DE2205530A1

DE2205530A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung von Playback- und/oder Monitor-Aufzeichnungen analoger Signale, insbesondere zur Durchführung von Aufzeichnungen seismischer Signale

Info

Publication number: DE2205530A1
Application number: DE19722205530
Authority: DE
Inventors: Robert James Houston Tex. Loofbourrow (V. SLA.). P
Original assignee: Texaco Development Corp
Current assignee: Texaco Development Corp
Priority date: 1971-02-09
Filing date: 1972-02-05
Publication date: 1972-09-14
Also published as: GB1365831A; NL7200965A; FR2124585A1; CA974649A; JPS53669B1; DE2205530C3; BR7200690D0; IT947397B; AR195862A1; DE2205530B2; FR2124585B1; CH561899A5

Description

Patentassessor Hawburg, den 3. Februar

Dr. G. Schupfner T 72 001

■ Deutsche Texaco AG WH/ks

2000 Hamburg 76
Sechslingspforte 2

TEXACO DEVELOPHENT COEPORATIOIT

135 East 42nd Street New York, N.Y. 10017

U.S.A.

Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung von Playback- und/oder Monitor-Aufzeichnungen analoger Signale, insbesondere zur Durchführung von Aufzeichnungen seismischer

Signale

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung von Playback- und/oder Monitor-Aufzeichnungen analoger Signale, insbesondere zur Durchführung von Aufzeichnungen seismischer Signale.

Vorzugsweise betrifft die Erfindung die Erzeugung von Playback-Aufzeichnungen in analoger !Form aus digital aufgezeichneten Daten (z.B. seismischen Daten), die in die digitale ITorm mittels einer Vorrichtung zur Umsetzung analoger Signale mit breitem Amplituden-Bereich, die von Übertragungssystemen, wie z. B. Geophonen, in Erwiderung auf akustisch induzierte seismische Störungen, gebracht wurden und insbesondere die

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Erzeugung analoger Playback-Aufzeichnungen, wie z. B, Oszillogramme oder Linienschriften (wiggle-traces), die-zwar nur angenährte, aber sehr brauchbare Reproduktionen mit kompri-

miertem dynamischen Bereich der Amplituden/Zeit-Charakteristik - Kurven der analogen Signale, erzeugt von den vorgenannten Übertragungssystemen, darstellen.

Die vorgenannten Oszillogramme können im wesentlichen gleichzeitig mit dem Erhalt der Geophonsignale erzeugt werden, d. h. die Vorrichtung arbeitet als Monitor bzw. als Aufzeichnungskontrolle. Alternativ zu dieser Arbeitsweise können die Oszillogramme zu jeder möglichen Zeit nach dem Erhalt der Geophonsignale erzeugt werden, d. h. die Vorrichtung arbeitet im Playback-Verfahren.

Obgleich die nachfolgend beschriebene Erfindung in Verbindung mit digitalen seismischen Aufzeichnungsgeräten, von der Art, wie sie in noch näher bezeichneten Patentschriften und Patentanmeldungen beschrieben sind, benutzt wird, ist die Erfindung nicht auf diese Verwendung beschränkt.

In der seismischen Ausrichtungsarbeit erzeugt jedes akustisch betriebene Geophon Signale mit einem breiten dynamischen Bereich in analoger Form. Werden diese Signale von einem digitalen seismischen Aufzeichnungsgerät verarbeitet, wird eine hochwertige Aufzeichnung in digitaler Form erzeugt, die den breiten dynamischen Bereich der Amplituden der seismischen Signale beinhaltet. Der Grund dafür, daß die vorgenannten

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Mgital-Aufzeichnungen als "hochwertige"-Aufzeichnungen bezeichnet sind, besteht in der über die gesamte Breite des dynamischen Bereiches fehlerfrei aufgezeichneten Signal-Amplitude; z. B werden viele Binärschritt- oder Bit-Stellen sowohl zur präzisen Aufzeichnung der höchsten Signalamplitude, als auch für die niedrigste benutzt, wobei einem Größenbereich ( d. h. das Verhältnis von der größten zur niedrigsten Signalamplitude) von 10 .aufgezeichnet werden kann=.

Die vorliegende Erfindung beinhaltet ein "Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Oszillogrammen bzw. Linienschriften aus aufgezeichneten digitalen Daten. Die Oszillogramme sind von relativ geringerer Güte als die vorgenannten digital aufgenommenen Daten. Obgleich die Oszillogramme von relativ geringerer Güte sind, treten keine schwerwiegenden Verzerrungen bei der Rückumv;ändlung der digitalen Daten in die analoge Form zum Zwecke der Erzeugung von Oszillogrammen mit komprimiertem Amplituden-Bereich auf.

Die Aufzeichnung von Analog-Signalen mit breitem dynamischen Bereich bezüglich der Amplitude, die von Geophonen übertragen werden, ist in den folgenden Patentschriften und Patentanmeldungen offenbart: US-Patentschrift 3 241 100, US-Patent-DChrift 3 264- 574, US-Patentanmeldung Ur. 786 706 (1968) und in der US-Patentanmeldung.Nr. 42 653 (1970).

