Приемное устройство для высокочастотной геоэлектроразведки Советский патент 1990 года по МПК G01V3/12 

Изобретение относится к геофизике и предназначено для дистанционного исследования поверхности Земли и подповерхностной структуры пород, а также для повышения безаварийности движения транспортных средств в труднопроходимых условиях и при ограниченной видимости.

Цель изобретения - расширение динамического диапазона за счет устранения перегрузки стробоскопического смесителя путем создания компенсирующего сигнала.

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Устройство содержит сумматор , выход которого подключен ко входу устройства, ограничитель 2, стробоскопический смеситель 3, аналого-цифровой преобразователь 4, элемент 5 задержки, демультиплексор 6, счетчик 7, второй цифроаналоговый преобразователь 3, схему 9 сравнения, формирователь 10 стробимпульсов, генератор П тактовых импульсов, генератор 12 быстрого пилообразного напряжеot

00 ;О 00

ния, узел 13 постоянной памяти,узел

14сравнения кодов, регистр 15 последовательных приближений, блок 16 оперативной памяти, первый цифроанало- говый преобразователь 17, элемент

И с инверсией 18. Выход узла 14 сравнения кодов соединен со вторым входом демультиплексора 6 и вторым входом элемента И с инверсией 18. Первый выход демультиплексора 6 соединён со входом S регистра 15 послед ователъньпс приближений и одновременно является выходом синхронизации всего устройства. Вторые входы регистра 15 последовательных приближений и блока 16 оперативной памяти соединены со вторым выходом демультиплексора 6. Выход блока Г6 оперативной памяти является вторым выходом устройства. Выход первого цифро- аналогового преобразователя 17 подключен ко второму входу сумматора 1. Выход счетчика 7 подключен к третьему входу блока 16 оперативной памяти. Выход элемента И с инверсией 18 соединен с третьим входом регистра

15последовательных приближений. Выход формирователя 1 О стробимпульсов соединен с.аналого-цифровым преобразователем 4 и стробоскопическим смесителем 3, выход генератора 12 быстрого пилообразного напряжения соединен со вторым входом схемы 9 сравнения .

Устройство работает следующим образом.

Рассмотрим сначала:случай, когда принимаемый сигнал не превышае т порогов ограничителя 2. На выходе первого цифроаналогового преобразователя 17 напряжение равно нулю,поэтому входной сигнал проходит на вход стробоскопического смесителя 3 без изменений и не перегружает его.Этот режим соответствует режиму работы прототипа. Каждым тактовым импульсом с генератора 11 тактовых импульсов запускается генератор 12 быстрого пилообразного напряжения. В схеме 9 сравнения происходит сравнение быстрого и ступенчатого пилообразного напряжения, которое формируется вторым цифроаналоговым преобразователе 8. В момент рав,енства этих напряжений на выходе формирователя 10 стро импульсов, формируется стробимпульс, управляющий работой стробоскопическго смесителя 3. Стробоскопический

смеситель 3 производит выборку мгновенного значения входного сигнала, соответствующего моменту стробирования, Аналого-цифровой преобразователь 4 осуществляет преобразование напряжения с выхода стробоскопического смесителя 3 в цифровую форму. В момент Окончания процесса аналогоцифрового преобразования на первом выходе аналого-цифрового преобразователя 4 появляется импульс Конец преобразования. После задержки в элементе 5 задержки этот импульс про5 ходит через демультиплексор 6, который в рассматриваемом режиме соединяет выход элемента 5 задержки со входом счетчика 7. Медленное-ступенчатое-пилообразное напряжение форми0 руется вторым цифроанапоговЫм преобразователем 8 путем преобразования В аналоговую форму кода счетчика 7. Зондирующий сигнал должен излучаться с частотой генератора 11 тактовых

5 импульсов. Таким образом, на каждый излученный импульс происходит считывание одной точки преобразованного сигнала. В следующей точке, которая считывается после излучения следующеO го зондирующего сигнала, напряжение с выхода второго цифро-аналогового преобразователя 8 увеличивается на одну ступеньку. Это приводит к смещению по времени стробирующего импульса с выхода формирователя 10 стробимпульсов на величину шага считывания. Поэтому в результате считывается следующая точка преобразованного сигнала. Таким путем производится считывание всех точек сигнала. Управление демультиплексором 6 производится потенциалом с выхода узла 14 сравнения кодов. В узле 13 постоянной памяти записано два кода: с код максимального положительного числа, которое может сформировать .аналого-цифровой преобразователь 4, и код максимального отрицательного числа.

