Многоканальная система сбора и регистрации сейсмической информации Советский патент 1987 года по МПК G01V1/22 

Изобретение относится к цифровой информационно-измерительной технике и может использоваться при геофизических исследованиях на суше и на море.

Целью изобретения является увеличение производительности системы, повышение помехозагцищенности и уменьшение динамической ошибки аналоговой обработки сигналов путем осуществления нелинейного сжатия с фиксирован- Hbw коэффициентом динамического диапазона сейсмических сигналов.

На фиг.1 изображена структурная схема многоканальной системы сбора и регистрации сейсмической информации; на фиг.2 - функциональная, схема модуля аналоговой обработки сигналов наполного пункта; на фиг.З - функциональная схема центральной регистрирующей станции.

Многоканальная система сбора и регистрации сейсмической информации (фиг.1) включает в себя сейсмоприем ники 1,выносные напольные пункты 2 (НП) , состояш те из последовательно соединенных модуля 3 аналоговой обработки сигналов, на вход которого подключаются сейсмоприемники I, соединенные между собой с помощью шины 4 данных и шины 5 управления, модуля 6 цифровой обработки .и приемопередающего модуля 7 данных и команд, двунаправленную линию связи 8 (ЛС),.соединяющую модули каждого НП 2 между собой и с центральной регистрирующей станцией 9 (ЦРС).

Модуль аналоговой обработки сигналов 3 (фиг.2) включает S себя соединенные последовательно блок 10 предварительных усилителей с фильтрами (ПУФ), блок 11 сжатия динамического диапазона, содержащий идентичные канальные аналоговые логарифмические усилители 12 с фиксированным коэффициентом сжатия динамического диапазона, мультиплексор 13 каналов, устройство выборки-хранения 14 (УВХ), аналого-цифровой преобразователь 15 (АЦП), причем аналоговые входы блока 11 соединены с входами соответствующих усилителей 12, выходы которых соединены с соответствующими выходами блока I1 сжатия динамического диапазона. Блок 10, мультиплексор 13, УВХ 14 и АЦП 15 соединены с шиной управления 5..

0

0

0

5

ЦРС 9 (фиг.З) включает в себя модуль связи с выносными напольными пунктами и источником возбуждения, содержащий модем 16, управляющий вычислительный комплекс I7 (УВК), контроллер 18 источника возбуждения,блок

19радиоуправления; модуль хранения

и обработки цифровой информации,включающий в себя блок 20 вспомогательных каналов, оперативное запоминающее устройство 21 (ОЗУ), мультиплексор 22 данных; устройство регистрации, содержащее контроллер 23 записи, накопитель на магнитной ленте 24 (НМЛ), устройство документального отражения 25 (УДО); блок 26 хранения функций преобразования и ее коэффициентов, причем вход модема 16 подключен к ЛС 8, а его выход соединен с первой информационной шиной УВК 17, первый, второй и третий управляющие выходы которого соединены соответственно с управляющими входами конт- ро,плера 18 источника возбуждения,блока 20 Е1спомогательных каналов и контроллера. 23 записи, при этом первый выход контроллера 18 источника возбуждения соединен с управляющим входом модема I6 и блока 19 радиоуправления источником возбуждения, а второй выход соединен со входом блока

20вспомогательных каналов, выход которого соединен с первым информационным входом мультиплексора 22 дан5 ных, второй информационный вход которого соединен с выходом ОЗУ 21, на информационные входы которого поступает информация со второй информационной шины УВК 17, причем первый управляющий выход контроллера 23 записи соединен с управляющим входом мультиплексора 22 данных, информационный выход которого соединен со входами соответственно УДО 25 и НМЛ 24, управляющий вход последнего соединен со вторым управляющим выходом контроллера 23 записи, причем блок 26 хранения функций преобразования и ее коэффициентов соединен с УВК 17 с помощью третьей информационной шины.

Система работает следующим образом.