Wie in den vorgenannten Druckschriften offenbart, bestand das Problem in der fehlerfreien Aufzeichnung seismischer Daten,

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die in analoger Form einen extrem breiten dynamischen Amplituden-Bereich aufweisen. So ändert sich z, B. der Signalpegel seismischer Reflektionsaufzeichnungen von mehreren Volts der Amplitude im Haximal-Bereich am Anfang der Er-

ouf

schütterungswelle weniger als 1 Micro-Volt am Ende der Aufzeichnungen der seismischen Daten, wenn sehr geringe Amplituden seismischer Störungen aufgenommen werden. Im wesentlichen offenbaren die vorgenannten Patentschriften und Patentanmeldungen Umwandlungssysterne für Analogsignale mit breiter¹ Amplituden-Bereich in die digitale Form. Bei der Umwandlung in die digitale Form werden eine relativ große Zahl von Binärziffern- oder Bit-Stellen besetzt, so daß der gesamte dynamiSMe" SerBich, anfänglich von Geophonen erzeugt, geschützt als Aufzeichnung vorliegt, z. B. auf Magnetband. Vorteilhafterweise können die magnetisch gespeicherten Digital-Daten einem Computer zur weiteren Bearbeitung übergeben v/erden. Einige Verfahren undAnwendungsbeinpiele zur Bearbeitung

von Digital-Daten in Computern sind in einem Artikel von Hilton B. Dobrin und Stanley H. Ward mit dem Titel "Tools for Tomorrow-s Geophisi.cs" in der Zeitschrift "Geophysical Prospecting" Bd. 10, S. 433-452, Ausgabe 1962, veröffentlicht.

In den vorgenannten Patentschriften sind Systeme beschrieben, mit denen Teile von einem Analog-Signal in digitale Form umgewandelt werden können, wobei jedes digitale Wort eine Anzahl von Binärziffern- oder Bit-Positicnen besetzt. Weiterhin wird jedes Digitalwort in Gleitkomma-Form aufgezeichnet. Die Gleitkomma-Forn erlaubt eine größere Flexibilität

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während der Bearbeitungsoperationen und eine leichtere Hand-r habung der Zahlen, die in ihrer Größe stark voneinander differieren (s. auch z. B. "Digital Computer Primer" von E.M. McCormick, 1959, veröffentlicht von McGraw-Hill Book Company, Inc., 8,152 und folgende). In den vorgenannten Systemen wird die digitale Gleitkommazahl bzw. das Gleitkommawort in Form einer Mantisse oder eines Argumentes und eines Exponenten in einem zweckmäßigen Speichermediun, wie z. B. einem Magnetband, aufgezeichnet. Das Gäitkommawort zeigt den absoluten Augenblickswert der seismischen Spannungs-Amplitude, wenn sie in eine Gleitkomma-Verstärkeranlage eingegeben wird. Der dynamische Bereich des Gleitkommawortes kann, wenn es benötigt wird, sich bis in den Bereich von 200 dB (entspricht einem digitalen J>6 Bit-Wort) erstrecken, um den dynamischen Bereich des Eingangssignals zu überdecken.

Als besonderes Beispiel lautet die normale algebraische Form des entsprechenden Gleitkommawortes wie folgt:

TJl

e. = + AG"* (gleichung i)

In der e. den Absolutwert der -Amplitude des Gleitkommawortes, A die Mantisse oder das Argument (Teil des Gleitkommawortes), G die Basis des verwendeten Zahlensystems (G = 10 im Dezimalsystem oder G = 8 im Oktalsystem) und E den Exponenten darstellt.

Wie in den vorgenannten Patentschriften bzw. Anmeldungen, weist das digitale Gleitkommawort folgende Form auf:

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-G-

Q = + AG""^E (Gleichung 2)

2.20553Q

In der Q den Absolutwert der Amplitude des Eingangssignales darstellt, der in eine Verstärkerschaltung übertragen wird, beider jeder Verstärker um den Paktor 8 verstärkt, so daß die Basis G der Gleichung 1 in der Gleichung 2 den Wert 8 hat, die Mantisse A die Ausgangsamplitude eines speziellen Verstärkers der vorgenannten Schaltung darstellt und E, der Exponent, die Anzahl der Verstärkerstufen angibt, die mit dem Faktor 8 das vorgenannte Eingangssignal bearbeiten.

Um das digitale Gleitkommawort in einem Binär-Zählwerk aufzuzeichnen, mit z. B. einem dynamischen Bereich von 144 dB und 14 Binär-Steilen Genauigkeit, wurden 18 Bit-Positionen benötigt, wenn die Mantisse A in Binärform dargestellt ist (d. h., wenn die Basis eines solchen Zahlensystems 2 beträgt) und wo der Exponent ebenfalls in Binärform dargestellt ist. Von den 18 benötigten Bits bestimmt ein Bit das Vorzeichen, das ein bipolares Arbeiten ermöglicht, 14 Bits zeigen die Mantisse A und 3 Bits den Exponenten E.

Obgleich es vorteilhaft ist (wie aus den vorgenannten Artikel von Dobrin und V/ard ersichtlich) seismische Daten in digitaler Form aufzuzeichnen, bleibt es doch weiterhin nötig, daß der Prospektor die Möglichkeit für eine visuelle Darstellung der seismischen Daten bz\7. von Teilen davon hat. Herkommlicherweise besteht die visuelle Darstellung in der Erzeugung eines Oszillogrammes oder eines "wiggle-Traces", wie es in der seismischen Fachsprache heißt. Sehr oft ist es

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für den Prospektor einer Feld-Hannschaft, die sich weit entfernt von einer Haupt-Datenverarbeitungsanlage befindet, wünschenswert, von Zeit zu Zeit einen Blick auf Teile der seismischen Daten zu werfen. So kann es der Prospektor z. B. wünschen, einige Auslegungen bezüglich der seismischen Daten zu machen, um diese mit den geologischen Daten zu koordinieren.

