Многоканальное регистрирующее устройство

 

ОПИСАНИЕ 2lllbl

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социзлистических

Республик

"" =" = 4 ВР?В %?ЭФ:? ?, 1 Бо эоокт р,.ес

j 11 б к т и о - те p ч,- а, . „"Ъ, бУбыотсъиа МЕ;А

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 31.XII.1966 (№ 1122813/26-24) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 08.II.1968. Бюллетень № 7

Дата опубликования описания 8.IV.1968

Кл 42m, 14

42с!, 3/05

МПК б 061

G 01c1

УДК 681.327.11 (088.8) Комитет по делом изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

Автор изобретения

Г. М. Борковский

Всесоюзный научно-исследовательский институт геофизических методов разведки

Заявитель

МНОГОКАНАЛЬНОЕ РЕГИСТРИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Известны многоканальные регистрирующие устройства с последующим воспроизведением, содержащие ключи, усилители, фиксатор уровня, следящий регулятор усиления, преобразователь «аналог-код», блок синхронизации, коммутатор, преобразователь «код-аналог» и устройство формирования аналоговых сигналов.

Устройство предназначено для одновременной регистрации по нескольким каналам различных физических явлений в кодовоцифровой форме для последующего ввода в ЦВМ или хранения на магнитной ленте с целью последующего воспроизведения в аналоговом виде, и имеющих динамический диапазон, превышающий динамический диапазон используемых преобразователей «аналог вЂ к» и «код— аналог». К такому роду информации может быть отнесена сейсмическая информация, биологические и акустические наблюдения и др.

Наибольшие трудности при регистрации многоканальной информации представляет передача полного мгновенного динамического диапазона, имеющегося на выходе датчика, таким образом, чтобы при воспроизведении после консервации имелась возможность восстановления исходного динамического диапазона.

В связи с недостаточностью динамического диапазона регистрирующих устройств применяются различные методы предварительного сжатия исходного динамического диапазона перед записью, осуществляемые в автоматических регуляторах усиления АРУ, экспоненциальном регуляторе ЭРУ и программных регуляторах ПРУ. Однако применение АРУ приводит к потере информации и не позволяет восстановить IIpI воспроизведении истинный динамический диапазон, а применение ЭРУ и

ПРУ, работающих по временному закону и

10 не учитывающих амплитудные соотношения в регистрируемых каналах в каждый момент, также приводит к потере информации.

В предложенном устройстве эти недостатки устранены благодаря тому, что выходы уси15 лителей отдельных каналов через ключи соединены со следящим регулятором усиления, выход которого подключен к управляющим входам ключей, и фиксатором уровня, подключенным на вход преобразователя «аналог20 код», причем последний через преобразователь

«код — аналог» соединен с блоком восстановления исходного динамического диапазона, выход которого через ключи подключен к устройству формирования аналоговых сигналов.

25 В устройстве используется специальная система, с помощью которой информация для записи на магнитный регистр представлена и-разрядным кодом числа, определяемым разрядностью преобразователя и специальными

30 программными импульсами, играющими роль

211161 масштабного множителя. Дока амплитудные выоорки сигналов, предназначенные для кодирования, по величине на входе устройства не превосходят значения, соответствующего верхнему пределу динамического диапазона преобразователя аналог-код, их числснное значение после кодирования равняется считываемому коду числа. В моменты, когда Bc;IHчина сигнала на входе превысит этот уровень, срабатывает система мгновенного следящего регулятора усиления и численное значение числа после кодирования равняется считанному коду, умноженному на специальный множитель, величина которого всегда постоянна.

При воспроизведении зарегистрированной ичформации с помощью имеющихся программных импульсов .восстанавливается истинная форма сигнала в едином масштабе по всему диапазону амплитуд.

На фиг. 1 дана блок-cxeiiia устройства; на фиг. 2 — функциональная схема блока зосстановления динамического диапазона при воспроизведении.

Сигналы от датчиков 1 усиливаются предварительными усилителями 2, имеющими по несколько выходов с разными коэффициентами усиления, и подаются на соответствующие входы программных ключей 8, управляемых коммутатором 4 каналов и блоком 6 мгновенного следящего регулятора усиления. Коммутатор производит поочередное циклическое подключение выходов программных ключей на вход фиксатора б уровня. Программные ключи передают сигналы с того или иного выхода данного усилителя по приказу мгновенното следящего регулятора, предварительно анализирующего величину сигнала.

