Цифровая сейсмичекая станция Советский патент 1979 года по МПК G01V1/24 

1

Изобретение относится к области, сей сморазведки, в частности, к цифровым сейсмическим станциям с большим динамическим диапазоном регистрации сейсмических сигналов.

Известны цифровые сейсмические станции, содержащие сейсмоприемники с предварительными усилителями, коммутатор каналов, основной усилитель с цифровым управлением коэффициентом, содержащий в свою очередь усилители, включенные по каскадной схеме, ключи для переключения ступеней усиления, логическую схему для выбора коэффициента усиления, источник опорного напряжения, аналого-иис эовой преобразователь, устройство регистра ции i .

Недостатком указанных сейсмических станций является их сложность и. ограниченная точность.

Для реализации заданного количества коэффициентов усиления в них требуется такое же количество усилительных каск&дов. К последним предъявляются высокие

требования по стабильности коэффициентов усиления, линейности амплитудной характеристики и дрейфа нуля. Поэтому в сейсмических станциях, например, ССЦЗ и ее зарубежных аналогах, -лрйменяются усилители, коэффициенты усиления каскадов которых равны 4. При этом не используется разрешающая способность аналого-ци4ьрового преобразователя, так как сигнал на его входе при любом из значений коэффициента усилення может лежать межДУ JU и Д значения шкалы т. е. в на4,2 чале шкалы.

Аналоги с мгновенным отсчетом коэффициента узиленизя требуют применения большого количества сравнивающих устройств, равного числу каскадов усиления.

Наиболее близким техническим решением является сейсмическая станция, содержащая, сейсмоприемники, канальные усилители, коммутатор каналов, усилитель с цифровым регулированием коэффициента усиления, состоящий из каскадно-включенных усипитепей, кпючрй, для коммутлияи выходов каскадов усиления, лотшчпской схемы для выбора коэффиционтов УСИЛЕНИЯ, аналого-цифровой преобразоватоль и рогистрируюшее устройство 2 . Недостатком известной сейсмической Станции является сложность и огплнич 5- ная точность. Сложность обусловлена тем, что для реализации усилителя на заданное число коэффициентов усиления, требуется такое же чиспо каскадов усиления. Причем слож ность логической схемы увеличивается пропорционально количеству коэффициентов усиления. Ограниченная точность обусловлена высокими требованиями к усилитэлям по ста бильностиКоэффициентов усиления каскадов, линейности амплитудной характеристи ки, величине нуля. Изменение порога срабатьшания порогового устройства, служащего для определения коэффициента усиления, приводит к несовпадению шкалы усилителя и шкапы аналого-цифрового преобразователя. Коэффициент усиления устанавливается за несколько цикло опроса. ;При разных уровнях сигналов в канала Ьпя некоторых каналов коэффициент усиления мал и не используется разрешающая способность аналого-цифрового преобразователя,/ Цепь предлага емого изобретения - сок ращение оборудования при одновременном повышении точности измерений. Для этого цифровая сейсмический стан ция содержит усилители с коммутируемыми в цепи обратной связи резисторами, распределитель тактов определения коэффициента усиления, схему ИЛИ. причем распределитель тактов определения коэффициентов усиления включен между ячейкой такта определения знака и распреде.лителем тактов аналого-цифрового преобразователя, выходы управления распределителя тактов определения коэффициента усиления через схему. ИЛИ подключены к входу установки разрядов управляемого делителя напряжения аналого-цифрового преобразователя. На чертеже привеоена схема предлагае мой цифовой сейсмической станции, Сейсмическая стандиялсодержит сейсмо приемники 1, кйнальные усилители 2, комг мутатор 3 ка налов, блок 4 управления, усилители 5 и 6, с коммутируемыми в цепи обратной связи резисторами 7, к то чи 8.Выход усипитуля о соединен с одним входом cpaвнивaюшeI o устройства 9 через пушобразоватепь 10 полярности сигиапа . На другой выход сравнивающего устройствд 9 поступает выходной сигнал управляемого депитеггя L1 напряжения, питающегося от источника 12 опорного нппряження. Выходной сигнап сравнившощйго устройства 9 поступает на управляемый делитепь 11 напряжения, погическую схему 13 управпения преобразователя полярности и логическую схему управления ключами 14, Последовательность тактов опредепрния знака, коэффициента усиления и цифроаналогового преобразования определяется ячейкой 15 такта опредепения знака,- распределителем 16 тактов опредепения коэффициентов усипения и распределителем- 17 тактов аналого-цифрового преобразования . Выходь распределителя 16 тактов опредепения коэффициента усиления через схему ИЛИ 18 подключены к входу установки разрядов управляющего делителя 11 напряжения аналого-цифрового преобразования. Код знака, кодусиления и код анапого-цифрового преобразования подается в регистрирующее устройство 19 с логиче- ской схемой 13 .управления преобразователя полярности, логической схемы 14 управпения ключами и с управляемого делителя 11 напряжения аналого-цифрового преобразователя. Предлагаемое устройство работает следующим образом. Перед подключением соответствующего канала к входу усилителя 5 сигнал с блока 4 управления устанавливает управляемый делитель 11 напряжения, логическую схему 13 управленияпреобразователя попярности и логическую схему 14 управления ключами в нулевое состояние. Резисторы 7, переключаемые в цепи отрицательной обратной связи усипения усилителя 5 выполнены так, что когда замкнут ключ 8 , коэффициент усиления усилителя 5 равен 1, а когда замкнут ключ 82 коэффициент усиления равен 16. При замкнутых ключах 8 8 ипи 8 коэффициент усиления усилителя 6 равен соответственно 1, 2, 4 или 8. Кодирование ключами и соответствующие коду коэффициенты усиления К5 и К л усилителей 5 и 6 привел ены в таблицес