Die nachfolgend näher beschriebene und in der Zeichnung dargestellte Erfindung, beschäftigt sich speziell mit der Umwandlung der aufgezeichneten digitalen Daten in die bekannte "wiggle-trace-" bzw. Linienschrift-Form auf Aufzeichnungs-Papier. Das Aufzeichnungs-Papier ermöglicht die Aufzeichnung in einem dynamischen Amplitudenbereich von etwa 40 dB, während das digitale Gleitkommawort einen dynamischen Bereich von 156 dB oder mehr aufweisen kann. Daher erfolgt bei der Umwandlung der digitalen Daten in eine praktikable analoge Form eine bestimmte Kompression der verschiedenen Amplituden. Bei einer solchen Umwandlung treten zwangsläufig Verzerrungen auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Verzerrungen zu minimieren, so daß als Resultat eine analoge Datenaufzeichnung in Form eine Oszillogrammes oder "wiggle-traces" geschaffen wird, daß dem Prospektor verwendbare Informationen neben anderen Informationen liefert.

In Lösung der gestellten Aufgabe wurde ein Verfahren zur Durchführung von Playback- imd/oder Ko3iitor«Aufzeichnungen

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analoger Signale, insbesondere zur Durchführung von Aufzeichnungen seismischer Signale, bei dem ein Analog-Signal, innerhalb eines breiten dynamischen Amplituden-Bereiches analoger Signale, dargestellt ist durch ein korrespondierendes digitales Wort in der Form eines Digital-Signales, das die

—E
algebraische Gleichung e. = + AG darstellt, wobei edie Amplitude eines einzelnen analogen Signales innerhalb des vorgenannten Amplituden-Bereiches, A eine HantisDG, G eine Basis des gewählten Zahlensystems und E einen Exponenten darstellt und wobei G konstant ist während einige der Digital-Signale A und einige E darstellen und bei dem aus dem Digital-Signal ein Analog-Signal V zur Erzeugung einer sichtbaren Darstellung geschaffen, das dadurch gezeichnet ist, daß ein periodisches Vergleichs-Signal V_ref erzeugt wird, daß

l_imd minima 1 e
maxima Ie* Signal-Höhen aufweist, daß ein Digital-Signal, das eine Zahl K darstellt erzeugt wird, wobei die Zahl K zu Jedem Zeitpunkt, bei dem das Vergleichs-Signal V_ref seine maximale Höhe erreicht, umgewandelt wird, daß die die Werte K und E darstellenden Digital-Signale zur Erzeugung eines anderen Signales, das den Wert (K - E) darstellt, verbunden werden, daß das den V/ert A darstellende Digital-Signal in Erwiderung auf das den V/ert (K - E) darstellende Signal verschoben wird, um ein weiteres Digital-Signal zu schaffen, das einen modifizierten Wert A darstellt und daß das Vergleichs-Signal Vf und das Digital-Signal, das den modifizierten Wert A darstellt, zur Erzeugung eines Analog-Signales V_n. miteinander verbunden werden. . - 9 _

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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde eine Vorrichtung geschaffen, die gekennzeichnet ist durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines periodischen Vergleichs-Signals V „, das maximale und minimale Signal-Höhen aufweist, durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines Digital-Signales, das eine Zahl K darstellt und diese zu jedem Zeitpunkt, bei dem das Vergleichs-Signal V ~ seine maximale Höhe erreicht, umwandelt, durch eine Einrichtung zur Verknüpfung der die V/erte K und E darstellenden Werte und zur Erzeugung eines anderen Digital-Signales, das den Wert (K - E) darstellt, durch eine Einrichtung zum Verschieben des den Wert A darstellenden Digital-Signales in Erwiderung auf das den Wert (K - E) darstellenden Wertes zur Erzeugung eines weiteren Digital-Signales, das einen modifizierten Wert A darstellt und durch eine Einrichtung zur Verbindung des Vergleichs signal es V-p und des den modifizierten Wert A darstellenden Signales, um ein Analog-Signal V zu erzeugen.

In einer Weiterbildung zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, das die Umwandlung der digitalen Daten (z. B. seismische Daten) mit einem breiten dynamischen Amplitudenbereich in die Analog-Form dergestalt" erfolgt, daß Darstellungen in Form eines Oszillogrammes oder "wiggle-Traces" entstehen.

Weiterhin betrifft die Erfindung die Umwandlung vorgenannter Digital-Daten in die Analog-Form, wie z. B, als Oszillogramm, wobei die Oszillogramme kompromierte Eeproduktxonen der Analogsignale mit breiten dynamischen Amplituden-Bereich, wie sie vor der Umwandlung in die Digital-Form vorhanden

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sind, darstellen.

Außerdem ist es Teil der Erfindung, die Digital-Daten mit breiten dynamischen Amplituden-Bereich, in die Analog-Form mit ausgewählten komprimierten Amplituden umzuwandeln, ohne daß dadurch ernsthafte Verzerrungen auftreten.

