DE1964202C3 - Mehrkanalige Verstärkerschaltung zur Schnellaufzeichnung von in einem großen Amplitudenbereich liegenden Signalen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine inehrkaiialige \cistäi leerschaltung zur Schnellaufzeiehnung von in einem großen Amplitudcnbereich liegenden Signalen mit automatischer, extrem schnell verlaufender Verstärkungsfaktorregulicrung. insbesondere für seismische Signale, wobei jeder Kanal mehrere Versiärkerstufen aufweist, die in Kaskade geschaltet sind, mit einem gemeinsamen Ausgangsschaltkreis für die einzelnen Ausgangsstufe)! der einzelnen Kanäle, mit einer Einrichtung zum Festlegen einer Vielzahl zunehmend unterschiedlicher, vorbestimmter Verstärkungsbereiche der Verstärkerschaltung, mit einer Einrichtung zur Umwandlung des am gemeinsamen Ausgangsschaltki eis erscheinenden Analog-Signals in ein korrespondierendes Digital-Signal und mit einer Einrichtung zum Ableiten eines zweiten Signales, das anzeigt, welcher der vorbestimmten Verstärkungsbereichc während eines Zeitintcrvallcs, in dem das am gemeinsamen Ausgangsschaltkreis erscheinende Signal in ein korrespondierendes Digital-Signal umgewandelt wird, gewählt wurde.

Signale mit breitem Amplitudcnbereich treten insbesondere in der seismischen Datenverarbeitung auf. und deshalb werden Vorrichtungen der obengenannten Art besonders für digitale seismische Speichersysteme gebraucht.

Die Entwicklung von digitalen seismischen FeIdspeichcrgeräten für breiten Amplitudcnbereich. mit denen man seismische Signale in digitaler Form auf schnellen Magnetbändern speichern kann, hat die Notwendigkeit von Analogverstärkern mit präzisem Verstärkungsfaktor und niedriger Verzerrung mit sich gebracht. Derartige Verstärker werden zwischen den Geophonen und den Analog-Digital-Umwandlern benötigt, um die seismischen Signale exakt innerhalb eines Amplitudenbereiches, der für die Analog-Digital-Umwandler geeignet ist. zu reproduzieren. Dadurch wird es möglich, den gesamten Amplitudenbercich des Systems meßtechnisch zu erfassen.

Da seismische Signale üblicherweise einen sehr breiten Amplitudenbereich aufweisen, beispielsweise in der Größenordnung von 120 db, hat man bisher diese Signale häufig in einen geringeren Bereich komprimiert, beispielsweise in den Bereich von 78 db, so daß die Signale in einem Analog-Digital-Umwandler verarbeitet und gespeichert werden konnten. Verschiedene Einrichtungen zur Regulierung des Verstärkungsfaktors sind benutzt worden, um eine derartige Komprimierung durchzuführen, beispielsweise benutzte man eine programmierte Regulierung des Verstärkungsfaktors, bei der der Verstärkungsfaktor langsam zwischen vorgegebenen Grenzen gewechselt wird, im gleichen Maße wie die Durchschnittsamplitude der seismischen Signale sich verändert. Ein anderes Beispiel eines typischen automatischen Verstärkungsfaktorreguliersystems verwendet die zeitliche Mitteilung der verstärkten seismischen Energie, um den Verstärkungsfaktor einzustellen. In neuerer Zeit sind Verstärker entwickelt worden, die einen stufenweisen Wechsel des Verstärkungsfaktors vornehmen und die in gewisser Weise die Signalamplitude innerhalb eines Zeitfensters des seismischen Speichers ausnutzen. Eine Art von Verstärkersystemen, bei denen der Verstärkungsfaktor stufenweise geändert wird, ist allgemein bekannt als Verstärker mit binärem Faktor, wie er /um Beispiel in ilen USA.-Patentschriften 130X392 (McCarter) und 3315233 (Hibbard) beschrieben wird. Wrst.irkersysteme _m\\ stufenweisem Faktorwechsel sind auch in den USA.-Patentschriften 2967292 (Eisner). 3241100 (Loofbourrow) und 3264574 (Loolbouri οά ) beschrieben.

Der Erfindung lag insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der eine stufenweise Regulierung lies Verstärkungsfaktors und eine automatische Regulierung des Verstärkungsfaktors in Form einer automatisehen schnellen digitalen Faktorregulierung für breiten Amplitudenbereich möglich ist und bei der eine automatische Festsetzung eines optimalen Verstärkungsfaktors, der auf der augenblicklichen Amplitude des Eingangssignals beruht, realisierbar ist. Erfin-¹P dungsgemäß wird das mit einer Einrichtung der eingangs genannten Art erreicht, die gekennzeichnet ist durch einen Multiplexer, von dem ein automatisch ablaufender Abfragezyklus für die einzelnen Kanäle ausgeht, wobei in jedem Zyklus die Verstärkeraus-2" gänge jedes Kanals nacheinander über eine gemeinsame Verstärker-Ausgangsstufe an eine Komperalorschaltung zur Ermittlung, ob das Signal in einem vorbestimmten Amplitudcnbereich liegt, angeschlossen sind, und durch einen Analog-Digital-Umwandler ^J5 zur Speicherung der im vorbestimmten Amplitudenbereich liegenden Signale sowie durch vom Multiplexer gesteuerte Schalteinrichtungen zur Schaltung des nächsten Verstärkerelcmentes bei Nichterreichuns: des vorbestimmten Amplitudenbereiches durch das vorliegende Signal.

Vorteilhaft kann dabei ein Verstärkersystem mit einem Verstärkernetzwerk vorgesehen sein, einschließlich einer Vielzahl von Verstärkerstufen und Hilfsmitteln, um eine Vielzahl von progressiv unterschiedlichen vorbestimmten Verstärkungsfaktorbeiciehen für das genannte Netzwerk einzurichten, ferner Mittel, um währe nd des sukzessiven Abtastens des Eingangssignals von einem zum anderen dieser Verstärkungsfaktorhereichc umschalten zu können, während die Signale durch das genannte Netzwerk hindurch zu einem gemeinsamen Ausgang geleitet werden und außerdem Mittel für wahlweises Aufrechterhalten eines der vorgenannten Verstärkungsfaktorberciche während eines Haltezcitintcrvalls, das deutlich länger als das Abtastintervall ist, wenn das zum Ausgang geleitete Signal in einer vorbestimmten Beziehung zum genannten Bezugssignai steht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die Mittel für das Einrichten der progressiv unterschiedlichen Verstärkungsfaktorbereiche ihrerseits Mittel für wahlweises Verbinden der entsprechenden Kaskadenstufenausgänge mit dem gemeinsamen Ausgang während des Abtastintervalls enthalten, und die Mittel für das wahlweise Aufrechterhalten eines dieser Verstärkungsfaktorbereichc können Mittel für das wahlweise Aufrechterhalten der Verbindung zwischen einem Kaskadenstufcnausgang und dem gemeinsamen Ausgang während des Haltezcitintcrvalls enthalten.

&° Vorteilhaft wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der genannte gemeinsame Ausgang den die Digitalsignnlc produzierenden Analog-Digital-Umwandler mit einem digitalen Speicher verbunden. Letzterer speichert die Signalinformation. f>b die mit dem augenblicklichen Digitalwcrt des Signals an der gemeinsamen Ausgangsschaltung korrespondiert und mit dem Verstärkungslaktornivcau, mit dem dav Signal durch das System hindurch übersetzt wird.

ai se V

B ti ß π V

ii ii d η

wobei dieses Niveau bestimmt wird durch denjenigen Verstärkungsfaktorbereich, der während des Haltezeitintervalls aufrechterhalten wird, wahrend das Signal an den gemeinsamen Ausgang geleitet wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält das Verstärkersystem für breiten Arnplitudcnbereich einen Teil eines seismischen Datenverarbeitungssyslem einschließlich von Hilfsmitteln, um seismische Signalinformationen in den Eingang des Verstärkersystems einzugeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der folgenden detaillierten Beschreibung zusammen mit den Zeichnungen nährr erläutert, in denen folgendes gezeigt wird.

Fig. 1 ist ein schematisches Schaltbild teilweise in »5 Blockform. Es zeigt ein seismisches Datenverarbeitungssystem mit einer Vielzahl von erfindungsgemäßen Verstärkersystemen für breiten Lautstärkebereich mit automatischer schneller Regulierung des Verstärkungsfaktors.

Fig. 1 a ist ein schematisches Schaltbild teilweise in Blockform. Es illustriert detailliert einen Teil des in Fig. 1 gezeigten Systems, nämlich denjenigen Teil des Systems, das als Element J in F i g. 1 gekennzeichnet ist. »5

Fig. 2 ist ein schematisches Schaltbild teilweise in Blockform, das eine andere Art eines seismischen Datenverarbeitungssystems illustriert, wobei dieses System eine Vielzahl von erfindungsgemäßen Verstärkersystemen für breite Lautstärkebereiche enthält.

Fig. 2a ist ein schematisches Schaltbild teilweise in Blockform, das detailliert den Teil der F"ig. 2 wiedergibt, der dort als Element J' gekennzeichnet ist.

Fig. 3 ist ein schematisches Schaltbild in Blockform, das detailliert die Teile der Systeme der Fig. 1 und 2 wiedergibt, die dort als Detail A gekennzeichnet sind.

Fig. 4 ist ein schematisches Schaltbild teilweise in Blockform, das detailliert die Teile des Systems der F i g. 1 und 2 wiedergibt, die dort als Detail B gekennzeichnet sind.

Fig. 4a ist ein Diagramm, das die charakteristischen Frequenzen der Schaltung, die in den Fig. 1, 2 und 4 als Detail B gekennzeichnet ist, wiedergibt.

Fig. 5 ist ein schematisches Schaltbild, das detailliertdeninFig. 1 mit C bezeichneten Teil wiedergibt.

Fig. 6 ist ein schematisches Schaltbild teilweise in Blockform, das detailliert den in den Fig. 1 und 2 mil D bezeichneten Teil des Systems wiedergibt.

F i g. 7 ist ein schematisches Schaltbild in Block- so form, das detailliert den als E bezeichneten Teil der Fig. 1 und 2 wiedergibt.

Fig. 8 ist ein schematisches Schaltbild in Blockform, das detailliert den in den Fig. 1, 1 a, 2 und 2a mit F bezeichneten Teil wiedergibt.

Fig. 9 ist eine graphische Darstellung der Amplitude eines Signals nach der Verstärkung, die das charakteristische eines Beispiels eines Verstärkersystems gemäß der Erfindung illustriert.

InFig. 1 ist ein System zur Verarbeitung und Speicherung seismischer Signale gezeigt, g,, g₂ und g_p repräsentieren drei Exemplare einer an sich beliebig großen Anzahl von Geophonen. Geophone sind Vorrichtungen, die akustische in elektrische Signale umsetzen und an sich bekannt sind. Jedes einzelne dargestellte Geophon kann in Wirklichkeit seinerseits eine Gruppe oder eine Vielzahl von individuellen Geophonrn darstellen, deren entsprechende Ausgänge ziisammengeschaltet sind, um ein gemeinsames Geophonsignal zu ergeben.