5

0

Аналого-цифровой преобразователь 4 должен преобразовывать двухполяр- ный сигнал, т,8. ограничитель 2 также должен быть двухполярным.Максимальное допустимое пороговое значение напряжения, поступающее на стробоскопический смеситель, равно по модулю Ufjop Поэтому максимальное напрях ение, поступающее на аналого- цифровой преобразователь 4, лежит в пределах ±1 В.

В практической деятельности избегают преобразования в цифровую форму знакопеременных напряжений,смещая вход аналого-цифрового преобразователя постоянным напряжением для того, чтобы.напряжение, преобразуемое аналого-цифровым преобразователем, было одного знака. Поэтому благодаря смещению входа аналого-цифрового преобразователя 4 напряжение на его входе лежит в пределах О - 2 В, тогда как напряжение с выхода ограничителя может находиться в диапазоне -1 В ... +1 в. Примем, что аналого-цифровой преобразователь содержит 4 разряда, причем левый разряд - знаковый. Тогда при перегрузке по входу устройства в положительную сторону напряжение на выходе ограничителя 2 равно +1 В, а код с аналого цифрового преобразователя 4 - МП, При перегрузке в отрицательную сторону код с выхода аналого-цифрового преобразователя 4 равен 0000. Код нулевого напряжения на входе аналого цифрового преобразователя может быть выражен двояко: 1000 или 0111. Выход того .или другого кода на выход узла

13постоянной памяти производится, по знаковому разряду кода аналого- цифрового преобразователя 4. В узле

14сравнения кодов производится сравнение текущих значений кода с выхода аналого-цифрового преобразователя 4 с максимальными, снимаемыми

с выхода узла 13 постоянной памяти, т.е. с кодом 11 либо 000. В рассматриваемом случае непревьпиения входным сигналом порога ограничения код с выхода аналого-цифрового преобразователя 4 никогда не достигает максимальных границ, поэтому на выходе узла 14 сравнения кодов находится потенциал, разрешающий прохождение импульса Конец преобразования с первого выхода аналого-цифрового преобразователя 4 на счетчик 7. I

Рассмотрим теперь случай, когда входной сигнал превышает порог ограничения, В результате этого код на выходе аналого-цифрового преобразователя 4 совпадает с одним из максимальных значений, храни1Ф1х в узле 13 постоянной памяти. Это вызьшает переключение демультиплексора 6, так как на выходе узла 14 сравнения ко13987

дов потенциал изменяется. Импульс Конец преобразования начинает проходить с выхода элемента 5 задержки J на вход С (синхронизации) регистра 15 последовательных приближений и второй вход блока 16 оперативной памяти. Начинается процесс выработки компенсирующего напряжения, в кото)0 ром принимают участие регистр 15 последовательных приближений, блок 16 оперативной памяти и первый цифроана- логовый преобразователь 17. Код счетчика 7 при этом не изменяется,

15 т.е. производится выработка компенсирующего напряжения только для этой точки. Процесс выработки компенсирующего напряжения происходит с тактом, равным частоте генератора 11

2С тактовых импульсов, т.е. на каждый излученный импульс вырабатывается одна итерация компенсирующего напряжения. S-вход установки регистра 15 последовательных приближений в ис25 ходное состояние включен параллельно со входом счетчика 7, поэтому при каждой смене состояния счетчика 7 регистр 15 последоватепьных приближений приводится н исходное сос30 тояние. Будем считать регистр 15 последовательных приближений также четырехзначным. Между количеством разрядов аналого-цифрового преобразователя 4 и регистра 15 последовательных приближений никакой связи

35

нет.

