus sind Untersuchungs- oder Forschungsverfahren unter Verwendung solcher Vorrichtungen häufig langsamer als dies bei Vibrationsverfahren der Fall ist.

Andere Verfahren verwenden das Herabfallenlassen großer Gewichte auf die Erdoberfläche und Verbesserungen solcher Schlag erzeugenden Verfahren benutzen pneumatisch beschleunigte Rammvorrichtungen. Zur Erreichung einer angemessenen Signalstärke muß eine große Anzahl derartiger Impulse (an unterschiedlichen Oberflächenstellen abgenommen) häufig in dem Akquisitionsverfahren summiert werden und nur ein zusammengesetzter aufgezeichneter Impuls wird für die spätere Verarbeitung und Anzeige aufgezeichnet. Bei der Zusammensetzung dieser individuellen Impulse erhält man häufig einen verschmierten oder verformten resultierenden Impuls aus der zerstörenden Auslöschung höherer Frequenzkomponenten. Die Resultierende ist nur schwer genau zeitlich festzulegen. In diesem Zusammenhang sei wiederum auf US-PS 3 886 493 und ferner auf US-PS 3 367 443 sowie 3 283 845 hingewiesen. Es können spezielle Kupplungselemente verwendet werden, wie sie in US-PS 3 367 443 beschrieben werden, um Beschädigungen der Kupplungsplatte zu reduzieren, wobei aber wiederum keine seismischen Signale erzeugt werden, die in wirkungsvoller Weise in die Erde eingegeben und durch diese übertragen werden können, und zwar liegt das an deren schlechten und ineffizienten Spektralcharakteristika.

Es wurde vorgeschlagen, die Signalübertragungsverfahren unter Verwendung eines herabfallenden Gewichts und sogar bei Verwendung einer Explosionsquelle dadurch zu verbessern, daß man kodierte Übertragungen verwendet; vgl. dazu Barbie und Viallix "Pulse Coding in Seismic Prospecting - Sossie and Seiscode", Geophysical Prospecting, 22, 153-175 (1974) und US-PS 3 811 111, 3 866 174 und 3 956 730. Diese Verfahren sehen Impulsübertragungen zu speziellen Zeiten während Empfangsintervallen vor, und zwar gemäß einem speziellen Code, wobei die Verarbeitung derart vorgesehen ist, daß die Empfänge derart ausgerichtet werden, daß das Korrelationsrauschen minimiert wird. Diese Verfahren

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können die in die Erde eingegebene Leistung begrenzen. Die Rate der Datensammlung (die Geschwindigkeit des Untersuchungsfortschritts) ist bei solchen Verfahren ebenfalls beschränkt.

Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, unipolare Kraftimpulse für seismische Untersuchungen zu erzeugen und zu übertragen, und zwar auf eine Weise, wodurch die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden. Eine Folge von Kraftimpulsen kann eine gegebene Rate an Energiefluß (Leistung) zur Erde übertragen, und zwar mit einem wesentlich verminderten statischen Schub- oder Vorspannpegel relativ zu einem Sinuswellen (Analog)-Vibrator. Dies kann seinerseits eine verminderte Größe hinsichtlich Ausrüstung und Plattform erforderlich machen, was die Mobilität vergrößert. Ferner kann der Wirkungsgrad der Erzeugung der Kraftimpulsereignisse hoch sein, und der Systemwirkungsgrad kann ebenfalls hoch liegen. Mit den erfindungsgemäß vorgesehenen Signalformaten, unter Verwendung einer geeigneten gewünschten räumlichen Verteilung der Kontakte, werden erfindungsgemäß erzeugte und übertragene seismische Signale eine außerordentlich gute Eindringung und ein ebensolches Signal-zu-Rausch-Verhältnis zeigen, wobei sich eine unzweifelhafte Ausflösung der interessierenden geologischen Struktur und eine kostengünstige Geschwindigkeit bei der Untersuchung ergibt.

Die Erfindung sieht somit Verfahren sowie Mittel zur Erzeugung seismischer Signale vor,'die ohne weiteres in die Erde eingekoppelt werden können, und die bei übertragung ohne weiteres benutzt werden können, um in unzweifelhafter Weise reflektierende Oberflächen aufzulösen. Die Erfindung verwendet dabei insbesondere seismische Signale mit aperiodischen Folgen von Tmpulsereignissen, die ein hohes Signal-zu-Rausch-Verhältnis besitzen und Seismogramme mit hoher Auflösung liefern, wobei die Signale auch über ein Kurzzeitintervall hinweg mit hohen Energieraten übertragen werden können. Die Erfindung maximiert die Leistung in der seismischen Signalenergie relativ zur verfügbaren Leistung, wie· sie von einer primären Leistungsquelle, wie beispielsweise einem Dieselmotor, kommt, wobei Seismogramme mit hoher Auflösung erzeugt werden und ferner mit kostengünstiger Verarbeitung sowie

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Analyse der empfangenen seismischen Signale.

Die Erfindung erzeugt ferner die seismische Energie durch Ereignisse mit einer relativ kleinen Amplitude, wie beispielsweise Kleinimpulsereignissen. Die erfindungsgemäß in dieser Form erzeugten Signale werden durch außerordentlich mobile Einrichtungen erzeugt, die auch in rauhem Gelände verwendet werden können. Die Erfindung sieht ferner die Verwendung von seismischen Signalen in der Form von Sequenzen von Impulsereignissen vor, und zwar entsprechend von Code-Formaten, die effizienter sind hinsichtlich der in einem gegebenen Zeitintervall übertragenen Gesamtenergie als dies für bislang vorgeschlagene Code-Formats der Fall war. Die Erfindung gestattet ferner eine hohe Rate bei der Datensammlung oder Kollektion, d.h. die zur Vollendung einer seismischen Untersuchung erforderliche Zeit wird reduziert.

Kurz gesagt sieht die Erfindung also Verfahren sowie Vorrichtungen vor, um aus Schlagereignissen Kraftimpulse zu erzeugen. Diese Kraftimpulse werden in seismische Signale übertragen, welche ein Spektrum aufweisen, welches auf den Frequenzbereich eingeschränkt ist, der sowohl notwendig als auch zweckmäßig ist, um in einem seismischen Untersuchungssystem verwendet zu werden, und zwar insbesondere dann, wenn die Eindringung von seismischer Energie tief in die Erde gewünscht wird. Diese seismischen Signale können speziell dadurch erzeugt werden, daß man Kraftimpulse formt, die infolge von Schlagereignissen, wie beispielsweise durch einen mit Druckströmungsmittel angetriebenen Hammer, erzeugt wurden, wobei die Formung in der Weise geschieht, daß die Spektralenergie des Kraftimpulses sich innerhalb des gewünschten Bereiches befindet.

Eine aperiodische Kette oder Folge derartiger spektral eingeschränkter Kraftimpulse mit einem vorbestimmten Format sieht sowohl die Energie als auch die Spektraeigenschaften vor, die für die Eindringung und Auflösung notwendig sind. Jeder Kraftimpuls kann in seiner Energie klein genug sein, um durch außerordentlich mobiles Gerät erzeugt zu werden. Die Folge der

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Impulse entsprechend dem Format gestattet die Übertragung hinreichender seismi eher Energiesignale zum Erhalt eines großen Signal-zu-Rausch-Verhältnisses, wobei sich aber auch eine hohe Auflösung ergibt. Speziell bedeckt die Folge der Impulse ein Wiederholfrequenzband oder Folgefrequenzband oder Bänder derart, daß das übertragene Spektrum sich über den gesamten Frequenzbereich des seismischen üntersuchungssystems erstreckt, während das Band oder die Bänder selbst sich über einen wesentlich kleineren Bereich erstrecken. Die Wiederholfrequenz dieser Impulse und/oder die Amplitude derselben wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung derart variiert, da3 sich der mittlere Spektralpegel glatt (d.h. im wesentlichen konstant) von der unteren zur oberen Frequenzgrenze dos Frequenzbereichs erstreckt. Dieses Signalspektrum ist gekennzeichnet durch ein«_ Auto-Korrelationsfunktion, die eine sehr schmale Hauptkeule und, wenn überhaupt, kleine Seitenkeulen besitzt; dies bedeutet eine hohe Auflösung im Seismogramm, gebildet durch Kreuzkorrelation der empfangenen Signale mit der übertragenen Energie.

Es wird dabei Energie (für einen erhöhten Wirkungsgrad) gespart, da die Bandbreite des übertragenen Spektrums derart beschränkt sein kann, daß sie nur so breit ist wie dies der Aufzeichungs- und Verarbeitungsbandbreite des seismischen Untersuchungssystems entspricht. Die Zeit für die Datensammlung im Gelände kann vermindert werden, da die Impulsfolgen oder Sequenzen über kurze Ubertragungsintervalle hinweg bei hoher Energierate ausgeführt werden können. Das Energiespektrum ist naturgemäß durch die Form der Kraftimpulse derart verjüngt, daß im wesentlichen die Störung der kleineren Keulen der Auto-Korrelationsfunktion eliminiert werden, wodurch die Auflösungseigenschaften der Übertragung weiter erhöht werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung von Impulsen und den oben erwähnten Impulsfolgeformaten kann eine Schlag- oder Perkussionsquelle aufweisen, deren Perkussions- oder Schlagwirkung durch eine mittels einer Schaltkraft erzeugte Hanunerbewegung gesteuert wird, an Stelle daß eine Vibrationshydraulikquelle benutzt wird. Die Schaltkraftcharakteristik kann erzeugt

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werden durch Anschalten eines Hydraulikdrucks an den Hammer im Gegensatz zu der sinusförmigen oder analogen Ventilwirkung, die erforderlich ist bei Vibrationsquellen-Verfahren, wie sie das obige Vibroseis-Verfahren kennzeichnen. Dies erhöht weiter den Wirkungsgrad der Vorrichtung. Darüber hinaus wird der Wirkungsgrad erhöht durch Verwendung einer Kraftimpuls formvorrichtung, die Energie wiedergewinnt, welche nicht bei der Formatierung übertragen wurde, und zwar geschieht diese Wiedergewinnung durch das Zurückspringen des Hammers, dessen Rückspringenergie bei der Erzeugung des nächsten Kraftimpulses angelegt werden kann.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein im wesentlichen konstanter mittlerer Spektralpegel über den Spektralfrequenzbereich erhalten durch Modulation oder durch Überstreichen (Durchgang) der Kraftimpulswiederholfrequenz derart, daß die Leistungseingangsgröße zum Kraftimpulsgenerator über die Dauer des Durchgangs hinweg konstant bleibt. Alternativ kann der konstante mittlere Spektrumspegel erzeugt werden durch Modulation der Wiederholfrequenz der Kraftimpulse derart, daß der Generator eine sich ändernde Leistungseingangsgröße aufnimmt, die für Energiespeicherleistungsversorgungen geeignet ist.

Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß eine verbesserte Kopplung unabhängig von den nicht linearen Eigenschaften der Erdformation erhalten werden kann durch einen Schlagvorgang an den Oberflächenzonen und durch Verminderung der Kraftamplitude nach Pressung zum Erhalt einer linearen Belastung. Diese Kraftreduktion erfolgt natürlich dann, wenn die Leistungsausgangsgröße im wesentlichen konstant gehalten wird während der Periode eines Aufwärtsdurchgangs der Wiederholfrequenz. Die Leistungsausgangsgröße ist das Produkt der Schlagenergie (die eine Funktion der Amplitude des Kraftimpulses ist) und der Frequenz der Schläge. Für konstante Leistungsabgabe, wenn sich die Wiederholfrequenz erhöht , vermindet sich die Schlagenergie umgekehrt mit der Frequenz. Somit tritt die Pressung während der frühzeitigen Hochenergieschläge bei niedriger Wiederholfrequenz auf, wobei eine linearere elastische Last vorgesehen wird durch die Formation zum

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Ende des Durchgangs hin.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Ansicht eines Fahrzeugs, welches mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattet ist;

Fig. 2 einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung seismischer Signale, angeordnet auf einem Fahrzeug gemäß Fig. 1;

Fig. 3 einen vergrößerten Teilschnitt der Koppluncsplatte und des Kraftimpulsformungssystems, verwendet in der Vorrichtung gemäß Fig. 2, wobei aber h.\er die Teile in der Position darauffolgend auf einen Schlag dargestellt sind;

Fig. 4 ein Wellenformdiagramm, welches eine Folge von

Kraftimpulsen zeigt, die durch die Vorrichtungen gemäß Fig. 1-3 erzeugt wurden;

Fig. 5 eine Äquivalentschaltung der Kraftimpulserreugungs- und Form-Vorrichtung gemäß Fig. 1-3;

Fig. 5A eine vereinfachte Form der Schaltung gemäß Fig. 5;

Fig. 6 ein Diagramm, welches das Spektrum von zwei Kraftimpulsen zeigt, die gleiche Energie, aber unterschiedliche Zeitdauern besitzen;

Fig. 7 einenDiagramm des Spektrums von zwei sich wiederholenden Kraftimpulsfolgen;

Fig. 8 ein Diagramm, welches harmonisch in Beziehung stehende Bänder oder Paneele zeigt, die sich aus einem

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Kraftimpulsdurchlauf von 5 bis 10 Hz ergeben;

Fig. 9 das Energiespektrum, welches sich aus einer Summierung der Bänder gemäß Fig. 8 ergibt;

Fig. 10 ein Diagramm, welches das Energiespektrum und

die Auto-Korrelationsfunktion illustriert, wie es sich aus einem Durchlauf der Kraftimpulswiederholrate über ein Band von 5 bis 10 Hz ergibt, wobei die Wiederholrate in der Frequenz logarithmisch moduliert ist, die Kraftimpulsamplitude sich entsprechend dem Reziprokwert der Quadratwurzel der Frequenz verändert und der Impuls selbst eine Dauer von annähernd 8 Sekunden aufweist;

^ig. 11 die harmonischen Bänder, wie sie sich aus einem Durchlauf von Kraftimpulsen über ein 10 bis 15 Wiederholfrequenzband ergeben, wobei der Spektralpegel in diesem Band die Hälfte des in Fig. 8 gezeigten Grundbandes ist;

Fig. 12 das Energiespektrum erzeugt durch inkohärente Summierung der harmonischen Bänder gemäß Fig. 8 und 1 1 ;

Fig. 13 die harmonischen Bänder oder Paneele, welche sich aus einem Durchlauf der Kraftimpulse Über ein 15 bis 2 5 Hz Wiederholfrequenzband ergeben, wo der Spektralpegel in diesem Band 1/16 des Pegels des Grundbandes gemäß Fig. 8 ist;

Fig. 14 ein Diagramm, welches das Energiespektrum zeigt, welches durch eine inkohärente Sununierung der harmonischen Paneele gemäß Fig. 8, 11 und 13 erhalten wurde;

Fig. 15 ein Diagramm ähnlich dem gemäß Fig. 10, wo eich das Spektrum ergibt aus sequentiellen Durchgängen

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oder Überstreichungen über die zwei Grundbänder von 5 bis 10 Hz und 10 bis 15 Hz hinweg, wobei die kohärente Kombination der harmonischen Paneel gemäß Fig. dargestellt ist;

Fig. 16 ein Diagramm ähnlich Fig. 15, wobei sich der Durchlauf sequentiell über 5 bis 2 5 Hz erstreckt, wobei die kohärenten Kombinationen des drei harmonische Paneelen aufweisenden Satzes gem. Fig. 14 dargestellt sind;

Fig. 17 ein Diagramm ähnlich dem Diagramm der Fig. 10, wobei aber hier das Spektrum und die Auto-Korrelationsfunktion dargestellt sind, die erhalten wurde, wo die Modulation der Frequenz des Bandes von 5 bis 1') Hz eine Linearperiodenmodulation ist;

Fig. 18 eine Ansicht ähnlich Fig. 17, wobei das Band, über welches hinweg die Frequenz der Impulse gemäß der Linearperiodenmodulation streicht, sich von 5 bis 15 Hz erstreckt;

Fig. 19 ein Diagramm ähnlich Fig. 18, wobei aber hier das Band, welches die Linearperiodenmodulation überstreicht, sich von 5 bis 25 Hz erstreckt;

Fig. 20 eine graphische Darstellung der relativen Ausgangsleistung der Signalerzeugungsvorrichtung in jeweils einem von zwei typischen Fällen, wobei die Kraft-Impulsfrequenz entsprechend Linearperiodenmodulation verändert wird und wo auch die Kraft-Impulsfrequenz entsprechend logarithmischer Frequenzmodulation variiert wird;

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Fig. 21 ein Diagramm ähnlich Fig. 10 für einen Durchlauf erzeugt durch einen Schwingungssignalgenerator der Vibroseis-Bauart;

Fig. 22 ein Zeitdiagramm, welches eine Reihe von Impulsfolgen ,erzeugt gemäß der Erfindung, darstellt, und zwar in einer Weise, wodurch ein Spektrum von 5 bis 50 Hz erzeugt werden kann durch die Verwendung eines Durchlaufs über ein Band von 20 bis 80 Hz;

Fig. 23 ein Diagramm des Spektrums und der Auto-Korrelationsfunktionen, erhalten aus einer Kraft-Impulsfolge des Formats gezeigt in Fig. 22, wobei die Frequenz der Impulse Linearperiodenmodulationen besitzt und die alternativen Impulspaare, wie in Fig. 22 gezeigt, entfernt sind;

Fig. 23A ein Diagramm der nicht überlappenden armoni-

schen Bänder oder Paneele des Spektrums, die sich aus der Summierung ergeben;

Fig. 24 ein Blockdiagramm, welches schematisch das

System zur Erzeugung elektrischer Steuersignale darstellt für den Betrieb des Steuerventils, welches in der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Fig. 2 verwendet wird.

Fig. 24A ein ins einzelne gehendes Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Systems der Fig. 24;

Fig. 25 Zeitsteuerdiagramme, welche die zeitliche Beziehung der Steuersignale, erzeugt durch die Vorrichtung gemäß Fig. 24, gegenüber der Versetzung oder Verschiebung des Hammers, gezeigt in Fig. 2, und gegenüber den Kraftimpulsen darstellt;

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Fig. 26 Diagramme, welche die Hammerversetzung abhängig

von der Zeit darstellen und die zeigen, wie die Frequenz der Kraftimpulse und ihre Amplituden verändert werden können durch die Vorrichtung gemäß Fig. 2 und 24;

Fig. 27 eine Teilschnittansicht, welche schematisch eine

Vorrichtung ähnlich der Fig. 2 zur Erzeugung von Kraftimpulsen darstellt, wobei aber hier eine Vierweg-Ventilleistungsstufe für die Hammeranregung vorgesehen ist;

Fig. 28 eine Ansicht ähnlich Fig. 27, wobei hier eine

Dreiweg-Ventilleistungsstufe dargestellt ist, die zum Schalten des Hydraulikströmungsmittels dient, um so einen Differentialhammer anzutreiben;

Fig. 29 eine Ansicht ähnlich den Figuren 27 und 28, wobei hier ein geschalteter Krafthydraulikhammer dargestellt ist, mit einem Leistungsstufenventil, welches den Hammer umgibt;

Fig. 30 eine perspektivische Teilansicht eines Kraftimpulsgenerators, erzeugt zur Erzeugung geformter Kraftimpulsfolgen in Unterwasser-Umgebungen;

Fig. 31 eine Ansicht ähnlich Fig. 30, wobei aber hier

die Vorrichtung in einer r~sition nach "cbiag dargestellt ist·

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In Fig. 1 ist ein mobiles System zur Erzeugung und übertragung der gewünschten seismischen Signale in die Erde dargestelt. Ein Lastwagen 10 besitzt einen Motor sowie eine Kabine 12, angeordnet auf einem Chassis, welches ein Fahrgestell 14 bildet. Die hydraulisch angetriebene Perkussions- oder Schlagvorrichtung dient als ein Kraftimpulsgenerator 16. Ein am Fahrgestell 14 mittels Flanschen 20 befestigter Rahmen 18 trägt den Impulsgenerator 16. Eine hydraulische Leistungsversorgung 22 ist ebenfalls am Fahrgestell 14 befestigt. Diese Leistungsyersorgung enthält eine geeignete Hydraulikpumpe, Reservoirs und Filter zur Erzeugung von unter Druck stehendem hydraulischem Strömungsmittel, wie beispielsweise Hydrauliköl, welches dem Impulsgenerator über Leitungen 24 und 25 zugeführt und abgeführt wird. Andere Leitungen 26 verbinden die hydraulische Leistungsversorgung mit der Impulsgeneratorvorrichtung. Die Pumpe in der hydraulischen Leistungsversorgung 22 kann durch Leistung angetrieben werden, die vom Motor des Fahrzeugs 10 abgenommen wird oder von einem nach dem Diesel- oder Otto-Prinzip arbeitenden Hilfsmotor kommt, der auf einem Anhänger angeordnet sein kann oder durch den Lastwagen 10 transportiert wird.

Die Basisplattenanordnung 28 bildet einen Teil des Impulsgenerators 16. Diese Anordnung 28 besteht aus einer kreisförmigen Basisplatte 30, einem an der Oberseite der Basisplatte 30 befestigten Zylinder 32 und Versteifungen 34. Die Versteifungen befestigen den Zylinder 32 an der Basis 30. Eine öffnung 36 in Fahrgestell 14 ist mit einem Sattel 38 ausgestattet, der eine konische Oberfläche am Boden besitzt. Ein Hydraulikzylinder 40 dient zum Anheben und Absenken des Impulsgenerators 16. Wenn der Impulsgenerator 16 angehoben ist, so nimmt der Sattel 38 die geneigt verlaufenden Oberseiten der Verstärkungen 34 auf. Der Lastwagen 10 kann sich dann über den Erdboden 42 hinweg zu dem nächsten Kontaktpunkt bewegen.

Der Hydraulikzylinder 40 ist zweckmäßigerweise am Fahrgestell 18 mittels einer Schwenk- oder Kardanhalterung 44 befestigt. Wenn der Lastwagen an einer für die Signalübertragung gewünschten Position ankommt, so senkt der Zylinder 40 den Impulsgenerator

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und dessen Basisplattenanordnung 28 auf die Erde 42 ab und legt eine Vorspannkraft daran an, die zweckmäßigerweise ein Vielfaches - beispielsweise das 1 1/2-bis 2-fache - der durchschnittlichen Kraft der Kraftimpulse ist, die übertragen werden sollen. Diese durchschnittliche Kraft ist in Fig. 4 mit FAVE bezeichnet. Zusätzlich kann diese an den Zylinder 40 angelegte Vorspannkraft durch eine direkt an die Basisplatte 30 mittels Zusatzzylinder 46 angelegte weitere Vorspannkraft ergänzt werden. Drei oder vier derartigen Zylindern sind symmetrisch um die Basisplatte 30 herum angeordnet. Sie sind am Fahrgestell 14 beispielsweise durch einen Stoßaufnehmer und eine Schwenkbefestigung, ähnlich der Befestigung 44, befestigt und sie besitzen Schäfte mit geschlitzten Eingriffsgliedern 48, welche Stifte an der Basis^lTtte 30 berühren, um eine symmetrische Belastung darauf vorzusehen. Diese zusätzliche oder ergänzende Vorspannkraft mittels der Zylinder 46 dient dazu, die Basisplatte 30 in kontinuierlicher Berührung mit der Erde über ein Übertragungsintervall hinweg zu halten, wodurch die Erzeugung von Störschlagsignalen vermieden wird.