Сигнал, зафиксированный фиксатором б, кодируется преобразователем «аналог— код» 7.

На магнитный регистр 8 цифровой код записывается параллельным кодом. Одновременно записываются служебные импульсы и программные импульсы мгновенной следящей системы, отмечающие по какому из выходов принят сигнал.

Работой всех устройств управляет блок 9 синхронизации.

При воспроизведении усиленнляе усилителем

10 сигналы поступают на входное устройство

ЦВМ 11 и на вход преобразователя «код— аналог» 12, который преобразует цифровой код в амплитудно-импульсный аналоговый сигнал. Сигнал подается на блок 18 восстановления полного исходного динамического диапазона, где восстанавливается истинная форма сигнала с учетом программных импульсов. Затем сигнал поступает на ключи распределителя каналов 14, управляемые коммутатором каналов, находящихся в этом же блоке, работающим синхронно с коммутатором 4 каналов. С выхода блока 14 сигнал подается на устройство 16 формирования многоканального аналогового сигнала.

Рассмотрим рабогу устройства для случая, когда число выходов усилителей 2 равно двy:i1.

Коэффициенты усиления по обоим выходам усилителя отличаются в Я = 2" раз, Для всех усилителей данного многоканального устройства коэффициент V должен быть одинаков (Л = 2,3 и т. д.) и обязательно представлять целые числа в связи с необходимостью последующего ввода информации в ЦВМ.

10 С выхода усилителя 2л сигнал с большим коэффициентом усиления подается на ключевую схему 16 программного ключа 8„a сигнал с меньшим усилием поступает на ключевую схему 17 того же программного ключа.

15 После подачи коммутационного сигнала коллмутатора от 4 на ключ 8, мгновенный следящий регулятор разрешает прохождение сигпала только чсрез ключевую,схему 16. Это достигается тем, что в исходном состоянии

20 мгновечный следящий регулятор выдает на выходах схемы 19 разнополярные сигналы, разрешающие прохождение сигналов через схемы 16 и запрещающие прохождение сигна",îâ через схемы 17. Если сигнал, переданный

25 через схему 16, превысит по величине максих альпый сигнал, кодируемый преобразователем, то схема, сравнения 18,,сопоставив этот сигнал с опорными разнополярными напряжениями + Е, и — Е, вырабатывает импульс30 ный сигнал, который приводит к перемене потенциалов на выходах схемы 19. При этом ключевая схема 16 закрывается, а схема 17 открывается, и через нее на обгций выход проходит сигнал с усилием, меньшим в

35 N раз. После этого блок синхронизации 9 замыкает ключ 20, пропускающий сигнал на

:-апоминающее устройство 21 с выхода ключа

8ь Принятая амплитудная выборка сигнала запоминается и сохраняет неизменной свою

40 величину на все время преобразования в цифрозой код. Когда начинается кодирование сигнала, ключ 20 закрывается, а схема 19 импульсом от блока 9 возвращается в исходное состояние и дает разрешение на открытие

45 схем 16 и закрытие схем 17.

Таким образом, в момент замыкания коммутатором следующего программного ключа

8g, схема мгновенного следящего регулятора находится в исходном состоянии, совершенно

50 независимо.а от процессов, бывших при прохождении сигнала через программный ключ

3,. При возвращении схемы,18 в исходное состояние импульс с ее выхода подается на специальную схему 22, которая при этом форми55 рует:программный импульс, записываемый на специальной трассе магнитного регистра.

Поскольку коэффициенты усиления сигналов на выходе ключей отличаются в N раз, то динамический диапазон устройства увеличивает60 ся по сравненгно с динамическим диапазоном преобразователя в Л раз. После записи кода

"-лисла, схема 22 возвращается в исходное состояшле импульсом от блока синхронизации 9, а схеме фиксатора уровня дается разрешение

65 на запоминание сигнала с выхода усилителя

211161

30

55 который пока происходило кодирование и считывание зафиксированного сигнала от усилителя 2|, подвергся анализу,в схеме мгновеного следящего регулятора, определившего с какого из выходов усилителя 2 должен быть подан сигнал на .фиксатор уровня.