Gemäß der beispielhaft dargestellten Ausbildung der Erfindung, wird ein digital aufgezeichnetes Signal bearbeitet, das repräsentativ für eine Mantisse A und einen Exponenten E ist, zum Zwecke der Erzeugung von Analogsignalen, die geignet sind zum Steuern eines Galvanometers, um ein Oszillogramm von den Analog-Signalen zu erzeugen. Um ein Amplitudenbereich geeignet komprimiertes Analog-Signal zur Erzeugung eines Oszillogrammes zu erhalten, werden die Binär-Steilen oder Bits, die die Mantisse A und den Exponentai E darstellen, getrennt voneinander bearbeitet. Die nachfolgenden Erläuterungen setzen voraus, daß das Digital-Vort, das das Analogsignal von den Geophonen beinhaltet, 18 Binär-Steilen oder Bits aufweist: 5 Bits für den Exponenten E; 14 Bits für die Mantisse A und 1 Bit für das Vorzeichen. Die Bits für die Mantisse A v/erden an ein Schieberegister angelegt, das 3 Bits zur gleichen Zeit verschiebt (three-bit-at-a-time shift register), das in einer nachfolgend näher erläuterten Weise arbeitet, um die Mantisse A in Schritten von 5 Bits digital zu verschieben (Verstärkungsstufe 8). Gleichzeitig werden die 3 Bits, die den Exponenten E darstellen, an einen Exponenten-Subtraktions-Schaltkreis angelegt, der einen Schieberegister-

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Steuerschaltkreis beaufschlagt. Der Exponenten-Subtraktions~ Schaltkreis empfängt zwei verschiedene Mengen von Eingangssignalen, jede in Binärform. Die erste Menge besteht aus 3 Bits, die den Exponenten E darstellen; die zweite Menge besteht aus 3 Bits, die eine Zahl K darstellen, die von einem 3-Bit-Binärzählwerk erzeugt wurde. Der Exponenten-Subtraktions-Schaltkreis erzeugt ein digitales Ausgangssignal, das die Differenz (K - E) darstellt, und dieses digitale Ausgangssignal beaufschlagt den vorgenannten Schieberegister-Steuerschaltkreis. Das digitale Signal, das die Zahl K repräsentiert, die vom 3-Bit-Binärzählwerk erzeugt wurde, ist eine Punktion einer periodisch variierenden Vergleichsspannung ^f. Die sofortige Umwandlung der Bits, die den Exponenten E darstellen, erfolgt in einer "Schnell-Umwandlung", während die sofortige Umwandlung der die Zahl K darstellenden Bits in einer "Langsam-Umwandlung" erfolgt. Somit wird der Schieberegister-Steuerschaltkreis durch die Differenz zwischen den"langsam-Umwandlungs"-Bits der Zahl K und den "Schnell-Umwandlungs"-Bits des Exponenten E betätigt, um ein Schieberegister zu beaufschlagen, das die Mantisse A um 3 Bits umwandelt (bei einer Verstärkungsstufe von 8). Bei einer Verstärkungsstufe von 4 beträgt die Umwandlung durch das Schieberegister 2 Bits und bei einer Verstärkungsstufe von 2 beträgt sie 1 Bit.Diese Stellen-Verschiebung (bit-shifting) ist equivalent mit digitalen. Verstärkungsstufenverschiebungen und baut alle Verstärkungsstufensprünge entsprechend dem Exponentenwechsel ab. Von dem vorgenannten Schieberegister werden die Bits der Mantisse A, die entsprechend verschoben

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wurden, an einen 15-Bit-Digital-Analog~Umwandler übermittelt. Von den den Analog-Umwandler übermittelten Bits, stellen 14 Bits die Mantisse A und 1 Bit das Vorzeichen oder die Polarität des Signales da. Eine Vergleichsspannungsquelle, wie z. B. ein Expotential-oder Sägesahngenerator, ist zum Zwecke der Abgabe einer sich periodisch verändernden Vergleichsspannung Vf an den 15-Bit-Digital-Analog-Umwandler vorgesehen. Außerdem ist noch ein Comparator-Schaltkreis vorgesehen, der in Erwiderung auf die sich periodisch verändernde Vergleichsspannung V- den 3-Bit-Binärzähler beaufschlagt, der seinerseits die Binärform der Zahl K erzeugt.

Das vom Digital-Analog-Umwandler abgegebene Ausgangs-Signal ist eine Analog-Spannung V . Die Spannung V wird sowohl an einen Demultiplexer als auch an einen Schaltkreis zur Mittelwertbildung angelegt. Der Demultiplexer weist eine Mehrzahl individueller Ausgangs-Kanäle auf; jeder Ausgangs-Kanal ist mit einem Halte- und Filter-Schaltkreis (hold- and filter-circuit) verbunden, wobei der Ausgang jedes Filters direkt an den Oszillographen angelegt. Die Spannung V_Q betätigt den vorgenannten Schaltkreis zur Mittelwertbildung, der seinerseits die Spannungsquelle V „ steuert. Gemäß einem Aspekt der Erfindung, können Ausgangs-Signale von jedem Halte und Filter-Schaltkreis vorgesehen werden, die einen Additions-Schaltkreis beaufschlagen, wobei es sich bei den Ausgangs-Signalen um die ^gleichen Signale handelt, die auch den Schaltkreis für die Mittelwertbildung steuern.·

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Es genügt an dieser Stelle zu sagen, daß bei der vorliegenden Erfindung, die vom Digital-Analog-Umwandler erzeugten Analog-Spannungen_?ein Analog-Signal mit komprimierten Amplituden-Bereich darstellen, das mit den Eingangsdaten der Mantisse und den Daten der Verstärkungsstufe (dargestellt durch den Exponenten E) korrespondiert. Spezieller gesagt, werden die verschobenen Daten für die Mantisse verarbeitet, um den natürlichen Energieabfall des seismischen Verfahrens z"u berechnen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus dem sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, ist in der Zeichnung dargestellt. .

Die Figur zeigt ein Blockdiagramm der Umwandlungsvorrichtung für Binärdaten in Analogdaten zum Zwecke der visuellen Darstellung, wie z. B. als Oszillogramm, gemäß der Erfindung.