Es ist besonders zweckmäßig, diese zusätzliche Belastung durch die Zylinder 46 in Situationen zu verwenden, wo die durch die Masse der Basisplattenanordnung 28 und die Steifheit der Erde bestimmte Resonanzfrequenz in das übertragene Kraftimpulsspektrum hineinfällt. Die Verwendung der Zylinder 46 ist jedoch insbesondere dort wahlweise vorzusehen, wo die durch den Zylinder 40 angelegte Vorspannkraft ausreicht, um einen innigen Kontakt der Basisplatte 30 mit Erde aufrechtzuerhalten.

Der Kraftimpulsgenerator 16 wird elektrisch durch Signale gesteuert, die durch einen Steuersignalgenerator innerhalb der Kabine 12 erzeugt werden. Dieser Steuersignalgenerator ist mit einer elektrohydraulischen Steuereinheit 50 (vgl. Fig. 2) über ein Kabel 52 verbunden. Diese Steuereinheit 50 kann Steuerventil- und Leistungsstufen aufweisen, wobei bevorzugte Ausbildungen derselben im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 24-29 beschrieben werden.

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Der Steuergenerator in der Kabine 10 kann ferner Steuersignale über einen HF-Empfänger empfangen, der über eine Antenne 54 mit einem Hauptsender gekoppelt ist. Auf diese Weise kann eine Vielzahl mobiler Einheiten der in Fig. 1 gezeigten Art synchron arbeiten, wobei sämtliche abhängig von einem Haupttaktgeber betrieben werden, der die Hauptsteuersignale liefert.

Fig. 2 zeigt den Kraftimpulsgenerator 16 und seine zugehörigen Vorrichtungen im einzelnen. Ein Zylindergehäus,e 56 besitzt eine abgestufte Bohrung 58, in der ein Hammer 60 sich in einer Richtung axial zum Gehäuse 56 hin- und herbewegen kann. Der Hammer 60 besitzt eine Masse M ~, die angetrieben wird, um während jedes

Zyklus seiner Schwingung ein Schlagereignis zu erzeugen. Aus diesem Schlagereignis wird der Kraftimpuls erzeugt.

Der Hammer 60 besitzt einen Kolbenteil 62. Der Hammer besitzt ebenfalls Endabschnitte 64 und 66, welche in Lagerabschnitten 68 und 70 gleiten. Diese Lagerabschnitte 68 und 70 befinden sich auf entgegengesetzten Seiten eines durch die abgestufte Bohrung 58 gebildeten Hohlraums 72. Dieser Hohlraum ist durch den Kolben 62 in zwei Teile 74 und 76 auf entgegengesetzten Seiten des Kolbens 62 unterteilt.

Unter Druck stehendes Hydraulikströmungsmittel wird in die Hohlräume 74 und 76 von Steuereinheit 50 eingegeben, die mit diesen Hohlräumen über öffnungen oder Kanäle 78 und 80 verbunden ist. Der Druck in den Hohlräumen 74 und 76 wird zwischen der Versorgung und dem Rücklauf mittels Ventilen in der Einheit 50 umgeschaltet, um die zyklische Bewegung oder Oszillation des Hammers 60 zu bewirken. Der zeitliche Ablauf der Bewegung des Hammers 60 bezüglich der elektrischen Signale, welche diese Hammerbewegung steuern,und der resultierenden Kraftimpulse ist in Fig. 25 dargestellt. Dieser Bewegungsverlauf ist ebenfalls in Fig. 26 gezeigt, wobei diese Figur darstellt, daß die Wiederholfrequenz und die Amplitude der Hammerbewegung gesteuert werden kann, um vorbestimmte Folgen von Kraftimpulsen zu erzeugen, die vorbestimmte Amplituden in der Folge aufweisen. Es sei bemerkt,

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die Versetzung X_u des Hammers 60, wie sie in den Fig. 25

und 26 gezeigt ist, eine plötzliche Geschwindigkeitsänderung entsprechend den Schlagereignissen erfährt. Zu den Zeitpunkten dieser abrupten Geschwindigkeitsänderung werden die Kraftimpulse initiiert.

Diese Kraftimpulse werden dann erzeugt, wenn das untere Ende des Hammers 60 auf einen Aufnahmekolben 82 in der Basisplattenanordnung 28 aufschlägt. Der Zylinder 32 der Anordnung 28 ist mittels einer Bohrung 84 hohl ausgebildet. Ein mit Gewinde versehener Abschnitt 86 der Bohrung besitzt einen darin befestigten Stopfen 88. Dieser Stopfen 88 besitzt ein konisches oberes Ende 90 und eine Axialöffnung,in welcher der Aufnahmekolben 82 gleitend angeordnet ist. Ein Hohlraum 92 ist in der Bohrung 84 zwischen der Basisplatte 30 und dem unteren Ende des Stopfens 88 ausgebildet. Dieser Hohlraum ist mit einer Flüssigkeit, beispielsweise einem geeigneten Hydrauliköl, angefüllt. Ein Flansch 94 am unteren Ende des Aufnahmekolbens 82 steht in Berührung mit der Flüssigkeit im Hohlraum 92. Die Anordnung aus eingeschlossener Flüssigkeit und Aufnahmekolben 82 bildet sine Flüssigkeitsschlagfeder. Obwohl eine Flüssigkeitsschlagfeder bevorzugt wird, können doch auch andere Schlagfedern verwendet werden, die in der Lage sind, die Schlagkräfte aufzunehmen und cle die erforderliche Federkonstante und Masse besitzen. Es sei auf die US-PS 3 382 932 and 3 570 609 verwiesen.

«eeignete Dichtungen, wie beispielweise die O-Ringdichtungen 98, 1OO und 102, können in der Vorrichtung Verwendung finden, um να das Austreten von Strömungsmittel aus den Hohlräumen 92, 74, •6 zu begrenzen.

ie Arbeitswaise der Flüssigkeitsfeder bei der Absorption von chlagenergie, die durch den Aufnahmekolben 82 aufgeprägt wird, •τι einen geformten Kraftimpuls zu erzeugen, der zur Basisplattenänordnung 28 und zur Erde übertragen wird, wird im folgenden beschrieben.

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Die Steuereinheit 50 wird gespeist durch Versorgungs- und Rücklaufleitungen 104 und 106 von der hydraulischen Leistungsversorgung 22 (F\g. 1). Diese Leitungen können Verlängerung flexibler Schläuche 24 und 25 sein, die ebenfalls in Fig. 1 gezeigt sind. Versorgungs- und Rücklauf-Akkumulatoren 108 und 110 sind eng mit Versorgungs- und Rücklaufleitungen 104 bzw. 106 gekuppelt (Fig. 27). Die Steuereinheit 50 empfängt ein elektrisches Eingangssignal e_v von einem Zeitsteuersignalgenerator 112, der ein Teil des Steuergenerators ist, der, wie oben erwähnt, in der Kabine des Fahrzeugs 10 angeordnet ist. Dieses Signal e„steuert die Ventilwirkung, die ihrerseits den Oszillationszyklus des iammers 60 steuert, um so die Vorherbestimmung der Wiederholfrequenz und Amplitude (Energie) des Schlagereignisses und der daraus resultierenden Kraftimpulse zu ermöglichen. Die Wiederholfrequenz und Energie wird durch externe Einganqssignale e und e„ diktiert, die an den Zeitsteuersignalgenerator 112 angelegt sind. Das Sigial e ist ein Impulssignal, welches das Auftreten der Schlagereignisse und somit die Wiederholfrequenz der Kraftimpulse zeitlich steuert. Das Signal e_o ist ein Pegel, der die Amplitude (Energie) ;er Kraftimpulse festlegt. Somit kann durch Veränderung oder durch das Durchlaufen der Wiederhol frequenz der e -Impulse die Kraftimpulswiederholfrequenz verändert werden, während gleichzeitig die Amplitude der Kraftimpulse durch die Steuerung des e -Pegels verändert oder konstant gehalten wird. Die Veränderungen der Kraftimpulswiederholfrequenz und Amplitude werden gemäß aer Erfindung vorherbestimmt, um ein übertragenes Energiespektrum -:u erzeugen, welches auf den Bereich von Frequenzen eingeschränkt st, die sowohl notwendig als auch zweckmäßig für die Verwendung jei einer seismischen Untersuchung sind.

^rJer Zeitsteuersignalgenerator 112 kann ebenfalls, wie man aus Fig. 24 erkennt, einen Parametergenerator aufweisen, der Information empfängt, welche die verschiedenen Parameter berücksichtigt, die den Oszillationszyklus des Hammers 60 im Impulsgenerator 16 beeinflussen Diese Parameter sind die Versetzung oder Verschiebung des Hammers X„ und die Versorgungs- und Rücklauf-Drücke P_g und P_n. Die Drücke werden von Druc-cfühlerwandlern 114 und 116 erhalten, die an den Versorgungs- and Rücklaufleitungen 104 und 106 befestigt sind. Der Versetzung-- oder Bewegungsfühler 118 ist in

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der Bohrung 58 oberhalb des oberen Endes 64 des Hammers 60 angeordnet. Der Versetzungsfühler ist zweckmäßigerweise ein Differentialtransformator, der aus einer Spule 120 und einem Magnet 122 besteht. Der Magnet 122 ist am oberen Ende 64 des Kolbens 60 derart befestigt, daß das Signal von der Spule 120, welches in den Parametergenerator des Zeitsteuersignalgenerators 112 eingegeben wird,proportional zur Versetzung des Hammers ist.

Während des Betriebs wird eine nach unten gerichtete Vorspannung an das Gehäuse 56 vom Zylinder 40 über eine Welle 124 angelegt, die am oberen Ende des Gehäuses 56 befestigt ist. Diese Vorspannung, die als "Abwärtspressung" bezeichnet werden kann, wird an die Basisplattenanordnung 28 über die konische Oberfläche 90 am oberen Ende des Stopfens 88 angelegt. Das untere Ende des Gehäuses 56 besitzt eine konische Form derart, daß eine konische Zwischenfläche gebildet wird. Ausrichtung wird durch die Bohrung 84 am oberen Ende des BasisplattenanordnungsZylinders 32 vorgesehen, der das untere Ende 126 des Gehäuses 56 aufnimmt. Stifte 128 im Gehäuse 56 verlaufen durch Abstandsschlitze 130 in Zylinder 32. Während des Betriebs berühren die Stifte 128 die Wände der Schlitze 130 nicht. Wenn jedoch das Impulsgeneratorgehäuse 56 mittels des Zylinders 40 (Fig. 1) angehoben wird, so kommen die Stifte 128 mit der oberen Wand der Schlitze 130 in Eingriff, um das Anheben der Basisplattenanordnung mit dem Impulsgeneratorgehäuse56 zu bewirken und ebenfalls den Transport durch das Tragfahrzeug 10 (Fig. 1).

Ein konisches Glied 132 ist am Boden des Gehäuseendes 126 befestigt. Das Glied 132 besteht zweckmäßigerweise aus Dämpfungsmaterial, wie beispielsweise einem sandwichartigen Gebilde aus Aluminium und Phenolharzkunststoff (beispielsweise Micarta). Wenn demgemäß die Abwärtspressung auf das Generatorgehäuse 56 ausgeübt wird, so wird das obere Ende oder die Schlagoberfläche 134 mit dem Boden des Hammers ausgerichtet, wenn das konische Glied 132 auf der konischen Oberfläche 90 sitzt. Darauffolgend auf den Schlag wird, wie in Fig. 3 gezeigt, die Basisplattenanordnung 28 vom Generatorgehäuse 56 weggetrieben und die Ober-

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fläche des konischen Dämpfungsgliedes 132 trennt sich von der konischen Oberfläche 90 des Stopfens 88. Das Dämpfungsmaterialglied 132 federt oder dämpft die dynamische Berührung nach jedem Schlag, der auftritt, wenn die Abwärtspreßkraft,angelegt an das Generatorgehäuse 56, wieder das Gehäuse 56 auf der konischen Oberfläche 90 des Stopfens 88 zum Aufsitzen bringt. Auf diese Weise werden keine Impulsereignisse erzeugt, die über diejenigen hinausgehen, die mit der normalen Beendigung des Kraftimpulses verbunden sind.

Die Erzeugung impulsartiger Signalenergie in der Erde aus einem Schlagereignis, wie es beispielsweise durch einen Hammerschlag direkt auf die Basisplatte 3O ohne die Zwischenlage einer Schlagfeder erzeugt würde, ist für Zwecke der geophysikalischen Untersuchung von geringem Wirkungsgrad. Das Schlagereignis würde als eine Annäherung der Dirac-Deltafunktion erscheinen, und zwar mit einer Zeitdauer von nahe Null und einer sehr großen Amplitude. Das Energiespektrum wäre dann sehr breit und würde eine Spektralbreite besitzen, welche die Ubertragungs- oder Sendebandbreite übersteigt, die im allgemeinen für geophysikalische Analysen geeignet ist. Diejenige Energie, die im Impulsspektrum enthalten ist, welches außerhalb des Analysebandes liegt, wäre verloren und somit wäre dieses Verfahren ineffizient. Ein Merkmal der Erfindung besteht darin, den beim Auftreten eines Schlagereignisses erzeugten Kraftimpuls derart zu formen, daß die Signalenergie in einem Spektrum übertragen wird, welches auf das Analysefrequenzband beschränkt ist.

Wie sich aus den Fig. 2 und 3 ergibt, besitzt die Basisplattenanordnung 28 einen Radius a in Berührung mit Erde. Die Flüssigkeit im Hohlraum 92 besitzt ein Volumen V, welches gleich dem Volumen des Hohlraums 92 ist. Die Flüssigkeit besitzt einen

Elastizitätsmodulf c . Der Aufηahmekolben 82 der Flüssigkeitsfeder besitzt eine Masse M " Die effektive Oberfläche des Kolbens 82, die dem Flüssigkeitsvolumen ausgesetzt ist, besitzt eine Fläche A Der Hammer 60 besitzt eine Masse M_H.

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Die angenäherte Äquivalentschaltung des Hammers und der Flüssigkeitsfeder ist in Fig. 5 gezeigt. Eine Batterie 140 und ihr Innenwiderstand 142 repräsentieren die hydraulische Antriebskraft, die auf die Hammermasse 144 ausgeübt wird. Ein zweipoliger Schalter 146 besitzt zwei Positionen. In einer Anfangsposition 146a baut sich die freie Geschwindigkeit V₁ in der Hammermasse M auf. Im Augenblick des Stoßes oder Schlages befindet sich der Schalter 146 in der Position 146b, wodurch die Übertragung der kinetischen Energie des Hammers auf den Lastkreis freigegeben wird. Der Lastkreis wird annähernd gebildet durch die Parallelkombination der Steifheit 156 der Flüssigkeitsschlagfeder K₁ mit der Basisplattenmasse M und den Lastparametern Κ. und R_. In der Schaltungsdarstellung repräsentiert die Masse 150 die Masse M der Basisplattenanordnung 28. Die Erde bietet eine Steifheit 152 und einen Widerstand 154 gegenüber Basisplatte 30. Diese Steifheit ist mit K_T bezeichnet und der Widerstand ist R, .

Berücksichtigt man, daß die Masse des Hammers M wesentlich größer ist als die Masse des Aufnahmekolbens M_, so kann die Masse des letzteren vernachlässigt werden. Ebenfalls wird angenommen, daß die Masse der Basisplattenanordnung M_p größer ist als die Masse des Hammers M„. Somit besteht das anfängliche Ansprechen des Lastkreises, wenn der Schalter 146 in Position 146b sich befindet, darin, daß die Trägheit der Basisplattenmasse M_p die augenblickliche Bewegung der Basisplatte verhindert, während die kinetische Energie des Hammers auf die gespeicherte potentielle Energie der Schlagfeder übertragen wird, wobei sich eine Kraft auf der Basisplatte aufbaut, und zwar mit einer Geschwindigkeit oder Rate, die eine Funktion der Hammermasse und der Schlagfederkonstante ist. Die Basisplatte beginnt sich dann nach vorne zu bewegen, um die in der Schlagfeder gespeicherte potentielle Energie auf die Last zu übertragen. Die Rate oder Geschwindigkeit, mit der diese übertragung erfolgt, ist eine Funktion der Schaltungsparameter. Diese Parameter werden durch die folgenden Gleichungen (1), (2) und (3) ausgedrückt:

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K -^V

^κΐ - ν Ρ

4Ga
^KL = 1 -M <²⁾

^RL ^{= R}D ^{+ 1}V

(3)

In den Gleichungen 2 und 3 ist G der Schermodul, f~ ist das Poisson'sche Verhältnis und fs ist die Bodendichte in der Nähe der Basisplatte.

Wenn der Hammer 60 die Grenze seines Hubs in Abwärtsrichtung erreicht, so ist Energie gespeichert in der Schlagfeder K , in der Federkonstante K₇. der Erde und in jedweder restlicher

Ij

kinetischer Energie der Basisplattenanordnung 28. Diese gespeicherte Energie wird teilweise zurück zum Hammer 60 übertragen, was dessen Rückführung bewirkt, und teilweise wird diese Energie in der Last verteilt. Die rückübertragene Energie ist annähernd die Differenz zwischen der dem Schlagfeder-Basisplattensystem aufgeprägten Energie und der an die Last R_ gelieferten Energie. Die Last wird gebildet durch einen Strahlungswiderstand R_n, dem letzten Ausdruck in Gleichung 3, und einem örtlichen Dämpfungswiderstand R .

Ein Merkmal der Erfindung besteht darin, die Rückkehr-oder Rückführenergie derart aufzunehmen und auszunutzen, daß das hydraulische Antriebssystem für den Hammer 60 in erster Linie nur denjenigen Energieverlust nachliefern muß, der beim vorhergehenden Schlag auf die Last R_L übertragen wurde.

Gleichung 3 zeigt, daß der Strahlungswiderstand R_D-Anteil von R^ proportional zur Fläche der Basisplatte 30 ist. Allgemein steigt das Verhältnis aus R_T zu R_n mit ansteigendem Basis-

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IS

plattenradius an. Zur Erhöhung des Anteils der verteilten Energie, die als Strahlung erscheint, relativ zu der Energie, die als örtliche Dämpfung auftritt, ist es im allgemeinen zweckmäßig, daß die Basisplatte 30 eine große Querschnittsfläche besitzt.

Ein Merkmal der Erfindung, welches sich aus der Verwendung der Schlagfeder ergibt, besteht darin, die Basisplatte mit einem derartig großen Querschnitt auszubilden. Gemäß dem Stand der Technik verwendete Basisplatten bei Schlagerzeugungsverfahren waren im allgemeinen klein, verglichen mit denjenigen bei Vibrationssignalgeneratoren (beispielsweise Vibroseis). Dies geschah, um der Basisplatte eine leichtes Gewicht zu geben, wodurch darin die Schlagbeanspruchungen vermindert werden und geschah ferner, um die übertragung der Schlagenergie auf die Erde nicht verhindern. Die gemäß der Erfindung vorgesehene Schlagfeder absorbiert die Schlagkraft und verteilt diese Kraft über die Basisplatte 28 ohne den Anstieg von eingefangenen Beanspruchungen und andere schädliche Effekte hervorzurufen, welche die Basisplatte und/ oder den Hammer schädigen könnten. Die zeitliche Verteilung der Kraft (das Zuschneiden ode.c Formen des Impulses abhängig von der Zeit, welches durch Verwendung der Schlagfeder erreicht wird) optimiert die Energieübertragung und ordnet sie innerhalb der gewünschten Analysebandbreite an. Demgemäß wird die übertragene Signalstärke erhöht, eine Schädigung der Basisplatte und des Hammers wird vermieden und die wirkungsvolle Ausnutzung der erzeugten Energie wird erhalten durch die Verwendung der Schlagfeder.

Es sei nunmehr betrachtet, wie die Schlagfederanordnung die Optimierung der Energieübertragung innerhalb der gewünschten Analysebandbreite vorsieht. Es sei eine Bandbreite angenommen, die ein Frequenzband umfaßt, welches sich von einer niedrigen Frequenz f.. bis zu einer hohen Frequenz f~ erstreckt.

Für die Zwecke des Beispiels sei angenommen, daß der Radius

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er Basisplatte 28 Y 2 Fuß ist, daß die Basisplattenmasse M ?400 engi. I fund ist, vobei es sich hier um einen konservativen Wert handelt. Typische Werte für die Dichtenden Schermoiul G und das Poisson'sche Verhältnis M der Erde sind die fol genden:

G = 5340 eng!. Pfund/Zoll²
f> = 2,1 χ 10~³ engl. Pfund/Zoll²
A = 1/3

Unter Verwendung dieser Werte und der Gleichungen 2 und 3 ergibt sich Steifheit und der Widerstand der Erde gegenüber einer Basisplatte mit 4 Fuß Durchmesser wie folgt:

R_T = 10 000 engl. Pfund sec/Zoll K_T = 777 000 engl. Pfund /Zoll (4)

L·

Es sei der Fall betrachtet, wo die obere Analysefrequenz f~ gleich 75 Hz ist. Bei dieser Frequenz ist die Steifheitsr-aktanz der Erde die folgende:

X„_c = — = = 1650 engl. Pfund sec/Zoll (5 ^GS W₂ 2ΤΓ75

und die Massenreaktanz der Basisplatte ist

2400
X_pM = CJ₂ M_F = 2T75 ₃₈₆ = 2930 engl. Pfund sec/Zoll (6)

In der Nachbarschaft von f_ herrscht der Erdwiderstand vor gegenüber der Erdsteifheitsreaktanz oder der Basisplattenmassenreaktanz. In der Nachbarschaft von f- ist es daher möglich, die Äquivalentschaltung der Fig. 5 auf die der Fig. 5A zu vereinfachen, und zwar gültig während der Kontaktberührung der Hammermasse M mit der Schlagfeder.

Demgemäß ist die Kontaktdauer T_p annähernd die folgende: _{T =} 2r~ = -ft-i^I I-V2 (7),

dabei ist f die Parallelresonanzfreuuenz der Hammermasse

P
M„ mit der Schlagfedersteifheit K . Die Form des resultierenden

π J.

Kraftimpulses ist annähernd die einer halben Sinuswelle, wobei sich der Hammer von der Feder abhebt, wenn die Hammerbeschleuni gung positiv nach oben gerichtet wird.

