DE2620513C2

DE2620513C2 - Seismische Datenverarbeitungseinrichtung

Info

Publication number: DE2620513C2
Application number: DE19762620513
Authority: DE
Inventors: George T. Bellaire Tex. Mioduski; Paul M. Morgan; Carl H. Houston Tex. Savit; Lee E. Houston Tex. Siems
Original assignee: Western Geophysical Co Of America Beverly Hills Calif; Western Geophysical Company of America
Current assignee: Western Atlas International Inc
Priority date: 1975-05-12
Filing date: 1976-05-07
Publication date: 1984-11-22
Also published as: GB1550798A; KE3039A; FR2356162B1; FR2377046A1; FR2344178A1; GB1550797A; DE2620513A1; GB1550701A; ZM5776A1; HK22180A; FR2344178B1; CH617017A5; CY1053A; BE841638A; MY8100051A; GB1550800A; GB1550799A; FR2377046B1; FR2356162A1

Description

31. Einrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß

— der Stcuerkanal (4091, Fig.48) Verzögcrungsschallungcn (4078) unc dreifache Leiterpaare (Du D₂, Dj, F i g. 6) aufweist, und daß

— jede Sender-Empfängerschaltung eine Majoritätsauswahlschaltung (Ul, Fi g. 6) umfaßt, über die über zwei der drei Leiterpaare /ugeführtc Steuersignale auswählbar und eine Fehlcranzcigeschaltung (130, F i g. 6) anschaltbar ist, welche die Unterbrechung der Verbindung auf einem der drei Leiterpaare angibt (F i g. 6).

Die Erfindung betrifft eine sei.· mische Datenverarbeitungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, die von einer Schall- oder Druckquelle ausgesandte und reflektierte seismische Signale erfaßt, digitalisiert und in Zeitmultiplex auf eine Zentralstation zur weiteren Verarbeitung und Auswertung überträgt.

Bei der seismischen Erkundung wird ein akustisches Wellensignal an oder in der Nähe der Erdoberfläche erzeugt. Die akustische Welle wandert nach abwärts und wird von unterirdischen Schichten reflektiert, von wo die Welle an die Erdoberfläche zurückkehrt. Die reflektierten seismischen Wellen werden durch empfindliche seismische Sensoren zur Anzeige gebracht, die in einer linearen Gruppierung bzw. Reihe auf oder in der Nähe der Erdoberfläche verteilt angeordnet sind.

Bei der bisher üblichen Praxis sind 25 bis 30 seismische Detektoren, die häufig als Sensoren bezeichnet werden, in gleichem Abstand längs eines einzigen Kabelabschnitts verteilt, der eine Länge von 30 bis 100 m haben kann. Die Sensoren sind alle elektrisch miteinander so verbunden, daß sie einen einzigen längserstreckten Datenkanal ergeben. 50 oder mehr derartige Kabelabschnitte, von denen jeder einen Kanal für die Signalübertragung darstellt; sind miteinander zu einer Kabelanordnung von 3000 m oder mehr gekoppelt. Der Ausgang eines jeden oder mehrerer Kanäle ist mit einer zentralen Signalverarbeitungseinrichlung verbunden, die an einem Ende der Kabelanordnung vorgesehen ist. Für jeden Kanal ist ein getrenntes Leitungspaar erforderlich. Es müssen somit 50 oder mehr solche Paare von Leitungen vorhanden sein. Wegen der Kosten und des Gewichts einer derart großen Anzahl von Leitungen sind Anordnungen vorgeschlagen worden, bei denen die Ausgangssignale aus jedem Kanal im Zeitmultiplexbetrieb durch einen einzigen Datcnübertragungskanal geführt werden.

Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit der geophysikalischen Erkundung erläutert, sie kann jedoch auch zur Anzeige von Gegenständen verwendet werden, die sich unter Wasser befinden, z. B. große Fische, Fischschwärme, Schiffe oder dergleichen.

Bekannte ähnliche, dem Stand der Technik angehörige Einrichtungen sind beispielsweise in den US-Patentschriften 36 52 979, 37 48 638, 38 51 302 und 38 73 961 beschrieben. Alle diese vorgenannten Patente beziehen sich auf seismische Meßeinrichtungen, bei denen ein Signalverarbeitungsgerät die seismischen Daten eines Sensors oder einer seismischen Sensorgruppe digital darstellt. Durch Verwendung verschiedener Multiplex-Methoden werden die Daten auf eine Aufzeichnungs-K) vorrichtung über einen Fernmeßkanal übertragen. Als Beispiel für eine bekannte Einrichtung zur Multiplexübertragung seismischer Signale sei die DE-OS 24 33 191 kurz betrachtet. Auch bei dieser, den Ausgangspunkt für die Erfindung bildenden seismischen !5 Meßeinrichtung wird eine Vielzahl von im gegenseitigen Abstand voneinander hintereinander angeordneten Sender-Empfängereinheiten verwendet, die jeweils einen einzigen Eingangskanal zur Aufnahme von Meßsignalcn aufweisen. In Abhängigkeit von einer ersten, von einer Zentralstation entsprechend der Anzahl der Sender-Empfängcreinheiten ausgesandten Folge von Steuerimpulsen nehmen die Empfängerbaugruppen aus den zugeordneten Geophonen bzw. Hydrophonen Abtastsignale auf, die dann zunächst lokal, d. h. in der betreffen· den Sender-Empfängereinheit, gespeichert werden. Sodann werden die gespeicherten Daten entsprechend einer weiteren Folge von Steuerimpulsen Schritt für Schritt, d. h. von einer zur nächsten Sender-Empfängereinheit weitergeschoben und jeweils zwischengespeijo chert. Nach jedem Verschiebeschritt wird die gespeicherte Datenprobe regeneriert und wiederum zwischengespeichert. Die bekannte Anordnung entspricht also im Prinzip einem Schieberegister, bei dem eine volle Durchlaufzeit benötigt wird, um alle Daten von den einzelnen lokalen Sender-Empfängereinheiten in die Zentralstation zu übertragen.

Wie vorstehend erwähnt, ist eine seismische Sensorgruppe eine Anordnung mit einer Länge von 30 bis 100 m. Eine akustische Welle, deren Wellenfront etwa parallel zu der Ebene verläuft, in der die seismischen Sensoren angeordnet sind, kommt an allen Sensoren etwa gleichzeitig an, wodurch das Ausgangssignal durch Summierung verstärkt wird. Unter tatsächlichen seismischen Schürfbedingungen tritt dieser Idealfall kaum auf, ausgenommen in einem solchen Fall, bei dem die Wellenfront vertikal von einer reflektierenden, unterirdischen Grenzfläche, die direkt unterhalb der Sensoranordnung liegt, reflektiert wird. In dem weit üblicheren Fall verläuft die akustische Wellenfront in einem Winso kcl, also schräg zur Sensoranordnung. Dadurch trifft die Weiienfront an einem Ende der Anordnung früher ein als am anderen Ende. Die Ausbreitungsdauer der Wellenfront über die Anordnung hängt von der Phasengeschwindigkeit der seismischen Welle, der Wellenlänge der akustischen Welle, der Länge der Anordnung und der Tiefe der reflektierenden Grenzfläche, ferner aber auch noch von anderen Faktoren ab. Wenn die Länge der Anordnung groß im Vergleich zur Wellenlänge der akustischen Welle ist, dämpft die Anordnung die akustisehe Welle. Deshalb soll die seismische Sensoranordnung kürzer sein als die Wellenlänge der einfallenden seismischen Wellen, um eine Dämpfung zu vermeiden, und vorzugsweise soll die Anordnung kurzer sein als ein Viertel dieser Wellenlänge, um ein gutes Ansprechen zu erhalten.

Bisher war die Energie am unteren Ende des seismischen Spektrums mit Wellenlängen von vielen hundert Metern von Interesse. Die Verwendung ziemlich langer

Anordnungen wurde als zufriedenstellend angesehen. In jüngerer Zeit wird jedoch eine größere Auflösung geologischer Schichtungen, z. B. bei der Erforschung unterirdischer Strukturen gefordert. Eine höhere Auflösung erfordert die Verwendung und damit Anzeige seismischer Wellen höherer Frequenzen. Die Wellenlängen der Energie am oberen Ende des seismischen Spektrums sind jedoch vergleichbar mit der Länge (und häufig wesentlich kürzer als die Länge) herkömmlicher seismischer Sensoranordnungen, die heutzutage in Betrieb sind. Es ist deshalb erwünscht, eine lange seismische Sensoranordnung in jedem Kabelabschnitt durch viele kürzere seismische Sensoranordnungen zu ersetzen. Eine solche Lösung dieses Problems ist jedoch bisher im Hinblick auf die Schwierigkeiten bei der Datenverarbeitung und die große Anzahl von Leitern, die erforderlich würden, als unmöglich angesehen worden, weil dabei außerordentlich kostspielige Kabelanordnungen erforderlich würden, deren Größe und Masse vom praktischen Standpunkt aus nicht mehr tragbar wäre.

Es besteht somit ein Bedarf an seismischen Datenverarbeitungseinrichtungen, die im Vergleich zu heutzutage bekannten Einrichtungen eine Erhöhung der Auflösung von umfangreichen seismischen Einrichtungen ermöglichen, ohne daß das Gewicht oder die Masse der seismischen Kabelanordnung erhöht wird.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine seismische Datenverarbeitungseinrichtung zu schaffen, die sich durch eine wesentlich größere Auflösung bei der Erfassung und Auswertung seismischer Daten auszeichnet, so daß eine wesentlich bessere Unterscheidung unterschiedlicher geologischer Schichten bis zu relativ großen Tiefen möglich ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Gemäß der Erfindung wird bei seismischen Datenverarbeitungseinrichtungen mit einer Vielzahl von elementaren seismischen Sensoreinheiten, die elektronischen Sender-Empfängereinheilen zugeordnet sind, weiche während des Betriebs seismische Datcnsignale von den Sensoreinheiten über eine Übertragungsverbindung in einem seismischen Kabel in eine gemeinsame Zentralstation unter Anwendung der Multiplex-Technik übertragen, vorgeschlagen, eine zusätzliche Multiplex-Vorrichtung in jeder Sender-Empfängereinheit zur aufeinanderfolgenden Abfrage des Ausgangs aus jeder der elementaren seismischen Sensoreinheiten eines bestimmten Satzes von zugeordneten Sensoreinheiten sowie eine elektronische Schaltung in jeder Sender-Empfängereinheit zur Anschaltung der Ausgänge der jeweiligen Sender-Empfängereinheit auf die Übertragungsverbindung vorzusehen, so daß während des Betriebs die Ausgänge aus jeder der seismischen Sensoreinheiten des jeweiligen Satzes durch eine erste Multiplexstufe abgefragt werden, und die Ausgänge aus wenigstens eineigen der Sende-Empfängereinheiten nacheinander mit der Zentralstation durch eine zweite Multiplexstufe über die Übertragungsverbindung verbunden werden.

Gemäß der Erfindung wird somit eine zweistufige, im Multiplexbetrieb arbeitende seismische Datenverarbeitungseinrichtung vorgeschlagen. Wie weiter unten noch ausgeführt wird, ermöglicht dieses Prinzip die Ausbildung kürzerer Anordnungen bzw. Reihen, so daß ein relativ hohes Auflösungsvermögen der Einrichtung verbunden mit einer Empfindlichkeit gegen verhältnismäßig hohe Frequenzen der akustischen Signale erzielt werden. Dies und zahlreiche andere Aspekte und Merkmale der Erfindung, auf die nachstehend eingegangen wird, tragen dazu bei, daß mit der Erfindung eine seismische Schürfeinrichtung geschaffen wurde, die bekann^r, ten Einrichtungen in vielerlei Hinsicht überlegen ist.

Ganz allgemein ist die seismische Datenverarbeitungseinrichtung nach der Erfindung so ausgelegt, daß die die Signale aufbereitende Elektronik, die normalerweise in einem zentralen Registrierschiff untergebracht ist, dezentralisiert ist, d. h. in die einzelnen Kabelabschnittc, die die Kabelanordnung bilden, eingebaut ist. Seismische Analogsignale aus einzelnen seismischen Sensoren werden digital dargestellt und mittels der vorerwähnten, zweistufigen, die Laufzeit verzögernden is Muliinlex-Methode an eine gemeinsame zentrale Station über eine Datenübertragungsverbindung übertragen.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung besteht eine seismische Kabelanordnung aus einer Vielzahl von identischen seismischen Kabelabschnitten, deren jeder eine bestimmte Anzahl, z. B. 10 diskrete kurze seismische Scnsorclcmente anstelle der herkömmlichen langen Anordnung aus einzelnen Sensorreihen besitzt. Da jedes Scnsorelement in Verbindung mit einem gctrennten .Signalkanal arbeitet, wird die Anzahl von Kanälen, die in einer vollständigen Kabelanordnung abgefragt werden müssen, mit einem Faktor von mindestens 10 multipliziert. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden 500 bis 1000 Datenkanäle über eine einzige Datenübcrtragungsverbindung zur Zentralstation innerhalb der Zeitspanne eines gewünschten Abtastintervalls, z. B. während 0,5 bis 1,0 Millisekunden abgefragt und zeitunterteilt; dieses Interval! wird als Abtastzyklus bezeichnet.'

Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist die seismische Kabelanordnung wenigstens 10 identische Kabelabschnitte auf. Jeder Kabelabschnitt enthält eine Anzahl von elementaren seismischen Sensoreinheiten. Jedem Kabelabschnitt ist eine Sender-Empfängereinheil zugeordnet. Der Ausdruck »Sender-Empfängerschaltung« bzw. »Sender-Empfängereinheit« soll die Elektronik bezeichnen, die in Verbinder-Bausteinen enthalten ist, welche einen Teil der Kabelanordnung bilden, und eine Ausgangsschaltung für die Übertragung von digital dargestellten seismischen Signalen auf das Kabel zusätzlich zu den gemeinsamen elektronischen Schaltungen zur Verstärkung und digitalen Darstellung analoger seismischer Dateneingangsinformationen und der Schaltanordnung zum aufeinanderfolgenden Verbinden der elementaren seismischen Sensoreinheiten mit der gemeinsamen elektronischen Schaltung aufweist Die Kabclabschnittc und Verbinder-Bausteine mit den Sender-Empfängereinheiten sind mechanisch und elektrisch miteinander verbunden. Die Signale aus jeder der Sender-Empfängereinheiten werden nacheinander auf das seismische Kabel geschaltet und gelangen damit zur Zentralstation, während Signale an den zugeordneten elementaren seismischen Sensoreinheiten empfangen werden. Auf diese Weise gelangen digitale Signale aus allen Sensoreinheiten nacheinander zur Zentralstation. Die Länge einer jeden seismischen Sensoreinheit ist ein bestimmter Bruchteil der Länge einer seismischen Welle, deren Frequenz der aufeinanderfolgenden Anschaltrate der Signale auf das Kabel entspricht, wie weiter unten erläutert wird.

Nach einem weiteren Merkmal einer Ausführungsform der Erfindung besteht die seismische Kabelanordnung aus einer Anzahl von aktiven Kabelabschnitten,

deren jeder ein Abfrageglied, eine Datenübertragungsverbindung und eine Anzahl von elementaren seismischen Sensoreinheiten enthält. Die Verbinderbaustcinc mil den Sender-Empfängercinheiten verbinden benachbarte Kabelabschnitte miteinander. Jede Sender-Empfängereinheit weist eine Vielzahl von Eingabekanälen, ein Datenwiederholnetzwerk und ein Abfragenetzwerk auf. Das Abfragenetzwerk einer jeden Sender-Empfängereinheit ist in Reihe mit dem Abfrageglied geschaltet. Dk elementaren seismischen Sensoreinheiten in Zwischenkabelabschnitten sind mit entsprechenden Eingabekanälen der zugeordneten, spezifischen Sender-Empfängereinheit gekoppelt, die an einem Ende eines zugeordneten Kabelabschnius angeordnet ist. Das Datenwiederholnetzwerk einer jeden Sender-Empfängereinheit ist mit der Datenübertragungsverbindung gekoppelt.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht in einem Multiplexschalter in jeder Sender-Empfängereinheit. Der Multiplexschalter wird durch ein Steuernetzwerk sequentiell betätigt, welches mit dem Abfragenetzwerk verbunden ist. In Abhängigkeit von Abfrageimpulsen aus der Zentralstation, die über das Abfrageglied übertragen werden, bewirkt das Abfragenetzwerk, daß das Steuernetzwerk den Multiplexer sequentiell bctätigt und die analogen Daten aus den seismischen Sensoreinheiten digital darstellt sowie ein selbsttaktendes digitales Datenwort auf die Übertragungsverbindung über das Datenwiederholnetzwerk überträgt.

