NO771514L

NO771514L - PROCEDURE AND DEVICE FOR DETERMINING TIME INFORMATION FROM A B {RE WAVE SIGNAL

Info

Publication number: NO771514L
Application number: NO771514A
Authority: NO
Inventors: William N Waggener
Original assignee: Schlumberger Technology Corp
Priority date: 1976-05-10
Filing date: 1977-04-29
Publication date: 1977-11-08
Also published as: GR63199B; OA05657A; IE45139L; DE2721023A1; FR2351549A1; FR2351549B1; AR222004A1; AU2486077A; IT1101653B; CA1119686A; EG13329A; ES458606A1; AU513642B2; IE45139B1; GB1579488A; NL7705119A; BR7702901A

Description

"Fremgangsmåte og apparat for utledning av tidsinformasjon fra et bærebølgesignal". "Method and apparatus for deriving time information from a carrier signal".

Iienne oppfinnelse angår digitale signaleringssystemer og er mer spesielt rettet mot utledning av tidsinformasjon fra digitale signaleringssystemer. The invention relates to digital signaling systems and is more particularly aimed at deriving time information from digital signaling systems.

Når digitale data overføres ved hjelp av elektriske akustiske mekaniske eller andre midler, er det nødvendig ved mot-tagerenden å trekke ut tidsinformasjon fra det mottatte signal When digital data is transmitted using electrical, acoustic, mechanical or other means, it is necessary at the receiving end to extract time information from the received signal

for å identifisere starttiden for hvert overført digitalt symbol. Vanligvis blir et børebølgesignal modulert med digitale symboler ved senderenden, og symbolhastigheten står i forhold til bærebølge-frekvensen, vanligvis enten som et multiplum av denne eller med et heltallig forhold til denne. I systemer hvor det mottatte signal er blitt støyfylt er det et særlig akutt problem å oppnå nøyaktig tidsinformasjon. En type systemer hvor en støyfylt overføringsvei forekommer er f.eks. et system for såkalt "logging under boring", hvor brønnloggedata overføres til overflaten av et borehull gjennom et borerør under boreoperasjonen. I et slikt tilfelle er det vanskelig å overføre innsamlede data til overflaten ad elektrisk vei, hvis ikke borerøret er forsynt med en spesiell isolert leder inkludert midler til å danne nødvendige forbindelser for lederen ved borerørkoblingene. Følgelig'er det foreslått forskjellige systemer for overføring av loggedata ad akustisk, vei, enten gjennom borerøret eller i borevæsken. vanligvis blir de aktuelle data omdannet til digital form og så brukt til å modulere et bærebølge-, signal, f.eks. ved faee-skift-nøkling (PSK), frekvens-skift-høkling (FSK) eller amplitude-skift-nøkling (ASK). Ved overflaten blir det akustiske signal detektert og demodulert for å avstedkomme den ønskede informasjonsutløsning ( se f.eks. US-patent nr. 3.886.495). I systemer av denne type eller andre hvor transmisjons- . mediet avviker fra det ideelle, utsettes signalet for vesentlige mengder støy og dette gjør det vanskelig å trekke ut symboltidsinformasjon. Visse teknikker for utledning av symboltidsstyringen to identify the start time of each transmitted digital symbol. Usually, a carrier wave signal is modulated with digital symbols at the transmitter end, and the symbol rate is proportional to the carrier frequency, usually either as a multiple of this or with an integer ratio to it. In systems where the received signal has become noisy, it is a particularly acute problem to obtain accurate time information. A type of system where a noisy transmission path occurs is e.g. a system for so-called "logging while drilling", where well log data is transferred to the surface of a borehole through a drill pipe during the drilling operation. In such a case, it is difficult to transmit collected data to the surface by electrical means, if the drill pipe is not provided with a special insulated conductor including means to form the necessary connections for the conductor at the drill pipe connections. Consequently, different systems have been proposed for the transmission of log data acoustically, either through the drill pipe or in the drilling fluid. usually the relevant data is converted into digital form and then used to modulate a carrier wave signal, e.g. by phase shift keying (PSK), frequency shift keying (FSK) or amplitude shift keying (ASK). At the surface, the acoustic signal is detected and demodulated to produce the desired information release (see e.g. US patent no. 3,886,495). In systems of this type or others where transmission- . the medium deviates from the ideal, the signal is exposed to significant amounts of noise and this makes it difficult to extract symbol time information. Certain techniques for deriving the symbol timing control

er beskrevet i artikkelen "Recent Advances in Symbol Synchrni-zation** av W. N. Waggener, i Vol. 12, nr. 1 av Instrument Society of America Transactions, side 7. is described in the article "Recent Advances in Symbol Synchrni-zation** by W. N. Waggener, in Vol. 12, No. 1 of the Instrument Society of America Transactions, page 7.