Für einen halben sinusförmigen Kraftimpuls ist das entsprechende Energiespektrum dasjenige, welches in Fig. 6 durch die ausgezogene Kurve dargestellt ist. Die Frequenz f , für welche der Spektralpegel E(f) auf 3 dB unterhalb desjenigen der Niederfrequenzasymptote reduziert ist, ist annähernd:

f_o-0.6 l_p

Man erkennt (vgl. Fig. 6), daß mehr als 80% der Energie im Kraftimpuls auf den Frequenzbereich unterhalb f beschränkt ist. Somit kann dieFrequenz f , die eng mit dem Schlagfedersteifheits-Hammermassenverhältnis verknüpft ist, gleichgesetzt werden mit der Frequenz f-, welches die obere Frequenz des Analysebandes ist. Der Kraftimpuls wird somit derart zugeschnitten, daß der Hauptteil der Energie des Impaktschlages unterhalb der oberen Frequenz des Analysebandes angeordnet wird, was zu einem effizienten Verfahren führt. Gleichzeitig reduziert der verbreiterte Kraftimpuls Beanspruchungen in dem Hammer und

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der Basisplatte und diese Beanspruchungen werden auf diejenigen Pegel oder Niveaus beschränkt, welche für eine adäquate Signalenergieübertragung erforderlich sind.

Die untere Frequenz f. des Analysebandes ist eingestellt durch die Bedingung, daß die Steifheitsreaktanz der Erde anfängt den Widerstand zu übersteigen, der mit der Strahlungsladung verbunden ist. Aus den Gleichungen 2, 3 und 4 ergibt sich dann annähernd;

1 K

f₁ =2¥ 3,4 r_o Jf^c = 12,4 Hz (9)

In diesem Beispiel ergibt sich somit, daß zwischen annähernd f. = 12 Hz und f„ = 25 Hz das Energiespektrum im wesentlichen flach ist, wobei f.. und f₂ die - 3 dB-Punkte sind. Brauchbare Energie unterhalb f. kann jedoch vorhanden sein für Forschungszwecke, da die Steigung des Abfalls der übertragenen Energie bescheiden ist und die Energiedämpfung innerhalb Erde sich mit reduzierender Frequenz reduziert. Eine definitivere Begrenzung hinsichtlich f kann die niedrigste Wiederholfrequenz einer Kraftimpulsfolge sein, was im folgenden beschrieben wird.

Für das oben gegebene Beispiel ist die Resonanzfrequenz der Basisplattenmasse mit der Erdsteifheit die folgende:

, _ = -L / = 56 Hz (10),

^fB ⁼2Ϊ V ^MP 2Ϊ J 2400

ein Wert, der in das gewählte Analyseband hineinfällt. Bei dieser Frequenz ist jedoch das Resonanz Q des Serienlastkreises gegeben durch:

Q = &>B^MP

^RL

2 χ TI χ 56 χ 2400 ₌ _Qf22 _(n)

10 000 χ 386

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Für diesen Fall ist somit die Resonanzlast stark gedämpft und der innewohnende Resonanzcharaktej. kann ignoriert werden. Die Auswahl geeigneter Werte für die Hammermasse M und die Schlagfedersteifheit K₁ ergibt ein Parallelresonanzkreis Q ) für den Kreis der Fig. 5A mit Werten im allgemeinen

oberhalb 2"ff . Mit solchen Werten kann der angenommene HaIb-Sinusoide-Charakter des Kraftimpulses erreicht werden.

Die oben verwendeten Werte für die Erdparameter sind typische Werte, unterliegen jedoch einer beträchtlichen Änderung von Stelle zu Stelle. Ihre Veränderungen haben jedoch nur einen geringen oder gar keinen Einfluß auf die obere Frequenz f₂, die größtenteils durch M„ und K_T bestimmt ist. Die Veränderungen

rl X

können jedoch einen größeren Effekt auf die untere Frequenz f.. ausüben. Aus Gleichung 9 kann man sehen, daß dann, wenn die Ausweitung der Analysebandbreite auf niedrigere Frequenzen gewünscht ist, Basisplatten mit großem Radius zweckmäßigerweise verwendet werden. Der in Fig. 6 gezeigte Spektralpegel E(f) ist proportional zur Zeitdauer des Kraftimpules T_p und dem Spitzenwert dieses Kraftimpulses F . Speziell gilt:

E (f) oj (F_p T_p)² (12)

Die Energie in einem Impulsereignis Ε_χ ist proportional zum Quadrat der Spitzenkraft und der Dauer der Kraft:

E₁Sf F»p ² ( T_p ) (13)

Aus den Gleichungen 11 und 12 erkennt man, daß dann, wenn die Energie des Impulsereignisses konstant gehalten wird, während die Dauer halbiert wird, der Spektralpegel sich um den Faktor oder um 3 dB reduziert. Dies ist in Fig. 6 dargestellt, wo für den Fall halber Impulsbreite T_p/2 die Spektralbreite sich verdoppelt hat und der Spektralpegel sich halbiert hat.

Fig. 7 zeigt das sich aus der wiederholten Anlage von Kraftim-

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pulsen mit einer konstanten Wiederholfrequenz f ergebende

Spektrum. Die Periode oder das Zeitintervall T zwischen Kraft-

impulsen (vgl. Fig. 4) ist dann gleich für die gesamte Kraftimpulsfolge. Anstelle eines kontinuierlichen, sich zur Abtrennfrequenz f erstreckenden Spektrums, wie in Fig. 6 gezeigt, ist das Spektrum in einer Reihe von Linienkomponenten aufgebrochen, die mit einem Abstand f angeordnet sind und auf eine Umhüllen-

de wie in Fig. 6 beschränkt sind, welche durch die Form des individuellen Kraftimpulses bestimmt ist, und welche die Umhüllende des Spektrums der Folge von Kraftimpulsereignissen bildet.

Für eine gegebene Energie pro Impuls sind die Linienniveaus oder -pegel für wiederholte Impulse proportional zur Wiederholfrequenz. Die Umhüllende mit ausgezogener Linie in Fig. 7 veranschaulicht den Fall, wo die Grundwiederholfrequenz f_R- die doppelte Wiederholfrequenz f ₁ ist, dargestellt durch den Fall

RI

veranschaulicht durch die Umhüllende mit gestrichelter Linie. Da halb soviele Linien innerhalb der Umhüllenden bei der Wiederholfrequenz f liegen und da doppelt soviele Impulse pro Zeiteinheit auftreten, liegen die individuellen Linienpegel für f ~ um 6 dB höher als diejenigen für f .. Da die Impulsbreite T identisch für beide Fälle ist, sind die Umhüllende und die Abtrennfrequenzen die gleichen,mit Ausnahme des 6 dB-Unterschieds im Spektralpegel.

Das repetitive Spektrum ist ja nicht besonders zweckmäßig zur Auflösung von reflektierenden Oberflächen in geophysikalischen Untersuchungen, da irgendein gegebener Reflektor als eine Serie von Reflektoren von gleicher Stärke zeitlich getrennt um T_R beobachtet wird. Frühere Schlagerzeugungsverfahren verwendeten sich wiederholende Ereignisse, aber mit einem hinreichenden Zeitabstand derart, daß die ganze akustische Reflexion für eine gegebenen Kraftimpuls aufgezeichnet werden kann, bevor der nächste Impuls auftritt. Diese Verfahren sind jedoch zeitraubend und machen normalerweise zahlreiche Repititionen an vielen Stellen erforderlich, bevor ein adäquates Signal-zu-Rausch-Verhältnis erhalten wird (d.h. die Untersuchungszeit wird außerordentlich verlängert). Die erfindungsgemäßen Verfahren sowie Vorrichtungen

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zur Erzeugung von geformten Kraftimpulsen bringen beträchtliche Verbesserungen für die Schlagerzeugungsverfahren zur Verwendung bei seismischen Untersuchungen; beträchtliche Verbesserungen können ferner erhalten werden dadurch, daß man Folgen von geformten Kraftimpulsen vorsieht, welche vorbestimmte Formate aufweisen, wie dies im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 8-23A beschrieben wird.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 2, 3, 25 und 26 wird beschrieben, wie das Impulsgeneratorsystem zur Erzeugung der geformten Kraftimpulse dient, und zwar individuell und in Impulsfolgen mit vorbestimmten Wiederholfrequenzen und Amplituden.

Der zeitliche Verlauf der Bewegung des Hammers 60 ist den Fig. 25 und 26 dargestellt. Fig. 25a zeigt den Zeitverlauf der Hydraulikkraft F angelegt an Kolben 62; Fig. 25b zeigt die sich ergebende Hammerbewegung und Fig. 25c zeigt die relative zeitliche Anordnung der Schlagereignisse. Fig. 25b zeigt einen Zyklus der Kolbenhammerversetzung, wobei die Null-Ordinate dem Hammer 60 in anfänglicher Berührung mit dem Aufnahmekolben 82 entspricht. Die Versetzung in der negativen X-Richtung entspricht dem Antrieb des Aufnahmekolbens 82 in das Flüssigkeitsvolamen des Hohlraums 92, vgl. Fig. 3, und der Versetzung der Basisplatte 30 vom Gehäuse 56 weg. Die Kraft der Basisplatte gegen Erde ist in Fig. 25c dargestellt. Die Versetzung des Hammers 60 in Fig. 25b in +X-Richtung entspricht der Bewegung des Hammers von der Schlagposition weg.

Der Aufschlag des Hammers 60 auf den Aufnahmekolben 82 tritt zur Zeit T_Q auf. Darauffolgend auf die anfängliche Berührung versetzt sich der Hammer 60 in negativer Richtung, und zwar dem Aufnahmekolben 82 folgend, um dann zurückzulaufen, wenn die in der Schlagfeder gespeicherte Energie teilweise zum Hammer 60 zurückgegeben wird. Beim Rücklauf kehrt der Hammer 60 somit zur Null-Ordinaten-Linie zurück. Zu einer Zeit T_SQ, nachdem der Hammer Null-Geschwindigkeit erreicht und seine kinetische Energie auf das Schlagfeder-Lastsystem übertragen hat, schaltet die Hydraulikkraft am Hammer (vgl. Fig. 25a) die Richtungen um,

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wodurch dor Hammer von der Schlayposition weg beschleunigt wird. Diese Umschaltzeit T liegt zweckitiäßigerweise nahe der natürlichen Null-Achse kreuzend allein für Kolbenversetzung unter Rückführung, um jegliche Reduktion bei der Impulsenergieübertragung durch das vorhergehende Ereignis zu vermeiden.

Die Kombination aus Rückführgeschwindigkeit und der nach oben gerichteten Kraft ermöglicht es dem Hammer 60, sich vom .chlag mit einer stets ansteigenden Geschwindigkeit wegzubewegen. Wenn der Hammer 60 eine vorgeschriebene Geschwindigkeit ;abgefühlt durch den Versetzungsfühler 118) erreicht, so wird die Hydraulikkraft F am Hammer 60 in die entgegengesetzte R .chtung (vgl. Fig. 25a) umgeschaltet, wodurch eine Verzögerung der Kolbenbewegung eingeleitet wird. Diese Schaltzeit ist in Fiv. 25b

^mi S1 bezeichnet. Der Hammer 6C wird dann verzögert und erreicht schließlich die Geschwindigkeit Null oei T₂ ^auf einer mit X in Fig. 25b bezeichneten Höhe. Der Hammer 60 kann auf der Position X für eine beliebige Zeit mit angelegter K-aft Null gehalten werden. Bei einer darauffolgenden Schaltze t T-wird wiederum eine positive hydraulische Kraft angelegt ind ier Hammer beschleunigt sich zur '-ast hin und übt zur Ze t T_Q,

inen Sch'aq auf den Aufnahmekoll· η 82 aus. Die Haltezei en and Schal ?■ iten sind entsprechend den Steuersignalen e_R und e_ß mittels der Systeme vorbestimmt, ie im folgenden in Verbindung Tit Fig. _:4 jnd 2 4A beschrieben wurden.

Oie kinetic: he Energie des Hammer·, beim Schlag ist gleich der potentielle/. Energie des Hammers η der Position X_c. Somit lilt:

D ^XS ⁼ 4^MH ^VI² (14),

iabei ist F die Hydraulikkraft a. Hammer 60 in der Abwärtsrchtung 'ü'.er den nach unten ger chteten Hub des Hammers als instant an enommen) und V ist d e Schlaggeschwindigkeit.

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Ein Teil der kinetischen Energie des Hammers 60 wird auf die Last übertragen, während ein anderer Teil als Rückfühlgeschwindigkeit V erscheint, die angezeigt ist als die Neigung der κ

Hammerzeitverlaufkurve (Fig. 25b) zur Zeit T _.

Wie zuvor erwähnt, ändert die Hydraulikkraft F zur Zeit oder nahe der Zeit T_go das Vorzeichen, um den Hammer 60 nach oben zu treiben. Die Schaltzeit T_c1, bei der die Kraft F wiederum

o I IJ

das Vorzeichen ändert, um zu ermöglichen, daß der Kolben die Position X und die Geschwindigkeit Null gleichzeitig erreicht, ergibt sich zu:

^MH ^XS

1 +

M V H R

^FD^XS

(15)

Die Zeit, dj.e der Hammer 10 dann benötigt, um X zu erreichen, ist die folgende;

M.

= T + —— V
¹S! ⁺ F_D ^VR

(16)

Die Zeitverzögerung zwischen Schaltzeit T„, genden Schlagereignis zur Zeit T' wird:

- T

S3

^2MH^XS

und dem darauffol

(17)

Die Gesamtperiode T bei NichtVorhandensein irgendeiner Ver-

zögerung zwischen T

τ = τ '
R 0

und T ist die folgende:

1 +

M,

1/2

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Wenn V gleich Null ist, so wird die Maxima!wiederholfrequenz: κ

Für eine gegebene Schlagenergie kann sich die Wiederholfrequenz somit als Funktion der Verzögerungszeit T_c-, - T₀ von irgendeinem Wert zwischen Null und dem durch Gleichung 19 (für V = O) ge-

gebenen Wert ändern.

Diese sich ändernde Wiederholfrequenz oder -rate als eine Funktion der Verzögerungszeit T - T- i^st iⁿ Fig. 26 gezeigt. Fig. 26a zeigt eine sich verändernde Wiederholfrequenz, wobei X konstant gehalten ist (konstante Schlagenergie). Fig. 26b zeigt die sich verändernde Frequenz gekoppelt mit sich änderndem X . Wenn das Produkt E · f konstant gehalten wird, so ergibt sich eine konstante Leistungsabgabe.

Zur Erzeugung hoher Auflösung und eines hohen Signal-zu-Rausch-Verhältnisses in der Übertragung der oben beschriebenen Kraftimpulse wurde festgestellt, daß erfindungsgemäß diese Kraftimpulse in nicht wiederholenden oder aperiodischen Folgen übertragen werden sollten. Solche Folgen oder Sequenzen werden auch als Code-Formate betrachtet. Diese Sequenzen oder Formate können über ein kurzes Ubertragungsintervall übertragen werden, welches auch zu einer größeren Geschwindigkeit bei seismischen Untersuchungen führt.

7.ur Veranschaulichung seien die folgenden derzeit bevorzugten Folgen oder Formate diskutiert:

1. Lineare Frequenzmodulation der Kraftimpulswiederholfrequenz.

2. Nicht lineare Frequenzmodulation, wie beispielsweise logarithmische Modulation der Kraftimpulswiederholfrequenz.

3. Lineare periodische Modulation der Kraftimpulswiederholfrequenz.

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4. Doppelmodulationsdurchgänge, welche Niederfrequenzdurchgänge synthetisieren unter Verwendung von Impulsen, die über ein Band höherer Frequenzen streichen.

Die oben erwähnten Folgen oder Formate können erfindungsgemäß mit jedem individuellen Kraftimpuls ausgeführt werden, der die gleiche Energie (ausgedrückt als Kraftamplitude) enthält oder die Energie kann entsprechend der Wiederholfrequenz variiert werden. Diese Energievariation kann verwendet werden, um eine konstante Leistungsausgangsgröße über ein Ubertragungsintervall hinweg vorzusehen oder eine abfallende Leistungsausgangsgröße über das Ubertragungsintervall hinweg. Der letztgenannte Fall der abfallenden Leistungsausgangsgröße kann besonders für eine Verwendung geeignet sein, wenn es zweckmäßig ist, die Leistungsübertragungseigenschaften einer Leistungsversorgung anzupassen, welche den Impulsgenerator (16 in Fig. 1) antreibt, wie beispielsweise eine hydraulische Leistungsversorgung, die Energie in Akkumulatoren speichert.

Es können ebenfalls Änderungen der Energie der Kraftimpulse während des Ubertragungsintervalls verwendet werden, um den Pegel oder die Neigung bezüglich der Frequenz des Kraftimpulsspektrums zu steuern. Auf diese Weise kann der Spektralpegel des Grundbandes(die niedrigste volle Oktave dor Wiederholfrequenzveränderungen) im wesentlichen konstant gehalten werden. Die Veränderung der Kraftimpulsenergie über das Ubertragungsintervall hinweg kann ebenfalls verwendet werden, um Diskontinuitäten an den Verbindungen zwischen dem Fundamentalband und den zweiten harmonischen Bändern oder Paneelen oder zwischen höheren harmonischen Bändern oder Paneelen zu minimieren, die sich aus unterschiedlichen Uberstreichungs- oder Durchlaufraten solcher Bänder ergeben. Die zweite Harmonische einer Grundwiederholfrequenz durchläuft oder durchstreicht mit der doppelten Rate der Grunddurchstreichung oder des Grunddurchlaufs; die dritte Harmonische durchstreicht mit der dreifachen Rate der Grunddurchstreichung, usw. Der Spektralpegel der zweiten Harmonischen liegt 3 dB unterhalb gegenüber dem Fundamentalband bei jedem entsprechenden Punkt, die dritte Harmonische liegt 5 dB unterhalb, usw.

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Für einen Durchlauf der Fundamentalfrequenz oder Grundfrequenz einer Oktave tritt eine Verbindung an dem Punkt auf, wo die endende Grund frequenz an die zweite Harmonische der beginnenden Grundfrequenz anstößt. Die Größenordnung dieser Diskontinuität an dieser Verbindung hängt von der Art des verwendeten Durchlaufs oder des Durchstreichens ab. An dem Punkt, wo die zweiten und dritten harmonischen Paneele oder Platten sich überlappen, fangen schnelle Oszillationen des ipektralpegels an, und zwar infolge von konstruktiven und destruktiven Interferenzen. Diese Interferenz erscheint in den das Spektrum veranschaulichenden Diagrammen (vgl. beispielsweise Fig. 10) als "Gras". Die Umhüllendenform des Spektrums wird gesteuert durch die Form der Kraftimpulse derart, daß die Spektralenergie im Analyseband liegt.

Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß die Auto- oder Selbst-Korrelationsfunktion der übertragung, die ein Maß für die Auflösung ist, hauptsächlich für den Hauptspektralpegel sensitiv ist, insbesondere für Verzögerungszeiten nahe einer Null-Verzögerung, und relativ unempfindlich gegenüber diesen schnellen Interferenzfluktuationen ist, die als Gras erscheinen. Erfindungsgemäß werden die Neigungs- und Verbindungs-Diskontinuitäten im Spektrum im wesentlichen eliminiert, um so einen im wesentlichen konstanten mittleren Spektralpegel zu erhalten. Als ein Ergebnis wird die Selbst-Korrelationsfunktion verbessert, insbesondere für kleine Werte der Verzögerungszeit, was eine hohe Auflösung und minimale Ziel- oder Targetunsicherheit ergibt.

Es seien nunmehr die Beziehungen betrachtet, welche die Frequenzmodulation und die Linearperiodenmodulation bestimmen.

Die Linearfrequenzmodulation wird durch eine Gleichung der folgenden Form bestimmt:

f_R (t) = f_o ( 1 + I ) (20)

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Die logarithmische Frequenzmodulation wird bestimmt durch eine Gleichung der folgenden Form:

^fR^(t) - ^fo²^ (21),

dabei ist T die Zeit, die erforderlich ist, um eine Oktave frequenzmäßig zu überstreichen oder zu durchlaufen.

Die Linearperiodenmodulation wird bestimmt durch eine Gleichung der folgenden Form:

f_R(t) --^ (22),

dabei ist T eine Konstante bestimmt durch die Endfrequenz im Durchlauf.

Der Energiespektralpegel E(^J) hat die folgende Form:

ο λ 2 2

E(W )-T ^Z F fp (t)

-5 E 5 (23),

d f_R(t)

dt

dabei ist T die Kraftimpulslänge, F die Kraftimpulsamplxtude (vgl. Fig. 4) und f_R(t) ist die zeitabhängige Wiederholfri.quenz bestimmt durch Gleichungen 20, 21 oder 22.

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Die Gleichung 2 3 kann verwendet werden, um die Spektrumsneigung in dem Grund- oder Fundamentalband für die verschiedenen Durchlaufarten zu bestimmen, und auch zur Bestimmung der Abhängigkeit des Pegels an Kraftimpulsamplitude und Kraftimpulsbreite (vgl. auch Gleichung 12).

Tabelle 1 ist eine Aufzählung verschiedener Durchlaufsarten der Grundwiederholfrequenz f_n über ein Basisoktavenband mit zugehöri gen Amplitudenfunktionen sowie resultierender Spektrumneigung im Fundamentalband, Größe der ersten Verbindungsdiskontinuität und der Leistungscharakteristik über die Durchlaufdauer.

Durchlauftype

Tabelle 1

Spektrums-Amplituden- neigung funktion (erste Oktave)

Verbindungsdiskon-
tinuität stungsneigung

Lineare Periodenmodulation

konstant

_f-V2 --1

Logarithmische FM f

Logarithmische FM f '

Logarithmische FM konstant

Lineare FM konstant

flach

-3 dB -3 dB flach 3 dB 6 dB

3 dB

0	dB	flach
0	dB	-3 dB
3	dB	flach
6	dB	3 dB
9	dB	6 dB

Von den sechs in Tabelle 1 angegebenen Folgen sind

welche die geringste Seitenkeulenenergie relativ zur Hauptkeule ergeben, die erste und die vierte, welche das flache Spektrum im Fundamental- oder Grundband ergeben, aber eine 3 dB-Verbindungsdiskontinuität beibehalten.

Das Spektrum kann modifiziert werden, wenn der Durchlauf der Grundwiederholrate f_D über die erste Oktave hinaus fortgesetzt wird, was

809826/0503

- Vh -

im folgende' erläutert werden wird.

\us Gründen der Veranschaulichung sei das Beispiel eines geformten Kraftimpulses betrachtet mit einem Wiederholfrequenzdurchlauf nominell über dem Basisoktavenband von 5 bis 10 Hz. Solche Kraftimpulse können unter Verwendung der unter Bezugnahme auf die Fig. 1-3 beschriebene Vorrichtung erzeugt werden. Der Durchlauf ist von solcher Art, daß sich eine flache mittlare Spektralenergie im Basisband und in den individuellen harmonischen Bändern oder Paneelen ergibt. Wie sich aus der Tabelle ergibt, kann entweder eine lineare Periodenmodulation mit konstanter Amplitude oder logarithmische Frequenzmodulation mit einer sich gemäß f ' ändernden Amplitude verwendet werden.