Bei einem Ausführungsbeispiel werden Filter, der Multiplexer, die den Versiärkungsgrad bestimmenden Verstärker, die Digitaldarstelleinrichtungen und andere elektronische Schaltanordnungen, die bisher auf einem Registrierfahrzeug untergebracht waren, das mit einem herkömmlichen, die seismischen Daten erfassenden Systern verbunden war, aus dem zentralen Datenerfassungssystem herausgenommen und in identischen, miniaturisierten Verbinder-Bausteinen untergebracht, die die Sender-Empfänger darstellen, von denen jeweils einer jedem Kabelabschnitt zugeordnet ist. Die vielen identischen Kabelabschnitte sind gegeneinander versetzt und miteinander über gleich viele identische Verbinder-Bausteine mit Sender-Empfängern verbunden. Analogsignale aus den elementaren Sensoreinheiten innerhalb eines Kabelabschnitts werden über interne Datenleitungen mit der zugeordneten Sender-Empfängereinheit in den Verbinder-Bauteil zugeführt, wo sie gefiltert, im Multiplexbetrieb geschaltet, geprüft, für die Verstärkung aufbereitet und digital dargestellt werden. Alles, was im Registrierfahrzeug verbleibt, ist die Zentralstation mit einem Signalempfänger und einem Aufzeichnungsgerät zur Aufzeichnung der digitalen Datenwörter, die aus den Daten-Sender-Empfängern über die Datenübertragungsverbindung und die Steuerlogik aufgenommen wird, um Steuer- und Abfrageimpulse, d. h. Signaie, in die Daten-Sender-Empfänger über das Abfrageglied zu übertragen.

Die Länge der elementaren seismischen Sensoreinheit mit drei oder mehr Sensoren ist kleiner als 15 m und der seismischen Signale besitzt eine Nyquist-Grenzfrequenz von 500 Hz. Im Laufe des Prüfvorgangs erzeugen Frequenzen, die höher sind als die Nyquist-Frequenz fehlerhafte oder sogenannte »Alias«-Niederfrequenzsignale, die von der gewünschten Datensignalinformation nicht unterschieden werden können. Im Falle der Erfindung erfolgt das Ansprechen der Antialiasing-Tiefpaßfilter von 1 Millisekunde, die verwendet werden, um die hohen Frequenzen auszuschließen, bei wenigstens -60 db (100 :1) in bezug auf die volle Skala bei 500 Hz. Der —6 db Punkt tritt bei 250 Hz auf. Die effektive oder kritische Frequenz ist somit die Hälfte des Nyquist-Grenzwerts. Dies liegt natürlich weit über den interessierenden seismischen Frequenzen, und das System ergibt somit den gewünschten hochfrequenten Durchlaßbereich für das Aufzeichnungsgerät, der bei dem seismischen Datenverarbeitungssystem mit hoher Auflösung angestrebt wird.

Nach einem Merkmal eines Ausführungsbeispiels der Erfindung haben die Sender-Empfängereinheiten Konstantstromspeiscquellen und es wird Wechseistromenergie mit einer Frequenz eingespeist, die über der höchsten Signalabtastfrequenz liegt. Ein Vielfachleitungskabel verbindet die einzelnen Abschnitte des Kabels und enthält eine Datenübertragungsverbindung, eine Abfrageverbindung und ergänzende Stromversorgungs- und Steuerverbindungen. Das Vielfachleitungskabel verbindet die Vielzahl von Sender-Empfängereinheiten in Serie miteinander und mit der zentralen Station in einem Registrierfahrzeug.

In jeder Sender-Empfängereinheit ist eine Vielzahl von Vorverstärker/Filtern mit jeweils einem Eingang und einem Ausgang vorgesehen. Die Eingänge sind mit einer gleichen Vielzahl von seismischen Sensoreinheiten gekoppelt, die insbesondere im Falle von seismischen Meereskabeln innerhalb des zugeordneten Kabelabschnitts befestigt sind. Die Vorverstärker-Filterausgänge sind mit entsprechenden Eingängen des Multiplexers verbunden, dessen einziger Ausgang mit dem gemeinsamen Verstärker, Digitaldarstellvorrichtung, Zwischenspeicher und Ausgangsregister, Kodeumsetzer und Wiederholnetzwerk gekoppelt ist. Der Ausgang des Widerholnetzwerks ist seinerseits an die Datenübertragungsverbindung angeschlossen. Das Abfrageglied ist mit dem Multiplexer und mit dem Ausgangsregister über ein Steuernetzwerk gekoppelt. In Abhängigkeit von einem Abfragesignal, das ein Impuls ist, der über das Abfrageglied auf die Sender/Empfänger übertragen wird, wird der Multiplexer in jeden Sender/Empfänger durch das Steuernetzwerk sequentiell an einen ausgewählten. ?., B. den nächsten Kanal geschaltet, so daß die Analogdaten sequentiell abgefragt werden. Die Datenabfrage erfolgt verstärkungsabhängig und digitalisiert, so daß ein digitales Datenwort vom Ausgangsregister und Kodeurnsetzer taktfrequent in das Wiederholnetzwerk gelangt. Wenn der Abfrageimpuls an jeder der entsprechenden Sender-Empfängereinheiten ankommt, wird ein entsprechendes, selbsttaktendes, phasenkodiertes Datenwort über die Datenübertragungsleitung auf

beträgt vorzugsweise weniger als 6 m. Die Länge einer ω die Zentralstation übertragen. Ein zweiter, nächster Ab-

Sensoreinheit von z. B. 3,75 m entspricht einer Halbwel- frageimpuls schaltet die Multiplexer in jeder der Sen-

lenlänge bei 200 Hz und einer Viertelwellenlänge bis der-Empfängereinheiten auf einen zweiten, d.h. näch-

100 Hz, bezogen auf eine seismische Wellengeschwin- sten Kanal zur Abfrage und Digitalisierung des näch-

digkeit von 1500 ms. Hochfrequente seismische Ereig- sten Signals, während ein phasenkodiertes Wort von

nisse werden deshalb von den Sensoreinheiten sogar im 65 den früher abgefragten Kanälen der Sender-Empfän-

Falle von sehr geringen Reflexionen an entfernten Stel- gereinheiten übertragen wird. Entsprechend werden

len längs des Kabels angezeigt. über eine Periode eines Abtastzyklus alle Analogein-

Die Prüfrate von 1 Millisekunde für die Elektronik gangskanäle in allen Sender/Empfängern abeefrasrt

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Der Gegenstand der Erfindung kann somit als zwei- Kopfende des elastischen Abschnitts angeordnet ist | stufiges Zeitmultiplex-System bezeichnet werden, bei Das Kopfende des Kabels ist mit einem Schleppfahr- | dem phasenkodierte i>atenwörter, die von den einzel- zeug verbunden. Das Kabel weist ein Vielfachkabel und | nen, jedem Kabelabschniit zugeordneten Sendern/ eine Vielzahl von internen Hilfseingangskanälen auf, die | Empfängern übertragen werden, in Abhängigkeit von 5 mit den Eingängen der Sender-Empfängereinheit ge- | der Verzögerungszeit des Abtastsignals geordnet wer- koppelt sind, welche zwischen dem Kabel und dem ela- I den, das von der zentralen Station nacheinander zu den stischen Abschnitt angeordnet ist. Eine Anzahl von 1 verschiedenen Sender-Empfängereinheiten übertragen Hilfssensoren, die in der Nähe des Schleppfahrzeugs I wird. Die phasenkodierten Wörter aus den einzelnen angeordnet sind, sind mit den internen Hilfstingangska- I Kanälen innerhalb einer Sender-Empfängereinheit wer- 10 nälcn verbunden. ; den in Abhängigkeit von der Kanalauswählfolge wäh- Ein vorteilhaftes Ergänzungsmerkmal ergibt sich S rend eines Abtastzyklus geordnet Mit einer derartigen durch Verwendung eines besonderen Filters. Bei einem § Anordnung werden aiso die Analogsignale von allen 500 herkömmlichen mehrkanaligen Analog-Digital-Um- 1 seismischen Sensoreinheiten digital kodiert und in die- Wandlungssystems wird ein Multiplexer mit einer Viel- 1 ser Form über das Kabel während jedes Prüfintervalls 15 zahl von Eingangsanschlüssen und einer gemeinsamen ,-f· von einer Millisekunde pro Einheit übertragen. So wer- Ausgangsvielfachlcitung verwendet. Jeder Eingangsan- ft den etwa die Signale von Kanal Nr. 1 eines jeden der Schluß vom Multiplexer ist so geschaltet daß er das § 50 Kabelabschnitte der Reihe nach übertragen, daran Ausgangssignal eines Analogkanals aufnimmt und die % schließen sich die Signale des Kanals Nr. 2 von jedem Ausgangsvielfachleitung ist mit einem Verstärker ver- £? Kabelabschnitt an usw. 20 bundcn. Häufig, z. B. in der Seismik, ist es erwünscht, die % Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfin- GS-Komponente des Analogsignals, das von jedem Ka- ~$\ dung weisen die Daten- und Abfrageverbindungen drei nal aufgenommen wird, zu eliminieren. Deshalb ist ein ■ ί parallele, redundante Leitungen auf. Eine Majoritäts- HochpaÜ-KC-Fi'er zwischen jeden Eingangsanschluß % wählschaltung in jeder Sender-Empfängereinheit nimmt zum Multiplexer und den Analogkanal geschaltet. Ein ein Signal aus zwei der drei Leitungen auf. Eine Fehler- 25 derartiges Filter besitzt eine Serienkapazität und einen ρ, anzeigeschaltung, die mit den Daten- und Abfragever- Nebenschlußwiderstand, und macht erforderlich, daß |i bindungen an jeder Sender-Empfängereinheit gekop- die Multiplexer-Vielfachleilung mit einer Last hoher ?·' pelt ist, zeigt eine unterbrochene Leitung innerhalb des Impedanz abgeschlossen ist Nach der bisherigen Praxis zugeordneten Kabelabschnitts an, wenn die Majoritäts- wird die Vielfachleitung mit einem Verstärker mit hoher ί i wählschaltung nicht drei identische Eingänge festsetzt 30 Eingangsimpedanz verbunden. ϊί Die Übertragungsverbindung kann ein Breitbandüber- Das herkömmliche System der vorerwähnten Art hat J^ tragungskanal mit einer Bandbreite von wenigstens eine Reihe von Nachteilen, deren wichtigste sind: der ·|ΐ 100 MHz sein. Kapazitätswerl des Kondensators in jedem Hochpaßfil- \l Gemäß einer vorteilhaften Ergänzung weist jeder ter muß verhältnismäßig groß sein und ist teuer. Da ti. Sender/Empfänger eine Datenwiederholeinrichtung 35 jeder Kondensator einen getrennten Widerstand erfor- |? auf, die ihrerseits einen Signalempfänger, Regenerator clerlich macht, trägt die große Anzahl solcher Wider- und Übertrager zur Aufnahme, Regenerierung und er- stände erheblich zu den Kosten des Systems bei, und neuten Übertragung von Signalen von stationsfern ver- stellt ferner ein wesentliches Hindernis für die Miniatubundenen Sendern/Empfängern zu stationsnäher ver- tisierung dar. Der erforderliche Verstärker mit hoher bundenen Sendern/Empfängern. Es kann eine Verzöge- 40 Eingangsimpedanz, der an die Ausgangsvielfachleitung rungsleitung im Abfragenetzwerk vorgesehen sein, die des Multiplexers angeschaltet ist, beschränkt die zur ' in Reihe mit dem Abfrageglied in jeden Sender/Emp- Verfügung stehende Auswahl erheblich, fänger geschaltet ist, wodurch der Abfrageimpuls für die Für die Verwendung in Verbindung mit einem seismi- _; stationsfernen Sender/Empfänger verzögert wird und sehen Datenverarbeitungssystem nach der Erfindung '''■' dadurch die Datenwörter voneinander getrennt werden, 45 sind Filter erforderlich, die diesen Nachteilen dadurch wenn sie von einem zu einem anderen, benachbarten begegnen, daß ein verbessertes System angegeben wird, Kabelabschnitt übertragen werden. bei dem die Kapazität eines jeden Kondensators erheb-Weiterhin wird ein Kalibriersignal von der Zentral- lieh reduziert wird, alle Kondensatoren einen gemeinsastation an jede Sensoreinheit übertragen, dessen Ant- men Widerstand verwenden, der mit der Ausgangsvielwortsignal mit dem Eingangssignal verglichen wird, um 50 fachlcitung des Multiplexers verbunden isl und der Ver- ' einen Sensoreichfaktor festzulegen. stärker mit hoher Eingangsimpedanz durch einen Be-Die Kabelanordnung ist insbesondere ein Ticfseeka- triebsverstärker mit niedriger Eingangsimpedanz erbel für Stream-Digitaldaten, das auf einen Datcntermi- setzt werden kann, so daß eine größere Flexibilität bei nal geschaltet ist. Das Kabel kann Hilfssensoren zur konstruktiver Gestaltung erreicht wird. Ein solches FiI-Anzeige des umgebenden Wasserdrucks und von Ka- 55 ter ist ein kommuntierter flC-Hochpaßfilter zur Verbelleckstellen aufweisen, wendung bei einem Multiplexer in einem mchrkanali-Ferner kann eine Vorrichtung vorgesehen sein, die gen Analogsystem. Jeder Kanal nimmt ein Analogsydie Dehnung der aktiven Kabelanordnung mißt. Am stern aus einer Quelle, z. B. einem seismischen Sensor Kopfende der Kabelanordnung ist ein Stöße absorbie- auf. Jeder Kanal enthält einen Kondensator, der in Reirender elastischer Abschnitt vorgesehen, z. B. in Form e>o he mit einem normalerweise offenen Multiplexschalter eines Dehnungsmessers, und ein Datensender/Empfän- gelegt isl, welcher seinerseits mit einer Multoplexerausger ist an das Kopfende des elastischen Abschnitts ange- gangsvielfachleitung verbunden ist. An die Vielfachleischlossen. Die Ausgangssignale des Dehnungsmessers tung isl ein gemeinsamer Widerstand angeschlossen. Eiwerden an einem Hilfseingangskanal des Scndcrs/Emp- nc Steuereinrichtung schließt die Schalter nacheinanfängers am Kopfende des elastischen Abschnitts züge- μ der, so daß der Kondensator, dessen Schalter geschlosführt. sen worden ist, mit dem gemeinsamen Widerstand ver-Das Ende des ablaufenden Kabels isl vorzugsweise bundcn wird, damit mit ihm ein Hochpaß-/?C-Filter gemit einer Sender-Empfängereinheit verbunden, die am bildet wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der

Erfindung ist der gemeinsame Widerstand der Eingangswiderstand eines Operationsverstärkers. Die Abschaltfrequenz des kommutierten Filters kann dadurch verändert werden, daß die Verweildauer der Schalter geändert wird.

Als vorteilhaftes Ergänzungsmerkmal zur Erfindung wird somit ein Multiplexer-kommutiertes Hochpaßfiltcr vorgeschlagen, das eine Vielzahl von Analogeingangsanschlüssen, einen AusgangsanschluQ und einen Multiplexer mit einer Vielzahl von Eingangsanschlüssen und einer gemeinsamen Ausgangsvielfachleitung aufweist, wobei ein Kondensator aus einer Vielzahl von Kondensatoren zwischen jedem Analogeingangsanschluß mit dem Filter und jeder Eingangsanschluß mit dem Multiplexer, und über einen mit der gemeinsamen Ausgangsvielfachleitung verbundenen Widerstand geschaltet ist

Bei der seismischen Erkundung über Land und Wasser werden üblicherweise akustische Impulse in die Erde gerichtet und die reflektierten seismischen Signale werden durch eine große Anzahl von seismischen Detektoren, d. h. Sensoren, die in Sensorgruppen oder Sensorreihen angeordnet sind, erfaßt und angezeigt. Bei der meeresseismischen Erkundung sind die Sensorgruppen in ein Streamerkabel eingebaut, das beispielsweise eine Länge von 3000 m besitzt und 50 solcher Sensorgruppen enthalten kann. Jede Sensorgruppe bildet einen einzelnen Kanal, jeder Kanal ist mit dem seismischen Aufzeichnungssystem über ein getrenntes Leiterpaar verbunden. Für unterschiedliche geologische Formationen, für Arbeiten in geringer oder in großer Tiefe sind unterschiedliche Sensorgruppen erforderlich, und insbesondere werden unter Umständen im gleichen Kabel unterschiedliche Gruppen von Sensoren benötigt, um den verschiedensten Forderungen der Geophysiker entsprechen zu können.

