Многоканальное устройство для сбора геофизической информации Советский патент 1987 года по МПК G01V1/22 

11

Изобретение относится к приборам используемым при геофизических исследованиях, в частности к устройствам для регистрации изменяющихся во времени параметров явлений или процессов, и может быть использовано в сейсмометрии, исследованиях по геомагнетизму и т.п. для сбора информации, которую передают по линии связи от датчиков на пункт сбора информации, где происходит накопление и обработка данных, поступающих от вьшосных пунктов.

Цель изобретения - з еньшение по грешности преобразования регистрируемых электрических сигналов путем сокращения квантуемых периодов.

На фиг.1 приведена блок-схема устройства в трехканальном варианте на фиг.2 - блок-схема умножителя частоты.

Многоканальное устройство сбора геофизической информации состоит из передающей части, содержащей по чис каналов датчики 1-3 сигнала, соединенные с модуляторами 4-6 линии 7 связи, и приемной части, содержащей по числу каналов умножителя 8-10, несущих частот и кодирующие преобразователи 11-13, а также общие для всех каналов вычислительный узел 14 блок 15 регистрации и времязадающий блок 16. Времязадающий блок 16 соеднен с преобразователями 11-13 шинам 17 и 18, а с. вычислительным узлом 14 - шиной 19. Линия 7 связи соединяет, выходы модуляторов 4-6 шинами 20-22 с соответствующими умножителя 8-10 частоты, выходы которых соединны с сигнальными входами преобразов . телей 11-13 шинами 23-25. Выходы пробразователей 11-13 соединены с сигнальными входами вычислительного узла 14, выход которого соединен с блоком 15 регистрации.

Умножитель несущих частот содержит удвоитель 26 частоты, выход ко- торого связан шиной 27 с одним из двух входов фазочастотного детектора 28. К другому его входу шиной 29 подключен выход делителя 30 частоты Фазочастотный детектор выполнен на триггерах и логических элементах 2И-НЕ, соединение его с многоразряд ным двоичным счетчиком 31 импульсов выполнено с помощью шин 32 и 33. Ци роаналоговый преобразователь 34 связан управляющей шиной 35 с фазочас

тотным детектором,на выходе преобразователя имеется операционный усилитель, используемый в качестве преобразователя электрического тока в напряжение. Далее следуют фильтр 36 нижних частот и управляемый генератор 37 повышенной частоты, к выходу которого подключены шина 23 и вход делителя 30 частоты.

Устройство работает следующим образом.

Электрические сигналы с выходов датчиков 1-3 с помощью частотных модуляторов 4-6 преобразуются в несущие частоты соответственно

f, f,

f -LI

in(fo±df); ),

5

0

5

0

5

0

где fo - средняя частота; Af - девиация частоты; , П71, m/n.

Передача сигналов осуществляется на несущих частотах. На выходе линии 7 связи несущие частоты выделяются по шинам 20-22 и поступают на входы умножителей 8-10 частоты.

Сигнал несущей частоты прямоугольной формы со скважностью, равной двум, подводится по шине 20 к удвоителю 26 частоты, с выхода которого импульсы поступают по шине 27 к фазо- частотному детектору 28.. При равенстве частот импульсов, подводимых по шинам 27 и 29 к двум входам детектора 28, от него на выходной шине 33 отводятся к счетчику 31 прямоугольные колебания той же частоты со скважностью, определяемой сдвигом фаз между подводимыми импульсами. Если частота следования импульсов по шине 27 превьш1ает частоту сигналов, поступающих по шине 29, на шине 33 устанавливается уровень Лог.О, при другом соотношении частот устанавливается уровень Лог.1.

Измерение сдвига фаз сигналов на шинах 27 и 29 осуществляется путем подсчета числа импульсов стабильной высокой частоты SI, заполняющих счетчик 31 в течение интервала времени, когда на шине 33 установлен уровень Лог.О, т.е. между передними фронтами импульсов, следующих по шинам 27 и 29. Импульсы частотой Я поступают по шине 18 от времязадающего

3

блока 16 на вход синхронизации счетчика 31. Цикл работы его начинается со сброса в нуль выходного кода коротким поло5Кительным импульсом, появление которого на шине 32 соответствует переднему фронту импульса на шине 27.