После расстановки и подключения выносных напольных пунктов 2 вдоль ЛС 8 (фиг.1) с ЦРС 9 подают по ЛС 8 необходимые сигналы (команды) для перевода всех НП 2 из дежурного режима, когда основная часть функцио0

5

3

нальных блоков каждого НП 2, поддерживая режим экономного расходования ограниченного запаса электроэнергии аккумуляторных батарей, отключена о внутренней линии питания, в активны режим работы для непосредственного проведения диагностических и других подготовительных операций, необходимых для последующей за ним регистрации сигналов сейсмических трасс, ис пользуя при этом соответствующие выходы щины 5 управления. Затем под дествием синхронизирующих команд запуска всех напольных пунктов 2, поступающих с ЦРС 9 по ЛС 8, приемопере- дающий модуль 7 данных и команд и модуль 6 цифровой обработки сигнало переводят модуль 3 аналоговой обработки сигналов каждого НП 2 в режим регистрации сейсмической информации При этом (фиг.2) используются соот- вествующие управляющие сигналы, поступающие по шине 5 управления для управления и синхронизации работой мультиплексора 13 каналов, устройства выборки-хранения 14 и аналого-цирового преобразователя 15. Далее по мере поступления из ЛС 8 на входы каждого приемопередающего модуля 7 синхронизирующих команд запуска модуль 6 цифровой обработки согласно порядковому номеру расстановки каждого НП 2 в общей структуре, определяемой ЦРС 9, линией связи 8 и совокупностью всех йапольных пунктов 2 выбирают соответствующий временной интервал из цикла передачи информации всех напольных пунктов на ЦРС 9 так, чтобы исключить возможность наложения последовательных информационных слов в линии связи 8 от каждого НП 2, передаваемых с помощью приемопередающих модулей 7.

Модуль аналоговой обработки 3 (фиг.2) является важнейшим узлом НП 2 в динамике регистрации сигналов сейсмических трасс, на который падает основная нагрузка в процессе преобразования слабых сейсмических колебаний в квантованные по времени их эквивалентные цифровые выборки.

Сигналы .с сейсмоприемников 1 поступают на аналоговые входы блока 10 предварительных усилителей с фильтрами, обладающего высокой точностью и временной стабильностью усиления, малым уровнем нелинейных искаясерий и шумов, выделяющего -узкополосные

5

0220

5 О -5 0

0

4

сейсмические сигналы, подавляя при ЭТОМ до необходимой величины сигналы помех под действием управляющих сигналов, поступающих по шине 5 управления в режиме подготовительных операций. С аналоговых входов блока 10 информация поступает на входы блока сжатия динамического диапазона I1, который выполняет функцию компенсатора статической и динамической погрешностей, вызванных влияющими факторами тракта аналоговой коммутации, и в котором осуществляется нелинейное с)катие широкого динамического диапазона аналоговых сейсмических сигналов .

Блок 1 содержит функционирующие независимо друг от друга идентичные логарифмические усилители 12 для каждого аналогового канала регистрации, причем усилители 12 реализуют биполярную функцию логарифмирования с фиксированным коэффициентом сжатия динамического диапазона, так 1сак диапазон изменения аналоговых сейсмических сигналов симметричен относительно нуля .

Биполярная функция логарифмирования имеет вид:

K.arsh((a-

2Е,

2Е„

5 О -50

0

5

0

5

где К - фиксированное значение коэффициента сжатия (компрессии), определяемое на основе необходимой величины перекрытия динамического диапазона изменения входного а шлогово- го сигнала, величины напряжения шкалы А1Щ, а также заданной величины относительной погрешности регистрации;

Ejj - входное напряжение аналогового сигнала, поступающего с выхода блока ПУФ;

EI.JJ,- величина необходимого напряжения смещения, при котором .