Für tiefes Eindringen werden niedrige seismische Frequenzen verwendet, und die Sensorgruppen bestehen aus 25 bis 35 Detektoren, die über eine Länge von 60 bis 90 m verteilt sind. Je nach den gewünschtem Ansprechcharakteristiken können die Sensoren räumlich verkürzt innerhalb einer Gruppe angeordnet sein, oder aber die Sensorausgänge können elektrisch unterschiedlich bewertet werden.

Bei der Erkundung seichter Erdformationen ist seismische Energie relativ hoher Frequenzen von Bedeutung. Für diesen Anwendungsfall sind die erforderlichen Gruppen sehr kurz. Sie haben beispielsweise eine Länge von 7,5 bis 15 m mit jeweils beispielsweise 10 Sensoren. Erfordert die seismische Exploration unterschiedliche Sensorgruppierungen für unterschiedliche Anwendungsfälle, so müssen die Kabel bei jeder Messung für andere Erdschichten ausgetauscht werden. Es wäre erwünscht, nur ein einziges Kabel zu haben, das bis zu 500 kurze Untergruppen enthält, d. h. Sätze von seismischen Sensoren, die elektrisch so zusammengeschaltet werden können, daß sie einer beliebigen größeren Gruppe äquivalent sind, die für eine bestimmte geologische Bedingung erforderlich ist. Bei herkömmlichen Meßeinrichtungen dieser Art wären also 500 Paare von Leitungen erforderlich. Kabel mit bis zu 50 Leiterpaaren lassen sich von einer Erkundungs-Mannschafl noch handhaben. Es ist jedoch praktisch unmöglich, ein Kabel mit beispielsweise 500 Leiterpaaren für 500 Kanäle im Betrieb zu bewältigen. Beschränkungen im Hinblick auf das Gewicht des Kabels und anderweitige Schwierigkeiten haben deshalb die Anzahl von Kanälen begrenzt, die in bekannten seismischen Systemen verwendet werden können, und zwar trotz der bekannten Vorteile, die theoretisch aus der Information über zusätzliche Kanäle erhalten werden könnten.

Die Möglichkeit der Übertragung seismischer Signale über 500 Kanäle auf eine zentrale Verarbeitungsstelle s bringt zahlreiche andere Probleme mit sich. Beispielsweise wurden die Kosten für diese Datenverarbeitung sehr hoch sein, wenn herkömmliche Allzweck-Datenverarbcitiingsanlagen verwendet würden, obgleich in jüngster Zeit die Anschaffungskosten erheblich geringer geworden sind.

Die Übertragung von 500 Signalen auf die zentrale Station kann praktisch nicht durch Verwendung von 500 getrennten Leitungspaaren durchgeführt werden. Eine Möglichkeit wäre darin zu sehen, 500 getrennte seismisehe Datenverarbeitungsstationen vorzusehen und die Daten im Multiplexbetrieb über eine kleinere Anzahl von Kanälen zu schicken, so daß nicht 500 Leiterpaare erforderlich wären. Die Kosten für 500 einzelne, aktive Datenverarbeitungsstationen wären jedoch bei weitem zu hoch. Ferner würde der normale Träger-Multiplexbetrieb sehr hohe Frequenzen, abgestimmte Stromkreise und eine zugeordnete Elektronik erfordern, die normalerweise so empfindlich ist und so viel Wartung benötigt, daß dies für den rauhen Betrieb bei seismischen Messungen nicht in Frage kommt. Auch die direkte Übertragung von digitalen Signalen bringt viele Probleme mit sich, die zu einem Qualitätsverlust der Signale führen. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß die elektrischen integrierenden Eigenschaften langer Kabel herkömmliche zweipegelige digitale Signale erheblich dämpfen und verschleifen.

Wegen der zahlreichen Probleme elektrischer und mechanischer Art sowie Problemen, die sich aus der Datenverarbeitung, dem hohen Gewicht und den hohen J5 Kosten ergeben, 1st es bisher als unmöglich oder zumindest als praktisch ausgeschlossen angesehen worden, verwendbare, kommerzielle seismische Systeme zu vorwirklichen, bei denen seismische Signale aus mehreren hundert Sensoreinheiten getrennt zu einer zentralen Station geführt und aufgezeichnet werden.

Entsprechend einer Ausführungsform, die sich auf dieses Problem konzentriert, sei nochmals darauf hingewiesen, daß das seismische Datenverarbeitungssystem nach der Erfindung eine Anzahl von Sender-Empfängereinheiten aufweist, die entfernt von einer Zentralsta tion angeordnet sind. Die Sender-Empfängereinheiten sind mit der Zentralstation durch eine breitbandige Datenübertragungsverbindung und eine Abfrageeinheit verbunden. Jede Einheit weist mehrere Eingangskanäle so auf, an deren jedem eine kurze seismische Sensorunteranordnung, die auch als elementare seismische Sensoreinheit bezeichnet wird, angeschlossen ist, welche aus drei Sensoren besteht, die voneinander um etwa 2 m entfernt sind. Eine Kanalauswählvorrichtung, die der oben erwähnte Multiplexer ist, verbindet sequentiell die Eingangskanäle mit einem gemeinsamen, die Signale aufbereitenden und digital darstellenden Netzwerk. Der Ausgangskanal dieses Netzwerks gibt die digitalen Datensignale aus den elementaren seismischen Sensoreinheiten (seismische Unteranordnungen) auf die Daten übertragungsverbindung zur Multiplexübertragung an die Zentralstation. In der Zentralstation werden digitale Datenwörter, die seismische Signale aus den Unteranordnungen darstellen, bewertet und durch eine Formatti^r> steuereinrichtung zu neuen Datenwörtern zusammengesetzt, die ein seismisches Signal darstellen, das aus einer gewünschten wesentlich größeren seismischen Sensorreihe erhalten worden ist.

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Narii einer Ausführungsform der Erfindung werden gestellt hat sendet es einen zweiten Abfrageimpuls au«=

die digital dargestellten seismischen Signale durch einen um einen zweiten Kanal in allen Sender-Empfängerein-

selbsttaktenden phasenkodierten Rückkehr-zu-Null- heilen zu prüfen, usw. wie vorstehend erwähnt, bis alle

Impulskode zur Übertragung über die Breitbandüber- Eingangskanäle in allen Sender-Empfängereinheiten tragungsverbindung formatgesteuert, um Signalquali- 5 abgefragt worden sind, wobei das Intervall zwischen

tätsverlust zu verringern, wie noch näher erläutert wird. aufeinanderfolgenden Abfrageimpulsen zum gleichen

Zu diesem Zweck weisen die lokalen Datenverarbei- Kanal typischerweise etwa V₂ bis 1 Millisekunde be-

tungseinheiten in jedem der verschiedenen Sender/ trägt

Empfänger einen lokalen Taktgeber auf. Die lokalen Zur Erläuterung weiterer Merkmale der Erfindung Taktgeber arbeiten asynchron in bezug aufeinander, je- 10 werden die Probleme zur Erzielung verbesserter Signal-

doch bei im wesentlichen identischen Frequenzen. Rausch-Verhältnisse und die Erhöhung der Kapazität

Jede Sender-Empfängereinheit überträgt entweder zur genauen Diskriminierung benachbarter geologi-

lokale Daten in die Breitbandübertragungsverbindung scher Formationen oder Diskontinuitäten und geringer

oder nimmt Datenwörttr von den weiter abwärts ver- Anomalien angesprochen, die nachstehend erörtert bundenen Sender-Empfängereinheiten auf. Datenwör- 15 werden.

ter, die von den abwärts angeschlossenen Sender-Emp- Bei bekannten Reftexionsverfahren zur Durchfüh-

fängereinheiten aufgenommen werden, werden wieder rung seismischer Erkundungen wird ein seismischer Im-

auf den lokalen Taktgeber synchronisiert regeneriert puls, z. B. eine Explosionsstörung, z. B. ein Schuß abge-

und auf die nächste aufwärts verbundene Sender-Emp- geben, und es wird eine Aufzeichnung des Impulses vorfängereinheit zur endgültigen Abgabe an die Zentralsta- 20 genommen, die von Sensoren oder Detektoren an im

tion übertragen. Abstand versetzten Stellen längs eines seismischen Ka-

Z.U Identifizierungszwecken sind die Datenwörter bels. das von der Schußstelle ausgeht, empfangen werdurch eine kurze »Totzone«, in der keine Daten vorhan- den. Die seismischen Sensoren, die üblicherweise an den sind, getrennt Um ferner den Beginn eines Daten- Land verwendet werden, sind als Geophone bekannt worts im Anschluß an eine Totzone zu identifizieren, 25 und die, die üblicherweise beimeeresseismischen Kawird das erste Bit eines jeden Datenworts im Anschluß bein verwendet werden, werden als Hydrophone bean die Totzone bei einer bevorzugten Ausführungsform zeichnet Die seismischen Wellen aus dem seismischen durch eine positive Signalflanke gekennzeichnet. Das Impuls werden in die Oberfläche von Grenzflächen zwi-Ende eines Datenworts wird abgefragt, ob keine Im- sehen geologischen Schichten unterschiedlicher Eigenpulspolaritätsumkehr innerhalb zweier Bitintervalle 30 schäften oder Charakteristiken auf die Sensoren reflekauftritt. Entsprechend werden die selbsttaktenden Da- tiert. die über der zu erkundenden Fläche angeordnet tenwörter im Konstantstrombetrieb übertragen. sind. Die reflektierten Signale, die an den Sensoren emp-

Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist die fangen werden, werden auf eine Aufzeichnungs- und Zentralstation einen Kernspeicher auf, und es ist eine Verarbeitungseinrichtung in einem Schiff oder seismi- Einnchtung vorgesehen, um die digitalen Datenwörter 35 sehen Fahrzeug übertragen.

zu speichern, die von den elementaren seismischen Sen- Bei der Durchführung einer Erkundung dieser Art

soreinheiten, d. h. den Untergruppen in einer Speicher- über einen größeren geographischen Bereich oder

matrix in Kanalfolgereihe aufgenommen wurden. Die Schürf wird der Bereich durch ein Gitter von Vermcs-

Zentralstation weist auch eine Formatsteuerung auf, die sungslinien überdeckt und seismische Profile werden

aus dem Speicher Datenwörter aufnimmt, die von aus- 40 längs der Vermessungslinien aufgezeichnet. Bei der

gewählten seismischen Sensoreinheiten angeliefert wer- mecresscismischen Arbeit wird ein seismisches Strea-

den und diese Signale zu neuen Datenwörtern kombi- merkabel fortlaufend durch das Wasser längs einer der

niert, die gewünschten größeren Gruppen entsprechen. Vermessungslinien geschleppt, und es werden seismi-

Die Zentralstation kann auch einen Festwertspeicher sehe Impulse von dem Schiff in regelmäßigen Interval-

(ROM) aufweisen, um den Datenwörtcrn gewünschte 45 len, /.. B. nach jeweils 10 oder 20 Sekunden, eingeleitet

Bewertungskoeffizienten von einzelnen Untergruppen An Land wird das seismische Kabel in Form einer Reihe

aufzugeben, bevor sie als zusammengesetztes Daten- von identischen Abschnitten auf dem Boden ausgelegt,

wort kombiniert werden. die miteinander durch elektrische Verbinder verbunden

In der Zentralstation ist weiterhin eine Einrichtung sind. Die vorher festgelegte Vcrmessungslinie wird

vorgesehen, die das Zeitintervall zwischen der Abgabe « durch die Druckwellen eines seismischen Schusses

eines Abfrageimpulses und der Ankunft der entspre- durchbrochen und die seismischen Daten werden durch

chenden Datenwörter aus den Sender-Emprängerein- eine Aufzeichnung*- und Datenverarbeitungseinrich-

heiten mußt Das Zeitintervall wird in einen Adressen- tung in einem Aufzeichnungswagen aufgezeichnet. An-

kode umgewandelt, der in einem Adressenspeicher ge- schließend werden einzelne Kabelabschnitte getrennt

speichert ist, wodurch ankommende Datenwörter in be- 55 verschoben und wieder mit dem anderen Ende des Ka-

zug auf ihre Quelle entsprechend der Ordnungszahl der bels längs der Bewegungsrichtung verbunden. Ein

Sender-Empfängereinheiten und der Kanalzahl inner- Mehrfachschalter in dem Aufzeichnungswagen wird in

halb jedes Senders/Empfängers identifiziert werden. eine neue Position vorgeschoben, wodurch der Teil des

Ein Steuergerät in der Zentralstation überträgt die Kabels, der mit der Datenverarbeitungseinrichtung ver- Abfrageimpulse auf die Sender-Empfängereinheiten t,o bunden ist, um eine oder mehrere Kabelabschnittlängen

über die Abfrageeinheit. Durch die Abfrageimpulse längs der Vermessungslinie vorgeschoben wird, worauf-

prüft die Elektronik in den entsprechenden Sender- hinein neuer Aufzeichnungszyklus vorgenommen wird.

Empfängereinheiten das Analogsignal, das an einem Bei einem bekannten Mecresstreamerkabel von Eingangssignal vorhanden ist, stellt die Signalprobe als 3000 m Länge sind beispielsweise etwa 1500 Sensoren

phasenkodiertes digitales Datenwort dar und überträgt μ vorgesehen. Gruppen von je 30 dieser Sensoren sind

das digitale Datenwort in die Zentralstation. Wenn das elektrisch miteinander verbunden, so daß seismische Si-

Steuergerät die Ankunft von Datenwörlcrn aus einem gnalc aus etwa 48 seismischen Kanälen von dem Kabel

ersten Kanal in allen Sender-Empfängereinheiten fest- übertragen werden. Diese reflektierten Signale werden

aufgezeichnet und in parallelen Spuren zur Anzeige gebracht, um unterirdische Eigenschaften des geologischen, zu erkundenden Bereichs sichtbar zu machen. Bei Fehlen einer Einstellung werden die reflektierten Signale, die in Spuren auftreten, welche bei Hydrophongruppen entfernt von der Abschußstelle entstehen, in bezug auf die Signale, die in Spuren auftreten, welche in der Nähe der Abschußstelle entstehen, verschoben und führen offensichtlich eine Änderung in der Tiefe bei der Darstellung einer horizontalen reflektierenden Grenzfläche ein. Nach bekannten Techniken wird eine Bewegungs- oder Winkelkorrektur aufgegeben, um die benachbarten Spuren auf der Sichtanzeige einzustellen, so daß eine echte Darstellung der reflektierenden Grenzfläche gewährleistet ist Der Wert dieser Korrektur ist eine Funktion der Zeitdauer vom Zeitpunkt des Abschusses, der mittleren Geschwindigkeit der seismischen Welle in der Erde und des Abstands zwischen der Abschußstelle und den Detektorgruppen.

Bei bekannten seismischen Reflexionssystemen dieser Art ist es üblich, etwa 30 Geophone oder Hydrophone zu einer einzigen Gruppe zusammenzufassen, die eine räumliche Erstreckung längs des Kabels von etwa 30 bis 90 m haben. Bei einer praktischen Ausführungsform hat eine solche einzelne Gruppe die Länge von 69 m. Bei dieser Anordnung werden wenigstens 48 Leiterpaare verwendet, um die Signale von den 48 Gruppen von Sensoren auf die Aufzeichnungsvorrichtung zu übertragen, die normalerweise auf dem Schiff oder dem Fahrzeug angeordnet ist, das zum Transportieren der seismischen Geräte verwendet wird.

