Цифровая сейсмичекая станция

 

6614-65,,"

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДВТВЛЬСТВУ

Союз Соаетскми

Соцналмстическии

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву г (51) M. Кл. (» 01 V 1/24 (22) Заявлено 11.03. 77 (21) 2461081/18-25 с присоединением заявки №

foeykayctsewwfi канити ссср йи двлим изобретений и юткрнтий (28) ПриоритетОпубликовано 05 05. 79)Бюллетень № 17 (53) УДК 550.834 (088.8) Дата опубликования описания 30.05.79

Ю. E. Пионтек, В. П. Плотников, И. В. Мареев, В. П. Зданкевич и H. Н. Яхно (72) Авторы изобретения

Всесоюзный . научно-исследовательский институт морской геологии и геофизики (71) Заявитель (54) ЦИФРОВАЯ СЕЙСМИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ

Изобретение относится к области сей сморазведки, в частности, к цифровым сейсмическим станциям с большим дина мическим диапазоном регистрации сейсми- ческих сигналов.

Известны цифровые сейсмические стан- % ции, содержащие сейсмоприемники с предварите пьными усилителями, коммутатор каналов, основной усилитель с цифровым управлением коэффициентом, содержащий в свою очередь усилители, включенные по каскадной схеме, ключи дпя переключения ступеней усиления, логическую схему для выбора коэффициента усиления, источник опорного напряжения, аналого«цифровой преобразователь, устройство регистра ции 11) .

Недостатком указанных сейсмических станций является их сложность и ограни-ченная точность.

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

2 требования по стабильности коэффициентов усиления, линейности амплитудной харак» теристики и дрейфа нуля. Поэтому в сейсмических станциях, например, ССЦЗ и ее зарубежных аналогах, лрименяются усилители, коэффициенты усиления каскадов которых равны 4. При этом не используется разрешающая способность аналого-пифрового преобразователя, так как сигнал на его входе при любом из значений коэффициента усиления может лежать между + и Д„значения шкапы т. е. в на4, 2 чапе шкапы.

Аналоги с мгновенным отсчетом коэффициента усиления 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 питеровым регулированием коэффициента усиления, состоящий из каскадно-включен6>6> 14 65 ных усипитепей, кпючей, дпя коммутации выходов каскадов усиления, логнч»ской схемы для выбора коэффициентов уснлепп», аналого-цифровой преобразователь и регистрирующее устройство (2) . S

Недостатком известной сейсмической станции является спожност1- и огт чшч иная точность, Сложность обусловлена тем, что дпя реализации усипитепя на заданное число 10 коэффициентов усиления, требуется такое же чиспо каскадов усиления. Причем спожность логической схемы увеличивается пропорционально копичеству коэффициентов усиления. 15

Ограниченная точность обусловлена вы» сокими требованиями к усилитзпям по стабильности коэффициентов усипения каскадов, линейности амплитудной характеристики, величине смею ения нуля. Изменение 20 порога срабатывания порогового устройства, служащего для определения коэффициента усиления, приводит к несовпадению шкалы усилителя и шкалы анапого-цифрового преобразоватепя. Коэффициент усиления устанавливается за несколько циклов опроса.

При разных уровнях сигналов в канапах дпя некоторых канапов коэффициент усипения мап и не испопьзуется пазрешающая способность аналого-цифрового преобраэоватепя.

Цепь предлагаемого изобретения — сокращение оборудования при одновременном повышении точности измерений.

Для этого цифровая сейсмическая станция содержит усилители с коммутируемыми в цепи обратной связи резисторами, распредепитепь тактов определения коэффициента усиления, схему ИЛИ, причем 40 распределитель тактов определения коэффйциентов усиления вкпючен между ячейкой такта определения знака и распредепитепем тактов аналого-цифрового преобразоватепя, выходы управления распредепитепя тактов опредепения коэффициента усиления через схему ИЛИ подкпючены к входу установки разрядов управляемого делителя напряжения аналого-цифрового преобразователя.

На чертеже приведена схема предпагаемой цифровой сейсмической станции.

Сейсмическая станция-содержит сейсмоприемники 1, канальные усилители 2, коммутатор 3 каналов, блок 4 управпения, Я усипитепи 5 и 6, с коммутируемыми в цепи обратной связи резисторами 7, кпючи 8.