Логарифмические канальные усилители 12, входящие в состав блока 11 каждого выносного НП 2, выполняются согласно реализуемой ими функции преобразования. Для этого каждьш канальный логарифмический усилитель 1 2 должен содержать последовательно соединенные элементы соответственно: выделения отноп ения входного напряжения аналогового сигнала Е „., , поступающе&л

го со входа блока 1-1 к удвоенной величине напряжения опорного сигнала

51

Е ; квадратор, сумматор с единичным положительным смещением входного сигнала , элемент выделения квадратного корня, сумматор, второй вход которого соединен с выходом элемента выделения отношения, логарифматор с фиксированным коэффициентом сжатия К.

С выходов блока 1I сжатия динамического диапазона аналоговые сигналы поступают на входы мультиплексора 13 каналов, осуществляющего последовательную или выборочную мультиплекса- цию входных аналоговых сигналов согласно управляющим сигналам, поступающим по шине 5 управления. Мультиплексированная аналоговая информация,получаемая с выхода мультиплексора 13 каналов, поступает на вход УВХ 14, в котором аналоговая выборка входного сигнала хранится до окончания цикла преобразования АЦП 15. Управление работой УВХ 14 и АЦП 15 осуществляется с помощью управляющих сигналов, поступающих на управляющие входы этих устройств по шине 5 управления. Информация с выхода АЦП 15 по шине 4 данных поступает на модуль 6 цифровой обработки, в котором осуществляется преобразование информационных данных для операций вывода их в телеметрическую линию связи 8 через приемопередающий модуль 7,

Последовательное информационное слово данных каждого канала, передаваемое по ЛС 8, содержит кроме необходимой служебной и контрольной информации только коды, получаемые с выхода АЦП 15. При этом фиксированное значение коэффициента сжатия динамического диапазона и используемая в блоке 11 функция преобразования, реализуемая в виде биполярной функции логарифмирования, заранее определены для каждого канала напольньгх пунктов 2 и хранятся в ЦРС 9,

Последовательные информационные слова с каждого выносного НИ 2 сбора сейсмической информации, поступая по ЛС 8 на вход модема 16 центральной регистрирующей станции 9, преобразуются в параллельные информационные слова необходимого формата для дальнейшей их передачи по первой информационной щине, связывающей модем 16 с УВК 17.

УВК 17 центральной регистрирующей станции 9 осуществляет оперативный контроль поступления даннь х и функ

ционирования всей многоканальной системы сбора и регистрации сейсмической информации в целом, выполняет необходимые функции обработки и преоб- разованния данных путем арифметических и логических операций, выдачей управляющих команд периферийным устройством ЦРС 9, какими являются модем 16, контроллер 18 источника возбуждения , блок 20 вспомогательных каналов ОЗУ 21, контроллер 23 записи, блок 26.

Для временного хранения данных регистрации при выполнении необходимых процед: ф обработки, а также операций суммирования в ЦРС 9 используется ОЗУ 21, связанное с УВК 17 второй информационной шиной. Данные из ОЗУ

21поступают на вход мультиплексора

22данных, на которой также подается информация с информационного выхода блока 20, и далее с информационных входов мультиплексора 22 под действием управляющих сигналов контроллера 23 мультиплексируются и передаются в необходимом формате на УДО 25 и накопитель па магнитной ленте 24, управление которым также осуществляет KOHTpojrjiep 23 записи.

Управляющий вычислительный комплекс 17 с помощью третьей информационной шины и блока 26 выполняет операции обратного преобразования цифровых сейсмических данных в аналоговую форму при контрольной визуализа- цчи работы выборочных каналов регистрации на устройстве 25 документального отображения, других необходимых функций обработки, а также для записи значений коэффициентов сжатия динамического диапазона и функций логарифмического преобразования в качестве составных элементов этикетки начала цикла записи на накопитель на

магнитной ленте 24. При этом производится более экономная по времени и по расходу магнитного носителя запись информации. Блок хранения 26 предварительно заполняется соответствующей информацией с дисплея, входящего в состав УВК 17 центральной регистрирующей станции 9 в диалоговом режиме с помощью одной из подпрограмм используемой операционной сис- те1«1Ы.