Üblicherweise liegt der Ansprechbereich solcher bekannten Systeme am niederfrequenten Ende des Spektrums, z. B. zwischen etwa 5 Hz und 40 Hz. wobei der Spitzenwert unterhalb 20 Hz liegt Neben anderen Faktoren trägt das verringerte Ansprechen in höheren Frequenzbereichen zu Phasendifferenzen von Signalen bei, die an im Abstand angeordneten Punkten längs der Gruppierungen von elektrisch miteinander verbundenen Sensoren ankommen, welche sich normalerweise über einen Abstand von etwa 70 m erstrecken. Um eine gegenseitige Auslöschung von Signalen, die an den verschiedenen Sensoren ankommen, zu vermeiden, soll vorzugsweise die Länge der elektrisch verbundenen Sensoreinheiten, d.h. Gruppierungen, verhältnismäßig klein im Vergleich zu der Wellenlänge der seismischen Signale, die empfangen werden, sein.

Für die nachfolgende quantitative Betrachtung wird von einer Gruppe von elektrisch verbundenen seismischen Sensoren ausgegangen, die an der Erdoberfläche angeordnet ist, und eine Länge s besitzt. Wenn eine seismische Welle, die horizontal längs der Sensorgruppe wandert, am einen Ende der Gruppe eintrifft, beträgt die Laufzeit.

T= s/v

wobei ν die Schallgeschwindigkeit im Medium in der Nähe der Gruppe ist. In Wasser beträgt die Schallgeschwindigkeit etwa 1500 m/sec, so daß die Laufzeit T einer horizontal wandernden Welle in Wasser für eine Gruppe von elektrisch miteinander verbundenen Sensoren mit einer Länge von 69 m 0,046 see beträgt. Aus Gründen zusätzlicher mechanischer Verstärkung in Längsrichtung der Gruppe von Sensoren sollte die Länge der Gruppe kleiner sein als etwa V₄ der Wellenlänge. Die Zeit, die eine seismische Welle benötigt, um eine Wellenlänge zurückzulegen, beträgt 0,04b · 4, d. h. etwa 0.184 see, was der Periode einer Welle mit einer Frequenz von etwa 6 Hz entspricht. Wellen, die längs der Gruppe wandern und Frequenzen aufweisen, die wesentlich größer sind als der 6-Hz-Sperrgrenze ent- spricht, werden gelöscht Wenn die Länge der Anordnung genau eine halbe Wellenlänge beträgt ist das Ansprechen der Gruppe 0, da die Welle vollkommen gelöscht wird. Wie bekannt, können seismische Wellen auf eine Sen soranordnung aus vielen Winkeln auftreffen. Beispiels weise gelangen seismische Wellen, die aus tiefen geologischen Formationen reflektiert werden, in nahezu vertikaler Richtung auf die Sensoranordnung. Die Wellenfronten werden fast gleichzeitig durch alle Sensoren in eine Gruppierung zur Anzeige gebracht. Entsprechend ist bei Fällen von obt:rflächennahen Unregelmäßigkeiten, z. B. Witterungseinflüsse oder Höhenunterschiede, die obere Sperrfrequenz praktisch unendlich. Andererseits nähert sich die Ausbreitungsrichtung seismischer Wellen, die aus sehr seichten Erdschichten reflektiert werden, deren Tiefe wesentlich kleiner ist als der Abstand von der Abschußstelle zu der Sensoranordnung, der Horizontalen, so daß die vorausgehende Analyse für horizontal wandernde Wellen anwendbar ist.

Beispielsweise sei der relativ flache Einfallwinkel einer

seismischen Welle, die von einer Schicht mit 300 m Tiefe reflektiert wird, in bezug auf eine Sensoranordnung, die 3000 m von der Abschlißstelle entfernt ist, betrachtet

Seismische Reflexionen aus seichten Schichten sind

verhältnismäßig reich an hohen Frequenzen (100 bis 500 Hz), die zur Analyse hoher Auflösung von Details geologischer Eigenschaften nützlich sind. Leider sprechen heutzutage verv/endete seismische Systeme mit einer Länge der Sensoranordnung von 30 bis 90 m se-

J5 lektiv auf sehr niedrige Frequenzen an, wobei die Frequenzen unter 20 Hz dominieren. Die gewünschten hochfrequenten Wellen aus seichten Erdschichten werden durch die Verwendung langer Sensoranordnungen gelöscht.

Die Bevorzugung der unteren Frequenzen in herkömmlichen großflächigen Schürfsystemen begrenzt natürlich die Empfindlichkeit und die Leistung des Systems bei der Anzeige und Auflösung eng benachbarter geologischer Schichten, kleinerer Diskontinuitäten oder anderer wichtiger Eigenschaften, die sich räumlich nicht weit erstrecken, insbesondere in dem seichten Teil eines geologischen Abschnittes. Da viele Schürfarbeiten von maßgeblichem Interesse auf räumlich kleinere Bereiche konzentriert sind, wird es immer wichtiger, geologische

5u Vermessungstechniker mit hoher Auflösung für Detailarbeit zu verwenden.

Sensorgruppen von erheblicher Länge sind vorzugsweise in der Reflexionsseismik verwendet worden, um /wischen Nutz- und unerwünschten Störsignalen unter scheiden zu können. Die allgemeine Theorie, die die Beziehung zwischen Länge der Gruppe zum Signals-Stör-Verhältnis festlegt, läßt sich beispielsweise dem Aufsatz »The Moveout Filter« von Savet, Brustad and Sider, aus »Geophysics», Januar 1958 entnehmen.

Von Zeit zu Zeit sind Versuche unternommen worden, das Hochfrequenzunsprechen ven seismischen SensorgniDpen dadurch ;:u verbessern, daß sehr kurze Gruppen verwendet wurden. Dabei ergab sich jedoch als wichtigstes Resultat eine erhebliche Verschlechte rung der Datenqualiläl aufgrund der unvermeidbaren Verringerung des Signs I-Stör-Verhältnisses.

Einige Seismologen haben die Möglichkeit in Betracht gezogen, das Sijnal-Stör-Verhältnis dadurch auf

einen akzeptablen Wert zu bringen, daß die Anzahl der Sensorgruppen wesentlich erhöht wird, wobei in der Praxis die Anzahl der einzelnen Sensoren beibehalten, jedoch in mehr aber kürzere Gruppen unterteilt wurden. Das Zusammenwirken zweier grundsätzlicher Faktoren macht jedoch ein derartiges Vorgehen praktisch unbrauchbar. Der erste Faktor hatte zu tun mit den Verarbeitungsvorgängen. Um die normalen Bewegungskorrekturen zu bestimmen, die zum Zusammensetzen der Daten bei deren Empfang verwendet werden, müssen Korrelationsvorgänge (oder äquivalente Vorgänge) zwischen Sätzen individueller seismischer Spuren (Daten aus individuellen Gruppen) verwendet werden. Bei Daten aus kurzen Gruppen haben die schiechten Signal-Stör-Verhältnisse die Leistungsfähigkeit dieser Methode verringert. Ferner brachte die außerordentlich hohe Anzahl von einzelnen Datenaufzeichnungen eine Erhöhung der Datenkompressionskosten auf Werte, die vom kommerziellen Standpunkt aus nicht annehmbar waren. Des weiteren traten viele andere Probleme und Schwierigkeiten auf, die die praktische Anwendung eines solchen Systems unmöglich machen.

Insbesondere ist eine andere Schwierigkeit, die sich aus der Verwendung kürzerer Gruppen von Sensoren ergibt, darin zu sehen, daß beispielsweise dann, wenn ein seismisches Kabel mit einer vollen Länge von 2 Meilen verwendet werden und die Sensordichte unverändert bleiben soll, die Anzahl von Signalkanälen, die mit dem Aufzeichnungsgerät verbunden werden müssen, um die Größenordnung erhöht wird, um die die Länge der Gruppe reduziert wird. Dies bedeutet, daß etwa lOmal so viele Leiterpaare verwendet werden müssen, wenn die Längen der Gruppen wesentlich verringert werden sollen, Dies erhöht natürlich die Anzahl von Kontakten ganz entscheidend, die bei Steckverbindungen erforderlich sind, welche zur Koppelung von Kabelabschnitten verwendet werden, die nach bisher bekannten Techniken hergestellt werden. Ferner würde die große Anzahl von Leitern das Gewicht und die Abmessungen der Kabel ganz entscheidend erhöhen und ihre Flexibilität bis zur Uiibrauchbarkeit herabsetzen.

Typische bekannte Systeme, die zum Verständnis des hier erörterten Problems in Betracht gezogen werden können, sind in der US-PS 31 33 262, in der zwei sich überlappende Hydrophonstreubereiche in einem einzigen Meereskabel beschrieben sind, in der US-Reissue PS 25 204, der US-PS 30 96 846, die eine bestimmte Bewertung von seismischen Signalen aus verschiedenen seismischen Sensoren zur Erzielung einer Richtwirkung lehrt, in der US-PS 33 46 068, die richtungsempfindliche seismische Uberiragungs- und Empfangsanordnungen beschreibt, in der US-PS 36 89 873, der Verzögerungsund Bewertungsschaltungen für seismische Signale zu entnehmen sind, und in der US-PS 36 13 071 erläutert aus der sich die Verwendung zweier Gruppierungen von Geophonen mit unterschiedlichen Intervall- und unterschiedlichen Prüfraten ergibt

Um dieses Problem zu lösen, wird mit vorliegender Erfindung ein seismisches System für die systematische Erkundung von extensiven Schürfungen vorgeschlagen, das auf wesentlich höhere Frequenzen anspricht als solche Systeme, wie sie bisher verwendet worden sind. Insbesondere sollen dabei verhältnismäßig kurze elementare Sensoreinheiten, z. B. Hydrophone, über die volle Länge eines seismischen Kabels normaler Größe verwendet werden. Bei einer speziellen Ausführungsforan des Kabels werden nur drei Sensoren in einer elementaren Sensoreinheit verwendet, die 1,875 m voneinander cnlfernt sind, so daß sich eine Gesamtlänge der elementaren Sensoreinheiten von etwa 3,75 m ergibt. Aus Gleichung (A) und wenn Wasser als das zu verwendende Medium angenommen wird, ergibt sich unter Berücksichligung der Tatsache, daß 3,74 m 'Λ einer vollen Wellenlänge von 150 m ist, eine Periode der Welle von 0,010 see entsprechend einer Grenzfrequenz von 100 Hz. Im Falle eines Einfallwinkels für flache Reflexionen von etwa 60° beträgt die obere Grenzfrequenz 200 Hz. Horizontal wandernde Rauschsignale mit einer Frequenz wesentlich über 100 Hz werden gedämpft, was erwünscht ist, um das Signal-Stör-Verhältnis zu verbessern. Durch Verwendung kurzer elementarer Sensorgruppen ist die obere Frequenzsperre von 6 auf 100 H/. für seismische Weilen angehoben worden, die nahc/.u horizontal fortschreiten. Bei noch kürzerer Länge der Sensorcinheit wird ein noch höheres Frequenzansprechen erhalten. Eine Sensoreinheit mit einer Länge von 1,95 m hebt das Ansprechen für horizontales Fortschreiten auf etwa 200 Hz an. Mit einer etwas größeren Länge der elementaren Sensoreinheit, z. B. 7,5 m, würde das Ansprechen auf 50 Hz verringert, was natürlich immer noch eine wesentliche Verbesserung gegenüber im Augenblick kommerziell verwendeten Schürfsystemen darstellt.

Man hat festgestellt daß größere Gruppenlängen, die erforderlich sind, um hohe Signal-Stör-Verhältnisse für jede einer Vielzahl von individuellen Spuren zu erzielen, die den Erfassungsquerschnitt bestimmen, dadurch erhalten werden können, daß die Signale aus der gewünschten Anzahl von elementaren Sensoreinheiten mit bestimmten Zeitverzögerungen so addiert werden, daß alle Refiexionssignale, die in einer Spur erfaßt werden sollen, mit gleicher Phase summiert werden. Diese

j5 Verzögerungen werden im Laufe eines Abschusses zur Steuerung der Gruppen, die die Spuren erzeugen, verändert Die Verzögerungen bewirken elektrisch eine quasi-parallcle Weilenfront an der Gruppierung, so daß die Phasengeschwindigkeit des Signals längs jeder Gruppierung effektiv unendlich ist.

Da die Neigung unterirdischer, reflektierender, geologischer Grenzflächen im allgemeinen vor der Durchführung der seismischen Erkundung dem Geologen nicht bekannt ist, ist es normalerweise notwendig, von vornnerein anzunehmen, daß alle Reflektoren horizontal sind, und Zeitverzögerungen aufzugeben, die denen entsprechen, die für einen horizontalen Reflektor zutreffen würden, der das in jedem Zeitpunkt und in jedem Abstand von der Abschußstelle aufgenommene Signal verursacht Insoweit als solche programmierten Zeitverzögerungen nicht den echten Signaiverzögerungen entsprechen, werden die Signale phasenverschoben summiert Der Phasenfehler wird jedoch normalerweise wesentlich kleiner sein als der Phasenfehler, der sich aus den einfachen, gleichzeitigen Summierungen ergibt die durch die festen Gruppierungen bekannter Art erzeugt werden. Entsprechend wird die obere Frequenzansprechgrenze erheblich höher liegen.
Wie nachstehend noch im einzelnen ausgeführt wird, werden die einzelnen Aufzeichnungen von Daten aus getrennten Sätzen von Sensoren, die die Gruppierungen bilden, beibehalten, so daß nach einer ersten Verarbeitung in der vorbeschriebenen Weise die die Gruppierungen bildenden Zeitverzögerungen erneut program-

miert und wieder aufgegeben werden, so daß die WeI-lcnfront in einer schrittweisen Annäherung exakter und effektiv parallel zur Horizontalen ausgerichtet wird (d. h. parallel zu der Gruppierung). Dadurch läßt sich

eine Sumniierung erhalten, die eine weit bessere Phasenübereinstimmung und eine wesentlich höhere Hochfrequenz-Trennstelle gewährleistet.

Die Erfindung ermöglicht die Verwendung kürzerer Längen von Sensoreinheiten bei Kabeln mit voller Länge, wie dies für Expeditions-Schürfarbeiten erforderlich ist, so daß eine Übertragung der resultierenden großen Anzahl von Signalen auf das Aufzeichnungsgerät möglich ist, ohne ein außergewöhnlich sperriges, schweres und teures Kabel. Dies wird dadurch erreicht, daß die Elektronik in dem Kabel eingeschlossen ist, um die Signale von jeder der relativ kurzen elementaren seismischen Sensoreinheiten zu erfassen und im Multiplex-Betrieb zu verarbeiten und über eine einzige Datenübertragungsleitung, z. B. einen Kanal oder über eine stark reduzierte Anzahl von Kanälen auf die Aufzeichnungsund Verarbeitungseinrichtung am einen Ende des Kabels zu übertragen. Die Prüfrate für die in Multiplex-Betrieb behandelten Signale sollte mehr als das Doppelte der zu übertragenden höchsten Frequenz betragen. Entsprechend wird bei dem hier erläuterten System eine Prüfrate in der Größenordnung von mindestens 500 und vorzugsweise 1000 oder mehr Proben pro Sekunde verwendet.

Bei Systemen, beispielsweise bei dem System nach der Erfindung, bei denen höherfrequente seismische Signale verwendet werden, treten bestimmte Schwierigkeiten auf, die bei niedrigeren Frequenzen nicht oder nicht in dem Ausmaß eintreten. Insbesondere können beispielsweise wenn eine geologische Formation, die einen großen Neigungswinkel zur Horizontalen hat, bei einer geophysikalischen Erkundung angetroffen wird, die hochfrequenten Signale von 100 oder 200 Hz durch die langen Gruppen, wie sie beim Stand der Technik verwendet werden, in hohem Maße gedämpft werden. Ferner kann ein wesentlicher Unterschied in der Amplitude und im Frequenzgehalt in den empfangenen Signalen aus einer Schicht mit einem ziemlich großen Neigungswinkel, abhängig von der Richtung und der Entfernung der seismischen Sensoren oder der Orientierung der seismischen Gruppe oder des Kabels relativ zur Abschußstelle auftreten.

Dieses Problem wird durch richtungsabhängig empfindliche Sensoranordnungen gelöst. Insbesondere wird die höherfrequente Energie, die für kleinere geologische Diskontinuitäten und Formationen charakteristisch ist, rascher durch die richtungsempfindlichen Gruppen angezeigt, und das System liefert auch bei einer ausgedehnten Erkundung keine unvereinbaren Resultate.