Fig. 10 zeigt die kohärente Entwicklung des Spektrums E (f) für den logarithmischen Frequenzmodulationsdurchlauf mit einer sich gemäß F~ ' ändernden Amplitude. Das flache Basisband von 5 bis 10 Hz ist evident ebenso wie die Einleitung der flachen zweiten harmonischen Paneele auf einem reduzierten Pegel /on 3 dB und der Beginn von Interferenzfluktuationen bei 15 Fz infolge der Überlappung der zweiten und dritten harmonische! Paneele. In Fig. 10 ist ebenfalls die Auto-Korrelationsf unktic λ f>(t) für diese Durchlaufübertragung dargestellt.

Die harmonische Band- oder Paneelen-Summatior kann bessei verstanden werden durch Betrachtung dieser Summierung als ob sie in inkohärenter Weise erfolgt, ohne Vorhandensein der schnellen Interferenzfluktuationen.

Fig. 8 zeigt die Entwicklung der ersten 12 harmonischen Bänder oder Paneele des Basisbanddurchlaufs. Da die Fundamentale von 5 bis 10 Hz durchläuft, läuft die zweite Harmonische von 10 bis 20 Hz mit der doppelten Rate hindurch. In jedem gegebenen Frequenzinhalt oder -behälter innerhalb des Durchlaufbereichs trägt die zweite Harmonische nur die Hälfte der Energie bei, die die Fundamentale beiträgt bei der Bewegung mit der halben Rate der zweiten Harmonischen. Daher ist das Spektralniveau der zweiten harmonischen Paneele 1/2 (oder 3 dB veniger als)

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des Fundamental-Paneelniveaus. In ähnlicher Weise läuft die dritte Harmonische von 15 bis 30 Hz durch, und zwar mit der dreifachen Rate des Fundamentaldurchlaufs. Demgemäß ist der Spektralpegel oder das Spektralniveau der dritten harmonischen Paneele 1/3(oder 5 dB weniger als) des Fundamental-Paneelpegels. Das Energiespektrumniveau E der η-ten harmonischen Paneele ist gegeben durch:

^En ⁼ n" ^E1 (24),

wobei E. das Niveau der Fundamentalpaneele ist.

Die inkohärente Summe der Beiträge der verschiedenen Paneele liefert das in Fig. 9 gezeigte Ergebnis. Fig. 9 beginnt mit einer 3 dB-Fluktuation zwischen dem Beitrag der ersten und beginnenden zweiten Harmonischen, und hat die Tendenz, mit monton abnehmenden Fluktuationen um einen Endpegel von annähernd 0,7 E.. herum zu oszillieren.

Die Fluktuationen in Fig. 9 sind Fluktuationen des mittleren Spektrumniveaus. Die mittleren Niveaufluktuationen können durch die Hinzufügung von Energien ausgewählten Bändern erhöht werden. Fig. 11 zeigt einen Ubertragungsdurchgang von 10 bis 15 Hz mit einem Spektralniveau im Fundamentalband von 1/2 E... Wenn diese Übertragung in inkohärenter Weise zu derjenigen der Fig. 9 hinzuaddiert wird, so ergibt sich das teilweise geglättete Spektrum der Fig. 12.

Fig. 13 und 14 zeigen die weitere inkohärente Addition einer übertragung, die sich von 15 bis 25 Hz auf einem Niveau 1/6 E₁ im Fundamentalband erstreckt. Das summierte Spektrum in diesem Fall hat mittlere Fluktuationen im 5 bis 60 Hz-Band, die 0,6 dB nicht übersteigen.

Die drei Übertragungen der Fig. 8, 11 und 13 können zu gesonderten Zeiten vorgenommen und summiert werden oder sie können einander als eine integrierte übertragung folgen.

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Es sei nunmehr im einzelnen das integrierte log FM-Durchlaufbeispiel betrachtet. Die Gleichung, welche die Veränderung der Wiederholfrequenz mit der Zeit für den logarithmischen Durchlauf bestimmt, ist durch die Gleichung 21 gegeben. Wie zuvor erwähnt, treten die oben flachen Paneele bei diesem logarithmischen Durchlauf dann auf, wenn die Kraftimpulsamplitude sich

-1 /2
mit f ' ändert. Zur Änderung des Spektralpegels oder -niveaus für das zweite und dritte Zwischenband wird die Durchlaufrate geändert. Somit ist für die zweite Zwischenpaneele, wo der Spektralpegel durch einen Faktor 2 reduziert ist, der Wert vonf (die Zeit, um eine Oktave zu überstreichen) dia Hälfte des im ersten Band verwendeten. In ähnlicher Weise ist für die dritte Zwischenpaneele, wo der Spektralpegel durch den Faktor reduziert ist, der Wert von T ein Sechstel des im ersten Band verwendeten Wertes.

Die Zeiten, über welche hinweg die Zwischenbänder durchlaufen werden, erhält man aus Gleichung 21 durch die Logarithmusbildung auf beiden Seiten wie folgt:

t = f ^Ln V^fo (25)

Ln 2

Aus Gleichung 25 ergibt sich die Durchlaufzeit T₁ zur Bedeckung der ersten Oktave von 5 bis 10 Hz durch Definition wie folgt:

T₁-T, (26)

T₂ = 0,293 T₁ (27)

gilt auch

?3 ⁼ 6 Ti = 6 ^T1'

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und 3

= M

Ln 25/11

T₃ = 0,1229 T₁ (28)

Nimmt man nunmehr beispielsweise die gesamte integrierte Übertragungsdauer T mit 15 Sekunden an, so gilt:

T = T₁ + T₂ + T₃ = 15 Sekunden

= 1,416 T₁ (29)

Somit gilt:

T₁ = 10,6 Sekunden

T₂ = 3,1 Sekunden

T = 1,3 Sekunden

T= 15 Sekunden (30)

Die folgende Tabelle 2 summiert die Anfangs- und Endzeiten für jeden der Zwischendurchläufe und die Amplituden der beginnenden und endenden Kraftimpulse.

Tabelle 2

Relative Kraftimpulsamplitude Frequenzbereich Anfang Ende Durchlaufzeit

5	^f _R	<· 10	Hz	0,	1	0,	707
10	^fR	<. 15	Hz	o,	707	0,	577
15	^fR	£25	Hz	5777	0,	447

0 - 10,6 see

10.6 - 13,7 see

13.7 - 15 see

Fig. 10 zeigt Spektrum und Auto-Korrelationsfunktion für das erste Zwischenband von 5 bit= 10 Hz. Fig. 15 zeigt Spektrum und Auto-Korrelationsfunktionen für erstes urd zweites Zwischenband, wobei die Fundamentalwiederholfrequenz von 5 bis 15 Hz durchläuft. Fig. 16 zeigt das zusammengesetzte Spektrum

809826/0503

und die A"to-Korre3ationsfunktion für alle drei Bänder kombiniert, sich erstreckend von 5 bis 25 Hz, und zwar in einem integrierten Durchlauf von 15 Sekunden Dauer. Die Verbesserung bei der Auto-Korrelationsfunktionsqualität, insbesondere für kleine Verzögerungszeiten, da das mittlere Spektrum aufeinanderfolgend geglättet wird, ist bei einem Vergleich der Fig. 10, und 16 evident.

Mit einer beispielhaften Kraftimpulsbreite T von 8 ms fängt die Umhüllende des Spektrums an, um 7 5 Hz herum abzunehmen und besitzt ein Minimum um 250 Hz herum.

Für diesen logarithmischen Frequenz-modulierten Durchlauf mit

-1/2
einer sich gemäß f ' ändernden Kraftimpulsamplitude wurde zuvor gezeigt, daß die Leistungsausgangsgröße konstant ist über die gesamte Durchlaufdauer hinweg, wodurch es ermöglicht wird, eine Antriebsleistungsversorgung auf ihre Maximalkapazit?t über die volle Durchlaufdauer hinweg aufzuladen.

Zusätzlich zu dem in Verbindung mit den Fig. 8-14 veranschaulichten Beispiel der logarithmischen Frequenzmodulation ιlog FM)

-1/2
mit sich gemäß f ' ändernden Kraftimpulsamplitude sei ein weiteres Beispiel betrachtet, wo der mittlere Pegel des ίpektrums geglättet wird. Dies tritt auf bei der Linearperiodenmodi.lation mit konstanter Kraftimpulsamplitude über jedes Zwischenbend hinweg. Die Zeitdauergrößen für den Durchlauf sind für die Zwecke der Darstellung mit 15 Sekunden eingestellt. Die Wiederholfrequenz f wird innerhalb dieser Gesamtzeit über drei Zwischenbänder durchlaufen, zuerst von 5 bis 10 Hz mit dem Pegel E., als zweites von 10 bis 15 Hz mit 1/2 E₁ und schließlich von 15 bis 25 Hz mit 1/6 E.. Die individuelle Impulsdauer T wird für die Zwecke dieser Darstellung mit 8 ms angenommen.

Die Steuerfrequenzgleichung (Gleichung 22) wird

f ₌ 93,75
^R 18,75-t

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iabeJJe; 3 eil t die Zeiten für die drei Zwischendurchgänge, basierend auf Gleichung 31, an und die Kraftimpulsamplituden in jedem oand.

Tabelle i

Relative
Kraftimpuls-Freguenzberei eh ampIj tude Durchlaufzeit

5 4 (_R < IO llz 1 0 - 9,375 see

¹O i= f_R < 15 Hz 0,707 9,375 - 12, 5 see

15 ir f^ <. 2 5 Hz 0,408 12,5 - 15 sec

Fig. 17 zeigt das Spektrum und die Selbst-KorreLationsfunk-ion für das erste Zwischenband von 5 bis 10 Hz des 1inearperiodiscnen Durch laufs.

.ig. 18 zeigt das Spektrum und die Auto-KorrelationsfunktiJn für die ersten und zweiten Zwischenbänder mit der Fundament al-Wiederhol frequenz durchlaufend von 5 bis 15 Hz.

Fig. 19 zeigt das zusammengesetzte Spektrum und die Auto-}orrelationsfunk tion für alle drei Bänder kombiniert aus dem Linearperiodendurchlauf von 5 bis 25 Hz in einem integriei -en durchlauf von 15 Sekunden Dauer.

^riei einem Vergleich der Fig. 10, 15 und 16 mit den Fig. 17, 18 und 19 erkennt man eine große Ähnlichkeit zwischen den sicn ergebenden Spektra- und Auto-Korrelationsfunktionen für die zwei Durchlauftypen. In beiden Beispielen wird eine Glättung des Spektrums und Verbesserung der Auto-Korre■ationsfunktion aus der Summierung der ersten zwei Zwischenbänder erreicht. In den Fig. 16 und 2 1 ist eine weitere. Verbesserung durch die Addition des dritten Bandes veniger meiklich, aber noch immer signifikant.

"ig. 20 zeigt die relative Leistun·. in den zwei Übertragungen über den Durchlauf hinweg. Die Linearperiodenmodulation besitzt

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^ 2Π5213

ein Leistungserfordernis, das sich um ungefähr - 3 dB über den Durchlauf hinweg ändert. Der frequenzmodulierte Durchlauf ist, wie oben erwähnt, gekennzeichnet durch das Erfordernis konstanter Leistung. Wenn die Kraftimpulsamplituden für die zwei Durchlauftypen zur Zeit t = 0 zur Übereinstimmung gebracht werden, so ist die Gesamtenergie in der Linearperiodenabtastung ungefähr 30% mehr als die Gesamtenergie im logarithmischen Frequenzdurchlauf.

Die Fig. 16 und 19, die den zusammengesetzten geglätteten Durchlauf für den Fall der logarithmischen Frequenz bzw. Linearperiode darstellen, zeigen Auto-Korrelationsfunktionen mit vernachlässigbarem Störverhalten der Seitenkeulen. Diese erwünsu.'f· Eigenschaft tritt auf wegen der natürlichen Verjüngung zum Spektrum infolge der Kraftimpulsformung. Fig. 21 zeigt zum Vergleich eine übliche "eisenbahnwagenartige" Vibroseis-Type Linearfrequenz, analog Sinuswellendurchlauf von 15 Sekunden Dauer über das 5 bis 75 Hz-Band, welches das Band ist, welches im wesentlichen durch die beiden oben erwähnten Beispiele bedeckt wird. Das Gibbs'sche Phänomen ist an den Enden des Durch laufs evident und wird reflektiert in den Hochfrequenzstörungen bei der entsprechenden Auto-Korrelationsfunktion. Obwohl eine quadratisch gemachte Cosinusverjüngung an den Analog-Sinuswellen-Durchlauf angelegt werden kann, um die Störungen zu vermeiden, erkennt man, daß die Auto-Korrelationsfunktionen der Fig. 16 und 19 in jeder Beziehung gleichgut oder besser sind als die durch den Linearfrequenz-Analogsinuswellendurchlauf erzeugten. Die entsprechende Übertragung mit geformtem Kraftimpuls kann jedoch in wirkungsvollerer Weise erzeugt werden und kann in effektiverer Weise mit den Erdformationen gekoppelt werden, wie dies oben erwähnt wurde.

Die Formate, welche als Beispiele verwendet wurden, um die Ergebnisse gemäß Fig. 16 und 19 zu entwickeln, sind beispielhaft für andere Formate, die erfindungsgemäß vorgesehen werden können. Ein weiteres Beispiel eines weiteren Formats, welches ähnliche spektrale und Auto-Korrelationseigenschaften aufweist, welches aber unterschiedliche Leistungsanforderungen über den Durchlauf

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hinweg besitzt, ist eine Linearperiodenmodulation, in der die Kraftimpulsamplitudu über die Gesamtabtastang hinweg konstant gehalten wird, während die Durchlaufrate für jedes Zwischenband geändert wird.

Für den Linearperiodenmodulations-Durchlauf, gegeben durch Gleichung 20, ist die Durchlaufrate wie folgt gegeben:

φ. = £o —L— (32)

dt _{T (1}_ t₎₂

In diesem Falle sollte ein neuer Wert T für jedes Zwischenband ausgewählt werden, so daß die erforderlichen Dandniveaus, bestimmt durch Gleichung 23, erreicht werden.

Dieser Fall mit konstanter Kraftinipulsamplitude ist gekennzeichnet als einer, der die Beanspruchung de·; Kraftimpulsgenerators (beispielsweise 16 in Fig. 1-3) bis zu seinem maximalen Picherheitspegel kontinuierlich über den Durchlauf ermöglicht, was maximal verfügbare Energie pro Impuls erzeugt, wodurch die maximale Gesamtenergie in einer gegebenen Zeit oder eine gegebene Gesamtenergie in der geringsten Zeit für die gegebene Impulsfolge erzeugt wird. Vom Standpunkt der Leistungsversorgung aus macht dieser letztgenannte Fall eine fünfache Änderung der Leistungsanforderung über das 5 bis 25 Hz-Wiederholratenband erforderlich oder eine dreifache Änderung in der Leistungsanforderung über das eingeschränktere 5 bis 15 Hz-Band in den zuvor beschriebenen Beispielen hinweg, was Energiespeicherleistungsversorgungen zweckmäßig macht.

Die oben beschriebenen beispielhaften Formate oder Folgen erzeugen eine Spektrumsbreite, die sich von 5 Hz bis ungefähr 75 Hz erstreckt, obwohl die Impulsfolgewiederholrate ein wesentlich kleineres Band von 5 bis 25 Hz ( oder sogar nur 15 Hz - vgl. Fig. 15 oder 18) überstreicht.

Es kann auch zweckmäßig sein, die Kraftimpulse über ein höheres Band, beispielsweise 20 bis 80 Hz, hinweg zu erzeugen. Gemäß der Erfindung kann eine derartige nominell höhere Frequenzüberstrei-

R0PS76/0503

chung mit einer niedrigen Frequenzrate moduliert werden, wodurch die Spektralenergie an Frequenzen unterhalb dieses nominal höheren Durchlauf- oder Uberstreichungsbandes synthetisiert werden. Dieser erfindungsgemäße Aspekt hat verschiedene Vorteile. Als erstes kann über eine gegebene Durchlaufdauer die Konzentration der Impulsereignidse im höheren Bereich der Wiederholdurchlauf- oder Uberstreichraten das Auftreten einer höheren Anzahl von Ereignissen ermöglichen, wodurch eine kleinere Ener— gie pro Ereignis ermöglicht wird, und zwar für eine gegebene Gesamtenergieausgangsgröße über den Durchlauf hinweg. Zweitens kann eine kleinere Energie pro Ereignis erzeugt werden durch eine kleinere Signalerzeugungsvorrichtung. Drittens kann eine größere Anzahl von Ereignissen sich vorteilhaft auf das Signalzu-Rausch-Verhältnis nach Empfang der seismischen Signale bei der Verarbeitung des empfangenen Signals auswirken.

Der Doppelmodulations-Durchlauf wird beispielsweise als eine Frequenzmodulation vorgesehen, aufgeprägt auf einen Frequenzmodulationsdurchlauf, oder aber durch eine Periodenmodulation, aufgeprägt auf einen Periodenmodulationsdurchlauf. Beispielsweise kann ein Zwei-Oktaven-Durchlauf, der sich von 20 bis 80 Hz erstreckt, seine Durchlaufrate mit einer Niederfrequenzrate moduliert haben, wodurch Niederfrequenzenergie erzeugt wird. Wenn speziell die Niederfrequenzrate ihrerseits 5 bis 20 Hz durchläuft, so wird Energie dann kontinuierlich von 5 bis 80 Hz erzeugt. Die 20 bis 80 Hz-Durchgänge können mit einer Rate wiederholt werden, welche sich von 5 Durchgängen pro Sekunde bis 2O Durchgänge pro Sekunde ändert.

Ein Format, welches aus Gründen seiner Einfachheit bevorzugt wird, ist in Fig. 22 gezeigt, wo ein Grundwiederholfrequenzdurchlauf von Kraftimpulsen, der von einer Wiederholfrequenz von 20 Hz bis 80 Hz durchläuft, modifiziert wird, um abwechselnde Impulspaare auszuschließen. Das Verfahren wirkt als ein vierfacher Frequenzteiler zur Synthetisierung eines Niederfrequenzdurchgangs von synthetischen Ereignissen mit Wiederholfrequenzen im Bereich von ^rj Hz bis 20 Hz. Dies kann im Steuer-

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Signalgenerator (Fig. 24) erreicht werden durch eine Logikschaltung, welche aus Flip-Flops und Gattern besteht/ welche die abwechselnden Impulspaare sperrt im Grunddurchlauf (Fig. 22), der durch einen veränderbaren Frequenztakt oder -Clock (20 bis 80 Hz) erzeugt wird.

Fig. 2 3 zeigt das Energiespektrum und die Auto-Korrelationsfunktionen des Durchlaufs erzeugt mit entfernten Impulspaaren/ wie in Fig. 22 gezeigt. Die Zeitdauer des Durchgangs oder Durchlaufs beträgt 15 Sekunden und die Impulsbreite ist 8 ms. Das Spektrum erstreckt sich hinab bis 5 Hz infolge der synthetischen Niederfrequenzdurchgangskonstruktion.

Durch ein Verfahren ähnlich dem, welches in Verbindung mit der Summierung von Paneelen gemäß Fig. 9, 11 und 13 beschrieben wurde, kann die weitere Glättung des mittleren Spektrums des Durchgangs der Fig. 23 erreicht werden, um eine weitere Seitenkeulenreduktion in der Auto-Korrelationsfunktion zu erreichen.

Bei der Konstruktion des 20 bis 80 Hz-Durchgangs wurde die Kraftimpulsamplitude als das 0,707-fache der Amplitude genommen, die für den Niederfrequenz (5 bis 35 Hz)-Durchgang gemäß Fig. 9 benutzt wurde. Die mittleren Spektrumpegel sind jedoch im wesentlichen identisch. Dies tritt auf, weil im wesentlichen die doppelte Anzahl von Impulsereignissen (N = 320) im 20 bis 80 Hz-Durchgang mit entfernten Impulspaaren auftritt, als sie im 5 bis 25 Hz-Zusammensetzdurchgang (N = 160) für die beispielhaften 15 Sekunden-Übertragungen vorhanden sind. Somit kann für annähernd die gleichen Spektraleigejischaften die Ereignisenergie für 20 bis 80 Hz halbiert werden, was zu einer kleineren und leichteren Vorrichtung führt. Es sei bemerkt, daß die Gesamtenergie und die Nennleistung für die zwei verglichenen Signalgeneratoren identisch sein kann.

Weitere synthetische Durchgänge können erzeugt werden durch kompliziertere Pläne zur Impulselimination aus einem Grunddurchgang und durch Kombination von Segmenten, wo Impulselimination vorkommt.

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Obwohl die Durchgänge mit ansteigender Wiederholfrequenz über das Ubertragungsintervall hinweg dargestellt sind, kann alternativ geplant werden, daß die Wiederholfrequenz mit der Zeit über das Ubertragungsintervall hinweg abnimmt. Es ist lediglich erforderlich, den veränderbaren Frequenztakt in dem Steuersignalgenerator (Fig. 24) wie gewünscht zu programmieren.

Wenn gewünscht, können die Interferenzfluktuationen (Gras), welche die überlappenden harmonischen Paneele im Spektrum der Durchlauffolge der Impulsereignisse überlappen, eliminiert werden innerhalb eines Frequenzbandes einer beliebigen oberen Grenze, und zwar durch Sicherstellung, daß in jeder übertragung der Frequenzgang keine harmonischen Paneelenüberlappung bei irgendeiner Frequenz bis zur zuvor erwähnten beliebigen Grenze erzeugt.

Überlappung tritt zuerst dann auf, wenn in irgendeiner übertragung die n-te Harmonische der niedrigsten übertragenen Wiederholfrequenz f mit der (n-1)ten Harmonischen der

höchsten übertragenen Wiederholfrequenz f„ zusammenfällt.

Analytisch ausgedrückt, tritt eine Überlappung dann ein, wenn folgendes gilt:

nf_T = (n-1)f (33)

j-i Π

Die Gleichung 33 kann für f„ gelöst werden und für den Fall

der Vermeidung einer Überlappung wie folgt ausgedrückt werden:

Vn^T ^fL <³⁴>

Wenn der Beziehung 34 gefolgt.wird, so wird die Überlappung in jeder übertragung für alle Frequenzen unterhalb einer oberen Frequenzgrenze f vermieden, wo

^fü * ^nfL ⁽³⁵⁾

Eine Reihe von Übertragungen kann sodann definiert werden, wo der Wert von f_L ⁽ⁱ⁾ für die i-te übertragung f_H ^für

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die unmittelbar vorhergehende oder (i-1)te Übertragung ist, wodurch ein kontinuierlicher Satz von Durchrängen entwickelt wird, der sich über mindestens eine Oktave :.m Ausmaß erstreckt. Im allgemeinen sind n/2 Übertragungen erforderlich, um die Oktavenüberdeckung zu erreichen. Man erkennt, daß für Übertragungen über den Oktavenbereich hinaus zusätzliche Spektrumsglättung gewünscht sein können.

Die i-te Übertragung mit Wiederholfrequenzen f , wo f ^

(i) RL·

f_Dif„ , sollte gesondert von ihren Nachbarn verarbeitet werden. Dies bedeutet, daß der Empfang sämtlicher Ankünfte von der i-ten übertragung abgeschlossen sein muß, bevor die (i + 1)te übertragung auftritt.