Når digitale data overføres ved modulering av en bære-bølge og bærebølgefrekvensen står i koherent relasjon til symbpl-hastigheten, kan tidsinformasjon fra bærebølgen brukes som hjelp ved utledningen av symboltidsinformasjon. Som talleksempel kan det betraktes et tilfelle hvor symbolhastigheten er f.eks. 600 symboler pr. sek. og den modulerte bærebølgefrekvens f.eks. 2.400 hertz, hvilket innebærer at det blir 4 bærebølgeperioder for hver symbolperiode. Enkel divisjon av bærebølgefrekvensen med en faktor på 4 vil her gi en klokkefrekvens lik symbolhastigheten. Selv om den dividerte frekvens ville være i det vesentlige korrekt, med-fører divisjonsprosessen en tvetydig fase som må klarlegges* When digital data is transmitted by modulating a carrier wave and the carrier frequency is in coherent relation to the symbol rate, time information from the carrier wave can be used as an aid in the derivation of symbol time information. As a numerical example, a case where the symbol rate is e.g. 600 symbols per Sec. and the modulated carrier frequency e.g. 2,400 hertz, which means that there are 4 carrier wave periods for each symbol period. Simple division of the carrier frequency by a factor of 4 will here give a clock frequency equal to the symbol rate. Although the divided frequency would be essentially correct, the division process involves an ambiguous phase that needs to be clarified*

Symboltidsinformasjon kan også utledes av de digitale data uavhengig av bærebølgefrekvensen slik som beskrevet i oven-nevnte publikasjon* Symboltidsinformasjon kan imidlertid bare bli oppnådd når et symbol går over fra en verdi til en annen verdi. Således vil lengre perioder uten slik overgang gjøre det vanskelig å opprettholde symbolsynkronisering. Når det opptrer uvanlige høye støynivåer under overføringen blir også problemet med å opprettholde synkronisering aksentuert. Symbol time information can also be derived from the digital data independently of the carrier frequency as described in the above-mentioned publication* However, symbol time information can only be obtained when a symbol transitions from one value to another value. Thus, longer periods without such a transition will make it difficult to maintain symbol synchronization. When unusually high noise levels occur during transmission, the problem of maintaining synchronization is also accentuated.

Det er et formål med denne oppfinnelse å tilveiebringe et system som reduserer til et minimum feil som forekommer under deteksjon av tidsinformasjon. It is an object of this invention to provide a system which reduces to a minimum errors which occur during the detection of time information.

I henhold til dette og andre formål er ett aspekt ved denne ..oppfinnelse rettet mot en fremgangsmåte for utledning av tidsinformasjon fra et bærebølgesignal modulert med digitale symboler, hvor symbolhastigheten står i forhold til bærebølgefrekvensen, hvor en faselåst sløyfe genererer et feilsignal og omfatter en oscillator som er påvirkbar av feilsignalet, og hvor følgende trinn inngår: generering av et første signal under påvirkning av bære-bølgesignalet i det vesentlige med symbolhastigheten, generering av et annet signal som er påvirkbart av syraboloverganger og kombinering av det første signal, det annet signalg et signal avledet fra oscillatoren for å generere feilsignalet. In accordance with this and other objects, one aspect of this invention is directed to a method of deriving timing information from a carrier signal modulated with digital symbols, wherein the symbol rate is proportional to the carrier frequency, wherein a phase-locked loop generates an error signal and comprises an oscillator which is influenced by the error signal, and in which the following steps are included: generating a first signal under the influence of the carrier wave signal substantially at the symbol rate, generating a second signal which is influenced by syrabolic transitions and combining the first signal, the second signalg a signal derived from the oscillator to generate the error signal.

Et annet aspekt av oppfinnelsen er rettet mot et apparat for utledning av tidsinformasjon fra et bærebølgesignal modulert med digitale symboler, hvor symbolhastigheten står i relasjon til bærebølgefrekvensen, omfattende en faselåst sløyfe med en pscilla- tor og én anordning for generering av feilsignal for å styre oscillatoren, en anordning som er påvirkbar av bærebølgen for generering av et første signal i det vesentlige med symbolhastigheten, en anordning som er påvirkbar ay symboloverganger for generering av et annet signal, og feilsignål-gerieratoranoédningen er påvirkbar av det første signal, det annet signal og et signal avledet fra oscillatoren for generering av et feilsignal til å ' styre oscillatoren. Another aspect of the invention is directed to an apparatus for deriving time information from a carrier wave signal modulated with digital symbols, where the symbol rate is in relation to the carrier frequency, comprising a phase-locked loop with an oscillator and one device for generating an error signal to control the oscillator , a device responsive to the carrier wave to generate a first signal substantially at the symbol rate, a device responsive to symbol transitions to generate a second signal, and the error signal generator generator responsive to the first signal, the second signal and a signal derived from the oscillator for generating an error signal to control the oscillator.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere under The invention will be explained in more detail below

henvisning til tegningen hvortreference to the drawing each

Figur 1 ér et skjematisk blokkdiagram for et system i Figure 1 is a schematic block diagram for a system i

henhold til en utføreisesform av oppfinnelsen.according to an embodiment of the invention.

