Многоканальная система сбора и регистрации сейсмической информации

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СО(.1ИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (19) (11) (51) 4 . G 01 U 1/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3897350/24-25 (22) 31.05.85 (46) 15.02.87. Бюл. У б (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт геофизических методов разведки (72) В.А.Линьков, В.Н.Харламов и А.В.Харас (53) 550.83(088.8) (56) Патент США Р 4072923, кл. 340-15.6,Т$ опублик. 1978.

Патент США У 4218767, кл.367-79, опублик. 1980. (54) МНОГОКАНАЛЬНАЯ СИСТЕМА СБОРА И

РЕГИСТРАЦИИ СЕЙСМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ (57) 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 помехоэащищенности и уменьшение динамической ошибки аналоговой обработки сигналов путем осуществления нелинейного сжатия с фиксированным коэффициентом динамического диапазона сейсмических сигналов до поступления их на мультиплексор кана" лов. 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 пре-. образования и их коэффициентов.

2 з.п, ф-лы, 3 ил.

1 12902

Изобретение относится к цифровой информационно-измерительной технике и может использоваться при геофизических исследованиях на суше и на море. 5

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

На фиг.! изображена структурная схема многоканальной системы сбора и регистрации сейсмической информации; на фиг.2 — функциональная. схема модуля аналоговой обработки сигналов наполного пункта; на фиг.3 — функциональная схема центральной регистрирующей станции.

Многоканальная система сбора и регистрации сейсмической информации (фиг.l) включает в себя сейсмоприем- = ники l,выносные напольные пункты 2 (НП), состоящие иэ последовательно соединенных модуля 3 аналоговой обработки сигналов, на вход которого подключаются сейсмоприемники 1,. 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 в себя соединенные последовательно блок 10 предварительных усилителей с фильтрами (ПУФ), блок 11 сжатия динамического диапазона, содержащий идентичные 4 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 11 сжатия динамического диапазона. Блок 10, мультиплексор 13, УВХ 14 и АЦП 15 соединены с шиной управления 5.

20 2

ЦРС 9 (фиг.3) включает в себя модуль связи с выносными напольными пунктами и источником возбуждения, содержащий модем !6, управляющий вычислительный комплекс 17 (УВК), контроллер 18 источника возбуждения, блок

19 радиоуправления; 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 контроллера 18 источника возбуждения,блока 20 вспомогательных каналов и контроплера 23 записи, при этом первый выход контроллера 18 источника возбуждения соединен с управляющим входом модема 16 и блока 19 радиоуправления источником возбуждения, а второй выход соединен со входом блока

20 вспомогательных каналов, выход которого соединен с первым информационным входом мультиплексора 22 данных, второй информационный вход котороrо соединен с выходом ОЗУ 2 1, 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 по-. мощью третьей информационной шины.

Система работает следующим образом.

После расстановки и подключения выносных напольных пунктов 2 вдоль

ЛС 8 (фиг.l) с ЦРС 9 подают по ЛС 8 необходимые сигналы (команды) для перевода всех НП 2 иэ дежурного режима, когда основная часть функцио1290220

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

55 нальных блоков каждого HII 2, поддерживая режим экономного расходования ограниченного запаса электроэнергии аккумуляторных батарей, отключена от внутренней линии питания, в активный режим работы для непосредственного проведения диагностических и других подготовительных операций, необходимых для последующей за ним регистрации сигналов сейсмических трасс, ис- 10 пользуя при этом соответствующие выходы шины 5 управления. Затем под действием синхронизирующих команд запу— ска всех напольных пунктов 2, поступающих с ЦРС 9 по ЛС 8, приемопередающий модуль 7 данных и команд и модуль 6 цифровой обработки сигналов переводят модуль 3 аналоговой обработки сигналов каждого НП 2 в режим регистрации сейсмической информации.

При этом (фиг.2) используются соотвествующие управляющие сигналы, поступающие по шине 5 управления для управления и синхронизации работой мультиплексора 13 каналов, устройст— ва выборки-хранения 14 и аналого-цифрового преобразователя 15. Далее по мере поступления из ЛС 8 на входь| каждого приемопередающего модуля 7 синхронизирующих команд запуска модуль 6 цифровой обработки согласно порядковому номеру расстановки каждого НП 2 в общей структуре, опреде— ляемой ЦРС 9, линией связи 8 и совокупностью всех напольных пунктов 2 35 выбирают соответствующий временной интервал иэ цикла передачи информа— ции всех напольных пунктов на ЦРС 9 так, чтобы исключить воэможность наложения последовательных информаци- 40 онных 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 45 в динамике регистрации сигналов сейсмических трасс, на который падает основная нагрузка в процессе преобразования слабых сейсмических колебаний в квантованные по времени их 50 эквивалентные цифровые выборки. 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 11, который выполняет функцию компенсатора статической и динамической погрешностей, вызванных влияющими факторами тракта аналоговой коммутации, и в котором осуществляется нелинейное сжатие широкого динамического диапазона аналоговых сейсмических сигналов.