Beim erfindungsgemäßen geophysikalischen Explorationsverfahren werden daher wenigstens zwei Gruppen von Sensörcinheiien (Hydrophone und Geophone) in einem einzigen seismischen Kabel angeordnet und eine geophysikalische Untersuchung erfolgt so, daß die Richtungsempfindlichkeit einer jeden Gruppe individuell geändert wird, um selektiv Signale aus einer seismischen Störung zu empfangen, die einzeln und nacheinander von fortschreitend tieferen Schichten reflektiert werden. Die Ausgänge der Gruppen werden nacheinander verarbeitet, so daß geophysikalische Querschnitte darstellbar sind.

Bei einem mit Reflexion arbeitenden seismographischen Explorationsverfahren wird somit eine seismische Störung eingeleitet, es werden wenigstens zwei richtungsempfindliche Seismometergruppen in einem Kabel untergebracht, und es wird eine geophysikalische Erkundung durch^individuelles Verändern der Richtungsempfindlichkeit einer jeden Gruppe im Laufe der Aufzeichnung von Reflexionen der seismischen Störung durchgeführt, wodurch Gruppensignale erhalten werden.
Wie vorstehend ausgeführt, weist das seismische Kabei nach der Erfindung eine große Anzahl von etwa gleichförmig versetzten elementaren seismischen Sensorcinheiten auf, und Signale aus jeder dieser Einheiten werden über das Kabel auf eine seismische Datenverarbeitungseinrichtung übertragen, anstatt daß sie elektrisch innerhalb des Kabels miteinander kombiniert werden. Bei bekannten Meereskabeln von etwa 3000 m Länge werden, wie weiter oben bereits erwähnt, etwa 1500 Hydrophone verwendet, und die Signale aus Gruppen von etwa 30 dieser Hydrophone werden so kombi-

r> niert, daß sie einen einzigen Kanal bilden, so daß seismische Signale von 48 Kanälen aus dem Kabel übertragen werden. Im Gegensatz hierzu ist im Falle der Erfindung die Verwendung etwa der gleichen gesamten Anzahl von seismischen Sensoren vorgesehen, es werden jedoch nur die Ausgänge einiger weniger Sensoren kombiniert, um ein Signal einer elementaren Sensoreinheit zu bilden, und es werden seismische Signale aus dem Kabel übertragen, die mehrere hundert dieser elementaren Sensoreinheiten darstellen. Diese seismischen Signale werden zu einer geringeren Anzahl von Richtungsgruppensignalen kombiniert, die benachbarte Bereiche des geologischen Aufbaus, gegen den die individuellen Gruppen gerichtet sind, darstellen, wobei die Augenblicksrichtung fortlaufend geändert wird. Diese Gruppensignale werden im Anschluß daran so kombiniert, daß sie eine geophysikalische Darstellung eines Querschnitts der Erdschichten ergeben.

Die zentrale Station, in der eine Gruppenformeinrichtung eine geeignete Datenkombination vornimmt, be-

3^r> sitzt eine Aufzeichnungsvorrichtung hoher Kapazität, z. B. nach Art eines Videorekorders, um die digitalen Signale zu speichern, die seismische Signale aus allen einer Vielzahl von elementaren Sensoreinheiten in jedem der vielen Sätze solcher Einheiten innerhalb des seismischen Kabels darstellen. Die aufgezeichneten digitalen Signale werden dann von einer zweiten Gruppenformcinrichtung durch Kombination einer Vielzahl von richtungsempfindlichen Sensorgruppensignalen längs der Linie der Erkundung zusammengesetzt, wo-

« durch eine Reihe von geophysikalischen Spuren durch individuelles Ausrichten der Gruppen auf erwartete Reflexionspunkte gebildet werden, die sich als Funktion der Reflcxionslaufzeit nach einem Schuß ändern. Diese Technik ermöglicht es, die Energie selektiver aufzuzeichnen, die bei sich ändernden Winkeln aus benachbarten Spuren durch den zu erkundenden geophysikalischen Aufbau auf entsprechende benachbarte Gruppen in Längsrichtung des Kabels reflektiert werden. Im Anschluß daran werden die Spuren, die aus benachbarten Gruppen erhalten werden, in gleicher Weise umgesetzt, um einen vollständigen geophysikalischen Querschnitt zu erhalten.

Es hat sich als zweckmäßig herausgestellt, möglichst die Anfangssignale, die von dem ersten Teil oder ersten Teilen des seismischen Kabels aufgenommen werden, welche der Abschußstelle am nächsten liegen, mit einer höheren Abtastfrequenz abzufragen. Im einem späteren Zeitabschnitt des Aufzeichnungszyklus für den gleichen Schuß, wenn die Reflexionen die weiter entfernten Teile

b5 des Kabels erreichen, wird die Abtastfrequenz für jede elementare Sensoreinheit längs des gesamten Kabels verringert Insbesondere kann während der Anfangsperiode, wenn reflektierte seismische Signale nur Senso-

ren in der ersten Hälfte des Kabels erreichen, jede der Sensoreinheiten in diesem Teil des Kabels mit der doppelten Abtastfrequenz im Vergleich zur Normalfrequenz abgefragt werden, und die Sensoreinheiten in der zweiten Hälfte des Kabels werden nicht abgetastet. Bei dieser Anordnung zeichnet das Aufzeichnungsgerät natürlich die gleiche Anzahl von Gesamtproben während des Abtastzyklus auf, weil während des ersten Teils des Zyklus die Sensoreinheiten der ersten I lälfte des Kabels während des normalen Abtastintervalls zweimal abgefragt werden, während im späteren Teil des Abtastzyklus alle Einheiten während des normalen Prüfintervalls nur einmal abgefragt werden. Nach einem Zeitintervall, das kleiner ist als ein Intervall, das die reflektierten Signale benötigen, um die zweite Hälfte des Kabels 7.u erreichen, schaltet das System auf die zweite Betriebsart über, in der alle Sensoreinheiten mit einer etwas geringeren Frequenz abgefragt werden. Wenn beispielsweise die normale Abtastdauer für das gesamte Kabel eine Millisekunde je Probe beträgt, so können während des Anfangsintervalls die Sensoreinheiten in der ersten Hälfte des Kabels mit einer Frequenz von zwei Proben je Millisekunde geprüft werden, während keine Prüfung aus dem zweiten, weiter entfernten Teil des seismischen Kabels vorgenommen wird. Während beider Teile des Zyklus nimmt das Aufzeichnungsgerät Proben mit einer Frequenz gleich dem Produkt von 1000 Proben je Sekunde, multipliziert mit der gesamten Anzahl von Sensoreinheiten im Kabel auf. Die von dem nahegelegenen Teil des seismischen Kabels aufgenommenen Anfangssignale schließen höherfrequente Komponenten wegen der verhältnismäßig kurzen Laufwege, die die seismischen Wellen zurücklegen, mit ein, und diese höheren Frequenzen können mit der höheren Abtastfrequenz ausreichend gut erfaßt werden. Wenn somit Proben aus dem näher liegenden Teil des Kabels mit einer Frequenz von 2000 pro Sekunde anstelle von 1000 Proben je Sekunde abgefragt werden, nähert sich die maximale Information, die übertragen werden kann, der, die bei 1000 Zyklen pro Sekunde auftritt, anstatt 500 Zyklen pro Sekunde, was der Häifte der niedrigeren Abtastfrequenz entspricht. Daher ermöglicht die höhere Abtastfrequenz sogar eine höhere Auflösung für ausgewählte Teile des zu erkundenden geologischen Abschnitts.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist die Verwendung von 10 oder mehr Gruppen vorgesehen, die längs des Kabels versetzt angeordnet sind, wobei jeder Satz eine Vielzahl von elementaren Sensoreinheiten aufweist, und die Signale aus den Sensoreinheiten werden so kombiniert, daß jede Gruppe mit ausgewählten Signalen beaufschlagt wird, die so verzögert sind, daß die betreffende Giuppe auf benachbarte unterirdische Stellen in den zu erkundenden Bereich ausgerichtet ist. Die Verzögerung zwischen den Einheiten für unterschiedliche Signalgruppen ist verschieden und wird zeitabhängig so geändert, daß Signale aus fortschreitend tieferen Schichten aufgenommen werden. Die resultierenden Spursignale können dann kombiniert werden, wobei die üblichen Bewegungskorrektur- und Sichtanzeigetechniken verwendet werden, um den vollständigen seismischen Abschnitt zu erfassen.

Dieses eben erläuterte Meßprinzip wird durch eine spezielle Kabelelektronikschaltung nutzbar gemacht, deren Wechselstromspeisung bei hoher Frequenz, d. h. oberhalb des interessierenden seismischen Signalbandes, arbeitet Durch spezielle Verstärkungs-, Digitaldarstellungsverfahren und Prüfschaltungen und spezielle Datenverarbeitungsschaltungen in Verbindung mit der Gruppcnformeinrichtung, einschließlich einer Matrixspcichcranordnung, die seismische Signalproben in Relation zu einzelnen »Zeit-Fenstern« speichern und schließlich durch sehr schnell arbeitende Schaltungs-

^r) gruppen wird eine bewertete Kombination von ausgewählten Proben erreicht, um die seismischen Spursignale zu bilden, aus denen ein jeweiliger Querschnitt des erkundeten Gebiets gewonnen wird.

Nachdem die einzelnen Merkmale der Erfindung erläutert worden sind, wird nachstehend auf bestimmte Punkte der Grundkonslruklion eingegangen, ferner darauf, wie die verschiedenen Merkmale zur Erzielung des angestrebten Ergebnisses beitragen. Wie eingangs erwähnt, ist eines der zu lösenden Probleme die Verbes-

!5 serung des -Signal-Rausch-Verhältnisses und eine erhöhte Empfindlichkeit und Unlcrscheidbarkeit der gewonnenen Signale bei großräumig durchgeführten seismischen Schürfungen. Diese Ziele werden zunächst dadurch erreicht, daß das Hochfrequenzansprechvcrhalten des seismischen Systems verbessert wird. Die Faktoren, die zu dem verbesserten hochfrequenten Ansprechen beitragen, sind im wesentlichen

1. der geringe gegenseitige Abstand der elementaren Sensorcinheiten,

2. die Erzeugung und Übertragung einer großen Anzahl (in der Größenordnung von mehreren hundert) seismischen Signalen über ein seismisches Kabel gegebener Länge,

3. das Kombinieren von Signalen aus den elementaren seismischen Sensoreinheiten bei sich kontinuierlich ändernden Verzögerungszeiten zur Erzielung von richtungsempfindlichen Gruppensignalen, die stets auf die Tiefe weisen, aus der die Ankunft der reflektierten Signale erwartet wird, und

4. der unmittelbare Einbau der Elektronik zur Verstärkung, Digitaldarstellung, Multiplexierung in zwei Stufen, Korrektur, Prüfung und weiteren Verarbeitung der hochfrequenten Seismischen Signale im Kabel.

Das erfindungsgemäße seismische Datenverarbeitungssystem ist in der Lage, die Auflösung von seismischen Großschürfsystemen etwa zu verdoppeln, indem die obere Grenze des Durchlaßbandes des seismischen Systems um wenigstens eine Oktave angehoben wird. Insbesondere lag der obere —6 db-Punkt der Grenzfrequenz bei seismischen Systemen bisher bei etwa 40 Hz, im Vergleich zu mindestens 80 Hz für das für das Systern und das Verfahren der Erfindung.

Nachfolgend wird eine weitere vorteilhafte Ergänzung der Erfindung erläutert Da die Erfindung sich auf Erfassungsetnrichtungen für seismische Analogsignale bezieht, bei denen die Ausgänge aus einer Vielzahl von Signalen empfangenden Kanälen in Multiplexbetrieb geschaltet sind und die Amplitude der geprüften Signale in digitale Wörter umgewandelt wird, sei darauf hingewiesen, daß bei herkömmlichen, mehrkanaligen Analog-Digital-Umwandlungseinrichtungen ein Multiplexer mit einer Vielzahl von Eingangsanschlüssen und einer gemeinsamen Ausgangs-Vielfachleitung verwendet wird. Jeder Eingangsanschluß zum Multiplexer ist so geschaltet, daß er das Ausgangssignal aus einer analogen Vorrichtung, z. B. einem seismischen Sensor, aufnimmt Häufig, wie in der seismischen Technik, ist es erwünscht die Gleichstromkomponente der Analogsignale, die von jedem Multiplexerkanal empfangen werden, zu eliminieren. Aus diesem Grund ist ein Gleichstrom-Sperr-

kondensator zwischen jeden Eingangsanschluß /um Multiplexer und die Analogsignalquelle geschaltet. Die Multiplexer-Vielfachleitung ist mit einem Signal-Einstell- und -Verstärkernetzwerk, das nachstehend als SCAN bezeichnet wird, verbunden.

Aus dem Fachmann bekannten Gründen werden unerwünschte Spannungen an den Gleichstrom-Sperrkondensatoren und dem SCAN erzeugt. Die unerwünschten Spannungen können zu thermoelektrischen Effekten, PeMiereffekten, versetzte Abdriften in den Verstärkerstufen, Feldeffekttransistorschaltern (FET) mit Durchführungskondensatoren und Ableitungswidersländcn zwischen ihren Steuer- und Schaltelementen, usw. führen. Das Problem der unerwünschten Spannung ist besonders akut in der seismischen Technik, weil die ankommenden Analogsignale einen extrem weiten dynamischen Bereich überdecken, beispielsweise bis 1200db (1 :1 000 000). Häufig hat die unerwünschte Spannung eine Größe, die vergleichbar ist mit der der zu erfassenden seismischen Signale.

Bei einer typischen, bekannten, mehrkanaligen seismischen Einrichtung weist jeder Kanal einen Gleichstromsperrkondensator auf, der mit einem Anschluß eines normalerweise offenen Multiplexerschalters verbunden ist, während der andere Anschluß des Schalters mit der Muitiplexerausgangs-Vielfachleitung verbunden ist. Die Vielfachleitung ist an das SCAN angeschlossen, das eine Steuervorrichtung zum aufeinanderfolgenden Schließen der Multiplexerschaltung aufweist. Der Kondensator, dessen Schalter geschlossen worden ist, überträgt die unerwünschte Spannung über das SCAN an eine Auswertevorrichtung, beispielsweise einen Analog-Digital-Umwandler.

Im vorliegenden Fall ist der Sperrkondensator eines der Eingangskanäle zum Multiplexer geerdet, so daß dieser Kanal zu einem Meßkanal wird. Die unerwünschte Spannung, die an dem Kondensator im Meßkanal erzeugt wird, ist im wesentlichen die gleiche wie jene Störspannungen, die an den Kondensatoren in den die Signale aufnehmenden Multiplexerkanälen erzeugt werden, weil alle Kondensatoren und Schalter identisch sind. Eine Tastspeicherschaltung (S/H) bzw. Prüf- und Halteschaltung weist einen Serienkondensator auf, und ein normalerweise nicht geerdeter Umgehungsschalter ist zwischen den Ausgang des SCAN und den Eingang in den Analog-Digital-Umwandler geschaltet, der die Auswertvorrichtung darstellt. Die Ladung des Sperrkondensators im Meßkanal wird periodisch, nämlich während eines jeden Abtastzyklus des Multiplexers, auf den Serienkondensator in der S/W-Schaltung übertragen, jedoch mit entgegengesetzter Polarität und vorzugsweise gieicher Amplitude wie die Prüfspannung.

Mit der Erfindung wird eine Einrichtung zum Einleiten einer gewünschten Schaltfolge in wenigstens einer des Betriebs wird ein erstes Signal über die erste Verbindung auf die Vielzahl von Datenerfassungseinheiten übertragen. Ein zweites Signal wird über die zweite Verbindung nach einer bestimmten Zeitverzögerung im Anschluß an die Übertragung des ersten Signals übertragen. Das durch die /.weite Verbindung laufende Signal überholt das durch die erste Verbindung laufende Signal an der für einen Schaltvorgang ausgewählten speziellen Dalenerfassungseinheit. Wenn das gleichzeitigc Vorhandensein beider Signale an der ausgewählten Datenerfassungseinheil angezeigt wird, wird die^c gewünschte Schaltfolge eingeleitet. Das erste Signal"kann durch eine einer Vielzuhl von Eigenschaften oder Zuständen gekennzeichnet sein. Wenn der Zustand des ersten Signals identifiziert ist, wird ein gewünschter Schaitvorgang in allen Datenerfassungseinheiten nacheinander in Abhängigkeit von dem jeweiligen Zustand des ersten Signals einge leitet.