Figur 2 er et blokkskjerna for et system i henhold til Figure 2 is a block kernel for a system according to

en annen utførelsesform av oppfinnelsen, oganother embodiment of the invention, and

figur 3 er et oversiktsdiagram delvis i blokkform som viser foreliggende oppfinnelse inkorporert i et system for borehullslogging. på figur 1 er det vist et blokkskjerna for et system i henhold til denne oppfinnelse t for utledning av tidsinformasjon fra et mottatt inngangs- eller bærebølgesignal modulert med digitale symboler. Den grunnleggende tidsstyring tilveiebringes av en faselåst sløyfe 20 som blant annet omfatter en spenningsstyrt oscillator 21, et slØyfefilter 22 og en anordning 23 for generering av et feilsignal. i denne utførelsesform er feilsignalanordnihgen en summeringsforsterker omfattende en operasjonsforsterker 24 arrangert på konvensjonell måte for å arbeide som summeringsforsterker, d.v.s. med en passende tilbakekoblingsmotstand og et summeringspunkt ved forsterkerens inverterende inngang. Inngangene til summeringspunktet for summeringsforsterkeren 23 som skjer over veiemotstander Ri og R2 ér forbundet med utganger på respektive fasekomparatorer 31 og 32. figure 3 is an overview diagram partly in block form showing the present invention incorporated in a system for borehole logging. Figure 1 shows a block core for a system according to this invention t for deriving time information from a received input or carrier wave signal modulated with digital symbols. The basic time management is provided by a phase-locked loop 20 which, among other things, comprises a voltage-controlled oscillator 21, a loop filter 22 and a device 23 for generating an error signal. in this embodiment the error signal device is a summing amplifier comprising an operational amplifier 24 arranged in a conventional manner to work as a summing amplifier, i.e. with a suitable feedback resistor and a summing point at the amplifier's inverting input. The inputs to the summation point for the summation amplifier 23, which occurs across resistors Ri and R2, are connected to the outputs of respective phase comparators 31 and 32.

Fasekomparatoren 31 mottar som ett av sine inngangs-signaler et signal med en karakteristisk frekvens f^som er avledet fra oscillatoren 21 gjennom en digital klokkedivisjonskrets 40. Den annen inngang på komparatoren 31 er avledet fra bærebølgen for det mottatte signal. Et bærebølgeklokkesignal blir oppnådd fra bærebølgen og går som inngangasignal til en teller 50 hvis karak-teristiske tellersyklus er innstilt på forholdstallet mellom bære-bølgefrekvensen og symbolhastigheten eller -takten, hvilket for-holdstall for anskuelighetens skyld antas å være et helt tall N. Utgangen av telleren 50 som følgelig i det vesentlige svarer til symbolhastigheten er koblet til fasekomparatoren 31 gjennom en OG-port 55. The phase comparator 31 receives as one of its input signals a signal with a characteristic frequency f^ which is derived from the oscillator 21 through a digital clock division circuit 40. The other input on the comparator 31 is derived from the carrier wave for the received signal. A carrier clock signal is obtained from the carrier and goes as input to a counter 50 whose characteristic counter cycle is set to the ratio between the carrier frequency and the symbol rate or rate, which ratio is assumed for clarity to be an integer N. The output of the counter 50 which consequently essentially corresponds to the symbol rate is connected to the phase comparator 31 through an AND gate 55.

Den ene inngang til fasekomparatoren 32 er et signal ved en referansefrekvens fjsom også avledes fra oscillatoren 21 ved hjelp av klokkedivisjoraskretsen 40 og denne frekvens er stort sett den samme som f^. Den annen inngang på fasekomparatoren 32 svarer til utgangen fra en overgangs detektor 60hvis utgang ér et mål på de detekterte symboloverganger i det symbol-modulerte bærebølge-inngangssignal. Spesielt blir inngangen til overgangsdetektoren 60avledet fra de mottatte inngangsdata ved hjelp av konvensjonelle filter- og begrensningskrétser slik at det blir oppnådd en "ren" versjon av de mottatte symboldata. utgangen av sløyfefilteret 22 som indikerer feilnivå er koblet til en terskeldetektor 70 hvis utgang er et logisk "0" hvis et foreskrevet terskelnivå overskrides. På den annen side er terskeldetektorens utgang et logisk<M>1<H>hvis terskelnivået ikke overskrides, utgangen av terskel-* detektoren 70 utgjør den annen inngang til OG-porten 55. One input to the phase comparator 32 is a signal at a reference frequency fj which is also derived from the oscillator 21 by means of the clock divider circuit 40 and this frequency is largely the same as f^. The second input of the phase comparator 32 corresponds to the output of a transition detector 60 whose output is a measure of the detected symbol transitions in the symbol-modulated carrier wave input signal. In particular, the input to the transition detector 60 is derived from the received input data using conventional filter and limiting circuits so that a "clean" version of the received symbol data is obtained. the output of the error level indicating loop filter 22 is connected to a threshold detector 70 whose output is a logical "0" if a prescribed threshold level is exceeded. On the other hand, the output of the threshold detector is a logic<M>1<H> if the threshold level is not exceeded, the output of the threshold* detector 70 forms the second input to the AND gate 55.