Если режим записи сейсмограмм до конца не закончен, то контроллер 18 источника возбуждения с блока 19 pa-i

71

диоуправления под управлением УВК 17 посылает синхронизирующие импульсы (команды) запуска соответствующих ис точников возбуждения для осуществления следующего цикла регистрации. Команды запуска источников возбуждения могут быть посланы и через приемопередающий модуль модема 16 по кабельной линии связи 8, при этом ко манды управления источниками возбуждения кодируются так, чтобы активизировать только необходимый источник возбуждения, но не выносные напольные пункты 2 до тех пор, пока не будет выдержана соответствующая времен ная задержка и затем осуществляется передача стробирующего импульса запуска. Контроллер 18 источника возбуждения с помощью блока вспомогательных каналов 20 определяет, какой из активных вспомогательных каналов не используется в текущем цикле регистрации сейсмической информации.

Формула изобретения

1. Многоканальная система сбора и регистрации сейсмической информации, содерлшщая выносные напольные пункты, каждый из которых содержит соединенные последовательно модуль аналоговой обработки сигналов, модуль цифровой обработки сигналов и приемопередающий модуль данных и команд, причем модуль аналоговой обработки сигналов содержит блок предварительных усилителей с фильтрами, на вход которого подключена группа сейсмоприемников, мультиплексоров каналов, выход которого соединен со входом устройства выборки-хранения, блок сжатия динамического диапазона и аналого-цифровой преобразователь, информационные выходы которого под-, ключены ко входам шины данных, а выходы последней соединены с информа- цион.ными входами модуля цифровой об- расотки сигналов, причем первый, второй, третий и четвертый управляющие выходы модуля цифровой обработки сиг налов соединены соответственно с уп

90220 8

равляющими входами блока предварительных усилителей с фильтрами, мультиплексора каналов, устройства выборки-хранения и аналого-цифрового пре- 5 образователя, двунаправленную линию связи и центральную регистрирующую станцию, причем центральная регистрирующая станция содержит модуль связи с выносными напольными пунктами и О источником возбуждения, управляющий вычислительный комплекс, модуль хранения и обработки цифровой информации и устройство регистрации, соединенное с управляющим вычислительным

15

комплексом и с модулем хранения и об20

25

30

40

45

50

работки цифровой информации, соединенным с управляющим вычислительным комплексом и с модулем связи с выносными напольными пунктами и источником возбуждения, соединенным с управляющим вычислительным комплексом, отличающаяся тем, что, с целью увеличения производительности системы, повьшения помехозащищенности и уменьшения динамической ощибки аналоговой обработки сигналов путем осуществления нелинейного сжатия с фиксированным коэффициентом динамического диапазона сейсмических сигналов , аналоговые выходы блока предварительных усилителей с фильтрами соединены с входами блока сжатия динамического диапазона, выходы которого соединены со входами мультиплексора 35 каналов, при этом выход устройства выборки-хранения подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя.

2.Система по п.1, отличающаяся тем, что блок сжатия динамического диапазона состоит из идентичных аналоговых и логарифмических усилителей с фиксированным коэффициентом сжатия динамического диапазона для каждого канала регистрации.

3.Система по п.1, отличающаяся тем, что в состав центральной регистрирующей станции введен блок хранения функций преобразования и ее коэффициентов, соединен- ньш с управляющим вы числительным комплексом.

Изобретение относится к цифровой информационно-измерительной технике и может быть использовано при геофизических исследованиях на суше и на море, в частности при сейсморазведке. Цель изобретения - увеличение производительности системы, повышение помехозащищенности и уменьшение динамической ошибки аналоговой обработки сигналов путем осуществления нелинейного сжатия с фиксированным коэффициентом динамического диапазона сейсмических сигналов до поступления их на мультиплексор каналов. Для этого блок сжатия динамического диапазона выполнен в виде канальных логарифмических усилителей с фиксированным коэффициентом сжатия динамического диапазона для каждого канала регистрации. Кроме того, в состав центральной регистрирующей станции введен блок хранения функций преобразования и их коэффициентов. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. с S (Л с to ю