Dieses Merkmal bildet den Teil der Einrichtung zur Übertragung und selektiven Steuerung von im Submultiplexbetrieb behandelten seismischen Daten über eine Signalübertragungsverbindung zu einer gemeinsamen zentralen Station, die das Signalverarbeitungsgerät aufweist. Eine Vielzahl von Datenerfassungseinheiten ist mit dem zentralen Sij.nalverarbeitungsgerät über die Signalübertragungsverbindung gekoppelt. Die Datenerfassungseinheiten sind in gleichem Abstand voneinander in einer Gruppierung mit zunehmend größer werdenden Abständen län.gs der Übertragungsverbindung von der zentralen Station und dem Verarbeitungsgerät versetzt angeordnet. Die Signalübertragungsverbindung weist den Abfragekanal, den Steuerkanal und den Datenkanal auf. Die Signallaufzeit durch den Abfragekanal ist verschieden von der Laufzeit durch den Steuerkanal.

Jeder Datenerfassungseinheit ist die Vielzahl von Analogdaleneingangskianälen, der als Kanalauswählvorrichtung arbeitende Multiplexer, der Analog-Digital-Umwandler und das Speicherregister für die Ausgangssignale zugeordnet, wie weiter oben erwähnt und nachstehend im einzelnen beschrieben. Die Eingangssignale aus den Eingangskanälen werden im Multiplexbetrieb behandelt, in digitale Form umgewandelt und vorübergehend in dem Speicherregister für die Ausgangssignale gespeichert.

Das Ausgangssignal-Speicherregister einer jeden Datenerfassungseinheit, d. h. Sender-Empfängereinheit, ist mit der Aufzeichnuriigseinrichtung in dem zentralen Verarbeitungsgerät der zentralen Station über den Datenkanal der Signalübertragungsverbindung gekoppelt. Die Datenerfassungse:inheiten sind ferner mit einer Abfragesignaiprütschaitung und ersten und zweiten Signalkoinzidenzdeteluoren versehen.

Zu ausgewählten Abtastintervallen überträgt das

aus einer Vielzahl von Datenerfassungseinheiten, in der 55 Steuergerät ein Abfragesignal in sequentieller Folge Praxis den oben erwähnten Sender-Empfängereinhei- über den Abfragekanal an jede Datenerfassungseinheit ten, vorgeschlagen. Die Erfassungseinheiten sind in einem gewünschten Schema an Stellen entfernt von ei

nem zentralen Signalverarbeitungsgerät an der zentra-

der Reihe nach. Das Abfragesignal ist durch eine aus einer Vielzahl von Eigenschaften gekennzeichnet Wenn die die Signaleigenschaft identiHzierende Einrichtung len Station vorgesehen, die einen Steuersignalsender to auf ein Abfragesigna mit einer ersten Eigenschaft anaufweist Die Erfassungseinheiten sind im wesentlichen spricht wird der Multiplexer rückgesetzt Wenn die die in gleichem Abstand voneinander längs einer oder mehrerer Übertragungsverbindungen, die auch als Übertragungskanäle bezeichnet werden, angeordnet. Die Erfassungseinheiten sind an den Stcuersignalsender über b5
zwei Signalübertragungsverbindungen angeschlossen.
Die Laufzeit eines Signals durch die erste Verbindung

ist kürzer als die durch die zweite Verbindung. Während Signaleigenschaft identifizierende Einrichtung ein Signal mit einer zweiten Eigenschaft anzeigt wird der Multiplexer weitergeschaltet und gibt Daten aus dem Ausgangssignal-Speicherregister in den Datenkanal zur Übertragung auf die: Aufzeichnungseinrichtung. Zusätzlich empfängt regeneriert und überträgt jede gegebene Datenerfassungscinheit, d. h. Sender-Emofänzereinheit

Daten, die aus weiter entfernten tfinheiten ankommen.

Zu einem vorgewählten Zeitpunkt, der von der Zeit der Übertragung des Abfragesignals verschieden ist. kann ein Steuersignale über die Steuerleitung durch die Steuervorrichtung abertragen werden. Die vorgewählte Zeitdifferenz ist (n — 1) R, wobei π eine ganze Zahl ist, die den Rang der n-ten Datenerfassungseinheit darstellt und R ist die Signallaufzeitdifferenz des Signals durch die Abfrage- und Steuerkanäle zwischen zwei beliebigen Datenerfassungseinheiten.

Das Abfragesignal ist vorzugsweise ein Impuls vorgewählter Dauer, d. h. Breite. Die Eigenschaft oder der Zustand eines Abfragesignals, das als Steuerparameter in der beschriebenen Ausführungsform verwendet wird.

gen. Die gleichzeitige Ankunft eines Abfrageimpulses im ersten Zustand an einer ausgewählten Datenerfassungseinheit und eines verzögerten kurzen Steuerimpulses über den ersten Steuerkanal leitet eine zweite gewünschte Schaltfolge ein.

Weiterhin ist es mit einer vorteilhaften Ergänzung der Erfindung möglich, eine dritte gewünschte Schaltfolge in einer ausgewählten Datenerfassungseinheit durch die gleichzeitige Ankunft eines Abfrageimpulses im ersten

ίο Zustand über den Abfragekanal und eines verzögerten kurzen Steuerimpulses über die zweite der drei Steuerlcitungcn einzuleiten.

schmalerer Impuls als eine zweite Eigenschaft oder einen zweiten Zustand besitzend definiert wird. Die Breite des schmaleren impulses ist vorzugsweise etwa die

Zusätzlich kann eine vierte gewünschte Schaltfolge in einer ausgewählten Datenerfassungseinheit durch die ist die Breite des Impulses. Ein breiter Impuis wird als 15 gleichzeitige Ankunft eines Abfrageimpulses im ersten eine ersie Eigenschaft aufweisend definiert, während ein Zustand über den Abfragekanal und eines verzögerten

kurzen Steuerimpulses über die dritte der drei Steuerleitungen eingeleitet werden.

Zur sicheren Datenübertragung ist es günstig, wenn Hälfte der Breite eines breiteren Impulses. Die Breite 20 gemäß einer weiteren Ergänzung der Erfindung die Abeines breiteren Impulses beträgt vorzugsweise weniger frage- und Steuerimpulse wiederholt auf die Datenerals die Hälfte des vorgewählten Abtastintervalls. fassungseinheiten in kurzen Abtastintervallen geschal-

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung tet werden, die w sniger als eine Millisekunde betragen wird eine gewünschte Schaltfolge in den Bauteilen einer können. Die Breite des Steuerimpulses wird so eingegewünschten Untergruppe von aufeinanderfolgenden 25 stellt, daß die gewünschte Schaltfolge in wenigstens ei-Datenerfassungseinheiten eingeleitet; die Untergruppe nigen der Datenerfassungseinheiten wirksam wird. Beiwird dabei aus der Vielzahl von Datenerfassungscinhei- spielsweisc kann die Hälfte der Einheiten, die der zenten ausgewählt Die Untergruppe weist eine erste aus- tralcn Station am nächsten liegen, einschließlich der gewählte Einheit und eine letzte ausgewählte Einheit Verarbeitungseinheit aktiviert werden. Die Anzahl von auf. Ein Abfrageimpuls im ersten Zustand wird von dem jo Impulsübertragungen kann in der Größenordnung von zentralen Verarbeitungsgerät durch den Abfragekanal übertragen. Nach einer ausgewählten Zeitverzögerung wird ein langer Steuerimpuls über den Steuerkanal übertragen. Die Vorderflanke des langen Steuerimpulses überholt den Abfrageimpuls im ersten Zustand an der ersten ausgewählten Einheit und fängt ihn ab. Die Rückflanke des langen Steuerimpulses überholt den Abfrageimpuls und passiert vor dem Abfrageimpuls alle Einheiten über die letzte ausgewählte Einheit hinaus.

Die Länge des langen Steuerimpulses ist gleich einem 40 um einen Aufzeichnungszyklus zu vervollständigen. Die ersten integralen Vielfachen der Signallaufzeitdifferenz Abfrage- und Steuerimpulse werden wiederholt auf die durch die beiden Kanäle zwischen zwei beliebigen Da- Datenerfassungseinheiten in vorgewählten Abtastintertenerfassungseinheiten. Die gewünschte Schaltfolge vallcn übertragen, nachdem ein erster Aufzeichnungsiritt nur in den Einheiten auf, in denen die Abfrage- und Zyklus eingeleitet worden ist. Die Breite und die Dauer Steuerimpulse etwa gleichzeitig vorhanden sind. Das 45 der Übertragung des Steuerimpulses werden so einge-

500 bis 1000 solcher Übertragungen sein, die sich über eine Zeitperiode von V2 bis zu 1 Sekunde erstrecken. Im Anschluß daran wird die Breite des Steuerimpulses so eingestellt, daß die gewünschte Schaltfolge in allen Datcncrfassungseinheitcn wirksam gemacht wird. Gleich zeitig wird das Impulsübertragungswiedcrholintervall auf eine oder zwei oder mehr Millisekunden erhöht. Zusätzliche Impulsübertragungen können dann von 1000 bis 6000 oder mehr solcher Übertragungen sein.

erste ganzzahlige Vielfache ist gleich der Anzahl von Bauteilen vermindert um eins, die in einer Untergruppe vorhanden sind. Die ausgewählte Zeitverzögerung entspricht einem zweiten integralen Vielfachen der Signallaufzeitdifferenz zwischen zwei beliebigen Datenerfassungseinheiten, wobei das zweite Vielfache gleich der Anzahl von Einheiten ist, die zwischen der ersten ausgewählten Einheit und der zentralen Verarbeitungsvorrichtung liegen.

Nach einem weiteren Merkmal einer Ausführungsform der Erfindung sind drei parallele Steuerkanäle vorgesehen. Eine Majoritätswahlschaltung an jeder Datenerfassungseinheit ist mit den drei Steuerkanälen gekoppelt. Ein verzögerter langer Steuerimpuls wird über die drei Steuerkanäle parallel übertragen. Die gleichzeitige Aufnahme eines Abfrageimpulses im ersten Zustand an einer Datenerfassungseirheit über den Abfragekanal und ein langer Steuerimpuls über wenigstens zwei der drei Steuerkanäle leitet eine erste gewünschte Schaltfolge ein.

Nach einem weiteren Merkmal dieser Ausführungsform der Erfindung wird ein verzögerter kurzer Steuerimpuls über die erste der drei Steuerlcitungen übertra- stcllt, daß eine gewünschte Schaltfolgc in einer ersten Untergruppe von Datenerfassungseinheiten, die eine vorgewählte Anzahl von Bautcileeinheilen enthalten, wirksam gemacht wird. Nachdem der erste Aufzeich nungszyklus abgeschlossen worden ist, wird ein zweiter Aufzeichnungszyklus eingeleitet, und Breite und Dauer der Übertragung des Steuerimpulses werden so eingestellt, daß eine gewünschte Schaltfolge in einer zweiten Untergruppe von Datenerfassungseinheiten wirksam gemacht wird. Die vorstehend erwähnten Schritte können mehrmals wiederholt werden, so daß eine Vorrichtung erzielt wird, die eine gewünschte Schaltfolge in aufeinanderfolgenden Untergruppen von nachfolgenden Datenerfassungseinheiten wirksam gemacht wer-

M) den.

Es ist mit der Erfindung auch möglich, die Breite des Steuerimpulses für jeden Aufzeichnungszyklus konstant zu hüllen. Für jeden Aiifzeichnungszyklus wird die Zeitdauer der Übertragung des Steuerimpulses in bezug auf

b^r, die Übcrtragiingsdauer des Abfrageimpulses um ein anderes gunz/.ahliges Vielfaches der Signallaufzeitdiffcrenz, d. h. Verzögerung, zwischen zwei beliebigen Einheilen verzögert. Beispielsweise werden durch Vergrö-

ßerung der Verzögerung um ein Vielfaches einer Einheit nach jedem Aufzeichnungszyklus aufeinanderfolgende Untergruppen von Datenerfassungseinheiten nacheinander wirksam gemacht, wodurch die gewünschte, vorbeschriebene Anrollfähigkeit erreicht wird.

Durch Verwendung einer einzigen, zeitverzögcrtcn, zweistufigen, im Multiplexbetrieb geschalteten Fernmeßverbindung wird es nunmehr wirtschaftlich und praktisch möglich, eine im Prinzip unbegrenzte Anzahl von seismischen Sensoreinheiten zu verwenden. Die Verwendung einer einzigen Fernmeßverbindung reduziert die Zahl von erforderlichen Leitungen von seismischen Kabeln durch die zweifache Multiplexierung so weit daß es nunmehr möglich ist, 500 bis 1000 getrennte Daienkanäle zu verwenden.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Gesamtansicht einer Ausführungsform einer seismischen Einrichtung, die im Wasser betrieben wird und die hinter einem Fahrzeug hergeschleppt wird;

Fig.2a bis 2d Querschnittsansichten eines Schnitts durch das seismische Kabel nach Fig. 1;

Fig.3a bis 3d Querschnittsansichten eines Verbinderbausteins mit Sender/Empfänger als Teil des seismischen Kabels nach F i g. 1;

Fig.4 ein Stromkreisdiagramm der Energiespeiseverbindungen für die Sender/Empfänger;

F i g. 5 ein schematisches Stromkreisdiagramm einer Sender/Empfängereinheit;

F i g. 6 eine schematische Darstellung der Majoritätswähl- und Fehleranzeigeschaltungen;

F i g. 7a eine schematische Darstellung eines Druckwandlers;

Fig.7b die elektrischen Verbindungen der Hilfskanäle;

F i g. 8a eine Schnittansicht eines Endabschnitts; Fig.8b eine schematische Darstellung der elektrischen Verbindungen im Endabschnitt;

Fig.9 eine Querschnittsansicht des Einführkabelabschnitts;

Fig. 10 ein Zeitdiagramm, das eine Art eines sclbsttaktenden Kodes für die Übertragung von Datenwörtern darstellt;

F i g. 11 ein Zeitdiagramm für einen Abtastzyklus; Fig. 12 ein Zeitdiagramm, das die Folge von Abfragesignal- und Datensignalübertragung in bezug auf zwei Kabelabschnitte wiedergibt;

F i g. 13 ein Zeitdiagramm, das die Aktivierung dreier aufeinanderfolgender Sender-Empfängereinheiten, jedoch keiner anderen Einheit verdeutlicht;

Fig. 14 ein schematisches Blockschaltbild einer typischen Filterschaltung für ein seismisches Analog-Digital-Signalverarbeitungssystem;

Fi g. 15 eine schematische Darstellung einer Ausführung eines kommutierten Hochpaßfilters;

Fig. 16 eine schematische Darstellung einer Analog-Digital-Umwandlereinrichtung, bei der das kommutierte Filier nach Fig. 15 verwendet wird;

Fig. 17 ein schematisches Blockschaltbild eines seismischen Datenverarbeitungssystems;

!•'ig. 18 eine schematische Darstellung der Kleklronik,die in der Sender-Empfiingercinheit enthalten ist;

Fig. 19 eine detaillierte schematische Darstellung des Wicderholnetzwcrks in der Sender-Empfängereinheit nach Fig. 18;

F i g. 20 Zettdiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise des Systems nach F i g. 17;

Fig.21 eine schematische Darstellung einer Gruppenformeinrichtung, wie sie in der zentralen Station des Systems enthalten ist;

Fig.22 Modifikationen der Form unterschiedlicher Impulskodes;

F i g. 23 ein Diagramm eines meeresseismischen Explorationssystems;

ίο Fig.24 und 25 Diagramme über das Ansprechen einer seismischen Kabelgruppe bei verschiedenen Frequenzen als Funktion des Einfallens oder der Neigung der unterirdischen Schichten, von welchen Signale reflektiert werden;

Fig.26 ein Diagramm, das die Konfiguration einer typischen seismischen Gruppierung angibt;

F i g. 27 ein Diagramm, das eine verjüngte Gruppierung darstellt;

Fig.28 eine graphische Darstellung des quadratisehen Mittelwerts der Geschwindigkeit der reflektier ten seismischen Wellen als Funktion der Laufzeit dieser Wellen;

F i g. 29 ein vereinfachtes Diagramm, das bei der Berechnung der Verzögerung an benachbarten Sensoreinheilen verwendet wird, die eine aus mehreren Einheiten bestehende seismische Gruppierung bilden;

Fig.30 das Ansprechen der seismischen Gruppierung als Funktion eines Neigungswinkels;

Fig.31 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der großangelegten seismischen Datenverarbeitungseinrichtung;