Virkemåten av systemet på fig. 1 er som følger» Utgangen av overgangsdetektoren fase-sammenlignes med frekvensen f2som er avledet fra den faselåste oscillator 21. Det resulterende signal (som her generelt betegnes som "det annet feilkomponent-signal") blir veiet av motstandenR2 og påtrykket som et feilsignal som driver den faselåste sløyfe til symbolovergangenes frekvens og fase. Utgangen av overgangsdetektoren 6o tilbakestiller også telleren 50; Når systemet settes igang kan telleren 50 vilkårlig inneholde hvilken som helst telling. Det første tilbakestillings-signal fra overgangsdetektoren 60synkroniserer således telleren med symbolsignalene slik at bærebølgen passende kan erstatte symbolovergangene hvis disse skulle opphøre en tid. Når først sløyfen 20 befinner seg i faselåsning, vil feilsignalet i sløyfen, slik som målt ved utgangen av sløyfefilteret 22, være tilstrekkelig lite til at utgangen fra terskeidetektoren 70 er et logisk "1" som på sin side åpner OG-porten 55. Så blir klokkepulser fra telleren 50 ført til fasekomparatoren 31 for fasesammenligning med signalet ved frekvens f^.Den fasefeil som angis på utgangen av komparatoren 31 (her generelt betegnet som "det første feilkompo-nentsignal") blir veiet av motstanden Ri og summert av summeringsforsterkeren 23 med den målte fasefeil basert på symboloverganger. Det er et trekk ved denne oppfinnelse at hvis det ikke forekommer noen symboloverganger vinder en tidsperiode opprettholder bærebølge-klokketelleren 50 slØyfesynkroniseringen. Når det forekommer symboloverganger blir det fasefeilbidrag som er basert på symboloverganger tillagt større vekt enn det fasefeilbidrag som er basert på bærebølgeklokken, som følge av de ulike verdier av motstandene Ri og R2, slik at sløyfen er tilbøyelig til å omjustere sløyfe-oscillatorens fase for å tilsvare de virkelige tidsforhold for symbolovergangsi Motstanden Ri er variabel for å lette justering av veieforholdet når dette Ønskes* Hvis sløyfen mister sin låsning vil en økning i sløyfe-feilsignalet bevirke at feilbidraget som skyldes bærebølgeklokken 50blir blokkert på grunn av at OG-porten 55 blir avaktivert. Denne blokkeringsvirkning fortsetter inntil det opptrer symboloverganger som på ny låser den faselåste sløyfe. Den nødvendige system-tidsstyring blir f.eks. oppnådd ved hjelp av klokkedivisjonskretsen 40* The operation of the system in fig. 1 is as follows» The output of the transition detector is phase-compared with the frequency f2 derived from the phase-locked oscillator 21. The resulting signal (herein generally referred to as the "second error component signal") is weighed by the resistor R2 and applied as an error signal driving the phase-locked loop to the frequency and phase of the symbol transitions. The output of the transition detector 60 also resets the counter 50; When the system is started, the counter 50 can arbitrarily contain any count. The first reset signal from the transition detector 60 thus synchronizes the counter with the symbol signals so that the carrier wave can suitably replace the symbol transitions if these should cease for a time. Once the loop 20 is in phase locking, the error signal in the loop, as measured at the output of the loop filter 22, will be sufficiently small that the output from the threshold detector 70 is a logic "1" which in turn opens the AND gate 55. Then clock pulses from the counter 50 led to the phase comparator 31 for phase comparison with the signal at frequency f^. The phase error indicated at the output of the comparator 31 (generally referred to here as "the first error component signal") is weighed by the resistor Ri and summed by the summing amplifier 23 with it measured phase errors based on symbol transitions. It is a feature of this invention that if no symbol transitions occur for a period of time, the carrier clock counter 50 maintains the loop synchronization. When symbol transitions occur, the phase error contribution based on symbol transitions is given more weight than the phase error contribution based on the carrier clock, due to the different values of resistors Ri and R2, so that the loop tends to readjust the phase of the loop oscillator to correspond to the actual symbol transition timings in The resistor Ri is variable to facilitate adjustment of the weighting ratio when desired* If the loop loses its lock, an increase in the loop error signal will cause the error contribution due to the carrier clock 50 to be blocked due to the AND gate 55 being disabled . This blocking effect continues until symbol transitions occur which re-lock the phase-locked loop. The necessary system time management is e.g. achieved using the clock division circuit 40*