Es ist übliche Praxis in der seismischen Erforschung, eine Anzahl derartiger Geophone in aufeinanderfolgenden Entfernungen von einer Quelle seismischer Energie dem sogenannten Schußpunkt anzuordnen. Die Geophone ermitteln die akustische Energie, die vom Schußpunkt ausgehend über verschiedene Wege kommend bei ihnen eintrifft. Die von den Ausgängen der einzelnen Geophone gelieferten Signale werden in Form einer Kurvenschar in Abhängigkeit von der Zeit fixiert. In Übereinstimmung mit dem hier im folgenden offenbarten System werden die Signalinformationen der einzelnen Geophonausgänge in zugeordneten Signalkanälen verstärkt und der Analog-Digital-Umwandlung zugeführt und dann auf Magnetband gespeichert. Derart auf Band gespeicherte Signale können, sofern gewünscht, reproduziert oder in die analoge Form rückverwandelt werden und in Form von Kurven gespeichert werden, so wie es hier offenbart ist. Jedoch ist es von größerer Wichtigkeit, daß solcherweise digital gespeicherte Signale einer modernen Datenverarbeitungstechnik unterworfen werden können, wobei Hochleistungsdigitalkomputer und verwandte Einrichtungen eingesetzt werden können.

Die hier offenbarte Verstärkerschaltung besitzt den weiteren Vorteil, daß es ein Ausgangssignal ausgibt, das in der sogenannten »Gleitkomma«-Form gespeichert werden kann. Zum Beispiel kann das Ausgangssignal als ein digitales Wort gespeichert werden, das eine Mantisse und einen Exponenten enthält, so wie es genauer im folgenden beschrieben wird. Ein derartiges digitales Wort repräsentiert exakt den absoluten Wert des korrespondierenden Eingangssignals. Durch Speicherung von Gleitkomma-Signalen auf Magnetband ist es möglich, nicht nur den Relativwert, sondern auch den Absolutwert der Verstärkersignale zu konservieren.

In Fig. 1 sind die Geophone g,, g₂ und g„ an die Eingänge der ihnen zugeordneten Kanäle 1, 2 und η angeschlossen. Die Kanäle sind im wesentlichen identisch. Einander zugeordnete Elemente werden durch entsprechende Bezugsziffern beziehungsweise durch mit diesen Ziffern indizierte Buchstaben gekennzeichnet. Während in der dargestellten Ausführungsform drei Kanäle gezeichnet sind, soll der Kanal η den letzten einer beliebigen Anzahl solcher Kanäle repräsentieren. In den meisten Fällen enthalten Systeme zur Verarbeitung seismischer Daten 12. 24 odei eine noch größere Zahl von Kanälen.

Jeder der Kanäle 1 bis η enthält eine Vielzahl vor Verstärkerstufen A und B, bis B₄. die in Kaskade ge schaltet sind, ferner eine zugeordnete Schaltung ein schließlich einer gemeinsamen Ausgangsschaltung / und Mittel für das wahlweise Anschließen des Aus gangs jeder einzelnen Verstärkerstufe an den gemein· samen Ausgang F, sofern das Signal des Ausgang: dieser Verstärkerstufe zu einer vorgegebenen Be zugsspannung in bestimmter Beziehung steht. Hierbe wird das Eingangssignal in der unten beschriebenei Weise in aufeinanderfolgenden Zeitpunkten abgeta stet. Jeder der Kanäle 1 bis η ist mit einem Systen zur Verarbeitung und Speicherung seismischer Signali einschließlich noch zu beschreibender Mi.tel verbun den, wobei die Ausgänge der einzelnen Kanäle 1 bi η über einen Multiplex zeitlich aufeinanderfolgen! zugeteilt werden, so daß die Signale der Geophon

#, bis g_n verarbeitet und einem einzigen Analog-Digital-Wandler zugeleitet werden können und schließlich einem hier nicht dargestellten digitalen Bandspeicher.

Jetzt werden die Einzelheiten des Teils der Fig. 1, der den Kanal I enthält, beschrieben. Man erkennt, daß der Ausgang des Geophons g_] mit dem Eingang der Eingangsstufe A des Kanals 1 gekoppelt ist, wobei die Eingangsstufe A schematisch als Block A dargestellt und genauer in Fig. 3 als Detail A illustriert ist. Block A enthält eine geeignete Eingangsschaltung wie einen Eingangstransformator, einen Präzisionsvor- \ erstärker, seismische Filter, eine Abgleichschaltung für eine Begrenzung nach oben, sonstige Filter und iogische Gatter zur Steuerung des Eingangsabschwächers EA sowie der Präzisionsvorverstärkerstufe A₁. Dieser Block A erzeugt ein binär kodiertes Signal, das die Gesamtverstärkung dieser Stufe des Systems auf eine Weise präsentiert, die später genauer beschrieben werden wird. Die Kombination des Eingangsabschwächers EA des Blocks A und dessen Präzisionsverstärker werden normalerweise von Hand justiert, um eine vorbestimmte Gesamtverstärkung zu erreichen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung soll der Verstärkungsfaktor des Blocks A jedoch b sein, so daß Ar addiert bzw. subtrahiert werden kann zum bzw. vom Exponenten, der durch die folgenden Stufen des Kanals bestimmt wird. Für eine Ausführungsform dieses Systems ist k = 1 und b = 8. Es ist weiterhin dargestellt, daß der Ausgang des Blocks A direkt mit dem Eingang des ersten einer Serie von in Kaskade geschalteten Präzisions-Verstärkerstufen gekoppelt ist, die schematisch als Blöcke B₁ bis B₄ und genauer als Detail B in Fig. 4 dargestellt sind. Diese Blocke bieten eine Wechselstromverstärkung mit einem gewissen Basiswert b zum Exponenten k. Beispielsweise ist k = S. wenn in einer Ausführungsform b = H und k = 1 ist bei einer Glcichstromverstärkung mit dem Faktor 1. Jede der Präzisions-Verstärkerstufen ß, bis B₄ ist ein nicht invertierender Breitbandverstärker, dessen Verstärkungsfaktor durch Präzisionswiderstände in seiner Rückkoppelungsschlcife vorgegeben werden kann, wie unten beschrieben werden wird.

Die Eingänge der Präzisions-Vcrstärkerstufen B₁ his B₄ sind mit konstanten Spannungsqucllen C, bis C₄ gekoppelt, wobei letztere als Detail C in Fig. 5 ausführlich dargestellt sind. Jede der Begren/ungsschaltungen C \ bis (\ liefert sowohl positive als auch negative Gleichstrombezugsspannungen und enthält aus der Elektronik an sich bekannte Mittel zur Begrenzung des Eingangs der nachfolgenden Präzisions-Verstärkerstufe, um diese vor großen Signalüberspannungen und Verzerrungen zu bewahren. Obgleich eine konstante Spannungsquellc in Verbindung mit dem Eingang jeder Präzisions-Verstärkerstufe dargestellt ist. soll bemerkt werden, daß die Funktion einer derartigen konstanten Spannungsquellc. z. B. den nachfolgenden Verstärker vor Überlastung zu schützen, auch direkt durch eine entsprechende Ausführung des Verstärkers an sich erreicht werden kann.

An die jeweiligen Ausgänge der Blocke Λ und B₁ bis B₄ sind die Blocke /), bis D. gekoppelt. Jeder dieser Blöcke D₁ bis D_s ist eine Hinrichtung zur Bandbreitenbestimmung und ist ausführlich als Detail /) in Fig. ή illustriert. So ein Block D enthält eine Einrichtung zur Phasenknmpcnsation. eine {einrichtung zur Kalibrierung des Verstärkerfaklors für präzise Verstärkung oder Abschwächung und einen Impedanztransformator. In einer Ausführungsform kann jede dieser Vorrichtungen zur Bandbreitenbestimmung D₁ bis D₅ Mittel enthalten zur Entfernung der

Gleichstromkomponente aus dem Signal. Jede der Bandbreiteneinrichtungen D₁ bis D, enthält auch Schaltelemente, welche die jeweiligen Ausgänge der Eingangsstufe A und Verstärkerstufen ß, bis B₄ von den Signaleingängen der zugeordneten Blöcke E₁ bis

E₅ trennen. Letztere sind ausführlich als Detail E in Fig. 7 illustriert und bedeuten elektronische Schalter. Mit anderen Worten, die jeweiligen Ausgänge der Bandbreiteneinrichtungen D_x bis D₅ sind mit den jeweiligen zugeordneten Schaltern E, bis E₅ gekoppelt.

'5 Jede der Bandbreiterieinrichtungcn D₁ bis D₅ enthält auch Mittel, um sie an das jeweilige Gleichstromniveau des gemeinsamen Ausgangs aller Schalter E, bis E₅ anzupassen.

Die Bandbreiteneinrichtungen D₁ bis U_s bieten

Mittel zum Anpassen der Bandbreite der verschiedenen Signalwege vom Eingang eines speziellen Kanals bis zum gemeinsamen Ausgang. Beispielsweise können die aufeinanderfolgenden Signalwege vom Eingang des Blocks A durch die verschiedenen elektronisehen Schalter E₁ bis E₅ bis zum gemeinsamen Ausgang, der das Detail F enthält, egalisiert werden, so daß die Bandbreiten dieser verschiedenen Wege gleich sind. Vorzugsweise sollen sich die verschiedenen Bandbreiten aller Signalwegc nach dem längsten

Weg richten, nämlich dem Weg durch die letzte Vcrstärkcrstufe der Kaskade. Es ist derjenige Weg. dei die Verstärkerstufe B₄ und den Schalter E, enthält, wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht.

Zusätzlich zur Bandbreitenanpassung enthalten

■<5 diese Einrichtungen auch Mittel, um die Phasen dci verschiedenen Signalwege anzupassen, so daß sie mil der Phase des längsten Weges, wie in oben beschriebener Weise, übereinstimmen. Es soll bemerkt werden, daß beim Gebrauch linearer Schaltelemente die

4« Phasenegalisierung der verschiedenen Wege auch aiii eine Bandbreitcnegalisierung hinausläuft'

Die Blöcke D trennen auch die Eingänge der züge ordneten Blöcke E von den jeweiligen Einsängen dci nachloigenden Blöcke B.

In der illustrierten Ausl'ührunsisform Irifft diese; natürlich nicht für den Block D, zu, weil keine weiten Kaskadenstufe folgt, die durch den Block D, von Schalter E_{1 /ΛΙ} trennen wäre.

In der illustrierten Ausführungsform ist diese

letzte Block D, nützlich für die Anpassung der ver

schicdenen Verstärkerausgangsweue an d;is Gleich

Stromniveau des gemeinsamen Austiarms aller Schal

tcr und ist vorzugsweise tür diesen Zweck vorgesehen

leder der Schalter E, bis E, enthält ein clcktroni

sches HochgcschwindigkcitN-Schaltnetzwcrk ein schließlich einer oder mehrerer logischer Hingangs gatter fur »ein«- oder »aus«-Zeiten, einer Schaltvor richtung vorzugsweise in Form eines Feldeffekt-Tran SiSt₀₁S {FET) und einer Steuerschaltung für di<

"» Übersetzung der eingehenden »ein«- oder »aus«-Si gnale in Signale, welche den Feldeffekt-Transistor be einflussen.

Die jeweiligen Ausgange jedes Schalters E₁ bis E sind mit dem Eingang cineV Verstärker-Ausgangsstufe ^b:> gekoppelt, der schematisch als Block /· dargestellt is und ausführlich als Detail Ein Fig. S wiedergcgebe: wird. Es soll betont werden, daß der Hingang der Ver Marker-Ausgangsstufe F eine gemeinsam«.· Verbin

Jung für die Ausgänge von allen Schaltern E₁ bis E₅ darstellt, lis sind somit alle Kanäle mit dem Eingang dieses einen gemeinsamen Blocks F verbunden.

Die Verstärker-Ausgangsstufe F hat eine relativ hohe Eingangsimpedanz. Sie ist vorzugsweise von der Größenordnung H)⁷ mal des »eiiie-Widerstandcs des Feldeffekt-Transistor-Ausgangs des jeweiligen Schalters E₁ bis E₅. das an den Eingang angeschlossen ist. In einer bevorzugten Ausführungsform, die eine Verstärkerstufe vom »Nachfolge«-Typ verwendet, ist die Ausgangsimpedanz der Verstärker-Ausgangsstufe F im wesentlichen Null und der Faktor davon ist normalerweise 1,000.