Die effektive Auto-Korrelationsfunktion des zusammengesetzten Satzes unabhängiger Übertragungen, ordnungsgemäß ausgerichtet in der Zeit, ist dann die Summe der Auto-Korrelationsfunktionen der einzelnen Übertragungen. Da der Summationsprozess inkohärent erfolgt, werden Phaseninterferenzen, die anderenfalls zu schnellen Fluktuationen im kohärenten Prozess führen, eliminiert.

Der Nachteil bei der Erreichung dieser Verbesserung in der Auto-Korrelationsfunktion ist ein Anstieg der Gesamtübertragungszeit um ("-) T_T , wobei T_T die Zeit zwischen dem Ende einer übertragung und dem Empfang der letzten Ankunft dieser Üoertragung ist.

Es sei das folgende Beispiel eines keine Überlappung erzeugenden Formats oder einer Folge betrachtet, wo die Bandbreite 5 bis 30 Hz beträgt. Für diesen Fall η = 6 und aus der Rekursionsformel der Gleichung 33 erhält man die Tabelle 4. Die separaten Spektralbänder der individuellen Übertragungen sind in Fig. 23A zusammen mit dem zusammengesetzten Spektrum veranschaulicht. Man erkennt, daß das Band (d) 10 bis 15 Hz und das Band (e) 15 bis 25 Hz vorgesehen wird bei 1/2 bzw. 1/6 Amplitude, um das Spektrum weiter zu verflachen. Man erkennt, daß keines der harmonischen Bänder innerhalb der einzelnen Übertragungen der Fig. 23A unterhalb 30 Hz überlappt.

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- 4-9- -

Tabelle 4

5 bis 30 ίζ-Bänder, erzeugt durch 5 Übertragungen (nicht überlappend)

Cand	(Sz¹)	(Hz)	η	(•ft	A£>	Durchgangsdauer (Sec)
(a)	30	5	6	6	1	3.33
(b)	30	6	5	7.5	1.5	3.33
(c)	30	7.5	Ί	10	2.5	3.33
(d)	30	10	3	15	5	3.33
(e)		15		25	10	2.ί>7
				Total	l6 sec.

Unter Verwendung der gleichen Durchlaufbeziehung f_D = 1CD/(2O-t) sind die Durchlaufzeiten diejenigen, die in der rechten Spalte der Tabelle 4 entwickelt sind. Natürlich können andere I archlau f programme mit unterschiedlichen Durchlaufzeiten nach Erfordernis verwendet werden. Man beachte, daß mit der lineal-an Periodenmodulation der Repititions- oder Wiederholrate c Le Zeit für jede Übertragung, mit Ausnahme der abgestumpften letzten, konstant ist.

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TaLeIIe

5 bis 60 Hz-Bänder, erzeugt durch 10 Übertragungen (nicht überlappend)

Durch-

schnittl.

Energie

Eand	(Hz)	^fL (Hz)	η	¹H (Hz)	f (Hz)	t (see)	(Fuß engl. Pfund)
1	60	5.00	12	5.15	0.Ü5	10	101,500
2	60	5.^5	11	6.00	0.55	10	11U.500
3	60	6.00	10	6.66	0.66	10	126,600
IJ	60	6.66	9	7.50	0.81	10	1141,600
5	60	7.50	8	8.57	1.07	10	160,700
6	60	8.57	7	10.0	1.U3	10	185,700
7	60	10.0	6	12.0	2.0	10»	110,000
8	60	12.0	5	15.0	3.0	10·	1^5^000
9	60	15.0	1	20.0	5.0	10·	59,333
10	6 V	20.0	3	25.	5.0	6·	*i5,000

bei verminderter Energie

Tabelle 5 ist für nicht überlaopende Bänder, die von 5 bis 60 Hz laufen. Der Grundoktavendurchgang von 5 bis 10 Hz benötigt sechst Übertragungen oder Transmissionen, wohingegen vier zusätz liche Übertragungen über den 10 bis 25 Hz-Wiederholbereich für spektrale Wertung verwendet werden. Diese letzten vier Übertra gungen erfolgen bei reduziertem Spektralpegel, die Übertragungen 6 und 8 besitzen 1/2 Pegel und 9 und 10 1/6 Pegel. Für einen Linearperiodenmodulations (LPM)-Durchgang können diese reduzier ten Pegelübertragungen erreicht werden durch Verwendung der gleichen Zeitdauern wie für die Übertragungen 1-6, aber mit

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reduzierter verwendeter Zeitdauer.

Unter Verwendung einer Linearperiodenmodulation der Form

1
^fR ^{= 60}° 120-t (36)

hat jede übertragung nominell 10 Sekunden Dauer, mit Ausnahme, daß die letzten vier, wie oben erwähnt, abgestumpft sein können.

Das zusammengesetzte Spektrum ist ähnlich dem in Fig. 14 gezeigten.

Die Leistungsvariation über die ersten acht uurchgänge der Tabelle 5 hinweg ist ungefähr 2 zu 1. Der Durchgang mit der niedrigsten Leistung ist der Durchgang über Band 9, dessen Mittelpegel ungefähr 1/3 desjenigen des Durchgangs 6 ist. Diese Leistungsveränderung kann erreicht werden durch eine Leistungsversorgung unter Verwendung eines Akkumulatorenergiespeichers. Alternativ kann eine unterschiedliche Durchgangsform verwendet werden, wie beispielsweise eine logarithmische Frequenzmodula-

-1/2
tion mit sich gemäß f ' ändernder Amplitude. In diesem Fall wird jede übertragung auf konstanter Leistung gehalten, aber die Ubertragungszeit ist für jeden Durchgang unterschiedlich.

Ein weiteres Merkmal ergibt sich aus der Verwendung von Folgen von Kraftimpulsen gemäß der Erfindung durch die effizientere Kopplung der seismischen Energie an die Formation, als dies bei der Sinuswellenvibrations-Erzeugung der Fall ist. Eine grundlegende Ursache dafür liegt, so wird derzeit angenommen, in der inkrementalen Kompaktierung, die frühzeitig in der Folge auftreten kann, was eine verbesserte Ankopplung der Energie über die Folge hinweg zur Folge hat, und zwar ohne eine signifikante nachteilige Wirkung auf die Signalverarbeitung.

Ein typischer Vibroseis-Kontakt verwendet eine Kompressionsvorspannkraft der Basisplatte gegen Erde von beispielsweise 30 000 engl. Pfund. Diese Kompressionskraft ist eine sich zeitlich ändernde Kraft von beispielsweise 20 000 engl. Pfund Spitzenampli-

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tude überlagert. Die augenblickliche Kraft ändert sich daher von einem niedrigen Wert von 10 000 engl. Pfund bis zu einem Spitzenwert von 50 000 engl. Pfund. Die nicht konsolidierten Materialien unterhalb der Basisplatte können gegenüber der Platte eine sich zeitlich verändernde Steifheit zeigen, wobei die Impedanz am niedrigsten ist während der Periode einer hohen augenblicklichen Kraft und am höchsten während der Periode einer niedrigen augenblicklichen Kraft. Diese sich zeitlich ändernde Impedanz trägt zu einer Verformung des übertragenen Signals bei, extrahiert Energie aus der verfügbaren Leistung bei der Fundamental- oder Grundfrequenz, wodurch in effektiver Weise der Fundamentalleistungs-Umwandlungswirkungsgrad vermindert wird, und gleichzeitig wird dabei Energie zu anderen Frequenzregionen innerhalb des Ubertragungsbandes beigetragen, wobei diese Energie die seismischen Aufzeichnungen "verunreinigt" oder stört und als ein erhöhter Rauschhintergrund auftritt.

Im Falle der nicht repetitiven Kraftimpulsfolge ist die gleiche sich zeitlich verändernde Impedanz vorhanden, kann aber vom Leistungsumwandlungsprozess nicht annähernd soviel ablenken wie im Sinuswellen-Fall, und kann auch nicht soviel zum Hintergrundrauschen beitragen. Für unipolare Impulse kann die maximale augenblickliche Kompressionskraft zwischen 100 0OO und 200 000 engl. Pfund Kraft liegen, und zwar verglichen mit 50 000 engl. Pfund Maximalkraft beim Sinusoid-Vibrator. Mit der Kompaktmachung, die sich durch die höhere Spitzenkraft ergeben kann, wird eine bessere seismische Energiekopplung erreicht.

Die beim unipolaren Kraftimpuls auftretenden höheren Spitzenkräfte können anfänglich ein Nachgeben des Bodens und ein gewisses Absetzen der Basisplatte ergeben. Wenn die Platte oder Sonde einen Verweigerungszustand erreicht, mit darunter liegendem kompaktgemachten Boden, so ist ein kompetenteres Medium zur Aufnahme dynamischer Energie vorhanden. Der Ausdruck "Verweigerung" bedeutet einen Punkt, wo ein weiterer Vorschub von

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beispielsweise der Basisplatte oder einer anderen Sonde entweder unterhalb einer vorgeschriebenen Rate liegt oder nicht vorhanden ist. Da der "soeben verweigert"-Zustand, wo minimaler oder kein weiterer Vorschub beobachtet wird, auch einem in vernünftigen Ausmaßen nicht linearen Lastzustand entsprechen kann, kann es zweckmäßig sein, darauf die Kraftamplitude zu reduzieren, um eine linearere Last zu erhalten. In diesem Fall kann mehr von der Energie in die abgestrahlte seismische Energie gehen, und zwar im Gegensatz zu den Nahfeld-Internverlustmechanismen.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt diese Kraftreduktion natürlich. Dies ist dort der Fall, wo, wie oben beschrieben, die Leistung über den ganzen Durchlauf der Kraftimpulswiederholperiode konstant gehalten wird. Da die Leistung das Produkt aus Schlagenergie und Frequenz der Schläge ist, muß sich bei ansteigender Wiederholfrequenz die Schlagenergie reduzieren. Wenn die Frequenz der Schläge um einen Faktor beispielsweise über die Impulsfolge für konstante Leistung ansteigt, so muß sich die Schlagenergie in der gleichen Zeit halbieren. Am Ende des Durchgangs würde die Kraftimpulsamplitude auf 0,707 ihres Werts am Beginn des Durchgangs reduziert. Somit könnte die Kompaktierung während der frühen Hochenergieschläge auftreten, wobei eine linearere elastische Last znm Ende des Durchgangs hin beobachtet wird.

Wie beschrieben, wird das gesamte übertragene Frequenzspektrum durch jeden einzelnen Unipolarimpuls erzeugt. Der Effekt der sich mit der Zeit ändernden Impedanz besteht in der Modifizierung des Spektrums des übertragenen Signals gegenüber dem mit einer Linearlast erhaltenen. Im Gegensatz zur linearen oder analogen FM-Ubertragung, (Vibroseis), wo eine derartige Nichtlinearität besonders schädlich ist, kann im Falle des nicht repetitiven Impulszuges die nicht lineare Last nicht besonders schädlich sein, da das Spektrum der Energie in das gewünschte Analyseband fällt und als Strahlungsenergie erscheint.

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Das System zur Steuerung des Impulsgenerators 16 ist in Fig. 24 veranschaulicht. Die Eingangsgrößen zum System sind Eingangsimpulse e_n, welche die gewünschte Folge der Hammerschläge darstellen, welche die Kraftimpulse zur Folge haben, und das Signal e , welches einen Analogsignalpegel besitzt, wie beispielsweise als ein Stufensignal (beispielsweise konstanter Pegel für konstante Amplitudenkraftimpulse oder eine Treppe dort, wo die Kraftimpulsamplitude sich von Schlag zu Schlag ändert). Jede Stufe der Treppe repräsentiert die Kraftimpulsamplitude oder Energie, die durch den nächsten Hammerschlag geliefert werden soll, d.h. durch den nächsten Schlag in der Folge.

Die Steuersignale e„ und e„ hängen von der Kraftimpulsfolge oder dem Format ab, welches erwünscht ist, und können beispielsweise eine der oben beispielhaft erwähnten Folgen oder Formate sein. Diese Steuersignale können auf Magnetband aufgezeichnet und wiedergegeben werden oder sie können durch einen elektronischen Signalfunktionsgenerator erzeugt werden. Die Signale können an einem entfernten Punkt entstehen, wenn es beispielsweise zweckmäßig ist, Kraftimpulse synchron an jedem der mehreren Generatoren zu erzeugen, die auf mobilen Fahrzeugen befestigt sein können, wie dies oben unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben wurde. In einem solchen Fall ist jedes Fahrzeug oder jeder Träger mit einem Empfänger 160 ausgerüstet, der Signale von einem Hauptsender empfängt. Alternativ wird zur Erzeugung des Steuersignals ein Steuersignalgenerator 162 verwendet, der eine Magnetbandwiedergabeeinheit oder einen Funktionsgenerator, wie oben Deschrieben, sein kann. Ein zweipoliger Zweifachschalter 164 wird verwendet, um die Steuersignale auszuwählen, und zwar entweder vom Empfänger 160 oder vom Generator 162.

Andere Eingangsgrößen für das Steuersystem werden durch den Versetzungsfühler 118 und die Druckfühler 114, 116 (Fig. 2) geliefert. Der Zeitsteuersignalgenerator 112 wird durch einen Parameterge nerator 166 und einen Zeitsteuergenerator 168 gebildet. Der Parametergenerator spricht auf das Versetzungssignal X vom Ver-

Setzungsfühler 118 an und erzeugt ein Ausgangssignal, welches die Geschwindigkeit des Hammers V„ repräsentiert. Die Ausgangs-

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größen der Druckfühler 114, 116 werden in dem Parametergenerator 166 verwendet, um eine Ausgangsgröße zu erzeugen, die der Kraft am Kolben 62 entspricht, die proportional ist zur Differenz zwischen dem Versorgungs- und Rücklaufdruck und bezeichnet wird als KAP. Wie zuvor erwähnt, ist ΔΡ proportional zu F , d.h. der Kraft am Hammer 60, die durch Kolben 62 angelegt wird.

Das Versetzungssignal X„, das Hammergeschwindigkeitssignal V„

H H

und das K ΔΡ-Signal werden sämtlich in den Zeitsteuergenerator 168 eingegeben. Der Zeitsteuergenerator erzeugt Signale zu Augenblicken Tg₁, Too' ^Ts3' ^{die bestimmen}d ^{für die} Repetitions- oder Wiederholfrequenz f_R und die Kraftimpulsamplitude sind. Der Zeitsteuergenerator 168 liefert ebenfalls "ZiLter"-Signale zu Augenblicken T _.. und T__T2. Diese Zittersignale werden verwendet, un den Hammer inkremental zu versetzen, um einen Hub auszuführen in Entsprechung mit der gewünschten Kraftimpulsamplitude und Energie. Diese Signale bei T_g1, T₅₃, T₅₃, T_DT1 und T_DT2 sind Digitalsignale, die nur drei Pegel haben, einen +e„ positiven Pegel, einen -e„ negativen Pegel oder einen e_v = 0, d.h. Nullpegel. Sie werden in einem Ventiltreiberverstärker 17o verstärkt und an ein Servoventil 172 angelegt. Diktiert durch das Ventilsteuersignal e„ besitzt das Ventil 172 drei Zustände, nämlich einen ersten Zustand, in dem die Ventilöffnungen oder -kanäle eine nach oben gerichtete Kraft an den Hammer 60 liefern, einen zweiten Zustand, wo die Ventilöffnungen geschlossen sind und einen dritten Zustand, wo die Ventilöffnungen gegenüber dem ersten Zustand umgekehrt sind, um eine nach unten gerichtete Kraft an den Hammer zu liefern. Das Servoventil 172 kann ein elektrohydraulisches Ventil sein, welches einen Teil der Steuereinheit 50 (Fig. 1) bildet. Ein im Handel verfügbares Ventil, wie beispielsweise ein solches der Type Nr. 30, geliefert von der Fa. MOOG, Inc., East Aurora, New York, U.S.A., kann geeignet sein.

Der Zeitsteuergenerator 168 wird derart betrieben, daß das Signal entsprechend den geschlossenen Ventilöffnungen, d.h. e = 0, nicht auftritt, wenn der Hammer irgendeine merkliche Geschwindigkeit hat, so daß Hydraulikströmungsmittel durch Ventil 172 fließen

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würde. Die Bedingung, daß das Ventil nicht in den geschlossenen Zustand gebracht wird, wenn der Hammer eine merkliche Geschwindigkeit besitzt, wird sichergestellt bei Vermeidung der Einführung augenblicklicher hoher Drücke, die auftreten könnten, wenn das Ventil schließt, was den Ausfall der Ventilkomponenten oder sonstwo im Impulsgenerator zur Folge haben könnte.

Die vier Zeitsteueraugenblicke T _o, T_gl, Τ_ς2 und T , sind in Fig. 25B und 26 gezeigt und wurden oben in Verbindung mit diesen Figuren und Gleichungen 14 bis 19 diskutiert. Wie der Zeit.steuergenerator 112 (d.h. der Parametergenerator 166 und der Ze:.tsteuergenerator 168) aufgebaut ist , um diese Signale zu erzeugen, ist in Fig. 24a dargestellt. Aus der vorgehenden Beschreibung ergibt sich, daß die den Signalgenerator 112 bildenden Komponenten konventionelle digitale oder Analog-Computer-Bauteile sind, die in integrierter Schaltungsform ausgebildet sein können oder aber auch als diskrete Bauelemente gemäß bekannten Verfahren.

Das Hammerversetzungssignal X„ wird an eine Differenz- odor

Differenzierschaltung 174 im Parametergenerator 166 angelegt, um das Hammergeschwindigkeitssignal V zu erzeugen. Der Hemmer-

zyklus beginnt mit der Hammerabhebung zur Zeit T_g0, die,we in Fig. 25b gezeigt, durch ein positives Kreuzen des Null-Versetzungspegels des Hammerversetzungssignals X bestimmt ist.

Dieser Augenblick wird durch einen Komparator 176 bestimmt, der sich von einem negativen in einen positiven Zustand dann ändert/ wenn das X -Signal den Null-Versetzungspegel (wenn das Abheben

erfolgt) kreuzt. Dies wird als der positive übergang der Ausgangsgröße vom Komparator 176 identifiziert, da eine der Differenzeingangsgrößen desselben das X -Signal ist, während die andere Eingangsgröße Erde (Null-Signalpegel) ist. X„ wird der- art eingestellt, daß die Null-Versetzung durch einen Null-Signal pegel repräsentiert ist.

Die Haimnerrückkehrgeschwindigkeit V_R gelangt in die Berechnung von Τ--. V_R wird mittels eines Tast- und Haltekreises 178 gemessen. Das Tastereignis ist der Zeitsteueraugenblick T_qQ, der vom Komparator 176 erhalten wird. Die Schaltung 178 tastet und

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§ 27A5213

hält die Geschwindigkeit V„, welche die Rücklaufgeschwindigkeit des Hammers ist. Wie oben erwähnt, ist die Rücklaufgeschwindigkeit V die Neigung der Hammerversetzung zur Zeit T ._.

Der Augenblick T₁ wird bestimmt unter Verwendung des Signals vom Komparator, welches die Zeit T_n anzeigt, des Rücklaufge-

SO

schwindigkeitssignals V₀ von der Tastungs- und Halteschaltung, des Differenzdrucksignals Δ P und des Steuersignals e_ß. Das e Steuersignal kann durch ein Potentiometer 180 derart verändert werden, um so die nominale Schlagenergie (d.h. die Kraftimpulsamplitude) für den speziellen Impulsgenerator einzustellen. Das ΔΡ-Signal wird erhalten von einem Differenzverstärker 182 im Parametergenerator 166. Der Augenblick T_g. kann wieder ausgedrückt werden in Ausdrücken des Energiesteuersignals e_n und des Differenzsighals ΔΡ unter Verwendung von Gleichung 15 wie folgt:

T _ -κ Ϊ* + ^l /

¹SI ' ^KHP ⁺ ΔΡ N

^eB ⁺ SR (36)

Tie Gleichung 36 wird durch ein Subsystem 184 im Zeitsteuergenerator 168 verwirklicht. In diesem Subsystem 184 werden di· Rücklaufgeschwindigkeitssignale V_R in einem invertierenden Operationsverstärker 186 invertiert, um -V_n zu bilden. Das Signal w rd

2 ebenfalls an eine Quadrierschaltung 188 angelegt, um so V zu

bilden. Das V -Signal wird dem e -Steuersignal in einer Summierschaltung 192 hinzuaddiert. Die Quadratwurzel-Summierscha.tungsausgangsgrcße wird in einer Quadratwurzel-Schaltung 194 gebildet. Die Quadratwurzelschaltung 194-Ausgangsgröße wird mit -V_R in • iner Summierschaltung 200 summiert. Die Ausgangsgröße der Sumraierschaltung 200 wird durch das P-Signal in einer Dividier-Fchaltung ¹98 dividiert. Die Dividierschaltung 198 liefert eine

isgangsgröß'^j proportional zur Zeitdifferenz zwischen T_qQ und " ,. Die in Gleichung 36 identifizierten Konstanten werden durch

erstärkungseinstellung in den individuellen Berechnungsmodulen ^rücksicht.

Zur Definition von T_{31 w}i_rd ein astabiler "one shot"-Multivibrator 202 verwendet. Die "one shot"-Verzögerungszeit wird durch die Ausgangsgröße des Subsystems 184 eingestellt, und zwar abgenommen

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von Dividierschaltung 198 und angelegt an den Steuer- oder C-Eingang von Multivibrator 202. Die "one shot"-Verzögerung wird durch das T -Signal eingeleitet, welches an den Triggereingang C angelegt wird. Demgemäß erzeugt Multivibrator 202 an seinem Q-Ausgang den Ausgangsimpuls als einen Übergang von einem logischen Null-Niveau auf ein logisches Eins-Niveau im Augenblick T_go gefolgt/ nach der Verzögerungszeit bestimmt durch das Subsystem 184, von einem Übergang von einer logischen Eins auf eine logische Null.

Der Zeitsteueraugenblick T_g2 wird bestimmt durch den Null-Wert für das Geschwindigkeitssignal V„. In diesem eben genannten Augenblick kann dann das Ventil 172 in seine Mittel- oder Aus-Stellung zurückgebracht werden. T_g- erhält man durch die Verwendung eines Komparators 202, der das Geschwindigkeitssignal V mit Null (Erde) vergleicht. Der Komparator 204 liefert einen Pegel mit einem Übergang von "1" auf "0" dann, wenn V durch "0" läuft. Ein invertierender Verstärker 206 liefert einen positiven Logikübergang von "0" auf "1" zum Zeitsteueraugenblick T _.

Der Zeitsteueraugenblick T- ist, wie man in Fig. 25b und 26 erkennt, der Augenblick, wo der Hammer nach unten beschleunigt wird, um so den nächsten Kraftimpuls zu erzeugen. Anstelle T„2 ^ⁿ dem Augenblick zu erzeugen, wo der nächste Steuerimpuls e_o auftritt, wird es mit einer Verzögerung T, nach dem Auftreten des e -Impulses erzeugt. Dies wird in dieser Weise getan, um das Steuersystem zu stabilisieren und um hinreichend Zeit für die Einstellung des Abwärtshubs X_c des Hammers vorzusehen, der sich mit dem Schlagenergiesignal e und dem Beschleunigungskraftsignal Δ Ρ verändert.