Выход усилителя 6 соединен с одним входом сравнивающего устройства 9 через преобразователь 10 полярности сигна па . На другой вы ход сравнивающего устройства 9 поступает выходной сигнап уапц являемого делителя L 1 напряжения, питающегося от источника 1-2 опорного напряжения. Выходной сигнап сравнивающего устройства Э поступает на управпяемый делитепь 11 напряжения, погическую схему 13 управпения преобразователя полярности и логическую схему управления ключами 14.

Поспедоватепьность тактов опр Bl19ITg ния знака, коэффициента усиления и циф роаналогдвого преобразования опредепяется ячейкой 15 такта опредепения знака, распределителем 16 тактов опредепения коэффициентов усипения и распределителем 17 тактов анапого-цифрового преобразования

Выходы распредепителя 16 тактов определения коэффициента усиления через схему ИЛИ 18 подключены к входу установки разрядов управляющего делителя 11 напряжения аналого-цифрового преобразования. Код знака, код усиления и код анапого-цифрового преобразования подается в регистрирующее устройство 19 с логическс,й схемой 13,управпения преобразователя попярпости, логической схемы 14 управления ключами и с управцяемого депителя 1 1 напряжения аналого-цифрового преобразователя.

1Предлагаемое устройство работает спедующим образом.

Перед подключением соответствующего канала к входу усипитепя 5 сигнал с блока 4 управления устанавливает управляемый депитель 11 напряжения, погическую схему 13 управления преобразователя полярности и логическую схему 14 управления ключами в нупевое состояние.

Резисторы 7, переключаемые в цепи отрицательной обратной связи усиления усилителя 5 выпопнены так, что когда замкнут ключ 8, коэффициент усиления усилителя 5 равен 1, а когда замкнут ключ 8> коэффициент усиления равен 16.

При замкнутых ключах 8, 84., 8 ипи 8 > коэффициент усиления усилителя 6 равен соответственно 1, 2, 4 ипи 8.

Кодйрование ключами и соответствующие коду коэффициенты усиления К и

К > усипитепей 5 и 6 привержены в таблице.

66 146. ;

Код

5 6

000

001

16 4

010 16

011 16 1

100

101

В момент перехода к третьему такту по результату сравнения выходного сигнала усилителя 6 с напряжением, соотИ ветствующим половине шкалы аналого— цифрового преобразователя, опредепя.тся второй разряд кода усиления и устанавливается один из четырех коэффициентов

Логическая 13 схема управления преобразоватепя полярности, логическая схема

14 управпения ключа.ли и управляемый депитепь 11 напряжения совместно с ячейкой 15 такта определения знака, распредепителем 16 тактов определения коэффициента усиления и распределителем Z5

17 тактов аналого-цифрового преобразователя выполняют алгоритм поразрядного уравновешивания.

После установки нуля выходное напряжение управляемого делителя 11 нап- 36 ряжения, подаваемо на вход схемы 9 сравнения равно О. Коэффициент усиления при нулевом коде погической схемы 14 управления ключами (cM. табпицу) максимален. Импульс запуска, поступающий на зз вход ячейки 15 такта определения знака из блока 4 управпения, запускает распрвдепитель тактов. Выходной сигнал ячейки 15 такта определения знака воздействует на логическую схему 13 управл 40 ния преобразователя полярности, устанавливая ее в состояние, при котором преобразователь 10 полярности передает выходной сигнал усилителя 6 на вход схемы 9 сравнения без инвертирования 4З полярности. После переходного процесса установления напряжения вькодной сигнал хемы 9 сравнения зависит от полярности входного сигнапа. Следующий такт определяется наличием сигнала на первом выходе распределителя 16 тактов определения коэффициента усиления.

Задний фронт сигнала ячейки 15 такта определения знака ло выходному сигналу схемы 9 сравнения устанавливаетлогическую схему 13 управления преобразоватепя полярности в состояние, при котором выходной сигнап преобразователя

10 полярности всегда одной полярности с напряжением управляемого делителя

11 напряжения. Состояние логической ! схемы 13 управления преобразователя попярности определяет знак входного сигнала. Выходной сигнал на первом выходе распределителя 16 тактов определения коэффициента усиления устанавливает в логической схеме 14 управпения ключами кодовую комбинапию 100, которой соответствует коэффициент усиления равный

8 (см. таблицу).

Одновременно выходной сигнап с первого выхода распредепитепя 16 тактов

1 определения коэффициентов усиления через схему ИЛИ устанавпивает в управляемом делителе 11 напряжения одну из двух кодовых уомбйнаций 10...00 ийи 01...11.