Hier soll bemerkt werden, daß eine Kombination vor irgendeiner Anzahl der vorgenannten äußerst schnellen Schalter, wie E₁ bis E₅, mit einem einzelnen Hochgeschwindigkeitsverstärker und Impedanz-Umformer, wie Block F, in der hier offenbarten Schaltung gemeinsam mit unten beschriebenen Prüfelemcntcn einen Hochgeschwindigkeits-Multiplexer oder Kommutator darstellt, in welchem relativ billige Schaltelemente, z. B. Feldeffekt-Transistoren mit nicht präzisem »ein«-Widerstand benutzt werden können, wobei ein wesentlicher Vorteil darin best lit, daß die Schalter ersetzt werden können, ohne daß die Verstärkerwege neu kalibriert zu werden brauchen.

Der Ausgang des Blocks F ist mit den Eingängen von zwei digitalen Entscheidungseinrichtungen gekoppelt, die schematisch als Blöcke H und / dargestellt sind. Sie haben die Funktion, zu entscheiden, ob die Ausg. igsamplitude der Verstärker-Ausgangsstufe F entweder die positive (Einrichtung H) oder die negative (Einrichtung /) Bezugsspannung (+V oder - V) überschreitet. Die Quelle für die Bezugsspannung ist schematisch als Block G dargestellt.

Die digitalen Entscheidungseinrichtungen H und / sind an sich bekannte Schaltungen des Typs, der im allgemeinen klassifiziert ist als »Spannungs-Vcrglcicher« wie sie beispielsweise auf den Seiten 45 und 46 in »Handbook of Operational Amplifier Applications«, veröffentlicht durch die Burr-Brown Research Corporation, Tucson, Arizona, 1963, beschrieben sind.

Die Einrichtung (i ist eine bekannte Schaltung desjenigen Typs, den man auf Seite 44 der eben zitierten Referenz findet.

Die Gleichstromquelle G hat eine Präzisionsspannung mit zwei Ausgängen, von denen der eine eine positive Spannung gibt, die an die Einrichtung H angelegt ist und tier andere eine negative Spannung liefert, die an die Einrichtung / angelegt ist. Beide Bczugsspannungender Gleichstromquelle (λ sowohl die positive als auch die negative, sind vorgegeben. Sobald das Alisgangssignal lies Blocks Feine der vorgegebenen Bezugsspannungen überschreitet, entweder die positive oder die negative, wird ein Vergleichssignal durch die Entscheidungseinrichtung H bzw. / ausgelost und an ein digitales Kontroll- und Multiplexnetzwerk, das schematisch als Block J gekennzeichnet ist. weitcrgcleitet. Block./ ist ausführlich in Fig. la als Detail ./ dargestellt. Block ./ seinerseits kontrolliert den Kontrolleingang des entsprechenden elektronischen Schalters, nämlich des entsprechenden Details E im gesperrten oiler leitenden Zustand und dann geht da> zu vergleichende Signal durch, so daß der erwähnte Schalter fur die Dauer eines Abtastvorganges eingeschaltet bleibt, damit die Analog-Digi tal-Abtasl-und-Halteopenit'iMi in einer unten beschriebenen Weise vonstatten gehen kann.

Der digitale Multiplexer J funktioniert als Programmierung für die Schalter E, bis E₅. Das Netzwerk reagiert auf ein Synchronisiersignal, das heißt auf eineu »sync«- oder »go«-lmpuls, das über den »sync«- Eingangskanal von einer geeigneten digitalen Uhr hergeleitet wird. Beispielsweise kann der »sync«-Impuls vom Analog-Digital-Wandler kommen. Als Reaktion auf solch einen »sync«- oder »go«-!mpuls

ίο schaltet der Multiplexer J in zeitlicher Folge die aufeinanderfolgenden Schalter E₁ bis E_v Das System kann so eingerichtet sein, daß es die Schalter entweder abwärts oder aufwärts in der Folge kontrolliert, /,. B. von E, bis E₅ oder von E₅ bis E₁. Die bevorzugte Art der Arbeitsweise wird später diskutiert werden. Nehmen wir an, daß das System so programmiert ist, daß es die jeweiligen Schalter E₁ bis E₅ z. B. des Kanals 1 kontrolliert und danach die Kanäle 2 bis /1 durchgeht. Im Verlaufe des Kontrollierens des Kanals 1 wollen wir annehmen, daß der Schalter E₁ eingeschaltet ist, infolge der Wirkung des Kontrollsignals S₁ vom digitalen Multiplexer J, welches seinerseits auf einen »sync«- oder »go«-Impuls vom Analog-Digital-Wandler AD reagiert hat. In diesem Augenblick wird ein in den Eingang des Geophons ^₁ eingegangenes Signal durch die Eingangsstufc A geleitet, von dort durch die Bandbreiteneinrichtung D,, dann weiter durch den eingeschalteten Schalter E₁ zum gemeinsamen Ausgang, der die Verstärker-Ausgangsstufe F enthält, welcher seinerseits ein Signal gleichzeitig an die digitalen Entscheidungseinrichtungen H und / abgibt, welche das eingegangene Signal mit der positiven und negativen Bezugsspannung + V und — V vergleichen, die von der Gleichstromquelle C7 geliefert wird. Wenn das eingegangene Signal in seiner Amplitude entweder die positive an H anliegende Be/ugsspannung oder die negative an / anliegende Bezugsspannung überschreitet, wird das Durchtcsten, das durch den Multiplexer J gesteuert

4" wird, gestoppt, womit der Schalter E, während des restlichen Zyklus eingeschaltet gehalten wird, so daß das Ausgangssignal durch den Block F zum Analog-Digital-Wandler und zur digitalen Kontrollogik geleitet werden kann, deren Arbeitsweise noch genauer erläutert werden wird.

Jetzt soll noch einmal zur Arbeitsweise des Multiplexers J zurückgekehrt werden. Im Gegensatz zur oben beschriebenen Situation soll jetzt angenommen werden, daßdas Schaltnetzwerk E₁ momentan einge-

5" schaltet ist nls Reaktion auf ein Signal vom digitalen Multiplexer J und daß der Ausgang der Verstärker-Ausgangsstufe F weder die positive noch die negative Bezugsspannung, die von der Gleichstromquelle C geliefert wird, überschreitet. In diesem lall wird dei

Multiplexer J den Schalter E₁ ausschalten und dci nächsten darauffolgenden Schalter H₂ einschalten Das Signal, das zu dem zweiten Schalter H₁ geleite worden ist. wird dann in der gleichen Weise geteste werden, wie das Signal, das durch ilen ersten Schalte

^ßo E, gegangen ist. So werden die gleichen Vergleich« mit der positiven und negativen Bezugsspannung an gestellt werden, um /u bestimmen, ob der Multiple xer J dem /weiten Schalter E. in eingeschalteter Siel lung haiicii soll oder nicht oder ob durch den ganzci Zyklus das Testen hindurch fortgesetzt werden sol¹ bis ein Sicnal durch einen \on ilen Schaltern E₁ bi E_s angeliefert wird, das die positive oder negative Be zugspannung überschreitet 1 lir den lall, daß die·»

Bedingungen durch den ganzen Zyklus hindurch nicht erfüllt werden, uaß also der Multiplexer J die Schalter E₁ bis E₅ kurzzeitig vorübergehend eiiiNchaiiei, ohiic daß ein Signal an H oder /, das die vorgegebenen Bezugsspannungen überschreitet, angeliefert wird, wird der Zyklus am fünften im eingeschalteten Zustand befindlichen Schalter E₅ gestoppt. Der Zyklus wird erneut beginnen, als Reaktion auf den nächsten »syncc- oder »go«-Impuls, der in den Multiplexer J eingeht. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsfonn ist die für die Entscheidung über irgendeine Stellung der Schalter E₁ bis E₅ erforderliche Zeit ein Minimum von einer halben Mikrosekunde.

Jedem »sync«- oder »go«-lmpuls, der in den Multiplexer J eingeleitet wird, ist ein zweites Signal zugeordnet, und zwar ein Kanalnummerimpuls, welcher einen Satz von Schaltern in einem speziellen der Kanäle 1 bis η auswählt.

Der Multiplexer J enthält auch den Exponentenaddierer sowie Mittel für die Zuteilung der den Exponenten entsprechenden digitalen Signale K₁, K₂, K^ zum digitalen Speicher. Diese Signale werden vom Ausgang des Multiplexer J zum Block AD, der den Analog-Digital-Wandler und die Kontrollogik enthält, geleitet und von dort zur Aufzeichenvorrichtung des in der Abbildung nicht datgestellten digitalen Bandspeichers. Die digitalen Exponentensignale K₁, K₂ und K₇. liefern dem Analog-Digital-Wandler Informationen über die Größenordnung des gesamten Verstärkungsfaktors des Verstärkersystems, wie es durch den Block A gefordert worden ist. Mit anderen Worten, das von der gemeinsamen Verstärker-Ausgangsstufe F zum Analog-Digital-Wandler geleitete Signal enthält den Wert des verstärkten Signals innerhalb eines gewissen Bereichs, nämlich die Mantisse. Die digitalen Exponenten-Signale geben den Exponenten des Verstärkungsfaktors, mit dem das Signal verstärkt worden ist und welcher durch die Konfiguration der Schalter £, bis E₅ bestimmt wird, von denen nur ein einziger eingeschaltet und für das dem Analog-Digital-Wandler zugelieferte Signal verantwortlich ist.

Es soll bemerkt werden, daß durch diese Art der Aufzeichnung auf dem Magnetband des nicht dargestellten Speichers in Form einer digita'en Gleitkomma-Zahl, d. h. in der Form von Mantisse und Exponent, es ermöglicht wird, die absolute Amplitude des seismischen Signals, wie es vom jeweiligen Geophon erzeugt wird, zu fixieren.

Es wird darauf hingewiesen, daß der Analog-Digital-Wandler einen Abtast- und Haltestromkreis enthält und auch eine Quelle für echte Zeitimpulse. Der Abtast- und Haltestromkreis garantiert einen hinreichenden Zeitraum für das Abtasten des angelieferten Signals und für dessen Analog-Digital-Wandlung zum Zwecke der Speicherung in digitaler Form auf einem geeigneten nicht dargestellten Speicher, der an den Ausgang des Analog-Digital-Wandlers angeschlossen ist. Der Speicher kann irgendeine geeignete Vorrichtung, etwa ein digitaler Bandspeicher, sein.

Die Arbeitsweise des Multiplexers J kann besser an Hand der I-ig. 1 a verstanden werden, in der die den Multiplexer J bildenden Elemente innerhalb des gestrichelt gezeichneten Rahmens enthalten sind. Eines dieser Elemente ist ein »ausschließlich odcr«- Gatter OCJ, an das die Ausgänge der zwei digitalen Entschcidungscinrichtungen /Y und / angeschlossen sind Das aussdiiicBlich odcr«-Cialtcr OG ist eine an sich bekannte Schaltung, die nur dann ein Au> gangssignal abgibt, wenn die beiden Eingangssignal digital voneinander verschieden sind. Ein \om -auschließlich oder«-Gatter OG ausgehendes Signal, da einer Kombination aus dei Entscheidungseinrich lung H und der Entscheidungseinrichtung / ent spricht, wird einem als »Auslösung 1« bezeichnete ersten Eingang einer Amplitudengedächtnislogik Mi zugeführt, welche eine an sich bekannte Schaltung W, die im wesentlichen aus Flip-Flops bestehen. Die Am plitudengedächtnislogik ML enthält noch einen /uii ten als »Auslösung 2« bezeichneten Eingang, dem e: Zeitsignal vom ersten Ausgang eines Zeitdekodierrc gisters ZR zugeführt wird, welches eine übliche Sehn!