Diese Verzögerungszeit T, erhält man durch Abschätzen der Hammerabfallzeit T_f für jedes e_ß, korrigiert für die abgefühlten Werte von P_, P und X und durch Subtraktion der Abfallzeit von einer

ο R ο

festen Verzögerung T, die ein festes Intervall nach Auftreten des Steuerimpulses e ist. Da die Kraftimpulse um eine feste Verzögerung später als die Steuerimpulse auftreten, besteht die einzige Konsequenz darin, daß die Kraftimpulse mit einer Zeitverzögerung T später als die Steuerimpulse übertragen werden, die

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vom Steuersignalgenerator 162 kommen oder die vom Empfänger (Fig. 24) empfangen wurden.

Die fest Verzögerung besitzt somit zwei Teile. Die Verzögerungszeit T_d und die Hammerfallzeit T_f. Die Verzögerungszeit wird Wie folgt ausgedrückt:

T_d = T - T_f (37)

Die Hammerfallzeit kann aus Energiebeziehungen (siehe Gleichungen 14 und 17) abgeleitet werden und wird gegeben durch die folgende Proportionalität:

(38)

Demgemäß ist die gewünschte Verzögerungszeit

/~e~"l
^Td ^{= T} " ^K4 "* P~ (39)

Die durch Gleichung 39 ausgedrückte Beziehung wird durch die Analogschaltung verwirklicht, die aus einer Quadratwurzelschaltung 208, einer Dividierschaltung 210, einem Invertierverstärker 212 und einer Summierschaltung 214 besteht. Die Quadratwurzel der Energie für Schlagpegel e wird abgeleitet durch Quadratwurzelschaltung 208 und dividiert durch Druckdifferential ΔΡ in Dividierschaltung 210. Das Zeichen wird in dem Invertierverstärker 212 geändert und an Summierschaltung 214 angelegt, wo die Hinzuaddierung zu einem Pegel e entsprechend der festen Verzögerungszeit T erfolgt.

Die Ausgangsgröße der Summierschaltung ist proportional zu Τ. und stellt die Verzögerungszeit eines "one shot"-Multivibrators 210 ein. Der Multivibrator wird durch jeden e -Impuls getriggert und erzeugt den Tg--Zeitsteueraugenblick als Übergang von "0" auf "1" im Pegel am Ausgang des Multivibrators 216.

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Die "Zitter"-Signale bei T , und T , welche eine Reihe von Ventilöffnungen und Umkehrungen erzeugen, die bewirken, daß sich der Hammer langsam nach oben oder unten bewegt, werden abgeleitet unter Verwendung der Energie für den Schlagpegel e_o und den Beschleunigungskraftpegel, der angegeben ist durch ΔΡ, um die gewünschte Fallhöhe oder den Hammerhub X zu bestimmen. X_g ist bestimmt durch die folgende Proportionalität:

x λ/ !s <^4O>

"Jie notwendigen Einstellungen für das "Zittern" in der Harimerlöhe wird erreicht durch Vergleich von X mit dem Hammerver-Setzungssignal X„ und durch Erzeugung von Zittersignalen mit <?iner Dauer gleich der gewünschten inkrementa.len Öf fnungsj-eit T des Ventils. Der Sinn dieser Zittersignale, ob eine logische Eins oder eine logische Null, bestimmt dann, ob das Steuerventil in der Vorwärtsrichtung (dem ersten Zustand) offen ist, um die na h oben gerichtete Beschleunigung de? lammers vorzusehen oder umgekehrt, um die Abwärtsbeschleunigung des Harmers ^u erzeugen.

3er gewünschte Hub X wird erhalte: durch Divis\on der Energie pro Schlagsignal e_o durch das P-S gnal in einer Dividierschaltung 218. Diese gewünschte Fallhöhe X wird subtrahiert von der tatsächlichen Hammerversetzung X„ unter Verwendung einer Summierschaltung 220 und eines Invartierv^rstirkers 222. Wenn die gewünschte Fallhöhe erreicht ist, is' das Differenzsignal aus der Summierschaltung 220 gleich "0". D^e iikrementalen Zittersignale zu T_nT1 und T _, die Digitalsignale sind, werden durch einen littersignalgenerator 224 erhalten. Am Eingang des Generators '24 befindet sich ein Paar von Komparatoren 22 6 und 228. Die positiven und negativen Bezugsspannungen +E und -E bilden

in Tot-Band gleich 2E . Wenn das Eingangssignal von Summierschaltung 220 eine solche Amplitude, entweder positiv oder negativ, besitzt, die größer ist als das Tot-Band,, so liefert entweder der Komparator 226 oder der Komparator 228 eine Ausgangsgröße. Die Tot-Bandspannungen E_D wi rden ausgewählt, um größer zu sein als der inkrementale Zitterschritt. Auf diese Weise wird

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das "Jagen", d.h. das alternative Anheben und Absenken des Hammers, was Leistung verschwenden und unnötigen Abrieb erzeugen kann, im wesentlichen eliminiert.

Das Zittersystem 224 ist mit Clock- oder Taktsignalen ausgestattet, die eine Periode gleich 1/2 der gewünschten Periode t des Zitterschritts besitzen. Diese Taktsignale werden an die Takteingänge der vier Flip-Flops der JK-Bauart 230, 232, 234 and angelegt.

Alle diese Flip-Flops sind anfänglich rückgestellt, wie beispielsweise durch das Anlegen eines Rückstellimpulses an den DC-Rückstelleingang derselben (zur Vereinfachung nicht dargestellt) .

Es sei angenommen, daß ein "UP" oder Auf-Befehl zur Aufw&rtsbewegung des Hammers vom Komparator 226 erhalten wird. En erstes UND-Gatter 238 wird dann freigegeben und konditior iert Flip-Flop 230 zur Einstellung durch den nächsten Taktimpuls (der erste Taktimpuls der Zitterfolge). Die Q-Ausgangsgrcße des Flip-Flops 230 wird über ein ODER-Gatter 240 an ein freigegebenes 'JND-Gatter 244 und ein ODER-Gatter 242 an der. Eingang de Treioerverstärkers 170 angelegt, was den UP- oder +e -Befehl für Servoventil 172 zur Folge hat. Das UND-Gatter 244 wird Z^ ischen dien Zeitsteueraugenblicken T und T₃ freigegeben, und zwar mittels einer Flip-Flop-Latch oder -Verriegelung 246. D:e Aus-

angsgröße *on ODER-Gatter 240 liefert somit die UP-Steuer-•iittersigna?. zum Zeitpunkt T-..

'enn Flip-Flop 230 gesetzt ist, ist das UND-Gatter 238 gesperrt, -.in weiterei- UND-Gattei 248 wird freigegeben. Ein NOR-Gatter 250 empfängt ebenfalls einen logischen Eins-Pegel, der ein weiteres UND-Gatter ?52 sperrt. Die Abwärts-Ausgangsgröße vom Abwärts-Steuerkomparator 228 wird dadurch gehindert, einen Abwärts-Befehl hervorzurufen, wodurch die Erzeugung von einen Konflik hervorrufenden Ventilsteuers"gnalen verhindert wird. Die letztgenannte Wirkung ist eine Vorsichtsmaßnahme gegenüber irgendeiner zufälligen Umkehr der Ventilsteuerung während der Zitterfolge.

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Der nächste taktimpuls (der zweite Taktimpuls in der Zitterfolge) setzt Flip-Flop 232. Ein Abwärtsbefehl wird sodann an den negativen Eingang des Treiberverstärkers 170 über ein QDER-Gatter und UND-Gatter 256 angelegt, welches während der Periode zwischen T₅₂ und T.. durch Verriegelung 246 freigegeben ist, und über ein weiteres ODER-Gatter 258. Während der zweiten Taktimpulsperiode empfängt NOR-Gatter 250 einen logischen Eins-Eingang von Q-Ausgang des Flip-Flops 232, so daß die Ausgänge von Komparator 228 weiterhin durch UND-Gatter 252 gesperrt sind. Der zweite Taktimpuls stellt auch das Flip-Flop 230 zurück und bewirkt das Löschen des Up-Befehls.

Beim dritten Taktimpuls der Zitterfolge wird das Flip-Flop 232 rückgesetzt. Es wird daher beobachtet, daß für die erste Taktvmpulsperiode das Servoventil 172 mit einem UP-Befehl (+e„) nd bei der zweiten Taktimpulsperiode durch einen Abwärts-Befehl beaufschlagt ist, und zwar beidemale während gleicher Zeitinkre^mente t /2. Der Hammer ist dann nach oben und sodann nach unten auf die Geschwindigkeit Null derart beschleunigt, daß das ^ventil sicher geschlossen werden kann. Dies vollendet eine Zivterfolge, wobei sich der Hammer inkremental nach oben bewegt hat. Am Ende der Folge sind Flip-Flops 230 und 232 in ihre zurückgesetzten Zustände zurückgekehrt. Wenn der UP-Befehl vom Komparator 226 noch immer vorhanden ist, wird eine weitere Aufwärts-Zitterfolge eingeleitet, und der Hammer wird sich während der nächsten Taktimpulsperiode nach oben bewegt haben, wenn ein Aufwärts-Beschleunigungsbefehl +e_v erzeugt ist, und sodann wiederum auf Null verzögert sein, während der darauffolgenden Taktimpulsperiode derart, daß das Ventil 172 wiederum geschlossen werden kann. Man erkennt daher, daß zweimal die Taktimpulsperiode gleich einem Zitterzeitinkrement ist. Auf diese Weise wird der Hammer 60 veranlaßt, sich mit einer gesteuerten Rate zu bewegen, und zwar schrittweise angetrieben um aufeinanderfolgende Zitterinkremente, bis die gewünschte Höhe und der gewünschte Hub X_c erreicht ist. Dann befinden sich die Ausgangsgrößen von den beiden Komparatoren 226 und 228 auf logischen Null-Niveaus.

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Die Zitterfolge, welche die inkrementale Abwärtsbewegung (das Absenken des Hammers) hervorruft/ wird durch die Verwendung von Flip-Flops 2 34 und 236, UND-Gatter 2 52 und ein weiteres ODER-Gatter 258 und ein weiteres NOR-Gatter 260 erreicht. Die Folge der Zittersignale zu den Augenblicken T _ ^{und Τ}ητΐ ^^TDT1 ^fol5^t T _ für die "Down"- oder Abwärts-Zitterfolge) wird erzeugt in einer Weise ähnlich wie dies in Verbindung mit der UP-Zitterfolge beschrieben wurde.

Die Steuerung des Hammers 60 durch die Betätigung des Servoventils 172 wird erhalten durch Anlegen von Ausgangsgrößen des Multivibrators 202 über die ODER-Gatter 242 und 248 an den Steuerverstärker 170. Die Ausgangsgröße des Multivibrators 202 ist ein Impuls mit einer vorderen und hinteren Kante oder Flanke bei Τ_ςο bzw. Τ_ς1· Dieser Impuls wird durch ein Paar von UND-Gattern 264, 266 gesteuert. Aus den Fig. 25b und 26 erkennt man, daß die Steuerung des Ventils 172 zwischen T _Λ und T₁ beginnt, wenn das Steuerventil 172 in einerVorwärtsrichtung geöffnet ist, um so ein Druckdifferential bezüglich der Kolbenantriebsflächen des Hammers 60 vorzusehen, was in Kräften zum Antrieb des Hammers in Aufwärtsrichtung resultiert. Zwischen T₁ und T₀ wird das

Sl S^ Ventil 172 umgekehrt, um so Kräfte am Hammer vorzusehen, um den Hammer auf die Geschwindigkeit von annähernd Null zu verzögern, frischen T _ und T₃₃ werden Zittersignale erzeugt. Von T₃ bis zur Zeit des Auftreffens oder Aufschiagens zur T ' wird Ventil 173 wieder in Vorwärtsrichtung geöffnet, um den Hammer nach unten in Schlagposition anzutreiben. Zwischen T_Q und T__o wird die Kraft in Abwärtsrichtung fortgesetzt, um maximale Energielieferung an die Last vorzusehen.

Flip-Flop 246 wird zur Zeit T₃₃ derart gesetzt, daß der Q-Ausgangspegel desselben UND-Gatter 263 und 266 freigibt. Der positive logische Eins-Pegel vom Q-Ausgang des Multivibrators 202 wird sodann zur Zeit T über UND-Gatter 262 und ODER-Gatter 242 ange-

SO

legt, um ein +e -Steuersignal zu erzeugen, welches Servoventil 1*72 in Vorwärtsrichtung öffnet, um die Kräfte zu erzeugen, welche den Hammer 60 nach oben antreiben. Bei T₀₁ wird der Q-Ausgang ein logisches Eins-Niveau aufweisen und gelangt durch das freige-

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gebene UND-Gatter 266 und das ODER-Gatter 2 58 zum -Eingang des Verstärkers 170. Ein -e -Steuersignal wird sodann erzeugt und zur Umkehr von Servoventil 172 angelegt. Bei T _ wird das Flip-Flop 246 rückgestellt oder rückgesetzt derart, daß sowohl die Gatter 264 und 266 gesperrt werden. Diese Rückstellung erfolgt, wenn der Hammer die Geschwindigkeit Null erreicht, wie dies durch einen negativen Übergang im Pegel vom Komparator 204 bestimmt ist. Der invertierende Verstärker 206 liefert ein positives Signal bei T₅₃, welches Flip-Flop 246 rückstellt. Sodann werden die Zittersignale bei T _T1 und T „ angelegt, um die Position des Hammers auf die Höhe X„ einzustellen, welche die erforderlic
Schlag liefert.

die erforderliche Schlagenergie,bestimmt durch e ,beim nächsten

Bei T- wird das Flip-Flop 246 rückgestellt und die UND-Gatter 264 und 266 werden wieder freigegeben. Da die Q-Ausgangsgröße des Multivibrators 202 dann eine logische Eins ist, läuft sie durch das freigegebene UND-Gatter 266 und das ODER-Gatter 258, um das -e -Signal so zu erzeugen, welches bewirkt, daß der Hammer nach unten getrieben wird, um den Schlag für die Schlagzeit hervorzurufen, die sich von T bis T erstreckt. Bei T__o wird der nächste Kraftimpuls in der Folge erzeugt.

Fig. 27 veranschaulicht das Steuerventilsystem 50 als aus dem Servoventil 172 und einem Vierweg-Leistungskolbenventil 360 bestehend. Das Kolbenventil 360 wird mit Kolbenendflächen 361 und 362 über Kanäle 363 und 36 4über Servoventil 172 angetrieben. Das Servoventil 172 empfängt die elektrische Steuersignaleingangsgröße e an Klemme 366. Wahlweise kann wie durch die gestrichelten Linien gezeigt, eine Rückkopplungsverbindungs 367 zwischen einem Leistungskolbenventil-Positionsfühlwandler 359 und dem Servoventil 172 vorgesehen sein für einen geschlossenen Riegelschleifenbetrieb mit Gleichstrompositionsstabilität für das Leistungskolbenventil. Ein Verstärker 358 ist im Rückkopplungspfad dargestellt, um dessen Verstärkung einzustellen. Das Rückkopplungssignal Ee kann mit den Steuersignalen e„,

0 ν

wie in Fig. 24A gezeigt, summiert werden. Alternativ kann eine hydraulische Rückkopplung zur Stabilisierung verwendet werden, wie dies beispielsweise in U.S. Patent 3 461 910 beschrieben ist.

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Das Leistungsstufenkolbenventil 360 ist über die Leitungen 104 und 106 zur Aufnahme von Versorgungsdruck P und Rücklaufdruck P von Hydraulikleistungsversorgung (22, Fig. 1) angeschaltet. In die Versorgungs- und Rücklaufpfade sind zwei Akkumulatoren 108 und 110 eingeschaltet. Sodann ist Versorgungsdruck P_c an den öffnungen 369 und 370 auf jeder Seite des Mittelbundes des Kolbensventils 360 vorhanden. Der Rücklaufdruck P_R ist an den öffnungen 368 und 371 an den Innenkanten der äußeren Bünde oder Stege des Ventils 360 vorhanden. Wenn sich das Kolbenventil in seiner neutralen oder Schließ-Stellung befindet, so befinden sich die öffnungen 368, 369, 370 und 371 in einer Leitung-Mit-Leitung-Beziehung.

Wenn das Kolbenventil 360 nach oben (vgl. Fig. 27) angetrieben wird, so werden die öffnungen 368 und 370 geöffnet, während die öffnungen 369 und 371 geschlossen verbleiben. Der Versorgungsdruck wird dann der Unterseite des Kolbens 62 des Hammers 60 zugeführt und der Rücklaufdruck tritt an der Oberseite des Kolbens 62 auf. Wenn die Flächen der beiden Seiten des Kolbens 62 gleich sind und gleich A sind, so ergibt sich die Antriebskraft F am Kolben-Hammer wie folgt:

^FD ⁼-^{PS - V ^AP ⁽⁴¹⁾'

wobei jeglicher Druckabfall an den öffnungen selbst vernachlässigt sei.

F besitzt ein negatives Zeichen, um die Kraftpolarität in Übereinstimmung mit der Zeichenkonvention gemäß Fig. 25 zu bringen.

Wenn das Kolbenventil 360 nunmehr nach unten angetrieben wird, so werden die alternativen öffnungen geöffnet und es gilt:

^FD ^{= (P}S * V ^AP ⁽⁴²⁾

Bei angelegtem Null-Steuersignal (e = 0) verbleibt der Leistungskolben 360 in seiner Mittelposition. Sämtliche öffnungen 368, 369, 370 und 371 sind geschlossen und der Kolben ist derart verriegelt, daß er sich kurzzeitig nicht bewegen kann.

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Die Ansprechzeit des Hydraulikkraft-Schaltverstärkers (Servoventil 172 und Leistungszustandsventil 360) ist zweckmäßigerweise kurz, verglichen mit den Intervallen zwischen Schaltzeiten T_cn, T_c1, T_c~ und T .,, wie in Fig. 25 und 26 gezeigt.

Durch Ausnutzung der Hammerrückführgeschwindigkeit V_R kann die Zeit, während welcher die nach oben gerichtete Beschleunigungskraft -F angelegt wird, um die Wiedergewinnung der Position Χ- sicherzustellen, verkürzt werden und die Schaltzeit T 1 kann vorgeschoben werden (vgl. Fig. 25). Die Reduktion der Dauer T₁ - T und der Vorschub von T₁ wird begleitet von einer Reduktion der durch das Hydrauliksystem ausgeführte." Arbeit, um den Hammer 60 zur Wiedergewinnung der Position X zu bringen. Auf diese Weise wird der Wirkungsgrad erhöht. Wenn beispielsweise das Schlagsystem verlustlos wäre und die Rückführgeschwindigkeit V_D gleich der Schlaggeschwindigkeit V„ wäre, so würde die Schaltzeit T₁ identisch zu T_o_ sein, es gäbe keine Anlage von -F , und die durchschnittliche hydraulische Volumenverdrängung wäre Null.

Fig. 28 zeigt einen Impulsgenerator 400 mit einer Ventilsteuereinheit 50, in der ein Dreiweg-Leistungsstufenkolbenventil 402 verwendet wird. Das Dreiwegkolbenventil 402 steht über eine Leitung 404 mit lediglich dem oberen Hohlraum 74 in Verbindung. Der obere Hohlraum 74 wird in dem Gehäuse 56 durch die Oberseite 407 des Kolbens 406 des Hammers 60 definiert. Der untere Hohlraum 76 ist dauernd über eine Leitung 408 mit der Versorgungsdruckleitung 104 und dem Versorgungsakkumulator 108 verbunden. Der Kolben 406 ist ein Differentialflächenkolben, insoferne als die Bodenseite 409 der Antriebsoberfläche des Kolbens 406/ die dauernd dem Versorgungsdruck im unteren Hohlraum 76 ausgesetzt ist, eine kleinere Fläche besitzt als die Antriebsoberfläche der Oberseite 407. Die Oberfläche 407 ist dem Druck im Hohlraum 74 ausgesetzt. Geeigneterweise ist das Flächenverhältnis der oberen und unteren Antriebsoberflächen 407 und 409 2 zu 1.

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Wenn die Fläche der Oberfläche 409 A_p ist, dann ist die Fläche der Oberfläche 407 2Ap. Wenn somit das Kolbenventil 402 den Druck im Hohlraum 123 zwischen P und
ben sich die folgenden Kraftzustände:

Druck im Hohlraum 123 zwischen P und P umschaltet, so erge-

^FD ⁺ - V²V

^FD⁺ -^PS*P

^FD - ^{= P}R^(2AP⁾ - ^PS

Das Dreiwegleistungskolbenventil 4Ο2 ist über Leitungen 104 und 106 zur Aufnahme des Versorgungsdrucks P„ und des Rücklaufdrucks P von der Hydraulikleistungsversorgung 22 in Fig. 1

angeschaltet. Die Akkumulatoren 108 und 110 sind in diese Leitungen 104 und 106 eingeschaltet. Der Versorgungsdruck P- ist dann an öffnung 469 vorhanden, wohingegen der Rücklaufdruck an einer anderen öffnung 468 vorhanden ist. Diese öffnungen 468 und 469 befinden sich an den Innenkanten von Aussenstegen des Ventils 402. Wenn sich das Kolbenventil 402 in seiner neutralen oder Schließ-Stellung befindet, so stehen die öffnungen 468 und 469 in einer Leitung mit Leitungbeziehung. Das Ventil 402 wird nach oben angetrieben durch den über Leitung 46J angelegten Vesorgungsdruck und den Rücklaufdruck, angelegt durch Leitung 464 an die Antriebsoberflächen 461 und 462 des Ventils 402. Der Rücklaufdruck ist mit dem oberen Hohlraum 74 über die Leitung 404 verbunden und liegt an der Oberseite 407 des Kolbens 406. Versorgungsdruck wird kontinuierlich an den Hohlraum 76 über Leitung 408 angelegt und liegt an der Bodenoberfläche 409 des Kolbens 406. Der Hammer 60 wird auf diese Weise nach oben getrieben.

Wenn das Ventil 402 nach unten angetrieben wird, so öffnen sich die öffnungen 469, während sich die öffnungen 468 schließen. Der Versorgungsdruck wird sodann an den oberen Hohlraum 74 angelegt. Da die Antriebsfläche der Seite 407 das Doppelte der Fläche der Seite 409 ist, wird der Kolben 60 nach

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unten getrieben. Die an den Kolben angelegten Kräfte sind in Gleichung 4 3 angegeben.

Es kann eine Rückkopplungsverbindung vorgesehen sein, wie sie durch die gestrichelte Linie angegeben ist, und zwar über einen Positionswandler 459 und einen Verstärker 458 von dem Leistungskolben 402 zum Servoventil 172 zum Zwecke der DC-Stabilisierung, oder aber es können andere Stabilisiermittel verwendet werden, die in Verbindung mit Fig. 27 diskutiert sind.

