Цифровая сейсмическая станция Советский патент 1980 года по МПК G01V1/24 

(54) ЦИФРОВАЯ СЕЙСМИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ

Изобретение относится к сейсморазведке, в частности к цифровым сейсмическим станциямс большим динамическим диапазоном регистрации сигналов. Известны цифровые сейсмические станции, содержащие сейсмоприемники, канальные усилители, коммутатор каналов, общий для всех каналов усилитель с автоматическим выбором козффнциента усиления, аналого-цифровой преобразователь, схему управления и регистрирующие устройства 1. Недостатком известных сейсмических станций является- малая разрешающая способность и искажения регистрируемого сигнала за счет реакции фильтров. Без фильтрации в каналах разрещающая способность ограничена щумами. Примеиение фильтров ограничивает устойчивость работы усилителей при больших коэффициентах усиления, приводит к искажениям сигнала. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является цифровая сейсмическая станция, содержащая сейсмоприемники, канальные усилители и коммутатор каналов, общий для всех каналов усилитель с автоматичесКИМ выбором коэффициента усиления, логическую схему определения коэффициента усиления, аналого-цифровой преобразователь, регистрирующие устройства и схему управления 2. Однако если канальные усилители выполненьг цщрокополосными, чувствительность сейсмостанции ограничена шумами. Применение фильтров улучшает отношение сигнал/шум, но ведет к Jjcкажению регистрируемых сигналов. Последующие операции обратной фильтрации и деконволюции не позволяют устранить искажения сигнала .вносимые фильтром. Цель изобретения - повышение разрешающей способности и точности регистрации. Цель достигается тем, что применен второй коммутатор каналов, между соответствующими выходами и входами каналов коммутаторов включены интеграторы с разрядными ключами, причем вторые входы интеграторов каждого канала соединень с выходом устройства аналоговой памяти, вход которого через ключ соединен с выходом сравнивающего устройства. На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство. Сейсмическая станция содержит Сейсмоприемники 1, канальные усилители 2, коммутаторы 3 и 4 каналов. Между соответствующими выходами и входами коммутаторов 3 и 4 ка налов включены интеграторы 5 с. разрядными ключами 6. Вход 7 установки смещения нуля интегратора 5 соединен с выходом 8 устройства 9 аналоговой памяти, вход 10 которого через ключ 11 соединен с выходом сравнивающего устройства 12. Выход коммутатора 4 каналов соединен с входом усилителей 13 с коммутируемыми в цепи обратной связи резисторами. Выходнс1Й сигнал усилителей 13 через преобразователь 14 полярности сигнала поступа на один вход сравнивающего устройства 12, на другой вход которого поступает сигнал управля емого делителя 15 напряжения. Коэффициентом усиления усилителей 13 и преобразователем 14 полярности управляют логические схемы 16 и 17 поразрядного уравновешивания. Последовательность тактов определения знака кода масштаба усиления и аналого-цифрового преобраэования определяют последовательно включенные распределители 18-20 тактов. Выходы распределителя 19 тактов определения кода масштаба усиления через схему ИЛИ 21 соединены с входом управления управляемого делителя 15 напряжения. В момент определения кода масштаба усиления сигнал с выхода распределителя 19 тактов через схему ИЛИ 21 устанавливает в управляемом делителе 15 напряжения кодовую комбинацию, которой соответствует напряжение, равное половине шкалы аналогоцифрового преобразования. Схема 22 управле ния обеспечивает в конце цикла преобразовани перенос знака кода масштаба усиления и ана лого-цифрового преобразования из логических схем 16 и 17 поразрядного уравновешивания и управляемого делителя 15 напряжения в устройство 23 регистрации. Сейсмическая станция работает следующим образом.. Схема 22 управления управляет коммутаторами 3 и 4 каналов так, что за заданньга интервал времени t:| вход интегратора 5 соот ветствуюшего канала соединен с вь1ходом уси лителя 2, а выход интегратора 5 отключен от входа усилителя 13. Ключи 6 и 11 разомкнуты. Если выходное напряжение устройства 9 аналоговой памяти компенсирует напряжение смещения нуля интегратора 5, то сигнал на выходе интегратора 5 по окончании интервала г с точностью до постоягшого множителя, определяемого коэффициентом усиления усилителя 2, постоянной времени интегратора 5 равен среднему и интервалом времени значению входного за время интегрирования, По окончании интервала времени L коммута тор 3 каналов отсоединяет вход интегратора 5 от входа усилителя 2, а коммутатор 4 каналов соединяет выход интегратора 5 с входом усилителя 13. Интегратор 5 переходит в режим аналоговой памяти. Одновременно сигнал схемы 22 управления воздействует на вход распределителя 18 тактов. Сигнал на выходе управляемого делителя 15 напряжения равен 0. Коэффициент усиления усилителей 13 максима лен. Сигнал на выходе преобразователя 14 полярности однозначно определяет знак напр. жения на выходе интегратора 5. Сигнал схемы 22 управления воздействует на вход распределителя 18 тактов, так что сигнал на его выходе становится равным 1. Передний фронт сигнала воздействует на вход логической схеj, jy поразрядного уравновешивания. В зависимости от уровня выходного сигнала сравнивающего устройства 12 логическая схема 17 поразрядного уравновешивания переходит в нулевое или остается в единичном состоянии, определяя код знака напряжения на выходе интегратора 5. Задний фронт сигнала распределителя 18 тактов воздействует на вход последнего так, что сигнал на его первом выходе становится равным 1. Сигнал С выхода распределителя 19 тактов через распределитель 18 тактов воздействует на вход управляемого делителя 15 напряжения, устанавливая в нем логические комбинации 0111..1 или 100...