'5 tungfür Binär-Dezimal-Wandlungen ist. wie sie zun Beispiel in »Digital Computer Primer« von E. M McCormick beschrieben wird, speziell do« uui Sciu 135 (veröffentlicht durch McGraw-Hill Book Con; pany. Inc., New York. 1959). Das Zeitdekodieiregi

ster ZR besitzt auch einen zweiten und dritten Au·- gang, jus denen »Set«- und »ReseK-Signalc den zweiten und dritten Eingang der Amplitudengedächi nislogik AYLzugeführt werden. Das Zeitdekodierregi ster ZR wird programmiert von Signalen, die aus ei nem »teile durch 32«-Füp-Flop-Zähler FC kommen welcher mit seinem ersten Eingang an eine Bezugsfix quenzquelle CL für Zeitimpulse mit konstanter Ire quenz angeschlossen ist, die in der Abbildung hei spielsweise als eine 1,024 MHz-Uhr dargestellt ist Der »teile durch 32«-Flip-Flop-Zähler ist ebenfall eine an sich bekannte Schaltung für die Lieferung \oi 32 möglichen Zeitimpulsen. In der illustrierten Aus führungsform ist es nämlich erwünscht, einen Ar beitszyklus von nominell 31 Mikrosekundenzu haben und die Möglichkeit zu haben. Impulse auszuwählen die innerhalb von Intervallen mit einer nominelle! Dauer von 1 Mikrosekunde liegen. Der »teile durcl 32«-FIip-FIop-Zähler enthält eine nicht dargestellte »reseU-Schaltung und einen zweiten Eingang für die Aufnahme von »reset«-Signalen von einer Quelle fm »go«- oder »synce-Impulse, welche wie in Fig. 1 dar gestellt, durch den Block AD, der den Analog-Digital-Wandler und die Kontrollogik enthält, gegeben ist Die Amplitudengedächtnislogik ML ist mit ihrem Ausgang an den ersten Eingang Γ eines »Und«-Gatters UG angeschlossen. Der zweite Eingang 2' diesem »Und«-Gatters CG ist an einen Ausgang des Zeitdekodierregisters ZR angeschlossen, durch den ein »stelle Schalterzähler weiter«-Signal geführt wird Das »Und«-Gatter UG kann eine an sich bekannte Schaltung sein, die nur dann anspricht, wenn gleichzeitig zwei geeignete Signale durch ihre Eingänge 1 und 2' eingehen und dann ein Ausgangssignal liefert. welches dem Eingang 1" eines Schalterzählers SC z.ugeführt wird. Der Schalterzähler SC ist eine an sich bekannte Schaltung, die im wesentlichen aus einer Vielzahl von Flip-Flops in Kaskadenschaltung besteht. Der Eingang 2" des Scha'terzählers ist mit einem vierten Ausgang des Zeitdekodierregisters ZR verbundcn und erhält von diesem ein '>reset«-Signal. Der Schalterzähler .SC enthält eine Vielzahl von Ausgängen, von denen drei zeichnerisch dargestellt sind, für die Zuleitung von die Exponenten darstellenden Signalen -Y₁, X₇ und A', zu den entsprechenden Eingängen des Exponentenaddierers ES. Der Exponentenaddierer ES enthält darüber hinaus eine Vielzahl von zusätzlichen Eingängen, von denen drei zeichnerisch dareestellt und mit V,. >'■ und V. be

ίο

zeichnet sind, für die Aufnahme von Binär-Signalen >om Block A, die der Gesarr -verstärkung entspre- :hen. Der Exponenienaddierer £5 enthalt seinerseits :ine Vielzahl von Ausgängen, von denen drei zeichnerisch dargestellt und mit K₁. K, und K, bezeichnet sind. Diese Ausgänge sind identisch mit den Ausgängen der Fig. 1, die dort von dem Multiplexer J ausgehen und in Fig. I ebenfalls mit K₁, K, und K₃ bezeichnet sind. Der Exponentenaddierer £5 ist eine an sich bekannte Einrichtung, die aus einer Vielzahl von Flip-Flops besteht und aus »Und«- sowie »Odera-Gattern. Seine Funktion besteht in der Addition und Speicherung der durch die Eingänge eingehenden Signale, sobald das >Addierexponenten«-Signal gegeben wird.

Die dem Exponenten entsprechenden Signale λ",, X-. und Λ', werden vom Schalterzähler SC, wie in Fig. la dargestellt, den entsprechenden Eingängen einer Steuerschaltung VM zugeleitet. Die Steuer-

Ausgängen

ausgehenden Signale werden, wie in Fig. 1 dargestellt ist, den Schaltern /:, bis E₅ des ersten Kanales sowie den Schaltern E₁ bis , des zweiten Kanals usw. und schließlich den Schaltern E₁ bis E₅ des /i-ten Kanals zugeführt. Die letztgenannten Signale steuern oder programmieren die Schalter E₁ bis E₅.

Die Steuerschaltung VM enthält ferner eine Vielzahl von Eingängen für das Empfangen von Kanalnummersignalen, die vom Block AD geliefert werden, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Die Aufgabe der Kanalnummersignale besteht darin, die Funktion der Steuerschaltung VM derart zuzuordnen oder zu synchronisieren, daß die Kanalprogrammiersignale in der gewünschten Reihenfolge auftreten. Die Verstarkerschaltlogik- und Multiplexvorrichtung VM ist eine übliche Schaltung für die Binär-Digital-Wandlung.

Die Steuerschaltung VM steuert oder programmiert also die Reihenfolge, in der die Schaltsignale S₁ bis S₅ angewendet werden und mit denen die Schalter E₁ bis E₅ der verschiedenen Kanäle 1 bis η geschaltet werden.

Die Steuerschaltung VM ist so programmiert, daß sie in einer zeitlichen Aufeinanderfolge zuerst alle Schalter E₁ bis E₅ des ersten Kanals, dann alle Schalter E₁ bis E₅ des zweiten Kanals usw. und schließlich alle Schalter E₁ bis E₅ des »-ten Kanals durchgeht. Die soeben beispielhaft aufgezählte Schaltreihenfolge, die beim Kanal 1 beginnt und beim Kanal η endet, kann jedoch auch eine andere sein. In jedem Fall wird die Reihenfolge der Kanäle durch die Kanalnummersignalc bestimmt, die dem Multiplexer J zugeführt werden, und welche eine Funktion der vom Block AD gelieferten Signale ist, wie sich aus Fig. 1 ergibt.

Jetzt wird auf Fig. 2 Bezug genommen, in der eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist, welche im wesentlichen der von Fig. 1 gleicht, sich jedoch in den Mitteln für das Multiplexen unterscheidet. In der Ausführungsform der Fig. 2 wird das Multiplexen durch einen gemeinsamen Kanal-Multiplexer KM ausgeführt, wobei die Steuerung von einem modifizierten digitalen Multiplexer übernommen wird, das als Block J' dargestellt ist und ausführlicher in der Fig. 2a als Detail J' bezeichnet ist.

Während die Ausgänge der einzelnen Kanäle 1 bis 2der Ausführungsform der Fig. 1 alle an den Eingang einer gemeinsamen Verstärker-Ausgangsstufe E angeschlossen sind, ist in der Ausführungsform der Fig. 2 für jeden dci Kanäle 1 bis r, eine separate Verstärker-Ausgangsstufe F vorgesehen. Die jeweiligen

Ausgänge einer jeden dieser separaten Verstärker-Ausgangsstufen F sind an die entsprechenden Eingänge des Multiplexers KM angeschlossen, dessen gemeinsamer Ausgang an die zugeordneten Eingänge der digitalen Entscheidungseinrichtungen H und /

ίο zwecks Vergleich mit einer Bezugsspannung ( +- V. — V) in der für die Ausführungsform der Fig. 1 beschriebenen Weise angeschlossen ist.

Der Multiplexer KM der Fig. 2 enthält zusätzlich noch einen Eingang für ein »sync-Signal, der an den

Ausgang des Blocks AD angeschlossen ist. Das »sync«-Signal synchronisiert die Arbeitsweise des Multiplexers KM. Dieser ordnet die von den Kanälen 1 bis /i ankommenden Signale nach Maßgabe von Synchronisieriinpulsen in eine zeitliche Reihenfolge

»ο ein. er verbindet die Ausgänge der einzelnen Kanäle in einer ausgewählten Reihenfolge über die digitalen Entscheidungseinrichtungen H und / mit einem modifizierten digitalen Multiplexer J'. dessen Details ausführlicher in der Fig. 2a dargestellt sind.

Der modifizierte Multiplexer J' ist im wesentlichen identisch mit dem digitalen Multiplexer /der Fig. t a. Es unterscheidet sich von diesem jedoch in der Verstärkerschaltlogik, auch in der Schalt- und Kanaldekodierlogik. In dem digitalen Multiplexer y der Fig. 1

und 1 a sind in der Steuerschaltung VM Mittel für die Ausführung der Multiplexer-Funktion nach Maßgabe der vom Block AD eintreffenden Signale vorgesehen. In dem modifizierten Multiplexer J' der Fig. 2a ist demgegenüber keine solche Vorrichtung

für das Multiplexen vorgesehen. Hier wird das Multiplexen von einem separaten Multiplexer, wie es in der Fig. 2 gezeichnet ist, vorgenommen.

In dem System der Fig. 2 und 2a enthält die Verstärkerschaltlogik lediglich Eingänge zum Empfangen der Schaltzählersignale A',, A'_: und A\, außerdem ist sie mit nur einmal fünf Ausgängen, die S₁ bis S₅ bezeichnet sind, ausgerüstet. Jeder dieser Ausgänge ist an die entsprechenden Schalter E₁ bis E₅ aller Kanäle gemeinsam angeschlossen, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Dieses in anderen Worten: In der Ausführungsform der Fig. 2 mit dem in Fig. 2a dargestellten modifiziertem Multiplexer J' werden die gleich bezifferten Elemente E₁ bis E₅ sämtlicher Kanäle von 1 bis η gleichzeitig geschaltet durch ein Schaltsignal, das

von dem modifizierten Multiplexer J' kommt. Beispielsweise schultet ein Schaltsignal S₁ gleichzeitig die Schalter E₁ sämtlicher Kanäle 1 bis n. Ein Schaltsignal S₂ schaltet gleichzeitig sämtliche Schalter E₁ der Kanäle 1 bis η usw.

Der Kanal-Multiplexer KM der Fig. 2 teilt jeweils selektiv nur einen einzigen Kanal zur Zeit, den digitalen Entscheidungseinrichtungen H und / und gleichzeitig dem Analog-Digital-Wandler im Block AD zu. Das heißt, der Kanal-Multiplexer KM läßt Signale se-

»c lektiv passieren, die vom Kanal 1 kommen, während der vollständigen Zeitperiode, in der der digitale Multiplexer J' die Signale S₁ bis S₅ durchprüft, um den Kanalschaltzyklus vom Schalter E₁ bis zum Schalter E₅ durchzuprüfen. Danach unterbricht der Kanal-

«5 Multiplexer KM seinen Eingang für den Kanal 1, um Zeit für die Abtast- und Halteoperation in dem Block AD zu reservieren und läßt selektiv das Signal des Kanals 2 /u den digitalen Entscheidungseinrichtun-

gen H und / und zum Block AD für ein Zeitintervall passieren, da:> wieder ausreichend ist, um dem digitalen Multiplexer J' das Durchprüfen des ganzen Zyklus der Schaltsignale S, bis S₂ und damit der Schalter E₁ bis E₅ des Kanals 2 zu ermöglichen, danach wird wieder Zeit für die Abtast- und Halteoperationen gewährt. In gleicher Weise läßt der Kanal-Multiplexer KM selektiv alle aufeinanderfolgenden Kanäle passieren, bis durch zum Kanal «.Jeder Kanal wird dabei von dem Kanal-Multiplexer im wesentlichen nur für das Zeitintervall offengehalten, das erforderlich ist. damit der digitale Multiplexer J' die ganze Folge der Schaltsignale S₁ bis S₅ durchprüfen kann, zusätzlich der Zeit, die erforderlich ist, um die Abtast- und Halteoperationen durchzuführen. Nachdem der Kanal-Multipiexer KM in der hier beschriebenen Weise alle Kanäle von 1 bis η durchgegangen ist, beginnt er damit wieder von vorne.