Таким образом, с помощью фиксатора уровня ликвидируется потеря времени, требуемого на анализ величины сигнала и переключения ключовых схем программного ключа.

Если при оценке уровня сигнала, он не превысил опорного напряжения в схеме сравнения 18, то сигнал для запоминания снимается с выхода ключевой схемы 1б, а схе|ма мгновенного следящего регулятора не срабатывает и при считывании числа на месте программного импульса записывается нуль, т. е. второе состояние программного кода. Следовательно, сигналы с динамическим диапазоном (от уровня шума), не превышающим диапазона преооразователя, кодируются и записываются без искажения.

Как только величина сигнала превысит уровень границы динамического диапазона преобразователя, включается мгновенный следящий регулятор, который приводит к тому, что в полученном коде каждый разряд имеет вес в N раз больше, чем в предыдущем случае, и абсолютная ошибка, обусловленная квантованием и равная всегда +- / младшего разряда, имеет вес также в N раз больше.

При 11-разрядном коде для максимального сигнала ошибка составляет 0,025%, но при сравнительно небольшом увеличении этого сигнала срабатывает следящий регулятор, и эта ошибка увеличивается в Ь раз (и при

N=32 для того же преобразователя точность записи числа равна 0,8%).

Отсюда следует, что выбор величины Л зависи т как от разрядности преобразователя

«аналог-код», так и от допустимой погрешности в момент перехода на другой уровень усиления, так как дальше с ростом сигнала точность снова растет.

Если требуется значительное расширение диапазона, необходимо применять уси|тители с большим числом выходов, и соответственно с программными ключами, имеющими большее число ключевых схем. B этом случае можно обеспечить передачу при помощи 60—

72 дб преобразователя диапазона до 120 дб и с большей точностью.

Функциональная схема блока восстановления полного динамического диапазона при воспроизведении (см. фиг. 2) работает следующим образом.

Код числа с помощью преобразователя

«код — аналог» преобразуется в амплитудноимпульсные сигналы, Эти сигналы от преобразо вателя «код — аналог» 12 подаются на ключевые схемы 28 и 24. Есл: при этом декодированное число сопровождается программной единицей, то этот импульс по входу 25 воздействует на схему 2б, которая закрывает ключ 24 и открывает ключ 28. A амплитуда сигнала на выходе распределителя каналов

14 равна амплитуде на входе. Если программный импульс отсутствует, т. е.,считанное число в Н раз меньше, чем оно значило бы при наличии программного импульса, то схема 2б не меняет своего состояния, ключ 28 закрыт, а ключ 24 открыт, и сигнал на выход схемы

14 поступает через делитель 27 и 28, имеющий коэффициент деления N.

Таким образом, сигналы на выходе схемы

14 представлены в едином масштабе и воспроизводят тем .самым полный динамический диапазон регистрируемых сигналов, которые дальше передаются на систему распределения каналов. Схема 2б каждый раз после окончания передачи сигнала при помощи синхроимпульса, поданного по входу 29, возвращается в исходное состояние.

Предмет изобретения

Многоканальное регистрирующее устройство с последующим аналоговым воспроизведением, содержащее усилители, имеющие несколько выходов с фиксированным коэффициентом усиления, ключи, фиксатор уровня, следящий регулятор усиления, преобразователь

«ана10I — код», блок синхронизации, коммутатор, преобразователь «код — аналог», блок восстановления исходного динамического диапазона, устройство формирования аналоговых сигналов, отличающееся тем, что, с целью неискаженной регистрации сигналов с динамическим диапазоном, превышающим динамический диапазон преобразователя «аналог— код», в нем выходы усилителей отдельных каналов через ключи соединены со следящим регулятором усиления, выход которого подключен к управляющим входам ключей, и фиксатором уровня, подключенным на вход преобразователя «аналог †к», причем последний через преобразователь «код †анал» соединен с блоком восстановления исходного динамического диапазона, выход которого через ключи подключен к устройству формирования аналоговых сигналов.

211161

О Ц ф1 (/2 )

Составитель В. Д. Махнанов

Редакто Л. А. Утехина Техред А. А. Камышникова Корректоры: М. П. Ромашова едактор . . т и С. А. Башлыкова

Заказ 583/1О Тираж 530 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Центр, пр. Серова, д. 4

Чипография, пр. Сапунова, 2