F i g. 32 ein Blockschaltbild der Kabelelektronik und der seismischen Sensoreinheiten;

F i g. 33 ein detailliertes Blockschaltbild einer Gruppierungsformeinrichtung, die einen Teil der Schaltung nach Fig.31 darstellt;

Fig. 34 ein Gesamtblockschaltbild der speziellen Datenverarbeitungseinrichtung, die bei der Ausführung der Strahllenkgruppierungsformeinrichtung verwendet wird;

F i g. 35 ein Diagramm, das die Formation von Gruppierungen in der Strahllenkvorrichtung nach den Fig. 31 und 34 zeigt;

F i g. 36 ein vereinfachtes Blockschaltbild, das ein typisches Digital-Analog-Umwandlungssystem darstellt;

F i g. 37 ein vereinfachtes schematisches Blockschaltbild einer solchen Einrichtung;

F i g. 38 ein Diagramm einer modifizierten Schaltung, die der nach F i g. 37 entspricht, bei der das Filter nach so Fig. 16 jedoch in die Eingangskanäle eingesetzt ist;

F i g. 39 ein Blockschaltbild eines Binärverstärkungssystems mit veränderlichem Verstärkungsfaktor;

F i g. 40 ein schematisches Diagramm einer Verstärkerstufc des Systems nach F i g. 39 mit Geräuschlöscheinrichtung;

F i g. 41 und 42 schematische Darstellungen des Prinzips der Löschung des Geräusches, wie es bei der Schaltung nach F i g. 40 verwendet wird;

Fig.43 eine stark vereinfachte, schematische Darbo stellung des mehrkanaligen seismischen Datenverarbeitungssystems;

Fig.44 ein Blockschaltbild der Signalkonditionierlogik, die in jeder Sender-Empfängereinheit enthalten ist; Fig.45 ein Schaltdiagramm der Signaleigenschaftsb^r> Identifizicreinrichtung und der ersten und zweiten Signalkoinzidenz-Dctektoren in einer Sender-Empfängereinheit;

Fig.46 eine Schaltanordnung zur Verzögerung der

Übertragung eines Steuersignals im Anschluß an die Übertragung eines Abfragesignals sowie um dem Steuersignal eine Zeitverschiebung zu erteilen;

Fig.47 eine Erweiterung der Darstellung nach F i g. 43, wobei sieben Datenerfassungseinheiten gezeigt sind, von denen drei aufeinanderfolgende Einheiten aktiviert werden, sowie ein Zeitdiagramm, das die zeitlichen Beziehungen der Steuer- und Abfrageimpulse in bezug auf die Sender-Empfängereinheiten darstellt; und

F i g. 48 eine abgeänderte Ausführungsform der Steuer- und Abfrageschaltung nach F i g. 45.

Nach Fig. 1 schleppt ein Schiff 10 eine seismische Sensorkabelanordnung 12 durch Wasser 14. Die seismische Sensorkabelanordnung 12 ist mit einem elastischen Stoßdämpferabschnitt 16 und einem Einführabschnitt 17 verbunden. Das ablaufende Ende der Kabelanordnung 12 ist mii einem kurzen Endabschnitt 18 versehen. Die Kabelanordnung 12 ist in einzelne aktive Kabelabschnitte 20 unterteilt, deren jedes 60 m lang ist. jeder Verbinderbaustein 13, der eine Elektronikbaugruppe enthält, die als Sender-Empfängereinheit bezeichnet ist, verbindet aktive Kabelabschnitte 20 miteinander sowohl elektrisch als auch mechanisch. Eine typische seismische Sensorkabelanordnung 12 besteht aus 50 oder mehr aktiven Abschnitten 20 und kann eine Gesamtlänge von 3000 m oder mehr aufweisen. Jeder Kabelabschnitt kann zehn elementare Sensoreinheiten 21 enthalten, von denen jeder einen einzelnen Kanal darstellt. Die gesamte Kabelanordnung 12 erzeugt deshalb Ausgangssignale aus 500 einzelnen Kanälen. Die Sensoren können Hydrophone sein, wenn die dargestellte Ausführungsform ein meeresseismisches Kabel ist.

Die Signalausgänge aus den elementaren Sensoreinheiten 21 sind mit einer der Sender-Empfängereinheiten gekoppelt, die die Signale auf eine zentrale Station 2 auf dem Schiff 10 aberträgt Die zentrale Station 2 enthält eine Steuerschaltung 4 zur Übertragung von Abfrage-, Befehls-, Leistungs- und Prüfsignalen sowie eine Einrichtung 6 zur Aufnahme und Aufzeichnung digitaler Datenwörter aus einer Datenübertragungsverbindung im Kabel.

Wenn das Schiff die Kabelanordnung 12 durch das Wasser schleppt, erzeugt eine seismische Schallquelle 19, z. B. eine Druckluftimpulsquelle (Luftkanonc) oder eine Gasexplosionseinrichtung, in Intervallen seismische Wellen im Wasser. Diese Wellen schreiten nach unten durch das Wasser 14, z. B. längs des Strahlpfades 15 fort und treffen auf die Wasserbodenoberfläche 22, wo sie in Richtung des Pfades 23 aufgrund der unterschiedlichen Geschwindigkeiten zwischen Wasser 14 und Erdschicht 24 gebrochen werden. Bei der Durchdringung des Erdbodens setzen die akustischen Wellen ihren Weg längs des gebrochenen Strahlpfades 23 fort und werden von einer unterirdischen Schicht 26 reflektiert. Die reflektierten Wellen kehren längs des Strahlpfades 28 zur Bodenfläche 22 des Wassers zurück und setzen von dort ihren Weg nach oben längs des Strahlpfades 30 fort. Die reflektierten Wellen werden durch Sensoreinheiten 21 erfaßt, die die reflektierten akustischen Wellen in elektrische Signale umwandeln. Die akustischen Wellen nehmen auch andere Strahlpfade, z. B. 31 —32—34—36, wo sie durch Sensoreinheiten, /.. B. 2Γ, erfaßt werden, die weiter von dem Schiff 10 entfernt sind als die Sensoreinheit 21. Obgleich ähnliche Strahlpfade zwischen der Schallquelle 19 und jeder der 500 elementaren seismischen Sensoreinheiten in der seismischen Kabelanordnung 12 vorhanden sind, sind nur zwei solcher Pfade aus Gründen der Übersichtlichkeil dargestellt.

Fig.2a zeigt eine schematische Längsschnittansicht des führenden Endes eines aktiven seismischen Kabelabschnitts 20. Aus Gründen der zeichnerischen Darstellung sind die Längsdimensionen wesentlich verkürzt worden. Der Abschnitt besteht aus einer äußeren Kunststoffhaut 40, drei Zugbelastungsbauteilen 42, 43 aus Stahl (das dritte Bauteil ist nicht dargestellt), einer Vielzahl von Stirnwandabstandshaltern 44 und einem

ίο Endabstandshalter 46 an jedem Ende des Abschnitts. Die Kunststoffhaut 40 besitzt einen Innendurchmesser von 7 cm und eine Wanddicke von 0,475 cm. Die Stirnwandabstandshalter 44 sind in Abständen von 60 cm innerhalb der Kunststoffhaut 40 zur inneren Abstützung vorgesehen. Jeder Stirnwandabstandshalter 44 weist drei Löcher 48,48', 48" <F i g. 2b) zum Hindurchführen der Belastungsbauteile sowie ein zentrales Loch 50 zum Hindurchführen des Verbindungsleitungskabelbündels 52 auf. Die Haut ist mit der Abschiußstirnwand 46 über Stahlbänder 54,56 festgelegt. Die gesamte Haut ist mit leichtem Kerosin gefüllt, das einen neutralen Auftrieb in Wasser ergibt.

Eine Vielzahl von Sensoren 23, z. B. Hydrophone, sind in Absländen von jeweils 2 m innerhalb des Kabelab-

2^r> Schnitts 20 angeordnet. Jeder Sensor ist zwischen zwei in engem Abstand versetzten Stirnwänden 44 mittels Verbindungsgliedern herkömmlicher Art abgestützt. Jeder Kabelabschnitt weist mindestens 30 seismische Sensoren 23 auf. Bei einer Anordnung sind drei Sensoren 23 durch lokale Datenleitungen 58, 60 parallel geschaltet, so daß sie ein einziges Instrument und damit eine elementare seismische Sensoreinheit 21 bilden. Da die Sensoren 2 m voneinander versetzt sind, beträgt die Länge der elementaren Sensoreinheit 4 m und die Trennung zwischen Gruppenmitten beträgt 6 m. Die lokalen Datenlcitungen 58,50 sind an Kabelbündel 52 angeschlossen und führen die Signale der Sensoreinheiten an entsprechende Stifte eines Vielleiter-Verbindungssteckers 62. Bei dieser Anordnung speist jede elementare seismi-

4i> sehe Sensoreinheit aus drei Sensoren Signale in einen einzigen, gemeinsamen Datcnkanal. Die Parallelverbindung bewirkt, daß die elektrischen Ausgängen der einzelnen Sensoren 23 algebraisch summiert werden. Die Summierung der Signale führt zur Verstärkung

4^r> gewünschter, systematischer, reflektierter Signale und zur Unterdrückung unerwünschter, willkürlicher Geräuschsignale, vorausgesetzt, daß die seismische WeI-lcnfront etwa parallel zur Ebene der Gruppierung verläuft. In diesem Idealfall »sehen« alle Sensoren 23 in den

w elementaren Sensoreinheiten 21 oder 2V (Fig. 1) die Wellcnfront und nehmen die seismischen Wellen in Phase auf. Der Winkel wird mit zunehmendem Abstand von der Quelle größer. Zusätzlich hängt der Strahlpfadwinkel von der Neigung der Bodenfläche 22 im Wasser, der reflektierenden Grenzfläche 26 und vielen anderen Faktoren ab.

Eine Wellenfront, z. B. 35, die ein Wellenberg sein kann, schreitet so fort, daß ihre Verlängerung senkrecht zu den Strahlpfaden 30,36 bleibt. Wenn der Wellenberg 35 über die Kabelanordnung 12 streicht, wird er zuerst von der Sensoreinheit 21 festgestellt, und etwas später von der Sensoreinheit 21'. In dem Augenblick, in dem der Wellenberg 35 auf die Scnsorcinhcit 21 auftrifft, ist es möglich, daß das Wellental einer vorausgehenden

h^r> Welle noch von einer Scnsorcinhcit 21' abgetastet wird. Wenn alle Sensoren zwischen 21 und 21' miteinander in einer langen Gruppe verbunden wären, wurden Signale aus den Scnsorausgängcn einander schwächen anstalt

verstärken. Es ist daher erwünscht, daß die Länge einer individuellen elementaren Sensoreinheit kurz im Vergleich zu der Weilenlänge des seismischen Signals mit der höchsten interessierenden Frequenz isi.

Die Wellenlänge einer seismischen Welle, wie sie von einer Gruppe von seismischen Sensoren aufgenommen wird, die elektrisch miteinander verbunden sind, hängt in komplizierter Weise von dem Neigungswinkel und der Tiefe der unterirdischen Erdschichten, der Geschwindigkeit der seismischen Welle, dem Abstand zwischen der akustischen Quelle und den Sensoren und vielen anderen Faktoren ab. Nachstehend wird eine Gruppe von elektrisch miteinander verbundenen seismischen Sensoren betrachtet, die an oder in der Nähe der Wasseroberfläche angeordnet sind. Die Gruppe hat eine Länge X. Wenn eine horizontal wandernde Welle (Einfallwinkel = 90°) am einen Ende der Gruppe einfällt, ist die Zeitdauer T, die die Welle benötigt, um die Gruppe zu durchqueren

T= X/V

wobei V die akustische Geschwindigkeit in dem Ausbreitmedium ist. Bei einer Geschwindigkeit in Wasser von 1500 m/sec und einer Gruppenlänge von 69 m der bekannten Art ist die Laufzeit für die Welle 0,046 see. Für ein additives Ansprechen in Längsrichtung der Sensorgruppe soll die Gruppenlänge kleiner als'/« Wellenlänge sein. Die Laufzeit einer Welle beträgt somit 0,046 ■ 4 oder etwa 0,184 see. Diese Periode entspricht einer Grenzfrequenz von etwa 6 Hz. Wellen, die am Ende der Gruppe einfallen und Frequenzen besitzen, die wesentlich größer als die 6-Hz-Grenzfrequenz sind, tendieren dazu, daß sie stark gedämpft werden.

Bei dem dargestellten System beträgt die Länge einer elementaren Sensoreinheit 4 m. Die Laufzeit für eine Welle beträgt 0,0026 see. Die Frequenz entsprechend einer viertel Wellenlänge beträgt

/= 1/(0,0026· 4) = 96,1 Hz.

Durch Verwendung einer kurzen elementaren seismischen Sensoreinheit oder -gruppe ist die obere Grenzfrequenz wesentlich erweitert worden. Nimmt man einen Einfallwinkel von 30" für ein weitwinkliges, seichtes Reflexionssignal an, das im Bereich des lindes der Kabelanordnung aufgenommen wird, so wird die obere Grenzfrequenz angehoben auf

f= 96,1/sin 30° = 192,2Hz.

Zusätzlich zu den seismischen Sensoren 23 sind nach Fig.2a Hilfssensoren, z.B. Druckwandler 64, Verlustanzeigeleiter 66, 68 und eine Wasserbruchanzeigevorrichtung 72 im Kabelabschnitt 20 in der Nähe des führenden Endes vorgesehen. Elektrische Verbindungen aus den zusätzlichen Sensoren sind an das Kabclbündel 52 angeschlossen und übertragen Sensorausgangssignale auf entsprechende Stifte eines Verbindungssteckers 62. Bei einem typischen Kabelabschnitt 20 sind z. B. zehn Datenkanälc und drei Hilfskanäle vorhanden.

Fig. 2c ist eine Querschnittsansicht des Kabclabschnitts längs der Linie 2c-c und zeigt die Konfiguralion der seismischen und zusätzlichen Sensoren innerhalb der Außenschicht 40. Die Bezugs/eichen in F i g. 2c entsprechen gleichen Bezugszeichen in F i g. 2a. l· i g. 2d ist ein Querschnitt durch eine Stirnwand 44 längs der I .inie 2cl-d nach Fig. 2 und zeig' Löcher 48 für das Belastungsbauteil 42 und eine öffnung 50 für das Kabelbündel 52.

Die Kabclabschnitte sind miteinander wie in Fig.3a gezeigt verbunden. Bei dieser D?rstellung sind die Enden benachbarter Kabelabschnitte symmetrisch, so daß nur ein Ende im einzelnen beschrieben wird Die Belastungsbauteile 42 und 43 erstrecken sich durch eine Endstirnwand 46 und sind durch an sich bekannte Zughaken 45, 47 oder dergleichen abgeschlossen. Das Kabelbündel 52, das sich durch eine zentrische öffnung in der Endstirnwand 46 erstreckt, endet an einem Verbindungsstecker 62.

Ein Verbinderbaustein 13 ist zwischen benachbarten Abschnitten 20 vorgesehen. Jeder Verbinderbaustein 13 enthält eine Sender-Empfängereinheit, deren Zweck darin besteht, Analogsignale aus seismischen Sensoreinheiten und Hilfssensoren aufzunehmen, die Signale digital darzustellen und die digitalen Daten auf das Schiff 10 über eine Datenübertragungsverbindung in dem Kabelbündel 52 zu übertragen. Der Verbinderbaustein 13 weist einen Stirnwandverbinder 76 an jedem Ende auf, der mit einem Verbindungsstecker 62 zusammenpaßt. Die zusammenpassenden Verbindungsstecker ermöglichen eine Kopplung der Sensoreinheiten mit der inneren Sender-Empfängereinheit und stellen eine Vorrichtung zur Kopplung der Sender-Empfängereinheiten in Reihe mit der Übertragungsverbindung, dem Abfrageglicd, den Energie- und Prüfsignalkanälen in dem Verbindungskabclbündel 52 dar. Kurze Belastungsbauteile 78, 80 (ein drittes entsprechendes Bauteil ist nicht gezeigt), die durch Zughaken 82, 84 abgeschlossen sind, welche mit den Zughaken 45,47 zusammenpassen, sind mit dem Verbinderbaustein 13 durch Stahlklammern 86, 88 festgelegt. Das Gehäuse 75 des Verbinderbausteins 13 und die Stirnwandverbinder 76 sind so ausgelegt, daß sie einen Umgebungsdruck von bis zu 140 kg/cm² aushalten. Die äußeren Dimensionen betragen 6,25 cm · 35 cm.
Wenn zwei Kabelabschnitte 20, 20' miteinander verbundcn werden sollen, werden die Zughaken 45 und 47 der Belastungsbauteile 42,43 mit den zusammengehörigen Zughaken 82,84 der kurzen Belastungsbauteile 78, 80 über Bolzen 90,92 verbunden. Ein Verbindungsstekker 62 ist jedem Stirnwandverbinder 76 an jedem Ende des Verbinderbausteins 13 zugeordnet. Eine Kunststoffstulpe 94 mit einem Innendurchmesser, der etwas größer ist als der äußere Durchmesser der Außenschicht 40, wird über die Endstirnwände 46 gestreift. Die Stulpe 94 ist mit den Endstirnwänden 46 durch Stahlbänder 96,98 festgelegt. Das Innere der Stulpe 94 kann mit leichtem Kerosin (zur Erzielung eines Auftriebs) gefüllt sein. Eine bessere Schwimmfähigkeit in Wasser labt sich durch syntaktischen Schaum erreichen.