О, котоpj j соответствует напряжение, равное половине шкалы аналого-цифрового преобразования. Одновременно сигнал с выхода распределителя 19 тактов воздействует на вход логической схемы 16 поразрядного уравновешивания, выходная кодовая комбинация которой управляет усилителями 13 с коммутируемыми в цепи обратной связи резисторами. По алгоритму поразрядного уравновешивания из условия (где Ui - напряжение на выходе усилителей 13 с коммутируемыми в цепи обратной связи резисторами, Uj - напряжение на выходе управляемого делителя 15 напряжения) проводится определение кода усиления и устанавливается соответствующий коэффициент усиления усилителей 13. Задний фронт последнего такта определения кода усиления с выхода распределителя 19 тактов воздействует на вход распределителя 20 тактов аналого-цифрового преобразования. По алгоритму поразрядного уравновешивания последовательно определяются разряды управляемого делителя 15 напряжения. Одновременно с задним фронтом сигнала распределителя 20 тактбв, определяющим последний разряд управляемого делителя 15 напряжения, сигналы схемы 22 управления проводят перенос кода в устройство 23 регистрации, сброс регистров логических схем 16, 17 поразрядного уравновешивания и управляемого делителя 15 напряжения. Одновремен57но замыкается ключ 6. Через задержку, достаточную для разряда конденсатора интегратора 5, замыкается ключ 11. Коммутатор 3 каналов замыкает вход интегратора 5 на кор пус. После сброса схем 16 и 17 поразрядного уравновешивания коэффициент, усиления усилителей 13 максимален, а напряжение на выходе управляемого делителя 15 напряжения равно 0. Выходной сигнал сравнивающего уст ройства 12 однозначно определяет смещение нуля всего усилительно-преобразовательного тракта.. В зависимости от знака напряжения смещения нуля выходной сигнал сравнивающего устройства 12 через ключ II заряжает устройство 9 аналоговой памяти напряжением одного или другого знака, снижая смещение нуля всего тракта. Далее размыкаются ключи 11 и 6, устройство 9 аналоговой памяти пом нит напряжение смещения нуля всего тракта для соответствующего канала. Одновременно коммутатор 3 каналов соединяет вход интегра тора 5 с выходом канального усилителя 2, а коммутатор 4 каналов соединяет вход усилителей 2 и 13 с выходом интегратора следующего канала. Происходит преобразование и автоподстройка следующего канала и т.д. Если время преобразования и автоподстройки намного меньше интервала интегрирования и им можно пренебречь, входной сигнал каждого канала преобразуется в последовательные отсчеты, каждый из которых с точностью до постоянного множителя, определяемого коэффициентом передачи усилительного тракта канала, пропорционален среднему значению входного сигнала за соответствующий интервал времени. Перед определением среднего значения сигнала за интервал проводится сброс и автоподстройка интегратора. Искажения сигнала в предлагаемом устройстве определяются ег.о приближенным представлением во времени последовательными отсчетами, т.е. квантованием во времени. Степень искажений определяется соотнощением длительности каждого цикла интегрирования и периодом сигнала и может быть выбрано по известным критериям. Предлагаемое устройство обладает более высокой разрешающей способностью по амплит де по сравнению с известными. В силу своей безинерционности оно не обладает реакцией на выбросы щума и помехи. Интегрирование в интервале времени является накоплением сигнала, являющегося одним из сильных, методов борьбы с помехой. Цифровая сейсмическая станция обладает еще рядом существенных преимуществ, сннжаюнцж инструментальную погрещнос;ть усиления и аналого-цифрового преобразования входного сигнала. Усиление разделено во времени. На первом зтапе происходит усиление и интегрирование сетнала, на втором этапе, когда интегратор отсоединен от входа и напряжение на его выходе постоянно, происходит усиление сигнала общим для всего тракта усилителем. Это позволяет без особых трудностей и развязок по питанию между каскадами обеспечить высокую чувстви-. тельность усилительного тракта. Если в мо- ,. мент аналого-цифрового преобразования напряжение на входе АЦП постоянно, то устраняется его динамическая погрешность. Лвтоподстройка нуля усилительно-преобразовательного тракта снижает требования к применяемым в нем элементам, что ведет к упрощению схемы. Формула изобретения Цифровая сейсмическая станция, содержащая сейсмоприемншси, канальные усилители и коммутатор каналов, общий для всех каналов усилитель с автоматическим выбором коэффициента усиления, логическую схему определения коэффициента усиления, аналого-цифровой преобразователь, регистрирующие устройства и схему управления, отличающаяся тем, что, с целью повышения разрещающей способности и точности регистрации, она содержит второй коммутатор каналов, между соответствующими выходами и входами каналов коммутаторов включены интеграторы с разрядными ключами, причем вторые входы интеграторов каждого канала соединень с выходом устройства аналоговой памяти, вход которого через ключ соединен с выходом сравнивающего устройства. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Помиков М. К. Теория аналоговой и цифровой сейсморазведочной аппаратуры, М., Недра, 1973, с. 223-240. 2. Авторское свидетельство СССР по заявке 2461081/18-25, кл. G 01 V 1/24, 1977 (прототип).