Den spenningsstyrte oscillator 21 blir fortrinnsvis innstilt til å løpe méd en frekvens som er et multiplum av symbolhastigheten slik at den digitale klokkedivisjonskrets 40 kan levere flere faser av referansefrekvensen. Dette gjør det mulig å velge den optimale klokkefase for de to fasekomparatorer og til-later kompensasjon for enhver kjent fast faseforskyvning mellom The voltage controlled oscillator 21 is preferably set to run at a frequency which is a multiple of the symbol rate so that the digital clock division circuit 40 can deliver several phases of the reference frequency. This makes it possible to select the optimal clock phase for the two phase comparators and allows compensation for any known fixed phase shift between

■ • ■ibærebølgeovergarigene og symbqlovérgangene (ved anvendelse av passende frekvenser f^ og f )* Fortrinnsvis bør bærebølgefrekvensen være et forholdsvis høyt multiplum av symbolhastigheten eller -takten for å minimalisere faseskjevneten på grunn av oppløsningen i telleren 50. I tilfeller hvor bærebølgefrekvensen barde er et lite multiplum av symbolhastigheten, kan det anvendes en koherent frekvensmultiplikasjonskrets for å øke bærebølge-referanse-klokke-frekvensen. ■ • ■icarrier overheads and symbol frequency passes (using appropriate frequencies f^ and f )* Preferably, the carrier frequency should be a relatively high multiple of the symbol rate or rate to minimize the phase bias due to resolution in the counter 50. In cases where the carrier frequency is only a small multiple of the symbol rate, a coherent frequency multiplication circuit can be used to increase the carrier reference clock frequency.

En mindre komplisert versjon av systemet på fig. 1 er vist på fig. 4. I denne utførelsesform tilbakestiller symbolover-gangsdetektoren 60 telleren 50 hver gang det skjer en symbolovergang* En enkelt fasekomparator 31 anvendes og denne avleder et feilsignal ved sammenligning av utgangen fra klokkedivisjonskretsen 40 med utgangen av telleren 50. Når det ikke foreligger symboloverganger løper telleren -fritt<4*>og opprettholder sløyfe-låsning. A less complicated version of the system in fig. 1 is shown in fig. 4. In this embodiment, the symbol transition detector 60 resets the counter 50 every time a symbol transition occurs* A single phase comparator 31 is used and this derives an error signal when comparing the output of the clock division circuit 40 with the output of the counter 50. When there are no symbol transitions, the counter runs - free<4*>and maintains loop locking.

Det fremgår lett av fig. 4 at telleren 50 avgir en utgangspuls under påvirkning av en tilbakestillingspuls og/eller når den kommer til sin forutinnstilte telling. Skulle det velges en synkron teller som telleren 50 bør disse to hendelser fore-komme innenfor samme bærébølge-klokkeperiode slik at begge resul-terer i en tellerutgangspuls. En iboende ulempe ved bruk av en synkron teller skyldes det faktum at tellerens utgang er i fase med bærebølgeklokken og ikke nødvendigvis med datasignalet. Skjønt denne utførelse er mindre komplisert enn systemet på fig. 1*representerer således oppløsningen i telleren 50 en begrensende faktor når dét gjelder ytelse. It is easy to see from fig. 4 that the counter 50 emits an output pulse under the influence of a reset pulse and/or when it reaches its preset count. Should a synchronous counter be selected as the counter 50, these two events should occur within the same carrier wave clock period so that both result in a counter output pulse. An inherent disadvantage of using a synchronous counter is due to the fact that the counter's output is in phase with the carrier clock and not necessarily with the data signal. Although this embodiment is less complicated than the system of fig. 1* thus represents the resolution in the counter 50 a limiting factor when it comes to performance.

Oppløsningsfeilen kan forbedres ved anvendelse av en asynkron teller. Denne genererer en utgangspuls som umiddelbar respons på en tilbakestillingspuls når en symbolovergang detek-teres. Følgelig blir den nøyaktige fase av datasignalet levert til fasekomparatoren 31 slik at den faselåste sløyfe opprettholdes i nøyaktig låsning til symbolovergangene. Det skal imidlertid The resolution error can be improved by using an asynchronous counter. This generates an output pulse as an immediate response to a reset pulse when a symbol transition is detected. Accordingly, the accurate phase of the data signal is delivered to the phase comparator 31 so that the phase-locked loop is maintained in accurate lock to the symbol transitions. However, it should

bemerkes at hvis bærebølgefrekvensen er meget høyere enn data* frekvensen er faseforskjellen mellom bærebølgen og symbolovergangene så liten at den kan være akseptabel selv ved bruk av en synkron teller. note that if the carrier frequency is much higher than the data* frequency, the phase difference between the carrier and the symbol transitions is so small that it may be acceptable even when using a synchronous counter.