Innerhalb des gestrichelten Rahmens der Fig. 3 ist der Block A ausführlich dargestellt. Ein Eingangsabschwächer ist über einen Auswahlschalter SH' an einen Ausgleichsschalter HL und an einen Eingangstransformator ET angeschlossen. Der Auswahlschalter SH' ist mit einem Stufenverstärkungs-Kontrollschalter SV gekoppelt und gestattet, wahlweise den Eingangsabschwächer zu umgehen, mittels einer vom Geophon zum zweiten Pol des Schalters führenden Leitung UL.

Der in Blockform dargestellte Eingangstransformator £7"kann geeignete übliche Eingangs- und Ausgangswicklungen enthalten, wobei die letztere mit dem Eingang des Vorverstärkers A_x verbunden ist. Der Eingangstransformator E7'dient zur Isolation des Geophons und des Eingangskabels vom Vorverstärker A ι und von den darauffolgenden Schaltelementen, wobei jedoch die Anwendung einer üblichen Brükkenausgleichtechnik oder Ausfiltertechnik nicht unterbunden wird, sofern unerwünschte Energien überspielt oder ausgemerzt werden sollen, wie die M) Hertz-Interferenz infolge eines induktiven und kapazitiven Effekts am Verstärkereingang. Derartige unerwünschte Signale können mittels der Ausgleichsschaltung zurückgehalten werden.

Der Präzisionsstufen-Vorverstärker A, ist vorgesehen, um die gewünschten Eingangssignale ausreichend zu verstärken, damit das Niveau des unerwünschten Eingangsrauschens der dieser Stufe folgenden aktiven Filter überschritten wird. Filter sind, wie in Fig. 3 dargestellt ist, in Reihe an den Ausgang des Verstärkers /I₁ in folgender Reihenfolge angeschlossen. Erst ein einstellbarer Tiefpaß-Filter LF, dann ein einstellbarer Hochpaß-Filter HF und schließlich ein einstellbarer Filter AF für sonstige Frequenzen. In einer Ausführungsform kann der Verstärker /4, des Blockes A einen Verstärkungsfaktor von 8,0 insgesamt aufweisen, oder irgendeinen anderen vorbestimmten Faktor, wenn der Eingangsabschwächer EA in die Schaltung mittels des Schalters SW eingeschaltet ist.

Es sind Mittel vorgesehen, um den Gesamtverstärkungslaktor des Blockes A einzustellen, einschließlich der Stufenverstärkungskontrolle SK die manuell eingestellt werden kann und die in einer bevorzugten Ausführungsform mit Mitteln ausgerüstet ist, die in Fig. 3 als »Stufe A Verstärkungslogik« GL bezeichnet sind. Letztere dienen der Herausgabe der dem Gesamt verstärkungsfaktor des Blockes A entsprechenden Signale V₁, V, und Y. in binärer Form, die über geeignete Leitungen dem digitalen Multiplexer J bzw. J' zugeführt werden. Genauer gesagt, werden diese dem Verstärkungsniveau des Blocks A entsprechenden Signale den Eingängen V₁, Y₂ """ ·'.< '-es

Exponentenaddierers £S in den digitalen Multiplexer J bzw. J' zugeführt, wie es in den Fig. la bzw. 2a dargestellt ist. Die Funktion dieser Verstärkungsfaktorniveausignale V₁, V- und V, besteht darin, den Exponentenaddierer £S so einzustellen, daß seine

ίο Exponentenausgangssignale automatisch so bemessen werden, daß in ihnen das Ve;rstärkungsfaktorniveau des Blockes A berücksichtigt ist. Für den Fall, daß der Block A einen vorbestimmten Verstärkungsfaktor verschieden von H aufweist, wird es notwendig, zusätzliche digitale Signale zum oder vom Exponentenaddierer ES zu leiten.

Obgleich das offenbarte System Mittel enthält für die automatische Einführung des vorbestimmten Verstärkungsfaktorniveaus des Blockes A in den Expo-

nentenaddierer £5, um die Exponentensignale auf das cn;- prechende Verstärkungsfaktorniveau am Eingang einzustellen, ist es auch beabsichtigt, daß der Exponentenaddierer ES manuell eingestellt wird, damit das manuell eingestellte Verstärkur.gsfaktorniveau der Einj,anjoelektronik berücksichtigt werden kann. Es soll bemerkt werden, daß der Gesamtverstärkungsfaktor der Eingangsstufe A in an sich bekannter Weise eingestellt werden kann. Z. B. kann er eingestellt werden durch einen in der Figur nicht gezeigten geeigne -

ten Spannungsteiler im Eingangsabschwächer EA mittels einer Methode, die derart gestaltet ist. daß die Eingangsimpedaiizerhalten bleibt, sowie durch geeignete Einstellung der nicht dargestellten Rückkoppelung in dem Präzisionsverstärker /-I₁, indem dessen Verstärkungsfaktor eingestellt wird. Es wird weiterhin bemerkt, daß die Einstellung des Eingangsabschwächers ES und des Verstärkungsfaktors des Präzisionsverstärkers /-I₁ mechanisch synchronisiert oder gekoppelt werden kann. In anderen Worten stellen die digitalen Verstärkungsniveausignale vom Block A Hilfsmittel dar. mittels derer die logischen Gatter des Exponentenaddierers ES in den Stand versetzt werden, die Schaltung des Blockes A abzufragen und die Exponentensignale demgemäß in bekannter Weise einzustellen, wie es in Fig. 3 durch die entsprechenden gestrichelten Linien angedeutet wird, die vom Eingangsabschwächer EA und vom Präzisions-Vorverstärker A₎ zum Schalter SV führen. Darüber hinaus kann die Einstellung der Verstärkungsniveaukontrolle des Blockes A in üblicher Weise mit dem Exponentenaddicrer £S verbunden werden, wie durch geeignete elektrische Verbindungen, die die Position des Schalters SW anzeigen, gemeinsam mit konventionellen Mitteln, wie die »Stufe A Verstarkungsiogik« GL. Mit ihnen werden geeignete binäre Signale V₁, V% und V, hergeleitet, die repräsentativ für die Stellung des Schalters S V sind und andererseits das vorgegebene Verstärkuiijisniveau der Eingangsstufe A wiedergeben. Die ein/einen Blöcke A der Kanäle 1 bis η sind gewöhnlich im wesentlichen au) gleichem Verstärkungsfaktorniveau. Demgemäß wird man die Schalter SK die die Verstärkiingsniveaujustierung der einzelnen Kanäle 1 bis /1 darstellen, gewöhnlich auf die gleichen oder einander cntspiechenden Niveaus einstellen und sie zweckmäßigeiweise miteinander synchronisieren oder koppeln, etwa durch eine geeignete mechanische Koppelung von einem Kanal zum anderen. In solch einem Falle ist e*-

forderlich, die »Stufe A - Verstärkungslogikv GL η einem einzigen der Kanäle vorzusehen, zwecks Aheabe eines Signals über das Verstärkungsniveau H Blockes A zum digitalen Multiplexer J bzw. f. nie Koordination der Verstä-kungsniveaus. der Rl ke A der einzelnen Kanäle 2 bis η mit dem Vertärkungsniveau des zum Kanal 1 gehörigen Blok-' _A i_st illustriert durch die gestrichelt-n Linen, die r Blöcke A der Kanäle 2 und η mit der Linie veriVden, <S>^fc die Signalleiiung bedeutet, durch die die C nale des Verstärkungsniveaus des Blockes A des Kanals 1 zum digitalen Multiplexer J bzw. f geleitet werden (vgl· ^g- ^{! bzw}· ^FiS· ²)· Die Fig. 4 ^stellt das Detail B dar und zeigt einen nsistorisicrten Breitbandarbeitsverstärker AV in "icht invertierender Konfiguration. Der Präzisionsverstärkungsfaktor wird gegeben durch die Präzisionswiderstände R₁ und R₂ des R'kkkoppelungs-■etzwerkes. Der in Fig. 4a mit /2 bezeichnete Hochfrequenz-Cut^Off des Verstärkers wird durch den Kondensator C₁ bestimmt, der von dem Widerstand R^ in der Rückkoppelungsschleife überbrückt vird Der in Fig. 4a mit /1 bezeichnete Niedrigfreenz-Cut-Ofl _wi_rj (j_urch die ftC^Rcihe, die aus in Reihe geschaltetem Kondensator C₁ und Widerstand η besteht, und über die die negative Seite des ArbeWerstärkers AV geerdet ist, bestimmt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Verstärkungsfaktor der Verstärkerstufe eine Konstante v.)ii plus S 000 im Paßband und er wird bei sehr niedrigen Frequenzen herab bis zum Gleichstrom, gleich 1,000 gewählt, wie es graphisch in der Fig. 4a dargestellt ist. Fie 4a ist die Charakteristik der Schaltung des Details B Eine Abgleichvorrichtung zur Korrektur von Ungleichmäßigkeiten in der Eingangsspannung im Arbeitsverstärker kann vorgesehen werden und ist dargestellt als ein veränderbarer Widerstand R-_s für den Gleichstromabgleich im Arbeitsverstärker A V. Die Einzelheiten des Details C sind innerhalb des während der Beschneiderperiode, jedoch nicht wahrend des niedrigen Amplitudenbereiches. Die Gleichstromquelle, zwischen deren Pole die erste und die zweite Diode in Serie geschaltet sind, ist eine Präzis.iop.s:soannuri'"S'">uel!e, die von einem Regulator mit niedriger Impedanz versorgt wird und liefert Spannungen in der dargestellten Ausführungsform von 0.' Volt und - 0,7 Volt. Der Widerstand K₄ hat in einer bevorzugten Ausführungsform 5.1 kOhm. Die erste ίο und die zweite Diode sind fähig, sehr rasch aus dem Leitungszustand herauszukommen, d. h. sie besitzen eine schnelle Regenerationscharakteristik. Die Dioden leiten so lange nicht, bis die Eingangsspannungsschwingungen die Hintergrundvorspannungen von + oder - 0.7 Volt überschreiten. An diesem Punkt tindet ein Spannu: -sabfall über den Widerstand R, statt infolge des Diodenstroms und der Ausgang verbleibt im wesentlichen bei ± (0,7 + 0,1 =0,8 Volt) wahrend des Begrenzungsprozesses. Es wird nochmal daraut hingewiesen, daß die Impedanz der Vorspannungsquelle von τ und - 0,7 Volt niedrig sein muß, um eine Steifigkeit, d. h. hohe Stabilität der Vorspannung /u gewährleisten.