Блок .11 содержит функцио|шрующие независимо друг от друга идентичные логарифмические усилители 12 для каждого аналогового канала регистрации, причем усипители 12 реализуют бипо— лярную функцию логарифмирования с фиксированным коэффициентом сжатия динамического диапазона, так как диапазон изменения аналоговых сейсмических сигналов симметричен относительно нуля.

Биполярная функция логарифмнрования имеет вид:

U, = К arsh(---)=K.lg(— — — +

E в Е е

2Есп 2Š— — т сп on

Евх (--- +)

2Е

on где К вЂ” фиксированное значение коэффициента сжатия (компрессии), определяемое на основе необходимой величины перекрытия динамического диапазона изменения входного аналогового сигнала, величины напряжения LUKQ лы Ale, а также заданной величины относительной погрешности регистрации;

Е „ — входное напряжение аналоговоro сигнала, поступающего с выхода блока Пуф;

Е ср — величина необходимого пав пряжения смещения, при котором Н =.О. выл

Логарифмические канальные усилители 12, входящие в состав блока 11 каждого выносного НП 2, выполняются согласно реализуемой ими функции преобразования. Для этого каждый каналь—

1 ный логарифмический усилитель 12 должен содержать последовательно соединенные элементы соответственно: вы— деления отношения входного напряжения аналогового сигнала Е „, поступающего со входа блока 1.1 к удвоенной величине напряжения опорного сигнала

1290220

30

50

55 темы.

Е ; квадратор, сумматор с единичным оп 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 ll 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. Культиплексированная 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 25 устройств по шине 5 управления . Информация с выхода АЦП 15 по шине 4 данных поступает на модуль 6 цифровой обработки, в котором осуществля— ется 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 II функция преобразования, реализуемая в виде биполярной функции логарифмирования, заранее определены для каждого канала напольных пунктов 2 и хранятся в ЦРС 9.

Последовательные информационные слова с каждого выносного НП 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 шине, связывающей модем 16 с УВК 17.

УВК 17 центральной регистрирующей станции 9 осуществляет оперативный контроль поступления данных и функционирования всей многоканальной системы сбора и регистрации сейсмической информации в целом, выполняет необходимые функции обработки и преобразованния 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 процедур обработки, а также операций суммирования в ЦРС 9 используется

ОЗУ 21, связанное с УВК 17 второй информационной шиной. Данные из ОЗУ

?I поступают на вход мультиплексора

22 данных, 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 передают— ся в необходимом формате на УДО 25 и накопитель па магнитной ленте 24, управление которым также осуществляет контроллер 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 визуализации 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 )7 центральной регистрирующей станции 9 в диалоговом режиме с помощью одной из подпрограмм используемой операционной сисКсли режим записи сейсмограмм до конца не закончен, то контроллер 18 источника возбуждения с блока 19 ра

90220

7 12 диоуправления под управлением УВК 7 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 команды 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 временная задержка и затем осуществляется передача стробирующего импульса запуска. Контроллер 18 источника возбуждения с помощью блока вспомогательных каналов 20 определяет, какой из активных вспомогательных каналов

1. Многоканальная система сбора и регистрации сейсмической информа— ции, содержащая 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 подключены ко входам шины данных, а выходы последней соединены с информационными входами модуля цифровой обп;.îòêè сигналов, причем первый, вто.-;oh, третий и четвертый управляющие выходы модуля цифровой обработки сигналов соединены соответственно с упне используется в текущем цикле регистрации сейсмической информации.

Формула и з обретения

f0

50 равляющими входами блока предварительных усилителей с фильтрами, мультиплексора каналов, устройства выборки-хранения и аналого-цифрового преобразователя, двунаправленную линию связи и центральную регистрирующую станцию, причем центральная регистрирующая станция содержит модуль связи с выносными напольньпчи пунктами и источником возбуждения, управляющий вычислительный комплекс, модуль хранения и обработки цифровой информации и устройство регистрации, соединенное с управляющим вычислительным комплексом и с модулем хранения и обработки цифровой информации, соединенным с управляющим вычислительным комплексом и с модулем связи с выносными напольными пунктами и источником возбуждения, соединенным с управ1 ляющим вычислительным комплексом, отличающаяся тем, что, с целью увеличения производительности системы, повышения помехозащищенности и уменьшения динамической ошибки 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 каналов, при этом выход устройства выборки-хранения подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя.

2. Система по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что блок сжатия динамического диапазона состоит нз идентичных аналоговых и логарифмических усилителей с фиксированным коэффициентом сжатия динамического диапазона для каждого канала регистрации.

3. Система по п.1, о т л и ч а ощ а я с я тем, что в состав центральной регистрируюшей станции введен блок хранения функций преобразования и ее коэффициентов, соединенный с управляющим вычислительным комплексом.

1290220

Составитель Д.Заргарян

Редактор Н.Горват Техред А;Кравчук, Корректор Г.Решетник

Заказ 7896/42 Тираж 752 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4I5

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