Det ovenfor omtalte system for utledning av tidsstyrings-signaler er funnet anvendbart på området borehullslogging og mer spesielt ved deri forannevnte teknikk for "logging-under-boring<*>'. Dette apparat som er i stand til å realisere denne teknikk er vist på fig. 3 i tilknytning til et typisk borearrangement 100. Tårnet 102 bærer en borestreng 104 som er ført ned i et borehull 107 og opphengt i en krok 105 ved hjelp av en svivel 106.Bore* strengen lo4 omfatter en borkrone 108, ett eller flere vektrør 110 og en lengde av borerør 112. Borerøret 112 er koblet til en kelly 114 som er ført gjennom en roterende drivmekanisme 116 drevet av en eller flere motorer 118. The above-mentioned system for deriving time control signals has been found applicable in the field of borehole logging and more particularly in the aforementioned technique of "logging-during-drilling<*>". This apparatus which is capable of realizing this technique is shown in fig. .3 in connection with a typical drilling arrangement 100. The tower 102 carries a drill string 104 which is led down into a drill hole 107 and suspended in a hook 105 by means of a swivel 106. 110 and a length of drill pipe 112. The drill pipe 112 is connected to a kelly 114 which is passed through a rotating drive mechanism 116 driven by one or more motors 118.

Kaer inngangen til borehullet 107 er det anbragt et kon-^vensjonelt sirkulasjonssystem 115 for borevæske eller slam. Dette system omfatter en;pumpe 120 som sirkulerer slam fra en tank 122 At the entrance to the borehole 107, a conventional circulation system 115 for drilling fluid or mud is placed. This system comprises a pump 120 which circulates sludge from a tank 122

inn i én slamledning 124 og derefter ned gjennom kellyen 114, into one mud line 124 and then down through the kelly 114,

borestrengen 104 og ut gjennom åpninger i borkronen 108. Slammet går så tilbake oppad i ringroinmet 126 og trer ut fra foringsrøret 128 gjennom en åpning 130 inn i én slamreturledning 132 tilbake til slamtanken 122. the drill string 104 and out through openings in the drill bit 108. The mud then goes back up into the annulus 126 and emerges from the casing 128 through an opening 130 into one mud return line 132 back to the mud tank 122.

Et system 134 for logging under boring er hensiktsmessig 3 A system 134 for logging during drilling is appropriate 3

plassert nede i borehullet i nærheten av borkronen 1Q8. Den løs-ning for overføring av signaler opp gjennom borehullet som kanskje er den mest lovende hittil består i et system som omfatter en signalgenerator 136 som drives under styring for selektivt å avbryte strømmen av slam slik at dette påtrykkes et akustisk signal på denne måte. Det akustiske signal forplanter seg oppad gjennom det sirkulerende slam i borstrengen 104 og blir detektert ved overflaten ved hjelp av en transduser 138 anordnet på slamledningen 124. En avfølings- eller måle-enhet 140 er anordnet for avføling av de forskjellige tilstander nede i borehullet og for å drive signalgeneratoren 136 i overensstemmelse med verdiene av de av-følte tilstander. En kraftforsyningsenhet 142 tjener til å energi-sere måleenheten 140 og omfatter en turbin plassert i strømmen av sirkulerende slam.Enkeltheter ved et slikt system er beskrevet i f.eks. U.S-patent 3.309.656. placed down in the borehole near the drill bit 1Q8. The solution for transmitting signals up through the borehole which is perhaps the most promising so far consists in a system which comprises a signal generator 136 which is operated under control to selectively interrupt the flow of mud so that an acoustic signal is impressed on it in this way. The acoustic signal propagates upwards through the circulating mud in the drill string 104 and is detected at the surface by means of a transducer 138 arranged on the mud line 124. A sensing or measuring unit 140 is arranged for sensing the various conditions down in the borehole and for to drive the signal generator 136 in accordance with the values of the sensed conditions. A power supply unit 142 serves to energize the measuring unit 140 and comprises a turbine placed in the flow of circulating sludge. Simplicity of such a system is described in e.g. U.S. Patent 3,309,656.

Den ovenfor beskrevne krets for utledning av tidsstyririgs-signalet eller tidsinformasjon, er plassert ved overflaten for på sin inngang å motta det filtrerte signal fra transduseren 138. The circuit described above for deriving the time control signal or time information is located at the surface to receive the filtered signal from the transducer 138 at its input.