Die Schaltung des Details D ist innerhalb des ge- *5 strichelt gezeichneten Rahmens der Fig. 6 dargestellt. Sie enthalt einen Arbeitsverstärker AV, der in einer Phasen umkehrenden Konfiguration geschaltet ist. um einen nominalen Verstärkungstakior von - 1.000_zu bieten wobei Kompensationsrcgulierungen tui den 3» Verstärkungsfaktor und die Phase vorgesehen sind. Diese Funktionen sind in der Zeichnung beschrieben. Ein Gleichstromabgleich ist erforderlich, um bnebenheiten in der Eingangsspannung des Arbeitsveistärkers Al" zu korrigieren, und er wird von einem regulierbaren Widerstand R, im Inneren des Arbeitsverstärkers AV gebildet. Zwischen dem F-.mgangdes Arbeitsverstärkers AV und dem Eingang des Gleicnstromabgleichs ist der Kondensator C, in Reiher geschaltet. Der Kondensator Γ,kann ^w*ge^en wtrdei

stem, UiC CiM^ ^v-g.»-....-..^...- ^ ^

Ausgangssignal irgendeiner vorhergehenden Stute beschneidet und so die Eingangsspannungsschwingun oen für irgendeine folgende Stufe auf einen Wert begrenzt, der so bemessen ist, daß, wenn mit einem Verstärkungsfaktor von plus 8,000 verstärkt wird, wie es in der illustrierten Ausführungsform geschieht, die nachfolgende Stufe nicht ausgelastet wird. Die Beorenzungsschaltung C enthält einen Eingaiv;swiderstand R₄, der mit seinem Ausgangsen-'e an den elektrischen Mittelpunkt eines Diodenpaares angeschlossen ist das aus den Dioden D₁ und D-. besteht, welche

sen ist, das aus den Dioden D₁ ud ihrerseits in Serie zwischen dem negativen Pol und dem positiven Pol einer nicht dargestellten Gleichstromquelle geschaltet sind. Dieser Begrenzer garantiert, daß der Arbeitsverstäikei niemals den linearen Arbeitsbereich überschreitet. Damit wird keine wesentliche Verzerrung in dem Amplitudenbereich (d. h. 0,512 Volt bis 4,(W6 Volt) am Ausgang der tolgenden Stufe ß gefunden werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Signal am Hingang aul etwa 0.7 + 0.1 Volt = 0.8 Volt begrenzt, woraus sieh maximal 0,8 X 8,0 = (1.4 Volt am Ausgang dei nachfolgenden Stufe B ergeben. Der Arbeitsveistarker A\' des Details ß ist fähig, seinen Ausgang in einem Bereich von + K)VoIt bis - 10 Volt linear schwingen zulassen. Das Beschneiden oiler Begrenzen durch die Schaltung des Details C bring! Verzerrungen hinein liert werden. Ohne daß die Funktion der Stufe D wesentlich geändert wird, kann ein derartiger Arbeitsverstärker entweder in der invertierenden oder in der nicht invertierenden Version angewendet werden. Eine Phasenumkehr um 180 Grad wäre der einzige Unterschied und dieser könnte korrigier! werden durch ein Vertauschen der Geophon/uleitungen am Eingangstransformator, das ist am Eingang zum 5^Ü Block A. In einer typischen Ausii'hrungslorm können Verstärkungsfaktor und Phasendifferenz Avischen den weiteren Stromwegen in irgendeinem Kanal bis zu einer gewünschten Genauigkeit von 0.1 ''< odei noch genauer ausreguliert werden, unabhängig vor 55 der Anzahl der vorhandenen Verstärkerstufe-n. In einem Stromweg vom Geophon his zum Eingang de» Analog-Digital-Umwandlers kann die Bandbreite de; gesamten Verstärkerweges auch verengt oder reguliert werden durch den Phasenvcrschiebungskonden ·>« sator C₄. dei die Rückkoppelungswiderstände R_s um R₁ überbrückt.

Die Schaltung des Details /. ist innerhalb des ge strichelten Rahmens der Ii >.'. 7 dargestellt und enthäl ein Schaltelement Ll.. mit geringer Streuung, das ei ^fi5 neu Festkörpersehalter enthält Inder »\us«-Stellun hat es einen außerordentlichen hohen Widerstand un eine außerordentlich niedrige Streuung, vor/.ugsweis von der Größenordnung von 1O¹'' Ohm. und ii

s^^^t bare Basis, wie etwa die Zahl Acht gewählt, der iin binären System drei Bits entsprechen. Es kann auch die Zahl Zwei als Basis gewählt werden, jedoch wurden damit die Kanäle beträchtlich komplexer werden. In einem typischen seismischen Signalverarbeitungssystem kann sich der Bereich der Geophonsignalc von einem Volt herab bis zu einem zehntel Mikrovoll erstrecken, was einem Bereich über 140 db entspricht. Bereich kann von acht Verstärkerstufen mit

linen

S bezeichneten Eingang hat. Der bin Hinsicht bilden Stufen mit

■·

um den

Zeltlogikschaltung herkommt, s

reehts steigt. Die auf der

dieser _um

vergrößert -e-

*«. Schaltung des Details ,ist innerha, des ge

striicHenRahmensderFig.^

einen nicht invertierenden Impedanzumtorrncr /ι mi

dem Verstärkungsfaktor 1. Ein geeigneteJ Impedanz-Sormer ist beispielsweise in dem ArukeI »A potpourri of FET Applications« ElectricalDes gn Ne ^. März 1965. Seiten 38 bis ^S, beschrieben, msbcson derc auf Seite 45. Vgl. auch »Handbook of Oper« ο nal Amplifier Applications« Seite 47 Burr Brown ^tinl^I^Iinp^nzuniK^cr

des Details F ist durch eine extrem hohe pedanzcharakterisiertdie vo.rzupweisc.^^ Anordnung von 10 « Ohm ,st, bei g^^fj^ niedriger Ausgangsimpedanz, die Bereich von 1 Ohm hegt. Die sehr erlaubt den Gebrauch eines ^ fekttransistorschalters mit ^^"7 Die Einstand in dem vorgeschalteten Scha Uer^EDie fcjn gangs-lmpedanzdes Blocke s F soll gleich oder großer Ils das lO^fache des »«"«-W^rstandes to FeWe fekt-Transistorssein sodaßder «e n«-W,derstand

Meßgenauigkeit nicht ^'"^Äareestellten Sy- so Während die in den F»g. 1 und 2 dargeiiter^y

sterne Verstärkerkanalc mrtJ^¹^¹^ ^T_n. teten Verstarkerstufen aufweisen soll Deton

daßerfindungsgemaßauchand^e Anzawenxon stärkerstufen angewendet werden tonnen Die An zahl der in Kaskade E^^alf™ «ufen *™f ° Verstärkungsfaktor pro Stufe und ™^m gesamten Verstärkungsfaktor KEs st fi Speicherung zweckmäßig. Stufen mit als tenzen angebbaren y^e"^tarJ""^S"_mi^ eiden. So ergeben (^'^^^^"S

nem Verstärkungsfaktor 8 ^C1"^en ^_!^!

kungsfaktor 8' = 2097 152. Da 8 --

für den gleichen gesamten ^Α

undzwanzig Stufen mit Ve

dcrlich sein.

J_ür(jen ™^en

mit einem

, Anzahl der Bits

i-Variation auf der linken

,st Am Fuß der Fig. 9 ist die Eingangsspannung und ihre db-Variation aufgetragen Der Verstärkungsfaktor wird gelesen bzw. gcspu chert als Exponent zu einer geeigneten Basis. Das t* Kbnis ist mit der Mantisse zu multiplizieren, wone sich die gewünschte Maßzahl für das Eingangssignal ergibt. Damit entspricht die Genauigkeit eines derartigen Systems mindestens H Bits oder 1 PromiH ur einen Eingangsbereich von 144 db be, Verwendung von acht Kaskadenstufen und lur einen Bereu. , on 90 db bei Verwendung von fünf Kaskadenstuttn. Wenn der Konverterbereich auf eine Genauigkeit u> weniger als 11 Bits reduziert wird, ergibt sich e.nmt liehe? Lautstärkenbereich von 210 db. Di«cr ™d hu Beachtung des Vorzeichensignals auf 216 ^{iln cr} tert. Wie oben erwähnt, ist die gelesene Spannung, d. h. das gespeicherte Ausgangssignal des ^y^ste™, exaktes Maß für die Spannung an den Geophon^.! mcr.. In einer praktischen Ausführungsform stf'" ' Messung unterhalb eines Eingangssignals von > krovolt im wesentlichen das Rauschniveau am Stärkereingang exakt dar. .i,rker-

Bei der Anwendung der offenbarten vcrsut schaltung werden große Eingangssignalc Ieicnt au so hohes Niveau verstärkt, daß der Eingang alle' nachfolgenden Stufen blockiert wird. Die Regeln zeitkonstanten im Verstärkersystem würden di<- M-sung eines jeden kleineren Signals, das "^ηΓηΐ1^;; auf ein großes Eingangssignal folgt, verhindern w«-> man jedoch alle Eingangsamplituden, die &™". der volle Skalenbereich dividiert durch den \ ersu kungsfaktor der Stufe sind, beschneidet so aai. « Ausgangssignal innerhalb des linearen Arbeitst^ ches der Verstärkerstufe bleibt, kann man einer. Wan. η Stufen in einem linearen Bereich arbeiten ja

bekannt ist daß sie sehr kurze Regenenerzc.cn haben Auf diese Weise wird der Verstärkungsfaktor im nesanucn Siunalwcg nicht geändert und keine Ver-S tule wird vorübergehende Verzerrungen in

das Svstem einführen. '

Die AiisaäiiBe eines Sal/es von in Kaskade geschaltcten VerSärkersiufen mit ampl.tudenbegrenz.cn EmgangcM! m-rdcn so dem Bereich des Analog-D.gtal-Wandlers angepaßt, daß der maximale lineare Ausgang jedes Signalweges ein wenig großer als der "» SignaiabtaM.cl in eben beschriebener Weise ausgewählten Versiiarkerstu e repräsentiert. Ie, hxpo- »ent k ist die Netlozahl de, VerMarkersiuten. durch die das Eingangssignal durehgclcitcl wird, bevor es ^ndurehd.e Abtas.schahung ausgewählten Ausgang erreicht.

In der bevorzugten Austuhrungsloim hat ,ede der in Kaskade geschalteten VerMarkerslulen den Ve, starkiingsfaklor S. d.h.:

(Gleichuim 1)

sprechend 18 db) der vollen Skalcnbrutt des log-Digital-Wandlers aus «"^^^^ spannung exakt abschnittweise
gangspunkt des ü'npnps.gnals zum ι weh sen »as einzige Erfordern.s dabei ist dal™n rn Kaskade geschalteten P¹:™^ J atitomatisch und mit hoher ^ kann. Ls ,st nicht erforderlich wc: ^

Verstarkersystcmcn die Abta uve,^ Iruheru phtudcn autzubewahren. Hier ist jede spezielle plitude völlig unabhängig von si^m^^n v<uangegangenen. »icses ,st gl^hbedeutenc dam t «t u. η a rnit einem Ana og-D.g.tal- Wand le^m 36 binaren lius die augenblickliche Ge, Phompanig aMagct und zu allen Zeitpunkten mit ^{c η}"^Γ^α^^ nauigkeit von 11 Bits digitalisiert. Da Gcophonspannung in -orm einer C, fixiert.wasidealfurd^

ter ist. wird dieses Verstärktestem als uiui komma-Vcrstärkersystcm ^b"^cich'^.,^;'^,_{tcm isl} I^as oben offenbarte S.gnalvcrarbe^^m d c.n Mittel zur Umwandlung eines Ana ogs.yuIs m u gitale Wörter, die in einem solcheη J^or chert werden können, in dem jede ,d Anzahl von binären Bit-I'osilioncn .^¹¹^ ^

gnetischen Spcichcrmittcl /. B. ^c'"J:ⁿ\^N^f"^c^X besetzt. Jedes derartige digitale Wort w^rJ ^n Gleitkomma-Form gespeichert Durch -™£™ Speicherung der Signal.nformationer^geht d^ ses System eine iiroße Anpassungsfähigkeit an uie Aufgabe sowie eine leichte Handhabu.ig von Signa eil mit gn»öen Unterschieden in ihren wc«tri. gle.chze.tigeine hohe Genauigkeit erreicht wir MM-' »Digital Computer Primer« von E. M. ^Mc\° , _f ,; W50. McGraw-Hill Book C o., Seiten 15. und gende.) .. .■ ,

.n der illustrierten Ausführung^ njprasen .c , uic auf Magnethand gespeicherte digitale Ölen

komma-Zahl die ^^^^^Ä nungsampl.tude.wR-siein

angeschlossenen Geophon ^^m£ ^J, _antiVSC

Die digitale Gleitkomma-Zahl besteht aus μ am und Exponent und hat folgende 1-orm.