В результате появления уровни Лог.О на выходной шине 33 детектора 28 снимается запрет счета импульсов частотой 51 , Передний фронт импульса, поступающего по шине 29, переводит детектор 28 в состояние Лог.1 на выходной шине 33. Цикл работы счетчика 31 заканчивается. Одновременно с этим короткий положительный импульс, появляющийся на шине 35, дает команду загрузки входного буферного регистра цифроанало- гового преобразователя 34. Параллельный двоичный код счетчика 31 переписывается в буферный регистр. Соответствующее зтому коду аналоговое напряжение с выхода преобразователя 34 через фильтр 36 подводится к управляемому генератору 37, мгновенная частота автоколебаний которого определяется этим напряжением.

Выбор масштаба преобразования напряжения в частоту генератором 37 определен требованием к коэффициенту умножения несущей частоты канала передачи информации. Ввиду наличия удвоителя 26 частоты для выравнивания частот следования импульсов на шинах 27 и 29 при повьш1енной частоте автоколебаний управляемого генератора 27 используется делитель 30 частоты с коэффициентом деления, равным половине требуемого коэффициента умножения несущей частоты канала передачи информации. В результате удвоения и дополнительного умножения новые несущие частоты становятся равными

Ф, af, 4f); ф, bfj bmCfgi Л f);

0j Cf 0 f) Коэффициенты a, b, с выбирают зависимыми b а/т, с a/n. Тем самым уравнивают средние частоты управг ляемых генераторов на выходных шинах 23-25

Фо. Ф

01

-ь afo3506364

Кроме того, учитывают апертурный эффект дальнейшего цифрового преоб- . разования выбором значения

а

мякс

/ j. (f о f )

5

где - максимальная частота

Qпреобразуемого электрического сигнала; мякс допустимая динамическая погрешность цифрового преобразования в относи5 „ тельном исчислении.

При различных значениях несущих частот каналов передачи информации и одной и -той же частоте заполнения, поступающей по шине 18, разрядность

Г) счетчика 31 выбирают таким образом, чтобы не допустить переполнения его в канале с наименьшей умножаемой частотой. В других каналах разрядность счетчика 31 может быть уменьшена.

5 Преобразованию в напряжение, подаваемое затем на фильтр 36, подлежит код старших разрядов счетчика 31, число которых N.

Полоса пропускания модулирующих

0 частот от входа умножителя (шина 20) до его выхода (шина 23), зависящая от инерционности фильтра 36 и от параметров других элементов замкнутой петли фазовой синхронизации, не должна быть менее величины F, . Выполнению данного условия способствует применение удвоителя 26 частоты цифровых сигналов. Если же.с линии связи по шине 20 поступает синусоидальный сигнал с изменяющейся частотой, вместо узла 26 (фиг.2) следует использовать, например, известный широ- кополосньй удвоитель частоты на основе двойного балансного модулятора с последующим преобразованием сигнала в импульсную форму для подачи на вход фазочувствительного детектора по шише 27.

В частном случае блок умноже- ния наивысшей из несущих частот может содержать только удвоитель частоты, а в канале со средним значением несущей частоты удвоитель может быть исключен.

С поступлением по шине 17 от вре- мязадающего блока 16 строб-импульсов, следующих с частотой отсчетов цифрового преобразования к кодирующим преобразователям 11-13, в них осу0

5

ществляется заполнение первого полного периода частот Ф , t, Фд с выходов умножителей импульсами стабильной высокой частоты Л , проводимыми по шине 18 Подсчитывая эти импульсы, известным способом производят формирование многоразрядных цифровых кодов, соответствующих текущим .значениям периодов несущих частот. Эти коды поступают в вычислительный узел 14, где в течение времени, оставшегося до конца такта цифрового преобразователя, поочередно выполняются в цифровом операции деления для получения кодов несущих частот и вычитания из них кода установленного заранее значения средней частоты fp.