На выходе элемента 5 задержки импульс Конец преобразования является отрицательным, т.е. большую часть времени потенциал на выходе элемента 5 задержки равен единичному значению и лишь во время действия импульса Конец преобразования этот потенциал принимает нулевое значение. Блок 16 оперативной памяти управля-- ется следующим путем: если на втором его входе (соединяющем блок 16 оперативной памяти с демул.ьтиплексором 6) установлена логическая единица, то блок находится в режиме Чтение, и хранящаяся в нем информация вьюо- дится на первый цифроаналоговый преобразователь 17.

Поскольку в случае непревьшения входным сигналом уровней ограничения блок оперативной памяти находится в режиме Чтение, то перед начаом работы во все его ячейки должен ыть записан одинаковый код 0111,ко 16

торый преобразуется первым цифроана- логовым преобразователем 17 в нулевое напряжение. Количество ячеек в блоке оперативной памяти равно количеству точек преобразуемого сигнала (отношению длительности входного сигнала к шагу считывания), а количество разрядов каждой ячейки равно количеству разрядов регистра 15 последовательных приближений, а также первого цифроаналогового преобразователя 17. Запись в блок 16 оперативной памяти производится по срезу импульса на втором его входе, т.е. в момент, когда управляющей импульс с выхода демультиплексора 6 переходит из единичного состояния в нулевое. Поскольку входной сигнал двухполярный, то и компенсирующее напряжение должно иметь возможность принимать как положительные, так и отрицательные значения. Поэтому первый цифроаналоговый преобразователь 17 должен преобразовывать цифровые коды с блока 16 оперативной памяти в двухполярные напряжения. Для кодов с выхода блока оперативной памяти 0111 ... 0000 первый цифроаналоговый преобразователь 17 формирует положительные напряжения, соответственно, ми нимального и максимального значения . Для кодов с выхода блока 16 оперативной памяти 1000... ...1111 необходимо вырабатывать, соответственно, минимальное и максимальное отрицательное напряжение.

Рассмотрим процесс формирования кодов, записываемых в блоке 16 опе- ративной памяти. Это обеспечивается регистром 15 последовательных приближений под управлением элемента И с инверсией 18, на один вход которого подается знаковый разряд кода аналого-цифрового преобразователя 4, а на другой - потенциал с выхода узла 14 сравнения кодов. В случае непревы- шения входным сигналом уровней ограничения потенциал на выходе узла 14 сравнения кодов равен нулю, а в случае превышения - единице.

Поскольку для нулевого потенциала с выхода узла 14 сравнения кодов запись в блок 16 оперативной памяти не производится, то выходной потенциал элемента И с инверсией 18 не оказывает влияния на значение кода в блоке 16 оперативной памяти.

987

Допустим, в результате превышения в положительную сторону на третьем входе регистра 15 последовательных приближений установлена единица.После воздействия на вход С положительного перепада в коде регистра 15 последовательных приближений происходят следующие изменения: его исходное состояние 0111 изменится на 0011,

т.е. состояние старшего разряда подтвердится, а состояние предстаршего разряда изменится на единицу. Ятот изменившийся код перепишется в ячей- 5 ку блока 16 оперативной памяти по адресу, который формируется счетчиком 7. Далее, первый цифроаналоговый преобразователь 17 преобразует нулевое напряжение на своем-выходе в по- 0 ловину максимального отрицательного напряжения. Если суммарное напряжение на входе ограничителя 2 все еще превьш1ает порог ограничения, то процесс повторяется, при этом коррекции 5 подвергается уже третий (по старшинству) разряд кода регистра 15 последовательных приближений. Так будет продолжаться до тех пор, пока суммарное напряжение на входе ограничи- Q теля 2 не окажется в зоне -1 - +1 В, или не будут скорректированы все разряды регистра 15 последовательных приближений. При попадании напряжения в зону -1 ... +1 В процесс выработки компенсирующего напряжения прерывается, демультиплексор 6 переключается и начинается преобразование следующей точки, так как состояние счетчика 7 увеличивается на единицу. дд . Если происходит превыЩение в отрицательную сторону, то на третий вход регистра 15 последовательных приближений от элемента И с инверсией 18 поступает О. Это приведет к дс исправлению старшего и предстаршего разрядов регистра 15 последовательных приближений, т.е. в нем будет сформирован код 1011, Этот код после записи его в блок оперативной памяти и преобразования в первом цифроанало- говом преобразователе 17 изменяет нулевое напряжение на его выходе на половину максимального положительного напряжения. Если этого недостаточно, то в следующей итерации происходит. 55 установка единицы во втором (слева) разряде и нуля - в третьем.