Et pumpestøy-filter 144 fjerner de forstyrrelser i slammet som bevirkes av pumpeoperasjonen, som ellers i høy grad ville for* vrenge signalet fra generatoren 136, slik som beskrevet i U.S.-patent 3.742.443. Behandlingskretsen 146 mottar det filtrerte signal og kan omfatte ytterligere midler til å forbedre signalets kvalitet t så som ét båndpass-filter og en automatisk forsterk-ningsregulering. Imidlertid er den primære funksjon for kretsen 146 å gjenvinne et bærebølge-klokkesignal og dessuten å demodulere utgangssignalet fra filteret 144. Disse oppgaver blir utført på velkjent måte ved hjelp av tilgjengelige kretser. Den foran-beskrevne tidsgjenvinningskrets 148 (se fig. 1 og 2) mottar to innganger 149 og 150 fra behandlingskretsen 146, henholdsvis svar-ende til bærebøige-klokkesignalet og det demodulerte datasignal. Et passende klokkesignal i fase med disse data leveres av kretsen 148 i overensstemmelse med den detaljerte forklaring som er gitt ovenfor, og blir så inngangssignal til datagjenvinningskretsén 162. Det rekonstruerte klokkesignal blir anvendt i kretsen 152 til å gjenvinne informasjonen i datasignalet på ledningen 150, som angir den målte tilstand nede i borehullet. Hvis det anvendes PSK-modulasjon kan kretsen 152 virke til å frembringe et bit-beslutningssignal fra inngangen 150 som så blir ført gjennom en differensial dekoder som angir forekomsten av en overgang. En dekommutator kan også være innsatt, og denne virker til under tidsstyring av kretsen 148 å bestemme begynnelsen åv et dataord. Strømkretser av denne art er velkjente og trenger ikke å beskrives ytterligere i detalj her. (En presentasjon av behandlings» og datagjenvinningskretser er gitt i viterbi,A.J.,rinciples of Coherent Communication,McGraw-Hill, 1966 s. 286-292). De dataord og/eller målinger som avledes fra dekommutatorens utgang kan efter valg fremvises og/eller registreres ved hjelp av en passende innretning 154. A pump noise filter 144 removes the disturbances in the sludge caused by the pumping operation, which would otherwise greatly distort the signal from the generator 136, as described in U.S. Patent 3,742,443. The processing circuit 146 receives the filtered signal and may include additional means to improve the quality of the signal such as a bandpass filter and an automatic gain control. However, the primary function of the circuit 146 is to recover a carrier clock signal and also to demodulate the output signal from the filter 144. These tasks are performed in a well-known manner using available circuits. The above-described time recovery circuit 148 (see Figs. 1 and 2) receives two inputs 149 and 150 from the processing circuit 146, respectively the response end of the carrier clock signal and the demodulated data signal. An appropriate clock signal in phase with this data is provided by circuit 148 in accordance with the detailed explanation given above, and then becomes the input signal to data recovery circuit 162. The reconstructed clock signal is used in circuit 152 to recover the information in the data signal on line 150, which indicates the measured condition down the borehole. If PSK modulation is used, circuit 152 may operate to produce a bit decision signal from input 150 which is then passed through a differential decoder indicating the occurrence of a transition. A decommutator may also be inserted, and this works to determine the beginning of a data word under timing control of the circuit 148. Circuits of this nature are well known and need not be described in further detail here. (A presentation of "processing" and data recovery circuits is given in Viterbi, A.J.,rinciples of Coherent Communication, McGraw-Hill, 1966 pp. 286-292). The data words and/or measurements that are derived from the decommutator's output can be displayed and/or recorded using a suitable device 154 as desired.

Claims

1. Method for deriving time information from a carrier wave signal modulated with digital symbols, where the symbol speed is in relation to the carrier frequency and where a phase-locked loop generates an error signal and comprises an oscillator which is influenced by the error signal, characterized by * generation of a first signal under the influence of the carrier signal essentially at the symbol rate" generating another signal that is susceptible to symbol transitions} and combining the first signal, the second signal and a signal derived from the oscillator to generate the error signal.

2. Method according to claim 1, characterized in that the digital symbol rate is an integer submultiple of the carrier frequency.

3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the signal which is derived from the oscillator constitutes an entire submultiple of the oscillator frequency.

4. Method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the said combination of signals comprises comparing the phase of the signal derived from the oscillator with the phase of the other signal in the presence of symbol transitions and the phase of the first signal at least in the absence of symbol transitions.

5* Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that said combination of signals comprises combining the first and second signals and comparing the phase of the resulting signal with the phase of the signal derived from the oscillator.

6. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that said combination of signals comprises comparison of the phases of the first and second signals respectively with signals derived from the oscillator to produce third and fourth signals, which third and fourth signals are summed.