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Wie aus der Zeichnung zu ersehen ist, ist ein Register 20 zur Speicherung von 18 Binärstellen oder Bits vorgesehen, die in digitaler Form die Amplitude eines seismischen Signales darstellen, das von einem Geophon erzeugt vrarde. Von diesen 18 Bits stellen 3 Bits, gekennzeichnet an den Bit-Stellen e^, ep und e-z im Register 20, den Exponenten E eines digitalen Gleitkommawortes dar. Ebenso stellen im Register 20 on den Bit-Stellen a* bis 3,^₁, die 14 Bits die Mantisse .A dar. D'er zusätzliche Bit S+ stellt das Vorzeichen oder die Polarität des seismischen Signales dar. Somit wird ein positiv oder negativ schwingendes analoges Signal, das. enfanglich durch ein Geophon erzeugt wird, in seiner Polarität genau dargestellt von einem korrespondierenden Signal in digitaler Form aufgrund der Verwendung des Vorzeichen-Bits.

Es kann vorausgesetzt werden, daß die 18 Bits vorher in einer geeigneten Speiphereinrichtung, wie z. B. in der

US-Patentanmeldung Nr. 786 706 (1968) offenbar aufgezeichnet wurden. Betriebstechnisch kann vorausgesetzt werden, daß die 18 Bits nachfolgend dem Register 20 zur Speicherung übermittelt wurden. Das Register 20 kann unter Umständen in das Verstärkersystem nach der US-Patentanmeldung Mr. 786 706 (1968) eingebaut sein oder zum Zwecke der folgenden Diskussion als Hilfs-Register ausgebildet sein. Ebenso brauchen, wie vorbeschrieben, wenn jede Verstärkerstufe (nach der US-Patentanmeldung 786 706 (1968) einen konstanten Verstärkungsfaktor von 8 hat, nur die den

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Exponenten E und die Mantisse A darstellenden Bits aufgezeichnet und dem Register 20 übermittelt zu werden.

Der das Vorzeichen oder die Polarität darstellende Bit und die die Mantisse A darstellenden 14 Bits werden anschließend vom Register 20 an ein Schieberegister übermittelt, das in einer nachfolgend noch detaillierter beschriebenen V/eise arbeitet, um die die Mantisse A darstellenden Bits um jeweils 3 Bit-Stellen zur Zeit zu verschieben.

Beim Verschieben der die Mantisse A darstellenden Binär-Steilen oder Bit^ um 3 Bit-Stellen zur Zeit nach oben oder unten, ändert sich die Verstärkung um den Faktor 8. Obgleich die Erfindung an Hand von 3 Bit-Stellen Verschiebungen zur Zeit bei einer Verstärkungsfaktoränderung von

«erklärt wird
8^\ist es ersichtlich,daß die die Mantisse darstellenden Bits um mehr oder weniger als 3 Bit-Stellen zur gleichen Zeit verschoben werden können. So kann z. B. die Mantisse um 2 Bit-Stellen aur gleichen Zeit bei einem Verstärkungsfaktor 4 oder um 1 Bit-Stelle zur gleichen Zeit bei einem Verstärkungsfaktor 2 verschoben werden.

Aus der Zeichnung ist au ersehen, daß die den Exponenten E darstellenden 3 Bits vom Register 20 an einen Exponenten-Subtraktions-Schaltkreis 24 übertragen werden.

Drei weitere Signale, dargestellt durch drei weitere Bits, die von einem 3-Bit-Binär-Zähler 26 kommen, werden an die

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Eingänge des Exponenten-Subtraktions-Schaltkreises 24 übermittelt. Der Binär-Zähler 26 erzeugt durch 3 Bits dargestellte Signale, die ihrerseits eine ganze Zahl K darstellen. Der Exponentcn-Subtraktions-Schaltkreis 24· erzeugt ein. digitales Ausgangs-Signal, das den V/ert (K - E) darstellt. Dieses Ausgangs-Signal (K - E) wird an einem Schieberegister-Steuerschaltkreis 28 übermittelt. Der Schieberegister-Steuerschaltkreis 28 übermittelt ein Aucgangs-Steuer» Signal an ein Schieberegister 22, das 3 Bits zur gleichen Zeit verschieben kann, um auf diese V/eise die im Schieberegister 22 gespeicherten Bits der Mantisse a. bis n._/(_ um 3 Bit-Stellen zur gleichen Zeit verschieben zu können und dabei die Mantisse um den Verstärkungsfaktor 8 zu verändern.

Die von den verschobenen Binär-Steilen oder Bits dargestellten Digital-Signale im Schieberegister 22 werden danach an einen 15-Bit-iDigital-Analog-Umv/andler 30 übermittelt. Weiterhin ist eine Spannungsquelle 32 vorgesehen, die eine periodisch sich ändernde Ausgangs-Spannung V ~ erzeugt. Die sich mit der Zeit ändernde Ausgangs-Spannung Vf. ist graphisch in der Zeichnung dargestellt. Als Spannung ε 0.UjLIe 32 kann ein Expotential- oder Sägezahngenerator verwendet werden. Wie aus der Zeichnung zu ersehen, ist die Spannung Vf sowohl an den Eingang des Digital-Anal οg-Umwandlers 30 als auch an den Eingang einer Comparator-Schaltung 34- angelegt. In dem speziellen,· in der Zeichnung dargestellten Beispiel, erhöht sich linear

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während eines Arbeitszyklusseo die Spannung V * von dem *■■ Miniroalwert 1 Volt auf den Maximalwert von 8 Volt und geht von diesem Maximalwert abrupt zurück auf den Minimalwert von 1 Volt, um dann einen neuen Arbeitszyklus zu beginnen. Die Spannung variiert von 2 Volt bis 8 Volt bei einem Verstärkungsfaktor 4 und von 4 Volt bis 8 Volt bei einem Verstärkungsfaktor 2.