В управляемом депитепе напряжения с весами разрядов двоичного кода, указанным кодовым комбинациям соответствует выходное напряжение, равное с точностью до поповины младшего разряда поповине шкалы аналого-цифрового преобразователя . Г!осле переходного процесса установления напряжения, выходной сигнал схемы 9 сравнения определяет, больше ипи меньше выходной сигнал усилителя 6, при коэффициенте усипения усилителей 5 и 6 равном 8, половины шкалы аналого-цифрового преобразоватепя. Второй такт опредепения коэффициента усиления задается напряжением на втором выходе расцредепителя 16 тактов определения коэффициента усипения, 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 сигнана 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 схеме 14 управпения ключами

I устанавливается одна из кодовых комбинаций 010 или 110, которым соответствует коэффициент усиления 32 ипи 2 (см. таблицу).

661465 усиления. В момент перехода к четвертоМу такту, определяемому наличием сигна" йа иа первом выходе распределителя 17 тактов аналого-цифрового преобразовате ля, определяется третий разряд кода уси- З пения. Прекращается воздействие сигнала с выхода схемы ИЛИ на управляемый делитель 11 напряжения.

При переходе к пятому такту определяется первый разряд аналого-цифрового 16 преобразователя и т. д. по алгоритму поразрядного уравновешивания.

Коэффициент усиления устанавливается из условия, при котором выходной сигнал усилителей всегда имеет значения от по— ловины максимального напряжения до максимального напряжения, что позволяет полностью реализовать его разрешающую способность.

26

Применение двух усилителей с набором коэффициентов усиления 1 и 2 у одного и 1, 2; 2, 2Э у другого позволяет расширить динамический диапазон на 42дб, Три усилителя с коэффициентами усиления 25

1 и 2 у одного 1 и 2» у другого и 1, 2, 22, 2 у третьего, обеспечивают

16 бинарных коэффициентов усиления и позволяют расширить динамический диапазой на 90дб и т.д. 36

Выходной сигнал схемы сравнения обеспечивает последовательный код, первый разряд. которого является знаковым, далее идут разряды кодов коэффитщентов усиления и разряды аналого-цифрового преобра- З% зования.

Предлагаемое устройство значительно упрощает сейсмическую станцию при одновременном обеспечении высокой тбчности аналого-цифрового преобразователя, так 46 как дпя определения кода усиления используется управляемый делитель наиряжения и схема сравнения анапогопифрового преобразователя.

При замкнутом. на корпусе входе уси- 45 литела 5 выходной сигнал схемы сравнения определяет уход нуля усилителей и схемы сравнения, что поэводяет легко схватить весь тракт автоматической подстройки иупя. Ю

Быстродействие определяется в основном типом применяемых операционных усилителей. Время установления выходного напряжения современных операционных ус илителей примерно такое же, как у схемы сравнения и управляемого делителя напря жения, в качестве которых также применяются операционные усилители. Микросхемы 153 серии, обладающие сравнитепь но невысоким быстродействием, обеспечивают скорость преобразования до

1 О бит/сек.

Предлагаемая станция прошла лабораторные и полевые испытания, применена в автономных морских буйковых сейсмических станциях.

Формула изобретения

Пифровая сейсмическая станция, содержащая сейсмоприемники, канальные усилители, коммутатор каналов, каскадновкпюченные усилители, ключи, логическую схему управления ключами для выбора ко« эффициентов усиления, аналого-цифровой преобразователь и регистрирующее устрой ство, о т л и ч а ю щ a я с я тем, что, с целью сокращения оборудования при одновременном повышении точности измерения, она содержит усилители с коммутируемыми в цепи обратной связй резисторами, распределитель тактов, определения коэффициента усиления, схему ИЛИ, причем распределитель тактов определения коэффициентов усиления включен между ячейкой такта определения знака и рас предепителем тактов аналого-цифрового преобразователя, выходы управления распределителя тактов определения коэффициен-,а усиления через схему ИЛИ подключены к входу установки разрядов управляемого делителя напряжения аналого-UH+oвого 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.

661465

Составитель Т. Райкова

Техред И дсталощ, КорректорО. Ковинская

Редюстор Б, Пввпов филиал ППП Патент, r. Ужгород, уп. Проектная, 4

Заказ 2460/47 Тираж 696 Подписное

UHHHHH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 5, Раушская наб., д. 4/5