7. Method according to claim 6, characterized in that the third and fourth signals are weighed before emphasizing the effect of the fourth signal in relation to the second signal.

8. Method according to claim 4, 5# 6 or 7, grade! characterized by the first signal being inactivated under the influence of a predetermined condition.

9. Procedure according to requirement 8r characterized in that said inactivation comprises detection of the output level of the error signal and inactivation of the first signal when the output level exceeds a predetermined level.

10. Method according to claim 5, in which the first signal derives from the carrier wave signal with a counter, characterized in that the combination of the first and the second signal includes control of the reset of the counter with the second signal.

11. Method according to one of the preceding claims, characterized by sensing one given parameter during a drilling operation 1 a borehole, generating the mentioned symbols in dependence on the detected parameter, modulating the carrier wave signal with the symbols, transmitting the modulated signal to the surface and detection of the transmitted modulated signal at the surface.

12. Method according to claim 11, in which the drilling fluid is circulated from the surface down into the hole and then back to the surface during drilling, characterized in that the modulated signal is transmitted acoustically to the surface through the drilling fluid.

13. Method according to claim 11 or 12., characterized in that a carrier signal and a symbol transition signal are provided from the detected modulated signal and the said symbols are recovered or reconstructed at the surface under time control of the signal derived from the oscillator, in order to obtain measurements of the mentioned parameter.

14* Method according to claim 13, characterized by registration and/or presentation of an output signal derived from the reconstructed symbols.

15. Method according to one of the preceding claims, character! served by synchronizing the first and the second signal.

16. Apparatus for deriving time information from a carrier wave signal modulated with digital symbols, where the symbol frequency or rate is in relation to the carrier wave<g> upper <k> venience, and extensive. a phase-locked loop with an oscillator and a device for generating an error signal to control the oscillator *, characterized by a device operable by the carrier wave to generate a first signal substantially at symbol rate, a device responsive to symbol transitions to generate another signal, and the device for generating the error signal can be influenced by the first signal, the second signal and a signal derived from the oscillator, - to generate an error signal for controlling the oscillator.

17. Apparatus according to claim 16, characterized in that the device for generating the first signal comprises a counter.

18. Apparatus according to claim 16 or 17, characterized in that the digital symbol rate is an integer submultiple of the carrier frequency*

19. Apparatus according to claim 16, 17 or 18, character! especially in that the said signal which is derived from the oscillator is an entire submultiple of the frequency of the oscillator.

20. Apparatus according to one of claims 16 to 19, wherein the signal-generating device has two inputs, characterized in that the devices for generating the first and second signals are connected to one input of the device for generating the error signal and the signal derived from the oscillator is applied to the other input*

21. Apparatus according to one of claims 16 to 19, characterized by a first comparator device that is responsive to the first signal and the signal derived from the oscillator, to generate a third signal, a second comparator device that is responsive to the second signal and a signal derived from the oscillator, for generating a fourth signal, and means for summing the third and fourth signals and for supplying the summed signal to the means for generating the error signal.

22. Apparatus according to claim 21, characterized by a device for weighting the values of the third and fourth signals at the input of the summing device so that the fourth signal is weighted more heavily than the third signal.

23. Apparatus according to claims 17 and 21, characterized in that the second signal is used to reset the counter.

24. Apparatus according to claims 17 and 20, characterized in that the output of the counter is connected to the device for generating the error signal and that the reset of the counter can be influenced by the second signal.

25. Apparatus according to one of the preceding claims, characterized by a device for inactivating the first signal under the influence of a predetermined condition.

26. Apparatus according to claim 25, characterized in that the inactivation device comprises a device for detecting the output level of the device for generating the error signal and for inactivating the first signal when the output level exceeds a preselected level.

27* Apparatus According to claim 16, characterized by a device for synchronizing the device for generating the first signal with the second signal.

28. Apparatus according to one of the preceding claims, characterized by a device for sensing one given parameter during the drilling operation in a borehole, a device for generating the mentioned symbols under the influence of the sensed parameter, a device for modulating the carrier wave signal with the symbols, a device for transmitting the modulated signal at the surface and a device for detecting the transmitted modulated signal at the surface.

29. Apparatus according to claim 28, in which drilling fluid is circulated from the surface down into the borehole and back to the surface during drilling, characterized in that the transmission device comprises a device for acoustically sending signals through the drilling fluid.

30. Apparatus according to claim 28, characterized by a filter device that is responsive to the detected modulated signal to reduce noise signals generated in the drilling fluid by the pump used to circulate the drilling fluid.

31. Apparatus according to claim 29 or 30, characterized by a device for generating a carrier wave signal and a symbol transition signal from the detected modulated signal and for reconstructing the said symbols under time control of a signal derived from the oscillator.

32. Apparatus according to claim 31, characterized by a device for recording and/or displaying an output signal derived from the reconstructed or recovered symbols.