Die Computer-Schaltung 34 empfängt zwei Eingangs-Signale: Die Spannung Vf. und eine positive Spannung von 8 Volt ' (in der Zeichnung als +8VoIt gekennzeichnet). Die Comparator-Schaltung 34 erzeugt ein Ausgangs-Signal, das sowohl an den Sägezahngenerator 32 als auch an den Binär-Zähler 26 angelegt ist. Das von der Comparator-Schaltung 34 ausgesendete Ausgangs-Signal erfüllt zwei Aufgaben: zum einen erfolgt durch das Ausgangs-Signal die Rückstellung des Sägezahngenerators 32, so daß dieser- einen neuen Arbeitszyklus bei 1 Volt beginnen kann, nachdem der Maximalwert von 8 Volt Ausgangs-Spannung erreicht wurde und zum anderen schaltet dieses Ausgangs-Signal von der Comparator-Schaltung 34 den Binär-Zähler 26, so daß dessen Ausgangs-Signal K um eine Oktalziffer geändert wird. (Die Änderung erfolgt .selbstverständlich durch die die Oktalzahl darstellende Binar-Ziffer oder -Ziffern.)

Der Digital-Aiialog-Umwandler 30, der seine Eingangs-Signale vom Schieberegister 22 und von Sägezahngenerator 32 empfängt, erzeugt eine Ausgangs-Signal-Spannung V , die ein

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analoges Spannungs-Signal darstellt.« Die Spannung V_Q ist eine Funktion von: e. , einer analogen Eingangß-Spannung, die anfänglich von einem der Geophone entwickelt wurde, von der Mantisse A, von dem Exponenten E₁ von dor Basis G des verwendeten Zahlensystems und der Verstärkungsstufe, die in der vorliegenden Erfindung die Oktalzahl 8 ist, von der ganzen Zahl Kjdie am Ausgang des Binär-Zählers 26 auftritt und von der analogen Spannung V ~, die von der Spanrmngsquelle 32 entwickelt wird. Die analoge Ausgangs-Spannung V des Digital-Analog-Umwandlers 30, kann, wenn es gewünscht wird, an den Eingang eines Verstärkers 36 einer Verstärkungsstufe G = 8 übermittelt werden. Der Verstärker 36 ist in der Zeichnung mit gestrichelten Linien dargestellt, da er nicht benötigt wird, so lange die analoge Spannung V ausreichende Höhe hat. Wird der Verstärker 36 nicht benötigt, kann die analoge Ausgangs-Spannung V des Digital-Analog-Umwandlers 30 direkt einem Eingang eines Demultiplexers 38 übermittelt werden. Der Demultiplexer weist eine Anzahl von Ausgangs-Kanälen auf. Jedoch ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nur ein Ausgangs-Kanal dargestellt. Eine einzelne analoge Ausgangs-Spannung V ist einem Ausgang des Demultiplexers 38 zugeleitet und direkt mit dem Eingang eines Halte-Schaltkreises 42 verbunden. Vom Halte-Schaltkreis 42 wird die Spannung V einem Filter-Schaltkreis 44 übermittelt, von dem es letztlich einem Galvanometer-Oszillographen 46 übermittelt wird und zu einem Oezillogramm oder Linienschrift-Bild geformt

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wird, wobei cine sichtbare Darstellung bzw. Aufzeichnung von interessierenden seismischen Störungen erzeugt wird.

Jeder Ausgangs-Kanal des Demultiplexers 33 ist mit einem separaten Halte-ochaltkreic 42 und einem separaten Pilter-Schnltkreis 44 versehen. Zum Zwecke der klareren Darstellung ist nur ein Kalte-Schaltkreis 42 und nur ein PiIterschaltkreis 44 in der Zeichnung dargestellt.

Die analoge Ausgangs-Spannung V vom Digital-Analog-Uinwandler 30 ist ebenfalls an den Eingang eines Schaltkreises 40, der eine Mittelviertbildung durchführt, angelegt. Der Schaltkreis 40 für de Mittelwertbildung übermittelt ein analoges Ausgangs-Signal an einen weiteren Eingang der Spannungsqtelle 32. Weiterhin kann, wie mittels gestrichelten Linien in der Zeichnung dargestellt, jedes der Ausgangs-Signale eines Pilterschaltkreises 44 über einem entsprechenden Kanal eines jeden Ausgangs-Iianales des Demultiplexers 38 direkt mit einem separaten Eingang einer Additions-Einrichtung 48 verbunden sein. Der Ausgang der Additions-Einrichtung 48 ist direkt mit dem Eingang des Schaltkreises 40 für die Mittelwertbildung verbunden.

Das in der Zeichnung dargestellte Plaj-back- oder Monitor-System arbeitet folgendermaßen:

Die Signale, des Exponenten E (d. h. die mit e^, e~ und e-, bezeichneten .Bits) werden vom Register 20 zum Ex-

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ponenten-Subtraktionsschaltkreis 24- geleitet. Ebenso werden die .die Mantisse A und das Vorzeichen darstellenden Signale (d. h. die Bits von a- bis 1^₂, und S-) vom Register 20 zum Schieberegister 22 übermittelt.Der Sägezahngenerator 32 füv die Erzeugung des Ve3?gleichs-Signales V ~, übermittelt dieses Signal V ^ dem Digital-Analog-Uinwandler 30.