/, _ χ _v ,, » (Gleichung 1 )

Dann ,s, C? die absolute Große der Amplitude des Linpangssipnals. wie c in einen Kann c.ngegeben wird, de! ome Anzahl von Veistarkerstutcn in Kaska ,. _W der Vlknp>.£ 15 £ „„££ ASU

Zeitmittelung ab. 1 «er wird das Hingangs™J^aufeinanderfolgenden Zeitpunkten abgcW 8 entsprechenden Ausgangen der Ve, -

_{ärkerslufcn erschc}\_ncndcn Signale werden derart . _{daB der m dcr Gleukomma}._Zah, gespeicherte Wert des Exponenten k für jeden einzel_a5 ,"en Abtastwert unabhängig hergeleitet wird. d. h. der _{icncrtc Exponcn}, λ ist unabhängig vom Expob P vorangegangenen oder nachfolgenden

....^...iaft erfolgt das Abtasten beim hier oltenbarten Verstärkelsystem im wesentlichen in aufeinanderfolgenden Zeitpunkten ohne Zeitmittelung, und zwar in einer Weise, bei der der Verstärkungsbereich während des Durchlcitens des Signals durch den Verstärker geändert werden kann. Charakteristisch für den Verstärker ist somit ein Arbeitszyklus, während dem der optimale Gesamtverstärkungsfaktor ermittelt, eingestellt, während des Durchleitens des Sienals durch das Verstärkersystem bis zu dessen Ausgang aufrechterhalten wird und während eines Haltezeitintervalls aufrechterhalten wird, das mindestens sei lang ist. daßdei Analog-Digital-Wandler die Umwandlung in digitale Form vornehmen kann. Der Arbeitszyklus wird innerhalb eines Signalzyklus abgeschlossen, währenddem ein dem Eingang des Verstärkersystems zugeführtes Signal zwecks Umwandlung in ein entsprechendes digitales Signal, das beispielsweise auf einem Magnetband gespeichert werden kann, durchgeleitet wird.

Es wird hier gemeint, daß das I laltez.eilintervall f üi den auserwählten, vom Comparator bestimmten V'erstärkungs^rad so iang sein soil, daß der Analog-Digital-Wandler die geeignete Umwandlung in digitale vornehmen kann. Damit soll aber nicht gesagt es unbedingt erforderlich ist fur die ιιιι;ΐΛΐ>-ιι ■ U..0 ist es nicht erforderlich -, daß das genannte Hahez.eitintcn.all während der gesamten Periode fortgesetzt wird, die der Analog-Digital-Wandler benötigt, um eine derartige Umwandlung zi vollenden. Es wird darauf hingewiesen, daß in einerr typischen Analog-Digital-Wandler geeignete Abtast und Haltestromkreise enthalten sind, welche ein Ana log-Signai. das in digitale l-orm -.imgcwandelt werde, son. abtasten und halten. Beispielsweise enthaltet Analog-Digital-Wandler geeignete innere Kurz/cit 6c Gedächtnis-Schaltungen odor auch SignaiA ersetz . die es dem Analog-Digital-Wandler er

Signal für die ganze dafür benötigte Zeitdauer gehalten oder beobachtet zu werden braucht. Die vorbcstimnite Halte/eit für den auserwähllen Verstärkungsgrad, die der Umwandler für die Durchführung seiner Abtast- und Haltefunktion benötigt, enthalt also nicht unbedingt die gesamte Zeit, die der Analog-Digital-Wandler für die Vollendung der tatsachlichen Analog-Digital-Wandlung braucht.

In der hier beschriebenen speziellen Ausfuhrungstorni mit 5 Stufen pro Kanal liegt im !alle von 32 Kanälen das Zeitintervall, das ein Kanal für das Aufnehmen eines Abtastwertes vom Analog-Signal braucht, bei 31.25 Mikrosek. Damit benötigt das gesamte 32-Kanal-System für einen gesamten Abtastvorgang, bei dem pro Kanal ein Abtastwert aufgenommen wird, ein Intervall, das bei einer Millisek. liegt. Der Comparator benötigt zum Durchtesten eines einzelnen der fünf möglichen, über die Schalter /-,',. Ζ·.\ führenden Signalwege zwecks Ermittlung des optimalen Gesamtverstarkungsfaktors je 2 Mikrosek. Das bedeutet, daß die Ermittlung des optimalen Gesamtverstärkungsfaktors durch den Comparator O bzw. 2 bzw. 4 bzw-. (■> bzw. 8 Mikrosek. benötigt, je nachdem, ob der Durchtcstprozcß mit dem Durchtes?en des über Zi', bzw. E₁ bzw. E, bzw. E₄ bzw. £\ führenden Signalweges beendet ist. Um das Signal in die Abtast- und Halteschaltung des Analog-Digital-Wandlcrs einzugeben, werden 5 Mikrosek. benötigt. Diese 5 Mikrosek. kommen zu den eben genannten, vom Komparator benötigten 0 bis S Mikrosek. hinzu, so daß in einer Ausführiingsiorm mit 5 Stufen pro Kanal, die Halteperiode 5 bis 13 Mikrosek. dauern kann. In der illustrierten Ausführungsform kann die Halteperiode auch die vom Comparator nicht benötigte, ti. h. überschüssige Zeit enthalten. Somit können insgesamt i5 Mikrosek. \on den zur Verfiiuun» stehenden 31.25 Mikrosek. abgehen, wobei 10 Mikrosek. vom Comparator benötigt werden und 5 Mikio sek. für die Eingabe des Signals in die Abtast- um Halteschaltung des Analug-Digital-Wandlers.

Damit in der hier offenbarten Verstärkerschaltuni die gespeicherte Gleitkomma-Zahl eine exakte Dar stellung des absoluten Wertes des Eingangssignal Q ist. ist es vorteilhalt, daß sämtliche in Kaskade geschaltete Vcrslarkerstufen einschließlich der EingangsverstärkersUife A und den darauffolgende!· Stufen ß, bis /i₄ eine gemeinsame \ erstärkungsbasi: H haben, so daß die Exponenten einer jeden einzelnen Vcrstärkerstufc algebraisch zum gespeicherter Exponentenwert A: addiert werden können Hir dk

¹S illustrierte Aiisführungsform bedeutet dieses, daß dei für ein spezielles Signal gespeicherte Wert des Exponenten k die Summe aus dem Exponenten für die Stufe A plus den Exponenten der darauffolgender Kaskadenstufe, wie sie durch die Schalterstellunger

*° der Schalter E₁ bis E^ bestimmt werden, ist.

Da erfindungsgemäß konstruierte Verstärkerschal Hingen ein Ausgangssignal in der Gleitkomma-1 onr liefern, das den absoluten Wert des Eingangssignal· wiedergibt, ergibt sich eine größere Anpassungsfähig-

»5 keil in der Wciterverwendiing und der Speichcrunt der Ausgangssignale.

Einige der sich durch das Speichern seismischer Signale in digitaler Form ergebende Vorteile sind beschrieben in »Tools hör Tomorrows Geophysics« vor Milton B. Dobrin und Stanley H. Wnrd (Geophysicu Prospecting. Band 10. Seiten 433 bis 452. l^l>62).

Hinsichtlich des Gebrauchs von ArbeitsveiMär kenin oben beschriebenen Datcnverurbeitungssysiemer wird hingewiesen auf »Handbook of Öperaüona Amplifier Applications. Burr-Brown Research ( orp. 1 ucsimI Arizona. 1M63).

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

Pateniansprüchc:

1. Mehrkantige Verstärkerschaltung zur Schnelluufzeichnungvon in einem großen Amplitudenbereich liegenden Signalen mit automatischer, extrem schnell verlaufender Verstärkungsfaktorregulierung, insbesondere für seismische Signale, wobei jeder Kanal mehrere Verstärkerstufen aufweist, die in Kaskade geschaltet sind, mit einem gemeinsamen Ausgangsschaltkreis für die einzelnen Ausgangsstufen der einzelnen Kanüle. mit einer Einrichtung zum Festlegen einer Vielzahl zunehmend unterschiedlicher, vorbestimmter Verstürkungsbereiche der Verstärkerschaltung. '5 mit einer Einrichtung zur Umwandlung des am gemeinsamen Ausgangsschaltkreis erscheinenden Analog-Signals in ein korrespondierendes Digital-Signal und mit einer Einrichtung zum Ableiten eines zweiten Signals, das anzeigt, welcher der vorbestimmten Verstärkungsbereiche während eines Zeitinten alles, in dem das am gemeinsamen Alisgangsschaltkreis erscheinende Signal in ein korrespondierendes Digital-Signal umgewandelt wird, gewählt wurde, g e k e η η ζ e i c h η e t d u r e h einen Multiplexer (J, J). von dem ein automatisch ablaufender Abfragezyklus für die einzelnen Kanäle (1. 2.../I) ausgeht, wobei in jedem Zyklus die Verstärkerausgange jedes Kanals nacheinander über eine gemeinsame Verstärker-Ausgangsstufe (F) an eine Komparatorschaltung (//, /, C) zur Ermittlung, ob das Signal in einem vorbestimmten Amplitudenbereich liegt, angeschlossen sind, und durch einen Analog-Digital-Umwandler (AD) zur Speicherung der im vorbestimmten Amplitudenbereich liegenden Signale sowie durch vom Multiplexer (7, J') gesteuerte Schalteinrichlungen (£",, E₂... E_m) zur Schaltung des nächsten Verstärkerelementes (/*,, B₁... B_1n) bei Nichterreichung des vorbestimmten Amplitudcnberei- «o ches durch Jas vorliegende Signal.