а:-Г:: ; ::;1 ::.::.-. Логическая 13 схема управления преобр зоватепя попярности, логическая схема 14 управления ключами и управляемый делите пь 11 напряжения совместно-с ячейкой 15 такта определения знака, ра пределителем 16 тактов определения ко эффициента усипетшя и распределителем 17 тактов аналого-цифрового преобразователя выполняют алгоритм поразрядног уравновешивания. После установки нуля выходное напряжение управляемого делителя 11 напряжения, подаваемое на вход схемы 9 сравнения равно О. Коэффициент усилени при нулевом коде логической схеМьг 14 управления ключами (см. таблицу) макси мален. Импульс запуска, поступающий на вход ячейки 15 такта определения знака из блока 4 управления, запускает распре делитель тактов. Выходной сигнал ячейки 15 такта определения знака воздействует на логическую схему 13 управления преобразователя попярности , устанавливая ее в состояние, при котором преобразователь 10 полярности передает выходной сигнал усилителя 6 на вход схемы 9 сравнения без инвертирования полярности. После переходного процесса установления напряжения выходной сигнал схемы 9 срй1внения зависит от полярноети входного сигнала. Следующий такт оп ределяется наличием сигнала на первом выходе распределителя 16 тактов определения коэффициента усиления. Задний фронт сигнала ячейки 15 такта определения знака по выходному сигналу схемы 9 сравнения устанавливает логическую схему 13 управления преобразователя полярности в состояние, при котором выходной сигнал преобразователя , 10пог1Я ноств всйгдп одной полярности с напряжением у11равляен Ьго делителя 11напряжения. Состояние логической -. схэмы 13 управления преобразователя полярности определяет знак входного сигнала. Выходной сигнал на первом выходе распределителя 16 тактов определения коэффициента усиления устанавливает в логической схеме 14 управления кпючами кодовую комбинацию 1ОО, которой соответствует коэффициент усиления равный 8 (см. таблицу). Одновременно выходной сигнал с первого выхода распределителя 16 тактов определения коэффициентов усиления через схему ИЛИ устанавливает в управляемом делителе 11 напряжения одну из двух кодовых уомбйнаций О... 01 ...11. В управляемом делителе напряжения с весами разрядов двоичного кода, указанным кодовым комбинациям соответствует выходное напряжение, равное с точностью до половины младшего разряда половине шкалы аналого-цифрового) преобразователя . После переходного процесса установления напряжения, выходной сигнал схемы 9 сравнения определяет, больше или меташе выходной сигнал усилителя 6, при коэффициенте усиления усилителей 5 и 6 равном 8, половины шкалы аналого-цифрового преобразователя. Второй такт определения коэффициента усиления задается напряжением на втором выходе распределителя 16 так- тов определения коэффициента усиления, который устанавливает единицу во втором кодовом разряде логической схемы 14 управления ключами и удерживает предыдущую кодовую комбинацию в управляемом делителе 17 напряжения. Задний фронт выходного сигнала первого такта в зависимости от значения выходного сигнала схемы сравнения сбрасывает первый кодовый разряд в йулевое состояние или оставляет его в. единичном состоянии, определяя первый разряд кода усиления. В логической cxfeMe 14 управления ключами устанавливавтся одна из кодовых комбинаций 010 или 110, которым соответствует коэффициент усиления 32 или 2 (см. таблицу. В момент пе рехода к третьему такту о результату сравнения выходного сигала усилителя 6 с напряжением, соотетствующим половине шкалы