Die Comparator-Schaltung 34- ermittelt die Spannungshöhe des Signales V „ und vergleicht dieses mit seiner +8 Volt Vergleichs-Eingangs-Spanniisg. Zu jedem Zeitpunkt, zu dem das Signal V „ Kaximalhöhe von +8 Volt erreicht, übermittelt die Comparator-Schaltung ein Ausgangs-Signal, das zwei Dinge bewirkt: zum einem bewirkt es die Rückstellung des- Signals V „ auf + 1 Volt und zum anderen bewirkt es ein weiterzählen des Binär-Zählers 26, d. h., die Zahl K wird um + 1 erhöht.

Während des Betriebes wird der Binär-Zähler 26 anfänglich auf Null vor den Start gestellt und verfolgt den Exponenten-Wert der Umhüllungskurve des Energie-Wechsels und die Verstärkungsstufenerhohung (durchschnittliche), um ein konstantes Ausgangs-Signal aufrechtzuerhalten (z. B. inverse Verstärkung oder automatische Verstärkungsregelung). Der Binär-Zähler 26 wird von der Cocparator-Schaltung ly\- in Erwiderung auf das Ausgangs-Signal des Sägezahngenerstors 32· weit ergestellt. So wird jede srnäT⁾ das Signal V ' ~ sich

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über einen Bereich von +8 YoIt auf +1 Volt ändert, der Binär-Zähler 26 weitergestellt.

Im gleichen Maße wie der im Register 20 gespeicherte Exponenten-Mittelwert entsprechend dem gemittelten Energieabfall abfällt, bleibt die Differenz zwischen der von dem Binär-Zähler 26 erzeugten Zahl K und dem Exponenten E im Register 20 durchschnittlich konstant und hält damit die durchschnittliche Ausgangs-Leistung konstant. Die augenblicklichen A'hderiingen des Exponenten E im Register 20 (d. h. der Signale, dargestellt durch die Bits e* _s e? ^un^· ^e?P wenn die !Signale vom Spitzenwert, bezogen auf die durchschnittliche Hüllkurve der

Energie, in Richtung des Nulldurchganges abfallen, werden durch den Unterschied zwischen den sich langsam ändernden Zahlen, die vom Binär-Zähler 26. erzeugt werden und dem sich schnell ändernden Exponenten E im Register 20 überwacht. Normalerweise ist der Unterschied eine ganze positive Zahl wie eine ausgewählte Berechnungsgröße und der Wert dieser Zahl (K-E), erzeugt durch den Exponenten-Subtraktions-Schaltkreis 24, betätigt den Schieberegister-Steuer-Schaltkreis Die Steuer-Schaltkreis 28 bewirkt seinerseits ein Verschieben der Bits im Schieberegister 22. Somit wird die Zahl (K - E), die das sich langsam ändernde Signal K, das vom Binär-Zähler 26 erzeugt wurde und den sich schnell ändernden Exponenten E des Registers 20 darstellt, zum 2wecke der digitalen Verschiebung der Bits, die die Mantisse A enthalten in das Schieberegister 22,benutzt-, d. h., ein Verschieben von 3 liits zum gleichen Zeitpunkt, die eine Verstär-

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kungsstufe mit dem Faktor 8 darstellen, wie es auch in der Zeichnung offenbart ist. In diesem Zusammenhang wird verständlich, daß ein Verschieben von 2 Bits zur gleichen Zeit im Register 22 einem Verstärkungsfaktor von 4 und ein Verschieben von 1 Bit dem Verstärkungsfaktor 2 entspricht. In jeden Fall ist das vorgenannte Bit-Verschieben gleichwertig zu digitalen Verstärkungsfaktor-Verschiebungen und wirksam um alle unerwünschten Sprünge oder Störungen gemäß den Änderungen des Exponenten auszuscheiden.

Zum Schluß werden nach dem Verschieben, die Bits vom Register 22 zum Digital-Analog-Umwandler JO übermittalt, um das analoge Ausgangs-Signal V zu erzeugen.

Wie aus der Zeichnung zu ersehen, kann das analoge Ausgangs-. Signal V , das vom Digital-Anelog-Umwandler 30 abgeht, direkt dem Demultiplexer 38 und ebenso direkt dem einen Mittelwert bildenden Schaltkreis 40 zugeführt werden. Der Schaltkreis 40 für die Mittelwertbildung steuert den Takt der periodischen Spannung V ~ des Sägezahngenerators. Nach Durchlaufen des analogen Signales V durch den Demultiplexer 38, durchläuft es einen Halte-Schaltkreis 42 und einen Filterschaltkreis 44, bevor es an den Oszillographen 46 übermittelt wird. In einer Alternativausbildung der Vorrichtung kann der Ausgang jedes Filter-Schaltkr.eises 44 mit einer Additions-Einrichtung 48 verbunden sein. Der Aungnng der Addition-Einrichtung wird an den Eingang der Schaltung 40, die die Mittelwertbildung durchführt, übermittelt.