2. Mehrkanalige Verstärkerschaltung zur Schnellaufzeichnung von in einem großen Amplitudenbereich liegenden Signalen mit automatischer, extrem schnell verlaufender Verstärkungsfaktorregulierung, insbesondere für seismische Signale, wobei jeder Kanal mehrere Verstärkerstufen aufweist, die in Kaskade geschaltet sind, mit einem gemeinsamen Ausgangsschaltkreis für die einzelnen Ausgangsstufe!! der einzelnen Kanäle. mit einer Einrichtung zum festlegen einer Vielzahl zunehmend unterschiedlicher, vorbestimmier Verstärkungjbereiehe der Verstärkerschaltung, mii einer Einrichtung/iir Umwandlung des am gemeinsamen Ausgangsschaltkreis erscheinenden Analog-Signals in ein korrespondierendes Digital-Signal und mit einer Einrichtung /um Ableiten eines /weiten Signals, das anzeigt, welcher der vorbestimmten Verstärkungsbereiche wahrend eines Zeitintervalles. in dem das am Ausgangs- ^fio schallkreis erscheinende Signal in ein korrespondierendes Digital-Signal umgewandelt wird, gc wählt wurde, gekennzeichnet durch einen Multiplexer (J../'). von dem ein automatisch ablaufender Abfragcrzyklus für die einzelnen Kanäle '1. l...n) ausgeht, wobei die einzelnen Kanalausgange, die jeweils eine Ausgangsstufe ( /·") aut weisen, über eine als Kanal-Multiple \er ( Λ'A/) ausgebildete gemeinsame Ausgangsstufe an eine Komparatorschaltung ( H, I, G) zur Ermittlung, ob das Signa! in einem vorbestimmten Amplitudenbereich liegt, angeschlossen sind, und durch einen Analog-Digital-Wandler (Al)) zur Speicherung der im vorbestimmten Amplitudenbereich liegenden Signale sowie durch \om Multiplexer (./, J') gesteuerte Schalteinrichtungen ( E₁. E₁.. ■ E_1n) zur Schaltung des nächsten Verstärkerelements ( B,. B₂... B_m) bei Nichterreichung des vorbestimmten Amplitii'Jenbereiches durch das vorliegende Signal.

3. Mehrkanalige Verstärkerschaltung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kanal eine Eingangsstufe (A) aufweist, an deren Ausgang die in Kaskade geschalteten Verstarkerslufen (B₁. B₂... B_m) angeschlossen sind.

4. Mehrkanalige Verstärkerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- \ enn'/eichnet, daß die Verstärker-Ausgangsstufe (I) als Impedanzwandler ausgebildet ist.

5. Mehrkanalige Verstärkerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, daduich gekennzeichnet, daß die als Impedanzwandler dienende Verstärker-Ausgangssiufe ( /') im wesentlichen aus einem nicht invertierenden Impedanzwandler (IT) mit dem Verstärkungsfaktor 1 besteht, wobei dessen Eingangsimpedanz größenordnungsmäßig das 1 (!'"-fache seiner Ausgangsinipedanz beträgt und mindestens das K) -fache des Widerstandes, den die elektronischen Schaltcreinrichtungen (/-J:. E, .../:,„),, in «Ein-.·-Stellung aufweisen.

6. Mehrkanalige Verstärkerschaltung nach einen des vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsstufe (A) einen Eingangsabschwächcr ( EA ) und einen Verstärker (A₁) mit einstellbarer Verstärkung sowie einen Verstärkungsregler (.ST) zur Einstellung des Verstärkungsfaktors enthält sowie eine logische Schaltung ( G/.). die dem eingestellten Faktor entsprechende Signale (V₁. >',...) dem Multiplexer (./, ./') zuleitet.

7. Mehrkanalige Verstärkerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß /wischender Eingangsstule ( A ) und der ersten Vei stärket stufe und zwischen den übrigen Verstärkcrslufen (W₁. B₁... B_1n) Bcgren-/ungsschaltungen ((',. C'_:...C'„,) und /wischen dem Ausgang der Eingangsstule (A) und den Ausgängen der Verstärkerstufen (ß,, B₁... B₁₁₁) einerseits und den Eingängen der elektronischen Schalter (/-J₁. E₁... E_1n . ,) andererseits Bandhreitenvorrichtungen (/>,, /λ... /),„,.) liegen.

S. Mehrkanalige Verstärkerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Verstärkerstufe (B_s. /J,... B,_r) einen Cileichsiromvcrstärkungsfaktor 1 und einen Wechselstromwrstärkungsfaktor größer als I hat. wobei letzterer Faktor für jede Vcrsiärkeistufe (/J₁. B_:...B₁₁₁) gleich ist.

⁽>. Mehrkanalige Verstärkerschaltung nach Anspruch S. daduich gekennzeichnet, daß der Wechselstromverstärku.igsfaktor eine positive ganz-/ahlige Polen/ von 2 ist.

10. Mehrkanaliee Verstärkerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn/L'.dmei. daß die elektronischen Schaltein-

•ichtungen (/■-;. /·.,... L„,,,) im wesentlichen aus je einem Fcstköiperschalter (/.L) und je einer Steuerschaltung (.SY)) bestehen, deren Eingänge mittels Signalleitungen (.S₁, S₂....S_n,,.) an den Multiplexer (J. J) angeschlossen sind. ;,

11. yiehrkanalige Verstärkerschaltung nach einem iler vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Komparatorschaltung ( //, /, G) aus zwei mit dem genannten gemeinsamen Ausgang verbundenen Entscheidungseinriehtungen (H. I) und einer Be/.ugsspannung liefernden Gleichst!omquel'e (G) besteht, deren positiver Pol mit der einen Entscheidungseinrichtung (//) und deren negativer Pol mit der anderen Entscheidungseinrichtung (/) verbunden ist, wobei die Entscheidungseinrichtungen (H, I) so dimensioniert sind. daB die mit dem positiven Pol verbundene Entscheidungseinrichtung (H, ein Signal einesgewissen ersten Wertes ausgibt, wenn das vom gemeinsamen Ausgang eintreffende Signal großer ^, als die positive Bezugsspannung ist, sonst ein Signal eines gewissen /weiten Wertes, und daß die mit dem negativen Pol verbundene Entscheidungseinrichtung (/) ein Signal des gewissen ersten Wertes ausgibt, wenn das vom gemeinsamen Ausgang eintreffende Signal größer als die negative Bezugsspannung ist, sonst ein Signal des gewissen zweiten Weites.

12. Mehrkanalige Verstärkerschaltung nach Anspruch 1 oder 11. dadurch gekennzeichnet, daß der Multiplexer (J) ein ODER-Gatter ((Ki) mil zwei Eingängen für die von den Entscheidungseinrichtungen (H, I) eintreffenden Signale, das seinerseits nur Signale ausgibt, wenn die eintreffenden Signale verschiedenwertig sind, aufweist, sowie eine Bczugsfrequenzquelle (CL), eine Dividier-Flip-Flop-Schaltung (FC), ein Zeildekodierregister (ZR). eine Gedächtnisschaltung (M/.). ein UND-Gatter (Ud). einen Schalterzählcr (SC). einen Exponentenaddierer (/CV) und eine i<> einen Multiplexer enthaltende Steuerschaltung (I'M), wobei die Dividier-Flip-Flop-Schaltung

(FC) Eingänge für die Aufnahme von von der Bezugsfrequenzquelle (CL) gelieferten Zeitimpulsen und von von dem die Digitalsignale produzierenden Analog-Digital-Wandler (AD) gelieferten Synchronisierimpulsen sowie Ausgänge zur Ausgabe von Zählimpulsen an das Zeitdekodierregister (ZR). Ausgänge zur Ausgabe von Auslöse-, Einstell- und Rückstellsignaien an die Gedachtnisschaltung (ML), einen Ausgang zur Ausgabe eines Signals zum Weiterstellen des Schalterzählers (.VC) an das UND-Gatter (UG), einen Ausgang zur Ausgabe eines Vorrüik-Signals an den Schaltcrzähler (SC) sowie einen Ausgang zur :>5 Ausgabe eines Signals an den Exponentenaddierer (ES) aufweist, wobei die Gedächtnisschaltung (ML) Eingänge für die Aufnahme der vom ODER-Ciatter (OC) und dem Zeitdekodiciregister ( ZR) gelieferten Signale sowie einen Ausgang '»> für die Ausgabe von Signalen an das UND-Gatter (UG) aulweist, wobei der Sehalterzähler (.VC) Eingänge für die Aufnahme der vom UND-C iatter (UG) und vom Zeitdekodierregister (ZR) gelieferten Siunale sowie Ausgänge zur gemeinsamen Ausgabe von Signalen sowohl an den Exponentenaddierer (IiS) als auch an die Steuerschaltung 1 I-'Mi aufweist, wobei der Exponentenaddierer (FS) Eingange lüi vom Schaltern ahler (.SC ) und von den Eingangssiufen (--i) und \om Zcildekodierregisier (ZR) gelieferte Signale sowie Ausgänge zur Ausgabe von Signalen an den vorgeiiaimiun Anitivig-Ditita! Wandler {AD) aufweist, und wobei schließlich die Steuerschaltung ( VM) Eingänge für die Aufnahme der vom Schalterzähler (.VC) gelieferten. Signale sowie Eingänge für die Aufnahme \on von dem vorgenannten Analog-Digital-Wandler [Al)) gelielerten Kanalnuinmer-lmpulsen sowie Ausgange lür die Ausgabe von Steuersignalen (S,. S ....V,,,.,) an die elektronischen Sehalter ( /;,. /. ... L₁₁₁ . _;) aufweist. 13. Mehrkanaline Verstärkerschaltung nach Anspruch 2 oder 1 1 .dadurch gekennzeichnet, daß der Multiplexer (J') ein OF>E~R-Gatter (OC) mit zwei Eingängen tür die von den Enischeidungseinrichtungen (H. I) eintreffenden Signale, das seinerseits mir Signale ;nisgibl, wenn die eintretfenden Signale versehiedenwerlig sind, aufweist, sovsic eine Bezuuslrequenzquellc (C/.). cue Dividier-Flip-l lop-Schaltung ( /-C). ein Zcitdckodierregister (ZR). eine Gedächinisschaltung (ML). ein UND-Gatter ( LJC), einen Schallerzähler (.VC), einen Exponentenaddierer (/-..V) und eine Steuerschaltung ( V) aufweist, wobei die Dividier-Hip Flop-Schaltung (h'C) Eingange lür die Aufnahme von von der Bezugs! rcqucnzquelle (C/.) gelieferten Zeitimpulse und von von dem Analog-Digital-Wandler (AD) gelieferten Synchronisierimpulsen sowie Ausgänge /ur Ausgabe von Zählimpulsen an das Zcitdckodiurregister (ZR) aufweist, wobei das Zcitdekodierregisier ( ZR) Ausgange zur Ausgabe von Auslöse-. Einstell- und Rückstellsignalen an die Gedächtnisschaltung ( Λ//.) sowie einen Ausgang zur \usgahe eines Vorrück-Signals an <.\cn Schalter/ahlcr (.VC) sowie einen Ausgang zur Ausgabe eines Signals an den Exponenlenaddier..r (LS) aulweist, wobei die Gedächtnisschaltung (ML) Eingänge für die Autnahme der vom ODER-Gatter ( OCi) und dem Zeitdekodierregister ( ZR) gelieferten Signale sowie einen Ausgang für die Ausgabe von Signalen an das UND-Gatter (UC) aufweist, wobei der Schalterzähler (.SC) Eingänge für die Aufnahme der vom UND-Gatter (UC) und vom Zeitdekodierregister ( ZR) gelielerten Signale sowie Ausgänge /ur gemeinsamen Ausgabe von Signalen sowohl an den Exponentenaddieier (/..S) als auch an die Steuerschaltung (1 ) aufweist, wobei der Exponentenaddierer (F..V) Eingange für vom Schalter/ähler (.VC) sowie von den Eingangssuifen (,-I) und vom Zcitdekodierrcgister ( ZR) gelieferten Signale sowie Ausgänge zur Ausgabe von Signalen an den Analog-Digital-Wandler (AD) aulweist. wobei schließlich tue Steuerschaltung ( ί⁷) Eingänge für die Aufnahme der vom Schallerzähler (.VC) gelielerten Signale sowie Ausgiinge !in die Ausgabe von Sleueisignakn (.V . .S .... .S„. . _;) an die elektronischen Schalter (/·.",. /·...../·.'„. . . I aiii weist.

14. Mehrkanalige \'erstiirkeischaltung nach Anspruch '). dadurch i-i-ktninzcichnet. daß dei WechselstronuersiarkvmiislaktiT S 1^1