апалого- ифрового преобразователя, опредепяотпя торой разряд кода усиления и устанавлиается один из четырех коэффициентов усиления. В момент перехода к четверто му тбкту, опредепяемому наличием сигнаЙй на первом выходе распределителя 17 тактов анапого-цифрового преобразователя, определяется третий разряд кода усипения. Прекращается воздействие сигнала с выхода схемы ИЛИ на управляемый делитель 11 напряжения. При переходе к пятому такту определяется первый разряд аналого-цифрового преобразователя и т. д, по апгоритк1у поразрядного уравновешивания. 1 4. Коэффициент усиления устанавливается из условия, при котором выходной сигнал усилителей всегда имеет значения от попбййны максимального напряжетшя до максимального напряжения, что пйзвопяет полностью реализовать его разрешающую спсробность. Применение двух усилителей с набором коэффициентов усиления 1 и 2 у одного И 1, 2 ; 2 , 2 у другого позволяет расширить динамический диапазон на 42дб Три усилителя с коэффициентами усиления 1 и 2® у одного 1 и 2 у другого и 1 2 , 2 ,2 у третьего, обеспечиваю 16 бинарных коэффициентов усиления и дозволяют расширить динамический диапазон на 90дб и т.д. Выходной сигнал схемы сравнения обес печивает последовательный код, первый разряд.которого является знаковым, далее идут разряды кодов коэффициентов усиления и разряды аналого-цифрового преобразования. Предлагаемое устройство значительно упрощает сейсмическую станцию при одновременном обеспечении высокой тбчности аналого-цифрового преобразователя, так как для определения кода усиления исполь зуется управляемый делитель напряжения и схеме сравнения аналого -пн4рового пре образователв. При замкнутом на корпусе входе уси1штепя 5 вылюдной свгнап схемы сравнения опредеи:йет уход нуля усилителей и ск&лл сравнения, что поэводяет легко схватить весь тракт автоматической подстройки вупя. 6 65в Быстродействие определяется в основном типом применяемых операционных усипителей. Время установления выходного напряжения современных операционных усипитепей примерно такое же, как у схемы сравнения и управляемотхэ делителя напряжения, в качестве которых также применяются операционные усилители. Микросхемы 153 серии, обладающие сравнитель но невысоким быстродействием, обеспечивают скооость преобразования до 1Ь%ит/сек. Предлагаемая станция прошла лабораторные и полевые испытан1д я, применена в автономных морских буйковых сейсмических станциях. Формула изобретения Цифровая сейсмическая станция, содержащая сейсмоприемники, канальные усилители, коммутатор каналов, каскадновключенные усилители, ключи, логическую схему управления ключами для выбора коэффициентов усиления, аналого-цифровой преобразователь и регистрирующее устройство, отличают аяся тем, что, с целью сокращения оборудования при одHOBpeMieHHOM повышении точности измерь1гая , она содержит усилители с коммутируеЯсыми в цепи обратной связи резисторами, распределитель тактов, определения коэффициента усиления, схему ИЛИ, причем распределитель тактов определения коэффициентов усиления включен мезкду ячейкой такта определения знака И распредепителем тактов аналого-цифрового преобразователя, выходы управления распределителя тактов определения крэффициента усиления через схему ИЛИ подключены к входу установки разрядов управляемого делителя напряжения аналого-цифрового преобразователя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Полшков М. К. Теория аналоговой и Цифровой сейсморазведочной аппаратуры, М., Недра, 1973, 2.Заявка ФРГ № 1906196, кл. 42с, 42, 1973.