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Hit der dargestellten Vorrichtung wird riss ursprüngliche Geophonsignal e. ohne Exponenten-Sprünge oder Störungen neu gebildet. Bei der vorliegenden Erfindung werden umgekehrte Verstärkungεstufen (inverse gain) verwendet um ein konstantes Ausgangs-Signal aufrecht zu erhalten und binäre Verstärkungsstufen Änderungen zu elem-inieren. Das Ausgangs-Signal V kann durch die Additions-Einrichtung 48,; wie aus der Zeichnung zu ersehen ist, geleitet werden, (nachdein>den Halte- und Filter-Schaltkreis passiert hat) und zur Steuerung (in Verbindung mit dem Schaltkreis 40 für die Mittelwertbildung) für den Takt des Wechsels der Spannung V des Sägezahn- oder Expotentialgenerators in der Art einer automatischen Verstärkungsregelung benutzt werden.um unbeschadet der Geschwindigkeit des Hüllkurvenabfalles der gemittelten Energie-Änderung jeder gegebenen Rückspielung (Playback) folgen zu können.

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Claims

Patentansprüche

1) JVerfahren zur Durchführung von Playback- und/oder Ilonitor-Aufzeichnungen analoger Signale, insbesondere zur Durchführung von Aufzeichnungen seismischer Signale, hei dem ein Anelog-Signal, innerhalb eines breiten dynamischen Amplituden-Bereiches analoger Signale, darstellt ist durch ein korrespondierendes digitales Wort in der Form eines Digital-Signa]es, dan die algebraische Gleichung; e.„-- + AG""¹ darstellt, wobei e. die Anr.Iitude eines einzelnen analogen Signales innerhalb der. vorgenannten Amplituden-Bereiches, A eine Mantisse, G eine Basis des gewählten Zahlensystems und Ξ einen Exponenten darstellt und wobei G konstant i st vmhrend einige der Difital-Signale A und einige E darstellen und bei dein aus dom Digital-Signal ein Analog-Signal V zur Erzeugung einer sichtbaren Darstellung geschaffen wird, dadurch gekennzeichnet , daß ein periodischer; Vergleichs-Signal V r. erzeugt wird, das maximale und minimale Signal-Echcn aufweist, c'nC ein Digital-Signal, das eine Zahl K darstellt erzeugt wird, wobei die Zahl K zu -jedem Zeitpunkt, bei dem öss Vergleichs-Signal V „.. seine maximale Höhe erreicht, imgewandelt wird, daß die die V/erte K und E

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darstellenden Digital-Signale zur Erzeugung eines anderen Signalee, das den Wert (K - E) darstellt, verbunden werden, daß das den Wert A darstellende Digital-Signal in Erwiderung auf das den Wex"t (K - E) darstellende Signal · verschoben wird, um ein weiteres Digital-Signal zu schaffen, das einen modifizierten Wert A darstellt und daß das Vergleichssignal V_ref und das Digital-Signal, das den modifizierten Wert A darstellt, zur Erzeugung eines Analog-Signaleß V , miteinander verbunden werden.

2) Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß das Analog-Signal V zur Erzeugung eines analogen End-Signales gehalten und gefiltert wird und daß das analoge End-Signal sichtbar dargestellt wird.

5) Verfahren nach Anspruch 1,oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß von jedem Analog-Signal V, das von jedem Digital-Wort entwickelt wurde, ein Mittelwert gebildet wird und daß das Vergleichs-Signal "V^, das eine Funktion des gemittelten Analog-Signales V_Q ist, erzeugt wird.

4·) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a du r c h gekennzeichnet, daß die analogen End-Signale, die aus je einem Digital-Wort entwickelt wurden, summiert werden, um ein Signal zu erzeugen, das die Summierung der analogen End-Signale darstellt, daß das die Summierung der

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analogen End-Signale darstellende Signal gernittelt wird und|daß ein Vergleichs-Signal V , ~ erzeugt wird, das eine Fpnktion der vorgenannten genittelten Signale ist.

5) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines periodischen Vergleichs-Signals V „, das maximale und minimale Signal-Höhen aufweist, durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines Digital-Signales, das eine Zahl K darstellt und diese su jedem Zeitpunkt, "bei dem das Vergleichs-Signal Vf seine maximale Höhe erreicht*umwandelt, durch eine Einrichtung zur Verknüpfung der die Werte K und E darstellenden Werte und zur Erzeugung eines anderen Digital-Signales, das den Wert (K - E) darstellt, durch eine Einrichtung zum Verschieben des den V/ert A darstellenden Digital-Signales in Erwiderung auf das den V/ert (K — E) darstellenden Wertes zur Erzeugung eines weiteres Digital-Signales, das einen modifizierten Wert A darstellt und durch eine Einrichtung zur Verbindung des Vergleichs-Sig-

nales V _p und des den modifizierten Wert A darstellenden rei

Signales,um ein Analog-Signal V zu erzeugen.

6) Vorrichtung nach Anspruch 5» gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Halten und Filtern des Analog-Signals V , um ein-analoges End-Signal zu erzeugen und durch eine Einrichtung zum sichtbaren Darstellen des analogen End-Signales.

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7) Vo ri·.Leb tun G nach Anspruch 5 odor 6, g e k e η η ζ e i c hn ο t durch eine Einrichtung zur Hittelwerfbildung eines perlen Analog-Signales V , da.?, aus jedem Digital-Wort entwickelt wurde und durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines Vergleichs-Sigrtales V ~, das eine Funktion des gemittelten Analog-Signales V ist.

8) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-7» gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Sumnie- TUYiij jedes der analogen End-ßignale, die aus je einem Digital-V/ort entwickelt vrurden, um ein Signal zu erzeugen, das die Suminier\mg der analogen End-Oignale darstellt, durch eine Einrichtung zur Mittelwertbildung der Signale, die die Suiamierung der analogen End-Signale darstellen und durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines Vergleichs-Signal es V, „, das eine Funktion der vorgenannten gemittelten Signole ist.

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