Таким образом осуществляется выработка компенсирующего напряжения.

5

50

Поскольку коды сохраняются-в блоке 16 оперативной памяти, то в последующих циклах преобразований время на формирование этих кодов не затрачивается до тех пор, пока не произойдет изменение входного напряжения. Если в блоке оперативной памяти записан код, соответствующий одному знаку компенсирующего на пряжения, а входное напряжение не изменило свой знак то процесс выработки компенсирующего напряжения не изменится, надо только иметь в виду удвоение напряжения на входе ограничителя и возможный выход его из строя.

Коды аналого-цифрового преоРразов теля 4 и блока оперативной памяти представляют собой младшую и,соответственно , старшую часть преобразования входного сигнала в цифровую форму. Импульс, переключающий счетчик 7 является синхроимпульсом, с появлением которого можно считывать младшую и старшую части цифрового эквивалента мгновенного значения входного сигнала.

Таким образом, введение новых элементов позволяет расширить динамический диапазон входных сигналов Вверх без потерь информации. Формула изобретения

Приемное устройство для высокочастотной геоэлектроразведки,содержащее генератор тактовых импульсов, ограничитель, последовательно соединенные генератор быстрого пилообразного напряжения, схему сравнения, формирователь строб-импульсов,стробоскопический смеситель, информационный вход которого подключен к выходу ограничителя, отличающее- с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона за счет устранения перегрузки стробоскопического смесителя путем создания компенсирующего сигнала, оно снабжено аналого- цифровым преобразователем, элементом задержки, демультиплексором, регист

ром последовательных приближений, блоком оперативной памяти, первым и вторым цифроаналогЬвым преобразователем, сумматором, узлом постоянной

памяти, счетчиком, элементом И с инверсией, узлом сравнения кодов,выход стробоскопического смесителя подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя, первый выход которого соединен с входом элемента задержки, выход которого соединен с первым входом демультиплексора,первый выход которого соединен с входом счетчика, первым входом регистра последовательных приближений и является выходом синхронизации устройства, второй выход демультиплексора соединен с вторым входом регистра последовательных приближений и первым входом блока оперативной памяти, выход которого является первым выходом устройства и подключен к входу первого цифроаналогового преобразователя,выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого является входом устройства, выход сумматора соединен с входом ограничителя, второй вход блока оперативной памяти соединен с выходом регистра последовательных приближений, третий вход которого соединен с выходом элемента И с инверсией, первый вход которого соединен с вторым входом демультиплексора, и выходом узла

сравнения кодов, первый вход которого соединен с выходом узла постоянной памяти, вход которого соединен с вторым входом элемента И с инверсией, входом узла сравнения кодов, выходом аналого-цифрового преобразователя и является вторым выходом устройства, выход счетчика соединен с третьим входом блока оперативной памяти и входом второго цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с вторым входом схемы сравнения, второй вход аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом формирователя строб-импульсов,

Изобретение относится к геофизике и может быть использовано для дистанционного исследования поверхности земли и подповерхностной структуры пород, а также для повышения безаварийности движения транспортных средств в труднодоступных условиях и при ограниченной видимости. Целью изобретения является расширение динамического диапазона за счет устранения перегрузки стробоскопического смесителя путем создания компенсирующего сигнала. Устройство, содержащее генератор тактовых импульсов, ограничитель, последовательно соединенные генератор быстрого пилообразного напряжения, схему сравнения, формирователь стробимпульсов, стробоскопический смеситель, снабжено аналого-цифровым преобразователем, элементом задержки, демультиплексором, регистром последовательных приближений, блоком оперативной памяти, сумматором, двумя цифроаналоговыми преобразователями, узлом сравнения кодов, узлом постоянной памяти, счетчиком и элементом И с инверсией. Компенсирующее напряжение формируется в цифровой форме и хранится в блоке оперативной памяти. Изобретение позволяет восстановить форму принимаемого сигнала, в том числе и тех участков, которые выходят за пределы нормальной работы стробоскопического смесителя. 1 ил.