Fig. 29 zeigt einen Impulsgenerator 500 mit einem Leistun-jsstufenventil 502 in konzentrischer Beziehung mit dem Hammer Das Ventil 502 besitzt eine Gleitpassung mit der Bohrung 58 des Impulsgeneratorgehäuses 56. Eine Stufe 504 im Mittelabschnitt :les Ventils 502 paßt in eine Stufe 506 der Bohrung 58, uit so zwei Antriebshohlräume 510 und 512 für das Ventil 502 vorzusehen. Jiese Antriebshohlräume 510 und 512 sind über Leitungen 514 und 516 mit Auslaßöffnungen des Servoventils 172 gekuppelt. Oas Servoventil 172 empfängt ebenfalls Versorgungs- und Rick-Lauf-Druck von Versorgungs- und Rücklauf-Leitungen 104 und 106. )ie Leitungen, welche das Ventil 172 mit den Versorgungs- und rücklaufleitungen 104 und 106 verbinden, sine zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeigt.

Kreisförmige Nuten 520 und 522 sind in die Bohrung 58 eingeschnitten, um öffnungen 524 und 526 zu bilden. Diese öffnungen oder Kanäle 524 und 526 verbinden den oberen Hohlraum 528, der in der Gehäusebohrung 58 durch den Hammerkolben 530 gebildet ist, mit Rücklauf- und Versorgungs-Durchführung 532 und 534. Die Versorgungsdurchführung 534 steht mit der Versorgungsleitung 104 in Verbindung und ist eng mit einem Versorgungsdruckakkumulator 536 gekuppelt. Die Rückführdurchführung 532 ist mit der Rücklaufleitung 106 und ebenfalls mit einem Rücklaufakkumulator 538 gekuppelt.

Die Arbeitsweise des in Fig. 29 gezeigten Steuerventilsystems ist ähnlich der Arbeitsweise des Dreiwegventils gemäß Fig. 28.

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Die Steuersignale e , die an Servoventil 172 angelegt werden, schalten den Druck in den Ventilantriebshohlräumen 510 und 512, um so zu bewirken, daß das Ventil 504 sich nach oben oder unten bewegt, wodurch die öffnungen 524 und 526 geöffnet und geschlossen werden, um so den Druck im Antriebshohlraum 528 von Versorgung auf Rücklauf zu schalten. Der Kolben 530 ist ein Differentialoder Differenzflächenkolben. Die untere Seite des Kolbens 530 steht kontinuierlich mit Versorgungsdruck in einem unteren Hohlraum 542 in Verbindung, der mit der Versorgungsdurchführung 534 verbunden ist. Wenn demgemäß das Ventil 504 nach oben getrieben wird, so wird der Hammer 60 nach unten angetrieben. Wenn umgekehrt das Ventil 5O4nach unten getrieben wird, so öffnet sich die Öffnung -^;24 und der Hammer wird nach oben längs des Rücklaufhubs auf die ?ewünschte Versetzung X_ getrieben. Die Wiederholfrequenz und •Ήβ Amplitude der Kraftimpulse, erzeugt durch Generator 500, '.önnen daher in der gleichen Weise gesteuert werden, wie für die oben beschriebenen Zwecke.

"ig. 30 zeigt den Impulsgenerator für geformte Impulse erfindungsgemäß ausgebildet für Unterwasser-Signalanwendungsfälle. Ein Kraftimpulsgenerator 600, der von der unter Bezugnahme auf die Fig. 2, 27, 28 oder 29 beschriebenen Konstruktion sein kann, ist durch Leitungen 602 und 604 mit hydraulischem Versorgungs- und Picklaufdruck versehen. Der Zeitsteuersignalgenerator ist im gLeichen Gehäuse enthalten wie der Impulsgenerator und die Steuersignale e und e_ sind mit Generator 600 an Klemmen 606 und 608 verbunden.

K B

Alternativ kann der Zeitsteuersignalgenerator entfernt angeordnet sein, wie beispielsweise an der Oberfläche, und die Steuersignale <\ werden an den Impulsgenerator 600 angelegt.

Der Generator 600 besitzt einen Hammer 610, der auf eine Schlagfeder aufschlägt, die durch einen Aufnahmekolben 612 gebildet

st, der in einem Volumen 614 aus Hydraulikströmungsmittel, i'.weckmäßigerweise Hydrauliköl, beweglich angeordnet ist. Das Volumen 614 und der Kolben 612 sind einstückig mit einem Radiator 616 ausgebildet, der an das Wasser angrenzt, in welches die Signale übertragen werden sollen. DieseBasis des Radiators 616 kan; eine zylindrische Oberfläche sein, die längs einer Bohrung 620 aes Gehäuses 622 für den Generator 600 gleitet. Geeignete Dichtungen,

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die als ein O-Ring 624 dargestellt sind, trennen das Innere des Generators 600 von dem umgebenden Wasser. Der Innendruck innerhalb des Gehäuses 622 kann der Umgebungsdruck (atmosphärischer Druck an der Oberfläche) sein. Der Druck kann über Leitung aufrechterhalten werden, um so den Innendruck Ρ_ an der Oberfläche einzustellen. Dieser Innendruck ist natürlich wesentlich kleiner als der Druck der Unterwasserumgebung, der mit P bezeichnet ist.

Wie in Fig. 31 gezeigt, wird beim Schlag des Hammers 610 auf den Aufnahmekolben 612 der Radiator oder Strahler 616 durch den erhöhten Druck der Flüssigkeitsfeder nach aussen getrieben, und zwar infolge des Eintritts des Kolbens 612 in das Flüssigkeitsvolumen 614. Wenn der Radiator nach aussen in das Wasser beschleunigt wird, so wird ein positiver Druckimpuls erzeugt. Dieser Impuls ist in Fig. 32 gezeigt. Die Größe des Impulses längs der Achse des Radiators 616 ist annähernd durch folgenden Ausdruck gegeben:

A (44),

dabei ist a der Radius des Radiators 616, A ist die Beschleunigung des Radiators und f ist der Abstand längs der Achse des Radiators 616 zum Beobachtungspunkt. ist die Dichte des den Generator 600 umgebenden Wassers. Die Zeitdauer des Druckimpulses wird gesteuert durch die Dauer der nach aussen gerichteten Beschleunigung des Radiators 616, die ihrerseits gesteuert wird durch die Masse des Kolbens M₁₁, die Masse des Radiators 616

einschließlich des Aufnahmekolbens 612, das Flüssigkeitsvolumen 614 und die anderen Teile, die mit dem Radiator 616 bewegbar sind. Diese Masse ist die Masse M . Die Impulsdauer wird ebenfalls bestimmt durch die Trägheit der Wasserlast M und die Steifheit der Flüssigkeitsfeder K . Die Druckdifferenz P_Q - P setzt den Radiator 616 nach jedem Impuls gegen das Generatorgehäuse 622 zurück . Der Radiator ist mit einem Flansch 628 ausgebildet, der mit einem Ring aus Dämpfungsmaterial 630,befestigt am vorderen Ende des Gehäuses 622, in Eingriff kommen kann. Dieser Ring 630 dient zur Dämpfung des Schlags des Rücksetzereignisses.

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Aus der vorstehenden Beschreibung erkennt man, daß die Erfindung Verfahren sowie eine Vorrichtung vorsieht, um seismische Untersuchungen sowohl auf dem Lande als auch unter dem Wasser auszuführen .

Die Erfindung sieht dabei Signale in der Form von geformten Kraftimpulsen vor, die ein Spektrum aufweisen, welches auf den Bereich von Frequenzen beschränkt ist, die notwendig sind, um auf die gewünschten Tiefen innerhalb der Erde einzudringen, und zwar für die Auflösung der darinnen befindlichen geologischen Reflexionsoberflächen. Diese Impulse werden in einer sich nicht wiederholenden oder aperiodischen Folge vorgesehen, die derart aufgebaut ist, daß ein übertragenes Energiespektrum erzeugt wird, dessen Mitt^lenergie sich glatt mit einem im wesentlichen konstanten Pegel über den Spektrumsfrequenzbereich erstreckt, und zwar unabhängig davon, daß die Wiederholfrequenz der Impulse über ein Frequenzband streicht, welches wesentlich schmaler ist als der Spektralbereich. Das übertragene Spektrum kann eine Auto-Korrelationsfunktion zeigen, welche eine Hauptkeule besitzt, die gegenüber jeglichen Seitenkeulen vorherrscht, und zwar entsprechend einem gewünschten Auflösungspegel der geologischen Reflexionsoberflächen.

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Leerseite

Claims

Ansprüche

Verfahren zur Erzeugung von seismischen Signalen zur Verwendung in einem seismischen Untersuchungssystem, g e k e η η zeichnet durch folgende Schritte: Erzeugung von mindestens einem Kraftimpuls und Beschränkung der Spektralenergie dieses Impulses derart, daß diese hauptsächlich innerhalb des durch das System verwendeten Frequenzbereichs liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Beschränkens in einer Weiso ausgeführt wird, um den Spektralpegel des Kraftimpulses im wesentlichen konstaüt über den Bereich hinweg zu halten.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzbereich eine höchste Frequenz in einer Region besitzt, wo der Spektralpegel mit ansteigender Frequenz abfällt, und wobei die erwähnte höchste Frequenz diejenige Frequenz ist, bei welcher der Spektralpegel auf 3 dB gegenüber dem Konstantpegel reduziert ist.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der ichritt zur Erzeugung des Kraftimpulses dadurch ausgeführt wird, daß man eine erste Masse auf eine zweite Masse aufschlagen läßt, und daß der Beschränkungsschritt ausgeführt wird duich Verarbeitung der Kraft infolge des Schlags übertragen durch cie zweite Masse.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verarbeitungsschritt ausgeführt wird durch Formen der Kraft derart, daß ein Kraftimpulsspektrum ex zeugt wird, welches auf den erwähnten Frequenzbereich beschränkt ist.

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ORIGINAL INSPECTED

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Formungsschritt ausgeführt wird durch Anlegen der erwähnten Kraft an eine Feder, und daß von dieser ein Ausgangsimpuls mit dem beschränkten Spektrum abgeleitet wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt des Koppeins des Ausgangsimpulses mit einem Aufnahmemedium.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopplungsschritt ausgeführt wird durch Anlegen des Ausgangskraftimpulses über die Feder an ein massives Glied in Berührung mit dem Medium.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einschränk- oder Beschränkungsschritt ausgeführt wird durch Formen des Kraftimpulses derart, daß dessen Dauer annähernd gleich 6/10 der Periode der höchsten Frequenz in dem Bereich ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Formungsschritt ausgeführt wird mit Hilfe einer Feder, welche durch eine Masse einen Schlag oder Stoß erhält, welche den Kraftimpuls hindurchliefert.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder eine gewisse Federkonstante K nähernd der folgenden Beziehung genügt:

die Feder eine gewisse Federkonstante K besitzt, welche anf₂ = 0,6

_ 0,6 ^KI
„ M_H

dabei ist f- die erwähnte höchste Frequenz und M ist die Größe der Masse.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder eine Flüssigkeitsfeder ist.

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13. Erfindung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt des Kuppeins des geformten Kraftimpulses mit einer ein seismisches Signal aufnehmenden Last mit Hilfe eines massiven Gliedes, welches die Flüssigkeitsfeder enthält.

14. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Erzeugungsschritt eine Kraftimpulsfolge erzeugt, in der der erwähnte Kraftimpuls einer aus einer Vielzahl von Kraftimpulsen in der Folge ist.

15. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Erzeugungsschritt derart ausgeführt wird, daß die Kraftimpulse aperiodisch in der Folge auftreten.

16. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Erzeugungsschritt den Schritt des Modulierens der Wiederholfrequenz der Impulse umfaßt.

17. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulationsschritt dadurch ausgeführt wird, daß man die Wiederholfrequenz der Impulse über ein Band von Frequenzen streicht oder durchläuft, welches kleiner ist als der Frequenzbereich, so daß harmonisch in Beziehung stehende Frequeiizkomponenten der erwähnten Impulse in dem Band andere Teile des Bereichs überdecken.

18. Verfahren nach Anspruch 17_f gekennzeichnet durch den Schritt des Verändernde der Amplitude der Impulse derart, daß die Veränderung in der mittleren Amplitude des Kraftiirpulsspektrums über den Bereich hinweg gesteuert wird.

8 0 9 8 7 6 / 0 5 0 3

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der die Amplitude verändernde Schritt ausgeführt wird durch Veränderung der Amplitude jedes der Kraftimpulse umgekehrt mit der Quadratwurzel ihrer Wiederholfrequenz.

20. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulationsschritt ausgeführt wird durch Veränderung der Wiederholfrequenz der Kraftimpulse linear mit der Frequenz über das Band.

21. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulationsschritt ausgeführt wird durch Veränderung der Wiederholfrequenz des Kraftimpulses nicht linear mit der Frequenz über das Band.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichrat, daß die nicht lineare Frequenzvariation logarithmisch :st.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichi et, daß die logarithmische Frequenzvariation derart vorgenc tunen ist, daß die Wiederholfrequenz der Impulse f als Funk.ion der Zeit t die folgende ist:

^fR ^(t) = ^fo ^ ,

dabei ist f die Frequenz am tieferen oder unteren Endt des Bandes und*C ist die Zeitdauer eines Durchlau :s oder Dui chgangs einer Oktave der Frequenz.

24. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulationsschritt ausgeführt wird durch Veräncerung der Periode zwischen aufeinanderfolgenden der erwähnten Kraftimpulse derart, daß die Veränderung des Spektralpegels über das Band hinweg gesteuert wird.

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25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulationsschritt ausgeführt wird durch Veränderung 3er Periode zwischen den aufeinanderfolgenden KraftimpulsenIinear über das Band hinweg, um eine Linearperiodenmodulation der Impulse in der Folge vorzusehen.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Linearperiodenmodulation derart erfolgt, daß die Wiederholfrequenz der Kraftimpulse f als Funktion der Zeit t die folgende ist:

f_R(t) = f_o(1 ₊ £>,

dabei ist f die Frequenz am unteren Ende des Bandes zur Zeit t = 0 und T ist eine Konstante, die mit der Zeitdauer für den Durch lauf über das Band und der Frequenz am oberen Ende des Bandes in Beziehung steht.

27. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzbereich annähernd 4 Oktaven beträgt und daß das Band kleiner ist als drei der vier Oktaven.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Oktaven am unteren Ende des Bereichs liegen.

29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Band von weniger als drei Oktaven von ungefähr 5 bis ungefähr 25 Hz erstreckt.

JO. Erfindung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das erwähnte Band eine Vielzahl von Teilen besitzt, deren jeder einen unterschiedlichen Wiederholfrequenzbereich bedeckt, und tfobei die Spektralenergie über den Spektralbereich hinweg ge glättet wird durch das Einstellen der Amplitude der Kraftimpulse .n jedem der Vielzahl von Teilen.

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31. Erfindung nach Anspruch 30, gekennzeichnet durch den Schritt des Erzeugens der Kraftimpulse, welche die erwähnten Teile durchlaufen oder überstreichen, aufeinanderfolgend.

32. Erfindung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Amplitudeneinstellschritt ausgeführt wird, um die Kraftimpulse in jeder der Vielzahl von Teilen mit Amplituden zu erzeugen, die sich von den Amplituden der Kraftimpulse in jedem anderen der Vielzahl von Teilen unterscheiden.

33. Erfindung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der Teile einen ersten Teil aufweist, der von einer ersten Wiederholfrequenz zu einer zweiten Wiederholfrequenz mit dem Doppelten der ersten Wiederholfrequenz durchstreicht, und einen zweiten Teil, der von der zweiten Wiederholfrequenz zu einer dritten Wiederholfrequenz mit dem Dreifachen der ersten Wiederholfrequenz durchstreicht, und wobei der Energiespektrumpegel der Impulse in dem erwähnten zweiten Teil annähernd die Hälfte des Energiespektralpegels der impulse im ersten Teil ist.

34. Erfindung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der Teile ferner einen dritten Teil aufweist, der von der dritten Wiederholfrequenz zu einer vierten Wiederholfrequenz fünfmal höher als die erste Wiederholfrequenz durchstreicht, und wobei der Energiespektralpegel der Impulse in dem dritten Teil annähernd 1/6 des Energiespektralpegels der Impulse im ersten Teil ist.

35. Erfindung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Band eine Vielzahl aufeinanderfolgender Teile aufweist, und wobei der Modulationsschritt den Schritt der Änderung der Rate umfaßt, mit der die Wiederholfrequenz der Impulse in jedem der Teile durchläuft, wodurch der Energiespektralpegel in den aufeinanderfolgenden Teilen eingestellt wird derart, daß die Veränderung des Spektralenergiepegels über den Frequenzbereich hinweg reduziert wird.

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36. Erfindung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile einen fortlaufend höheren Teil des Bandes bedecken, und wobei der Schritt der Änderung der Rate, mit der die Frequenz der Impulse überstrichen oder durchlaufen wird, durchgeführt wird durch Erhöhung der Durchlaufrate für jeden der Teile.

37. Erfindung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulationsschritt den zusätzlichen Schritt der Änderung der Amplitude des Impulse derart aufweist, daß die Impulse in jedem der Teile eine Amplitude besitzen, die sich von der Amplitude der Impulse in den anderen Teilen unterscheidet.

38. Erfindung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß der Amplitudenänderungsschritt ausgeführt wird durch Reduzierung der Amplitude der Impulse in den Teilen, die Teile mit höherer Frequenz des Bandes bedecken, derart, daß die Impulse in den höheren Frequenzteilen eine kleinere Amplitude besitzen als die Impulse in den niedrigen Frequenzteilen.

39. Erfindung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß der Amplitudenänderungsschritt durchgeführt wird durch Änderung der Amplitude der Impulse umgekehrt mit der Quadratwurzel ihrer Wiederholfrequenz.

40. Erfindung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teil des Modulationsschrittes ausgeführt wird durch den Durchlauf der Wiederholfrequenz über ein Band in einem höheren Frequenzteil des Spektralbereichs, und wobei der zweite Teil des Modulationsschritts ausgeführt wird durch Wiederholung des Durchlaufs mit einer Frequenz kleiner als die niedrigste Wiederholfrequenz in dem Band, wodurch Energie in einem niedrigeren Frequenzteil des Bereichs erzeugt wird.

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41. Erfindung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teil des Modulationsschritts ausgeführt wird durch Änderung der Frequenz, mit der die Wiederholfrequenz der Impulse den Durchlauf durchführt von einer ersten Frequenz zu einer zweiten Frequenz, während die Impulse in Wiederholfrequenz über das erste Band von der zweiten Frequenz zu einer dritten Frequenz streichen, wobei die ersten, zweiten und dritten Frequenzen aufeinanderfolgend höhere Frequenzen sind.

42. Erfindung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teil des Modulationsschritts ausgeführt wird durch Sperrung der Erzeugung von unterschiedlichen der Kraftimpulse, die einander in vorbestimmter Reihenfolge folgen.

43. Erfindung nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß die gesperrten Kraftimpulse abwechselnd oder alternativ aufeinanderfolgende Paare von diesen Kraftimpulsen sind.

44. Erfindung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulationsschritt ausgeführt wird durch aufeinanderfolgendes Durchlaufen der Wiederholfrequenz der erwähnten Kraftimpulse über gesonderte Bänder der erwähnten Vielzahl aufeinanderfolgender Bänder, wobei jedes der gesonderten Bänder einen unterschiedlichen Teil des Spektralbereichs bedeckt, wobei die Bänder mit der Frequenz derart in Beziehung stehen, daß die Harmonischen jedes der Bänder in unterschiedlichen Frequenzbereichen liegen, die nicht überlappend sind.

45. Erfindung nach Anspruch 42, gekennzeichnet durch den Schritt des Einsteilens der Amplitude der Kraftimpulse in jedem der gesonderten Bänder derart, daß die Veränderung des Energiespektrums über den Spektralbereich reduziert wird.

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46. Erfindung nach Anspruch 45/ dadurch gekennzeichnet, daß der Amplitudeneinsteilschritt ausgeführt wird durch Modifizierung von mindestens einer der (a) Amplitude der Kraftimpulse und(b) der Dauer des Frequenzdurchlaufs in mindestens ei'-em der erwähnten Bänder, welches das höchste in Frequenz bezügl ch dem in den Niederfrequenzbändern ist.

47. Vorrichtung zur Erzeugung seismischer Signale zur Verwendung in einem seismischen Untersuchungssystem, gekennzei :hnet durch Mittel zur Erzeugung von mindestens einem Kraftimp ils und Mittel zum Einschränken der Spektralenergie des Impu ses derart, daß diese hauptsächlich innerhalb des durch das ystem verwendeten Frequenzbereichs liegt.

48. Vorrichtung nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschränkmittel den Spektralpegel des Kraftimpulses im wesentlichen konstant über den Bereich halten.

49. Vorrichtung nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzbereich die höchste Frequenz in einem Be eich besitzt, wo der Spektralpegel mit ansteigender Frequenz abfällt, und wobei die höchste Frequenz diejenige Frequenz ist, b- i der der Spektralpegel um 3 dB gegenüber dem erwähnten Konsta tpegel reduziert ist.

50. Vorrichtung nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugungsmittel eine erste und eine zweite Mass« aufweisen, sowie Mittel zum Aufschlagen der ersten Masse au: die zweite Masse, und wobei die Einschränkmittel Mittel sind, um die beim Schlag erzeugte Kraft zu verarbeiten.

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ϊΐ. Vorrichtung nach einem oder mehreren cer vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet/ laß die Verarbeitungsmittel Mittel aufweisen, um die Kraf . derirt zu fornen, daß ein Kraftimpulsspektrum erzeugt wird, 'elches iuf den erwähnten Frequenzbereich eingeschränkt ist.

52. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel des Formungsschrittes Federmittel aufweise";, Mittel zum Anlegen der Kraft an die Federmittel und Mitte zum \bleiten eines Ausgangsimpulses von den Federmitteln mit '.em eingeschränkten Spektrum.

^r>3. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergeh nden j-isprüche, insbesondere nach Anspruch 52, dadurch gekennz iichnet, '.aß die Ableitmittel Mittel aufweisen, welche die zweite lasse umfassen, zum Kuppeln des Ausgangsimpulses mit einem Aufη hmernedium.

->4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergeh nden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 53, dadurch gekennz' ichnet, ■laß die Kupplungsmittel ein massives Glied aufweisen, und zwar in Berührung mit dem Medium und mit den Anlagemitteln übe. die Federmittel.

55. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufnahmemedium eine Unterwasserumgebung ist, daß c as massive Glied ein Radiator oder Strahlkörper _st, daß Mittel den Radiatcrkörper für eine Hin- und Herbewegung bezüglich des Mediums haltern, und daß der an den Radiatorkörper angelecte iraftimpuls über die erwähnten Federmittel an.ielegt wird.