Выбор частоты заполнения произ- водят на основе соотношения

SI

51

a(f о +4f

макс

)2

где В - число двоичных разрядов кода преобразователей 11-13, соответствующего девиации 2 4f

Если значение П превышает возможности имеющейся элементной базы, преобразователи 11-13 строят на принципе электронного нониуса с верньерной интерполяцией измеряемых периодов частот ф + ф . При необходи

мости округлить значение SI выбирают мокс из соотношения

|( 1 а-2в

)2

fl

1

Избранная разрядность В кодирующих преобразоватф1ей 11-13 должна быть меньше разрядности N используемых в умножителях частоты цифроана- логовых преобразователей, причем соотношение разрядностей определяется половиной коэффициента умножения несущей частоты канала передачи информации, если используется удвоитель частоты.

Полученные в узле 14 коды девиаци частоты, соответствующие первичным электрическим сигналам, поступают в блок 15 регистрации для запоминания. Блок 16 обеспечивает также вьщачу по пшне 19 кода текущего времени, с которым связаны цифровые отсчеты периодов частот ф , ф, ф.

5

0

5

При возникновении кратковременных сбоев в передаче информации по линии 7 связи отсутствуют импульсы на шине 27 и не производится сброс в нуль по шине 32 выходного кода счетчика 31, а также остается неизменным уровень Лог.1 на шине 33, запрещающий счет импульсов частотой S7. . Выходной буферный регистр цифроаналогового преобразователя 34 хранит последнее значение кода разности фаз сигналов- на шинах 27 и 29. В результате частота автоколебаний управляемого генератора остается неизменной до того момента, когда в линии связи вновь начнут поступать сигналы несущих частот.

Формула изобретения

1,Многоканальное устройство сбора геофизической информации, состоящее из передающей части, содержащей в каждом канале датчик сигналов, соединенный с частотным модулятором, линии связи, подключенной к выходам частотных модуляторов, и приемной части, содержащей кодирующие преобразователи по числу каналов, выходы которых соединены с вычислительным узлом, выход которого соединен с блоком регистрации, и времязадающий блок, соединенный шинами с кодирующим преобразователем и вычислительным узлом, отличающееся тем, что, с целью -уменьшения погрешности, преобразования регистрируемых сигналов путем сокращения квантуемых периодов, в приемную часть введены

по числу каналов умножители несущих частот с управляемыми генераторами повьш1енной частоты, причем сигнальные В2СОДЫ умножителей частоты соединены с линией связи, управляющие входы - с времязадающим блоком а выходы - с сигнальными входами кодир пощих преобразователей. i

2.Устройство по п. 1,, о т л и - чающееся тем, что умножитель частоты состоит из удвоителя несущей частоты, выход которого подключен к первому входу фазочастотного детектора, первый и второй выходы которого

t; соединены с первым и вторым входами счетчикового измерителя разности фаз, выходная шина которого соединена с сигнальным входом цифроаналогового. преобразователя, управляющий вход ко0

5

0

5

0

713

торого соединен с третьим выходом фа- эйчастотного детектора, а. выход через ,фильтр нижних частот - с входом управляемого генератора повьшенной частоты, выход которого подключен к делителю частоты, выход которого соединен с вторым входом фазочастот

Редактор П.Гереши

Составитель Д.Заргарян Техред Л.Олийньж

Заказ 5283/47Тираж 730Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

8

ного детектора, причем сигнальный вход умножителя частоты соединен с входом удвоителя несущей частоты, управляющий вход - с третьим входом счетчикового измерителя разности фаз, а выход - с выходом управляемого генератора повьшенной частоты.

Ьф

Г5

сриг.1

Корректор С.Шекмар

Изобретение относится к устройствам для регистрации изменяющихся во времени параметров явлений или процессов и может быть использовано в сейсмометрии, исследованиях по геомагнетизму и т.п. для сбора информации, которую передают по линии связи от датчиков выносных пунктов сбора, накопления и обработки данных. Цель изобретения - уменьшение погрешности преобразования регистрируемых сигналов путем сокращения квантуемых периодов. Введение в каждый канал умножителя несущей частоты приводит к уменьшению времени цифрового преобразования периодов этой частйты. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. а (Л с со СП о О5 со О5