I6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 55, gekennzeichnet Gurch ein Gehäuse, in dem der Radiatorkörper befestig; ist und zwei entgegengesetztliegende Seiten aufweist, wöbe, iine der Seiten und das Gehäuse innerhalb des Gehäuses eine zu ler einen fceite

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hinweisende Region bilden, während die andere der entgegengesetztliegenden Seiten zu dem Medium hinweist, und wobei ferner Mittel vorgesehen sind, um einen Druck in der Zone oder Region aufrechtzuerhalten, der niedriger ist als der Druck des Mediums, wenn das Gehäuse angeordnet ist, um darinnen Signale zu erzeugen derart, daß die Kräfte auf den Radiatorkörper in einer Richtung in das Gehäuse wirken.

57. Vorrichtung nach einem oder mehreren .der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 47, gekennzeichnet durch Einschränkmittel mit Mitteln zum Formen des Kraftimpulses derart, daß dessen Dauer annähernd gleich 6/10 der Periode der höchsten Frequenz in dem Bereich ist.

58. Vorrichtung nach Anspruch 57, dadurch gekennzeichnet, daß die Krafterzeugungsmittel eine Masse und Mittel zur Beschleunigung der Masse aufweisen, und daß die Formungsmittel eine Feder umfassen, die durch die Masse mit einem Schlag beaufschlagt wird, um den Kraftimpuls dadurch zu liefern.

59. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 58, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder eine bestimmte Federkonstante K₁ besitzt, welche annähernd folgender Gleichung.genügt:

dabei ist f_ die erwähnte höchste Frequenz und M istdie Größe der Masse.

60. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 59, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder eine Flüssigkeitsleder ist.

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2 7 A 5 2 1

61. Vorrichtung nach Anspruch 60, gekennzeichnet durch Mittel zum Kuppeln des geformten Impulses mit einer seismischen Signalaufnahmelast mit Hilfe eines massiven Gliedes, welches die erwähnte Flüssigkeitsfeder enthält.

62. Vorrichtung nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugungsmittel Mittel aufweisen, um eine Folge von Kraftimpulsen vorzusehen, in welcher der Kraftimpuls einer aus einer Vielzahl von Kraftimpulsen in der Folge ist.

63. Vorrichtung nach Anspruch 62, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kraftimpulsfolge erzeugenden Mittel Mittel aufweisen, welche die Kraftimpulse aperiodisch in der Folge erzeugen.

64. Vorrichtung nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftimpulsfolge-Erzeugungsmittel Mittel aufweisen, welche die Wiederholfrequenz der Impulse modulieren, wodurch die Kraftimpulse aperiodisch in der Folge vorgesehen werden.

65. Vorrichtung nach Anspruch 64, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsmittel Mittel aufweisen, um die Wiederholfrequenz der Impulse über ein Band von Frequenzen zu streichen, das kleiner ist als der Frequenzbereich, und zwar derart, daß harmonisch in Beziehung stehende Frequenzkomponenten der erwähnten Impulse in dem erwähnten Band die anderen Teile des Bereichs bedecken.

66. Vorrichtung nach Anspruch 65, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugungsmittel auch Mittel aufweisen, um die Amplitude der Kraftimpulse derart zu verändern, daß die Veränderung der mittleren Amplitude des Kraftimpulsspektrums über den Bereich hinweg gesteuert wird.

67. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 66, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplituden-Veränderungsmittel Mittel aufweisen, um die Amplitude jedes der Kraftimpulse in der Folge zu verändern, und

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te

zwar umgekehrt mit der Quadratwurzel von deren Wiederhol frequenz.

68. Vorrichtung nach Anspruch 65, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsmittel Mittel aufweisen, um die Wiederholfrequenz der erwähnten Kraftimpulse linear mit der Frequenz über das Band hinweg zu verändern.

69. Vorrichtung nach Anspruch 65, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsmittel Mittel zur Veränderung der Wiederholfrequenz der erwähnten Kraftimpulse nicht linear mit der Frequenz über das Band hinweg aufweisen.

70. Vorrichtung nach Anspruch 69, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtlinearen Wiederholfrequenz-Veränderungsmittel die Veränderung der Wiederholfrequenz vorsehen, und zwar mit einer logarithmischen Funktion der Frequenz.

71. Vorrichtung nach Anspruch 70, dadurch gekennzeichnet, daß die logarithmische Frequenzveränderung derart erfolgt, daß die Wiederholfrequenz der Impulse f als Folge der Zeit t, die folgende ist:

^fR<^t} - ^fo²* ,

dabei ist f die Frequenz am unteren Ende des Bandes, und ist die Zeitdauer eines Durchlaufs einer Oktave in der Frequenz.

72. Vorrichtung nach Anspruch 65, dadurch gekennzeichnet,

daß die Mittel zum überstreichen der Wiederholfrequenz-der Kraftimpulse die Veränderung der Periode zwischen aufeinanderfolgenden der erwähnten Kraftimpulse derart vorsehen, daß die Veränderung des Spektralpegels über das Band hinweg gesteuert wird.

73. Vorrichtung nach Anspruch 72, dadurch gekennzeichnet,

daß die Periodenveränderungsmittel Mittel aufweisen, um die Periode zwischen aufeinanderfolgenden Kraftimpulsen zu verändern, und zwar linear über das Band hinweg, um eine lineare Periodenmodulation der Impulse in der Folge vorzusehen.

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2 7 A 5 2 1

74. Vorrichtung nach Anspruch 73, dadurch gekennzeichnet, daß die lineare Periodenmodulation derart erfolgt, daß die Wiederholfrequenz der Kraftimpulse f_D als Funktion der Zeit t

die folgende ist:

f_R(t) = f_o(1 + |),

dabei ist f die Frequenz am unteren Ende des Bandes und T ist eine Konstante, die mit der Zeitdauer für den Durchlauf oder das Überstreichen über das Band und der Frequenz am oberen Ende des Bandes in Beziehung steht.

75. Vorrichtung nach Anspruch 65, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzbereich annähernd 4 Oktaven beträgt, und daß das Band kleiner ist als 3 der 4 Oktaven.

76. Vorrichtung nach Anspruch 75, dadurch gekennzeichnet, daß das Band von weniger als 3 Oktaven am unteren Ende des Bereichs liegt.

77. Vorrichtung nach Anspruch 76, dadurch gekennzeichnet, daß das Band von weniger als 3 Oktaven sich von 5 bis 25 Hz erstreckt,

78. Vorrichtung nach Anspruch 65, dadurch gekennzeichnet,

daß das Band eine Vielzahl von Teilen besitzt, deren jeder einen unterschiedlichen Wiederholfrequenzbereich bedeckt, und wobei die Erzeugungsmittel ebenfalls Mittel aufweisen, um die Amplitude der Kraftimpulse in jedem der Vielzahl von Teilen einzustellen.

79. Vorrichtung nach Anspruch 78, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugungsmittel zur Erzeugung der Kraftimpulse dienen, welche die erwähnten Teile aufeinanderfolgend derart überstreichen, daß die Uberstreichungen oder Durchläufe des Teils einer nach dem anderen erfolgt.

80. Vorrichtung nach Anspruch 78, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudeneinstellmittel Kraftimpulse in jeder der Viel-

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zahl von Teilen mit einer Amplitude vorsehen, die sich von der Amplitude der Kraftimpulse in den anderen der Vielzahl von Teilen unterscheiden.

81. Vorrichtung nach Anspruch 78, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der Teile einen ersten Teil aufweist, der von einer ersten Wiederholfrequenz zu einer zweiten Wiederholfrequenz zweifach die erste Wiederholfrequenz durchstreicht und daß ein zweiter Teil vorgesehen ist, der von der zweiten Wiederholfrequenz zu einer dritten Wiederholfrequenz dreifach die erste Wiederholfrequenz durchstreicht, und wobei die Einstellmittel die Impulse in dem zweiten Teil mit einem Energiespektralpegel vorsehen, der annähernd eine Hälfte des Energiespektralpegels der Impulse des ersten Teils ist.

82. Vorrichtung nach Anspruch 81, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der Teile ferner einen dritten Teil aufweist, der hindurchläuft von der dritten Wiederholfrequenz zu einer vierten Wiederholfrequenz fünfmal höher als der ersten Wiederholfrequenz, und wobei die Einstellmittel die Impulse in dem dritten Teil mit einem Energiespektrumpegel vorsehen, der annähernd ein Sechstel des Energiespektrumpegels der Impulse in dem ersten Teil ist.

83. Vorrichtung nach Anspruch 65, dadurch gekennzeichnet, daß das Band eine Vielzahl aufeinanderfolgender Teile besitzt, und wobei die Modulationsmittel Mittel aufweisen, um die Rate zu ändern, mit der die Wiederholfrequenz der Impulse in jedem der Teile die Uberstreichung vornimmt, wodurch der Energiespektrumspegel j.i den aufeinanderfolgenden Teilen eingestellt wird, und zwar derart, daß die Veränderung im Energiespektrumspegel über den Frequenzbereich hinweg reduziert wird.

84. Vorrichtung nach Anspruch 83, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Teile einen aufeinanderfolgenden höheren Teil des Bandes bedeckt, und wobei die Mittel zur Änderung der Rate, mit der die Frequenz der Impulse überstrichen wird, eine Erhöhung der Uberstreich- oder Durchlaufrate für jeden der Teile vorsieht.

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85. Erfindung nach Anspruch 84, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulattonsmittel ebenfalls Mittel aufweisen, um die Amplitude der Impulse einzustellen, um Impulse in jedem der Teile vorzusehen, die eine Amplitude besitzen, die sich von der Amplitude der Impulse in den anderen der Teile unterscheidet.

85. Vorrichtung nach Anspruch 85, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudeneinstellmittel eine Reduzierung der Amplitude der Impulse in den Teilen vorsehen, welche die höheren Frequenzteile des Bandes bedecken, und zwar derart, daß die Impulse in den höheren Frequenzteilen eine kleinere Amplitude besitzen als die Impulse in den niederen Frequenzteilen.

87. Vorrichtung nach Anspruch 86, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudeneinstellmittel die Amplitude der erwähnten Impulse umgekehrt mit der Quadratwurzel ihrer Wiederholfrequenz ändern.

88. Vorrichtung nach Anspruch 64, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsmittel Mittel aufweisen, um die Wiederholfrequenz der Kraftimpulse zu überstreichen über ein Band in einem höheren Frequenzteil des Spektralbereichs, und wobei diese Überstreichung mit einer Frequenz wiederholt wird, die kleiner ist als die niedrigste Kraftwiederholfrequenz in dem Band, wodurch Energie in einem niedrigeren Frequenzteil des Bereichs erzeugt wird.

89. Vorrichtung nach Anspruch 88, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsmittel die Änderung der Frequenz vorsehen, mit der die Wiederholfrequenz der Kraftimpulse von einer ersten Frequenz zu einer zweiten Frequenz streicht, während die Impulse in der Wiederholfrequenz über das erwähnte Band von der zweiten Frequenz zu einer dritten Frequenz überstreichen, und wöbe erste, zweite und dritte Frequenzen aufeinanderfolgend höhere Frequenzen sind.

90. Vorrichtung nach Anspruch 64, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsmittel Mittel aufweisen, um die Erzeugung unterschiedlicher Kraftimpulse der erwähnten Kraftimpulse zu erzeugen, welche aufeinander in einer vorbestimmten Reihenfolge folgen,

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wodurch Energie in einem niedrigeren Frequenzteil des Bereichs erzeugt wird.

91. Vorrichtung nach Anspruch 90, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrmittel die Sperrung abwechselnder aufeinanderfolgender Paare der Kraftimpulse vorsehen.

92. Vorrichtung nach Anspruch 64, dadurch gekennzeichnet,

daß die Modulationsmittel Mittel aufweisen, um aufeinanderfolgend die Wiederholfrequenz der Kraftimpulse über gesonderte Bänder aus einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Bändern zu streichen, wobei jedes der gesonderten Bänder einen unterschiedlichen Teil des erwähnten Spektralbereichs bedeckt, und wobei die Bänder Lrnquenzmäßig derart in Beziehung stehen, daß die Harmonischen jedes der Bänder in unterschiedlichen Frequenzbereichen liegen, die nicht überlappend sind.

93. Vorrichtung nach Anspruch 92, gekennzeichnet durch Mittel zur Einstellung der Amplitude der Kraftimpulse in jedem der gesonderten Bänder, um die Veränderung des Energiespektrums über des Spektralbereich zu vermindern.

94. Vorrichtung nach Anspruch 93, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudeneinstellmittel die Reduzierung von mindestens

a) der Amplitude der Kraftimpulse und b) der Dauer des Frequenzdurchlaufs in mindestens einem der Bänder vorsehen, welches das höchste in der Frequenz bezüglich desjenigen in den niedrigeren Frequenzbändern ist.

95. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 62, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftimpulserzeugungsmittel einen Hammer aufweisen, Mittel zum Anlegen von unter Druck stehendem Hydraulikströmungsmittel an den Hammer zum Antrieb des Hammers über Versetzungsbewegungen in entgegengesetzten Richtungen hinweg, d.h. über einen Rücklauf- und Vorlaufhub hinweg, von und zu einer Schlagposition hin, welche am Ende des Vorwärtshubs angeordnet ist, um die Kraftimpulse zu erzeugen, und wobei die Mittel zur Zuführung des hydraulischen Strömungsmittels Steuerventilmittel

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aufweisen, um das an den Hammer angelegte hydraulische Strömungsmittel zwischen Versorgungsdruck und Rücklaufdruck umzuschalten, und wobei auf ein Steuersignal ansprechende Mittel vorgesehen sind, um die Steuerventilmittel zu betätigen und so den Druck sequentiell zu ausgewählten Zeitaugenblicken umzuschalten, um eine Folge von Rücklauf oder Vorwärtshüben vorzusehen, wodurch die erwähnte Folge von Kraftimpulsen erzeugt wird, und wobei die erwähnten Einschränkmittel Schlagfedermittel aufweisen, um die Kraftimpulse von dem Hammer zu empfangen, wenn dieser die Schlagposition erreicht, wobei der Kraftimpulse derart geformt wird, daß er mit einem Kraftimpulsspektrum ausgestattet ist, welches auf den erwähnten Frequenzbereich beschränkt ist.

96. Vorrichtung nach Anspruch 95, gekennzeichnet durch Mittel zur Erzeugung der Steuersignale zum Betrieb der Steuersignalerzeugungsmittel, welche wiederholt aperiodisch ausgebildet sind, wodurch die Kraftimpulse in einer aperiodischen Folge erzeugt werden.

97. Vorrichtung nach Anspruch 96, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugungsmittel .Mittel aufweisen zur Erzeugung als Steuersignale eine Folge von elektrischen Signalimpulsen über ein Band von Wiederholfrequenzen hinweg,kleiner als der Frequenzbereich.

98. Vorrichtung nach Anspruch 97, dadurch gekennzeichnet, daß

die Steuersignalerzeugungsmittel Mittel zur Erzeugung zweiter Steuer-Signale aufweisen, welche die Energie jedes der Kraftimpulse in der Folge repräsentieren, und wobei die auf das Steuersignal ansprechenden Mittel Mittel aufweisen, welche auf die elektrischen Signalimpulse und die zweiten Steuersignale ansprechen, um die Steuerventilmittel derart zu betätigen, daß der erwähnte Hydraulik-Strömungsmitteldruck umgeschaltet wird, um die Versetzung des Hammers während jedes der Hübe zu steuern, um die Energie der Kraftimpulse zu ändern.

99. Vorrichtung nach Anspruch 98, gekennzeichnet durch Mittel, welche auf die Versetzung des Hammers ansprechen, um dritte Signale zu erzeugen, Mittel, welche auf die Größe des Versorgungs-

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und Rücklaufdruckes ansprechen, um vierte und fünfte Signale zu erzeugen, wobei die auf das Steuersignal ansprechenden Mittel auf die dritten, vierten und fünften Signale ansprechen, um die Steuerventilmittel zu betätigen.

100. Vorrichtung nach Anspruch 99, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerventilmittel ein erstes Ventil aufweisen, welches durch die elektrischen Signale betätigt werden kann, und daß die auf das Steuersignal ansprechenden Mittel Mittel aufweisen, welche durch die elektrischen Impulse und die zweiten, dritten, vierten und fünften Signale betätigt werden, um digitale elektrische Steuersignale zu erzeugen für die Betätigung des ersten Ventils in erste und zweite oder dritte Positionen, von denen zwei dem Anlegen von Hydraulikdruckkräften in entgegengesetzten Sinnen an den Hammer entsprechen, während die dritte Position der Schließposition des Ventils entspricht.

101. Vorrichtung nach Anspruch 100, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerventilmittel eine Leistungsventiltufe aufweisen, die durch das erste Ventil betätigt wird, um den an den Hammer angelegten Hydraulikdruck umzuschalten.

102. Vorrichtung nach Anspruch 101, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsventilstufe ein Rohrventil ist, welches um den Hammer herum angeordnet ist.

103. Vorrichtung nach Anspruch 101, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsventilstufe ein Vierwegventil ist.

104. Vorrichtung nach Anspruch 101, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsventilstufe ein Dreiwegventil ist.

105. Hydraulisches Schlagwerkzeug mit einem eine Bohrung aufweisenden Gehäuse, wobei in der Bohrung ein Hammer hin- und herbewegbar ist, der einen Kolben aufweist, der mit einer Gleitpassung in der Bohrung sitzt und diese in erste und zweite Hohlräume auf entgegengesetzten Seiten des Kolbens unterteilt, dadurch gekennzeichnet, daß der Hammer in ainer Vorwärtsrichtung

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in eine Schlagposition hineinbewegbar ist, wo er auf eine Last aufschlägt und schlagartig einen Kraftimpuls darauf ausübt, wobei der Hammer in Rücklaufrichtung von der Schlagposition weg bewegbar ist, und wobei Mittel zur Steuerung der Erzeugung der durch den Hammer angelegten Kraftimpulse vorgesehen sind, welche folgende Elemente aufweisen: ein Leistungsstufenventil in Verbindung mit mindestens einem der Hohlräume zur Steuerung des Druckhydraulikströmungsmittelflusses, um den an den Kolben zum Antrieb des'Hammers in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung angelegten Druck umzuschalten, Mittel, um hydraulisches Strömungsmittel an den Versorgungsund Rücklaufdrucköffnungen vorzusehen, ein Steuerventil in Verbindung mit dem Leistungsstufenventil zur Positionierung des Leistungsstufenventils wahlweise in drei Position, wobei in einer ersten Position das Leistungsstufenventil die Verbindung des einen Hohlraums mit dem Hydraulikströmungsmittel an dem Versorgungsdruck herstellt, während in einer zweiten Position das Leistungsstufenventil die Verbindung des einen Hohlraums mit dem Hysraulikströmungsmittel an dem Rücklaufdruck vorsieht, und wobei schließlich in der dritten Position das Leistungsstufenventil den einen Hohlraum schließt,

und Mittel, welche auf die Lage des Hammers und auf die Steuersignale ansprechen, welche den Zeiten des Auftretens der Kraftimpulse entsprechen, um das Steuerventil zu betätigen, um zu bewirken, daß das Leistungsstufenventil den Druckhohlraum umschaltet, um Druck an den Kolben anzulegen, um den Hammer in der Vorwärtsrichtung zu treiben, wodurch die Kraftimpulse erzeugt werden.

106. Vorrichtung nach Anspruch 105, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerventilbetriebsmittel ebenfalls auf die anderen Steuersignale ansprechen, die der Energie der Kraftimpulse zum Betrieb des Steuerventils entsprechen, um zu bewirken, daß der Hammer in der Rücklaufrichtung in eine Position versetzt wird, um einen Hub in der Vorwärtsrichtung aufzubauen, der ausreicht, um die Energie zu erzeugen, die dem erwähnten anderen Steuersignal entspricht.

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107. Vorrichtung nach Anspruch 105, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftimpulserzeugungssteuermittel Mittel aufweisen, um als die erwähnten Steuersignale eine Folge von elektrischen Signalimpulsen zu erzeugen, deren jeder einem darauffolgenden der erwähnten Kraftimpulse entspricht.

108. Vorrichtung nach Anspruch 107, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuersignalerzeugungsmittel Mittel aufweisen, um zweite Steuersignale zu erzeugen, welche die Energie jedes der Kraftimpulse in der Folge repräsentieren, und wobei die Steuerventilbetätigungsmittel Mittel aufweisen, welche auf die elektrischen Signalimpulse und die zweiten Steuersignale ansprechen, um die Steuerventilmittel zu betätigen, derart, daß der hydranlische Strömungsmitteldruck zum Leistungsstufenventil geschaltet wird, um selektiv das Leistungsstufenventil in den erwähnten drei Positionen anzuordnen, wodurch der hydraulische Strömungsmitteldruck in dem einen Hohlraum geschaltet wird, um die Versetzung des Hammers in der Rücklaufrichtung zu steuern, wodurch die Energie der Kraftimpulse geändert wird.

109. Vorrichtung nach Anspruch 108, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerventilbetriebsmittel Mittel aufweisen, welche auf die Versetzung des Hammers ansprechen, um dritte und vierte Signale zu erzeugen, die der Lage und Geschwindigkeit desselben entsprechen, wobei Mittel vorgesehen sind, welche auf die Größe des Versorgungs- und Rücklaufdrucks ansprechen, um fünfte und sechste Signale zu erzeugen, wobei diese Mittel durch die Impulse betätigt werden, und wobei die zweiten Steuersignale ebenfalls durch die dritten, vierten, fünften und sechsten Signale betätigt werden, um ternäre Digitalsignale zu erzeugen, für den Betrieb der Steuerventilmittel, wobei die ternären Signale drei Werte besitzen, von denen ein jeder einer unterschiedlichen der drei Positionen des Leistungsstufenventils entspricht.

110. Vorrichtung nach Anspruch 109, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsventilstufe ein rohrförmiges Ventil ist, welches um den Hammer herum angeordnet ist, und daß das Rohrventil in dem erwähnten einen Hohlraum angeordnet ist, wobei

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der andere der Hohlräume in kontinuierlicher Verbindung mit dem hydraulischen Strömungsmittel auf dem Versorgungsdruck ist, während die Seiten des Kolbens unterschiedliche Flächen besitzen.

111. Vorrichtung nach Anspruch 109, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsventilstufe ein Vierwegventil in Verbindung mit den beiden Hohlräumen ist.

112. Vorrichtung nach Anspruch 109, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsventilstufe ein Dreiwegventil ist, daß der andere der Hohlräume in dauernder Verbindung mit dem hydraulischen Strömungsmittel bei Rücklaufdruck steht, und daß die Seiten des Kolbens unterschiedliche Flächen besitzen.

113. Vorrichtung nach Anspruch 109, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerventilbetätigungsmittel Mittel aufweisen, welche auf die Impulse und die erwähnten zweiten bis sechsten Signale ansprechen, um Zittersignale zu erzeugen und diese selektiv an das Steuerventil anzulegen.

114. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 110 bis 112, gekennzeichnet durch einen Akkumulator, wobei die hydraulischen Strömungsmittelerzeugungsmittel eine Leitungsverbindung mit dem Druckströmungsmittel auf Versorgungsdruck zu einem Hohlraum vorsehen, und zwar über ein Leistungsstufenventil, wobei der Akkumulator mit dieser Leitung verbunden ist.

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