Der Verbinderbaustein 13 ist im Teilquerschnitt in Fig. 3b gezeigt. Jedes Ende des zylindrischen Gehäuses 75 des Verbinderbausteins 13 (F i g. 13b) ist durch einen Siirnwandverbinder 76 abgeschlossen, der in einer Aussparung 100 gleitet, die in das Ende des Gehäuses 75 eingearbeitet ist. O-Ringe 102, 104 bilden eine Strö-

«) mungsmittelabdichtung um den Verbinder. Der Stirnwandverbinder 76 wird durch einen Schnappring 106 an Ort 'ind Stelle festgelegt.

Der Verbinderbaustein 13 ist im Querschnitt längs der Linie 3c-c in Fig. 3c und längs der Linie Zd-d in

b5 F i g. 3d dargestellt. Die Elektronik der Sender-Empfängereinheit, die in dem Empfängerbaustein 13 enthalten ist (nachstehend im einzelnen beschrieben), ist auf drei gedruckten Schaltplatten 108,110.112iFie.3a und M\

befestigt. Die drei Platten, die die Sender-Empfängereinheit 111 darstellen, sind in Form eines dreieckförmigen Prismas ausgebildet. Sie sind so ausgelegt, daß sie in das Gehäuse 75 einsetzbar sind. Vor dem Einsetzen wird das Innere des Gehäuses 75 mit einer dünnen Glasfaserschicht (nicht dargestellt), ausgelegt, damit die Elektronik gegen die Metallwand isoliert ist. Der Verbinderbaustein 13 wird nach dem Zusammenbau mit Mineralöl bekannter Art gefüllt, das den elektronischen Bauelementen nicht schadet. Dies ergibt eine gute Wärmeleitung und verhindert das Eindringen von Wasser.

Bei rauhem Wetter auf See unterliegt das Schleppfahrzeug 10(Fig. 1) unvorhersehbaren Beschleunigungen um die Stampf-, Roll- und Gierachse. Damit solche Beschleunigungen nicht auf die seismische Sensorkabeianordnung 12 übertragen werden, sind ein oder mehrere elastische Kabelabschnitte 16 zwischen den Einführabschnitt 17 und das Kabel 12 eingeschaltet. Die elastischen Kabelabschnitte sind im Aufbau ähnlich einem aktiven Kabelabschnitt, mit der Ausnahme, daß keine seismischen oder Hilfssensoren darin enthalten sind. Anstelle der Stahlbelastungsbauteilc werden Seile aus Nylon oder anderem elastischem Material verwendet. Ein Kabelbündel, das dem Kabelbündel 52 nach F i g. 2a entspricht, ist durch die Mittenöffnungen 50 der Stirnwände 41 geführt. Im Kabelbündel 52 ist ein ausreichender Durchgang vorgesehen, damit der Abschnitt sich bis um 50% seiner entspannten Länge strecken kann. Bei einer Ausführungsform werden zwei solche Streckabschnitte verwendet. Ein Verbinderbauteil ist zwischen das führende Ende des ersten aktiven Abschnitts und das ablaufende Ende des zweiten ablaufenden elastischen Abschnitts eingesetzt. Ein zweiter Verbinderbaustein 13' ist zwischen das ablaufende Ende des Einführkabelabschnitts 17 und das führende Ende des führenden Streckenabschnitts eingesetzt

Das Kabelbündel 52 in jedem Kabelabschnitt 20 enthält zwei Sätze von Leitern. Ein Satz von lokalen Datenleitern, z. B. 58,60 überträgt Analogsignale aus den elementaren seismischen Sensoreinheiten 21 und den Hilfssensoren innerhalb jedes Kabelabschnitts auf die Sender-Empfängereinheit innerhalb eines benachbarten Verbinderbausteins 13. Die lokalen Leiter sind Koaxialkabel. Der andere Satz von Kabeln sind Durchführungs-Fernleitungen zur Übertragung von Abfrage-, Befehlsund Steuersignalen von dem Schiff 10 auf jeden Sender/ Empfänger 111 in einem Verbinderbaustein 13 und zur Übertragung von Datensignalen aus jeder Sender-Empfängereinheit 111 zurück zum Schiff 10. Die Fernleitungen weisen eine Datenübertragungsverbindung, ein Abfrägcverbiiidungssiück, zwei Befehisverbindungsstücke, zwei Prüfleitungen und eine Energieübertragungsleitung auf. Mit Hilfe der Streckverbindungen am Steckerbaustein 13 erstrecken sich die Fernleitungen über die gesamte Länge der Kabelanordnung 12.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Breitbanddatenübertragungsverbindung aus drei Koaxialkabeln. Koaxialkabel sind erforderlich, um die Übertragungsgeschwindigkeit von 20 Megabit pro Sekunde aufzunehmen (40 MHz für ein Wort, das nur aus EINSEN besteht). Es werden drei Kabel anstatt eines aus Redundanzgründen verwendet. Wenn ein Kabel ausfällt, stehen zwei weitere für den Betrieb zur Verfugung.

Das Abfrageverbindungsstück besteht aus drei redundanten Übertragungsleitungen mit verdrillten Leiterpaaren. Verdrillte Leiterpaare sind für diese und alle übrigen Signalübertragungsleitungen zulässig, weil die Übertragungsgeschwindigkeit der Abfrageimpulse verhältnismäßig gering ist, und zwar im kHz-Bereich liegt. Die beiden Befehlsverbindungsstücke mit verdrillten Leilcrpaaren übertragen die Steuersignale. Die Prüfuncl Prüf-Steuerleitungen sind verdrillte Leiterpaare, ^r, durch die ein Prüfsignal und ein Prüf-Steuer-Impuls übertragen werden.

Die Energieübertragungsleitung besteht aus zwei verdrillen Paaren eines Drahtes, die parallel geschaltet sind. Über diese Leitung wird Wechselstromenergie

ίο übertragen, um die Energieeinspeisungen für die Sendcr-Empfängereinheiten zu erregen, die in jedem der Verbinderbausteine 13 vorhanden sind.

Ein Blockdiagramm einer Sender-Empfängereinheit 111, die auf gedruckten Schaltplatten 108, 110, 112 (Fig. 3d) eines Verbinderbausteins Ϊ3 befestigt ist, ist in F i g. 5 gezeigt. Die wesentlichen Bestandteile sind ein Wicderholernetzwerk 114, ein Abfragenetzwerk 116, ein Bcfchlsnetzwerk 118, Vorverstärker 120, ein Multiplexer 122, den Verstärkungsgrad bestimmende Verstärker 124, ein Analog-Digital-Umwandler(Digitaldarstellcinrichtung) 126, ein Koderegister und ein Kodeumwandlcr 128, ein Fehlerdetektor 130, ein Steuernetzwerk 132, eine Energiespeisequelle 134, ein Treiber 136 einer Prüfschaltung und ein Prüf-Steuerreiais 138. Die Sender-Empfänger-Stromkreiselemente werden weiter unten im einzelnen erläutert. Die Funktionen der Sender-Empfängereinheit 111 sind in Blockdarstellung in Fig. 5 zum besseren Verständnis der Arbeitsweise schematisch dargestellt.

Das Wiederholernetzwerk 114 überträgt ein lokales, selbsttaktcndes, phasenkodiertes Datenwort in die zentrale Station 2 (F i g. 1) über die Datenübertragungsverbindung Di, D 2, D3 und empfängt, regeneriert und überträgt im Anschluß daran selbsttaktende, phasenkodierte Datenwörter aus den abwärts verbundenen Sender-Empfängereinheiten. Diese Funktionen werden in Abhängigkeit von einem ersten Abfrageimpuls eingeleitet und abgeschlossen, bevor ein zweiter Abfrageimpuls ankommt. Auf Befehl oder im Falle eines Energieausfalls in einer Sender-Empfängereinheit kann der Empfänger in Nebenschluß umgangen werden, wie weiter unten noch ausgeführt wird.

Das Abfragenetzwerk 116 empfängt, puffert und überträgt Abfrageimpulse über das dreifach redundante Abfrageverbindungsstück /PI, IP2, IP3. In dieser Einheit wird der Abfrageimpuls durch eine Impulsbreitenidentifizierschaltung identifiziert, da er entweder ein breiter Impuls 51 oder ein schmaler Impuls S2 ist. Der S 1-lmpuls ist 1500 Nanosekunden breit; der S2-Impuls ist 600 Nanosekunden breit. Das Abfragenetzwerk 116 weist eine Verzögerungsleitung in Serie mit dem Abfrageverbindungsstück auf. Die Verzögerung beträgt 600 Nanosekunden. Die Verzögerungsleitung wird so angezapft, daß kleine Einstellungen vorgenommen werden können, um geringe Unterschiede in den Signallaufzeiten durch das Abfrageverbindungsstück zu kompensieren.

Das Befehlsnetzwerk 118 nimmt die beiden Befehlssignale DATEN (Daten wirksam machen) und DA-

bo TA BYPASS auf, puffert und überträgt sie auf die abwärts verbundenen Sender/Empfänger. Die gleichzeitige Ankunft eines 51-Abfragcimpulses und eines DA-r>4-i?Y7M5S-Impulses an einer ausgewählten Sender-Empfängereinheit bewirkt, daß phasenkodierte Wörter um das entsprechende Wiederholernetzwerk 114 durch eine Bypass-Schaltung herumgeführt werden, wie weiter unten noch beschrieben wird. Mit DA TEN ist ein Impuls bezeichnet, dessen Breite durch Vielfache der

Vcr/.ögerungs/.eil eingestellt wird, auf die in das Abfragenetzwerk 116 einstellbar ist. Die Sendcr-Einpfängereinheiten in einem oder mehreren aneinandergrcnzendcn Kabelabschnitten werden nur durch das gleichzeitige Vorhandensein eines £>/4T£W-lmpulses und eines 51 -Abfrageimpulses aktiviert, die beide unterschiedliche .Signalimpulse sind.

Das Abfragenetzwerk 116, das Befehlsnctzwcik 118 und das Wiederholernetzwerk 114 sind mit Energieausfall-Nebenschlußleitungen versehen, die durch Relais betätigt werden, wie weiter unten beschrieben wird. Im Falle eines Energieausfalls werden die Relais unwirksam geschaltet, so daß einkommende phasenkodierte Wörter und Abfrage- und Befehlsimpulse um den schadhaften Sender/Empfänger herum geleitet werden.

Analoge Daten werden von den elementaren seismischen Sensoreinheiten 21 über lokale Koxialkabel 58,60 durch Verstärker 120 und Filter hindurch auf die Eingänge des Multiplexers 122 übertragen. Beim Ansprechen auf einen 51-lmpuls, der durch das Abfragenetzwerk 116 aufgenommen und angezeigt wird, setzt das Steuernetzwerk 132 den Multiplexer 122 auf Kanal Nr. 0. In Abhängigkeit von den Vorderflanken einer Reihe von S2-Impulsen wird der Multiplexer über einen normalen Abtastzyklus sequentiell aufgetastet, damit er die Eingangskanäie einen nach dem anderen abfragt. Bei dieser Ausführungsform sind 14 Eingangskanäle vorhanden. Kanal Nr. 0 ist ein Blind- oder Pseudokanal. Analoge seismische Datensignale werden über die Kanäle Nr. 1 bis 10 übertragen. Analogsignale aus Hilfssensoren werden durch die Kanäle Nr. 11 bis 13 übertragen.

Wenn der Multiplexer 122 auf den Kanal Nr. 0 rückgesetzt wird, werden bestimmte sogenannte organisatorische Operationen und Testfunktionen durchgeführt: Die die Verstärkung bestimmenden Verstärker 124 sind auf den Verstärkungsgrad 1 eingestellt, während die Gleichstromabweichung am Multiplexer und an den Verstärkereingängen automatisch kompensiert wird. Zu diesem Zeitpunkt ergibt eine Fehleranzeigeschallung, die weiter unten beschrieben wird, ein Warnzeichen, wenn eine oder mehrere der drei redundanten Datenübertragungsleitungen schadhaft sind.

Da jeder der Kanäle Nr. 1 bis 13 abgefragt wird, wird auch das getastete Analogdatensignal über den den Verstärkungsgrad bestimmenden Verstärker 124 angehoben. Wie bekannt, haben seismische Signale einen weiten dynamischen Bereich von bis zu 120 db (1 Million : 1). Die Signalverstärkungskonditionierung umfaßt das Komprimieren des dynamischen Bereichs der seismischen Signale, um den Bereich in den Grenzen des Anaiog-Digiiai-Urriwandlefs zu nahen. Das entsprechend dem Verstärkungsfaktor eingestellte Signal wird durch den Analog-Digital-Umsetzer 126 in eine Binärzahl umgewandelt, die den Vorzeichen- und Mantissenteil einer Zahl mit gleitendem Komma bildet. Die Verstärkungszustände des den Verstärkungsfaktor bestimmenden Verstärkers 124 sind als Vier-Bit-Code codiert. Dieser Vier-Bit-Code wird hinsichtlich des Mantissenteils im Ausgangsregister 128 kombiniert, so daß eine Gleitkommazahl mit 10 bis 16 Bit Auflösung entsteht Diese Gleitkommazahl stellt den Amplitudenpegel des seismischen Datensignals zum Zeitpunkt der Abtastung bzw. Prüfung dar. Vier zusätzliche Bits einschließlich eines Paritätsbits können dem Datenwort als eine Präambel hinzugefügt werden, damit eine einwandfreie Identifizierung des Beginns der phasenkodierten Wörter möglich ist

Die 20 Hiis, die das Datenwort darstellen, sind in einem beliebigen, zweckmäßigen, selbsttaktenden Code codiert und werden im Rückkehr-zu-Null-Modus (RZ) über eine Breitbandfernmcßverbindung im direkten Di-

■> gitaldatenübcrtragungsmodus übertragen. Bei einer Ausführungsform wird ein selbsttaktender Code, z. B. der unter der Bezeichnung Zweiphasen M bekannte Code, verwendet. Ein Beispiel für ein codiertes Datenwort ist in Fig. 10 dargestellt. Selbsttaktende Codes, wie die

ίο hier dargestellten, sind in »The Interface Handbook« von Kenneth M. True, veröffentlicht von Fairchild Instruments Co., 464 Ellis Street Mountain View, Kalifornien, auf den Seiten 4 bis 18 beschrieben. In dieser Veröffentlichung sind Schaltungen, die solche Codes realisieren, erörtert. Das Fehlen von Daten wird durch einen logischen Pegel von Null dargestellt 50 Nanosekunden vor dem ersten Datenbit fällt der logische Pegel auf —5 V, so daß das erste Datenbit ein nach positiv gehender Impuls sein muß. Jedes Datenbit nimmt eine Stellzeit von 50 Nanosekunden ein. Eine binäre »1« wird durch eine Polaritätsumkehr in der Mitte einer Stellzeit von 50 Nanosekunden dargestellt, während eine binäre »0« durch keine Polaritätsumkehr dargestellt ist. Aufeinanderfolgende binäre Nullen werden durch nacheinander auftretende 50 Nanosekunden-Polaritätswechsel an den Stellzeitgrenzen dargestellt. Da 20 Datenbits vorhanden sind, nimmt ein phasencodiertes Wort einen Zeitschlitz von 1000 Nanosekunden, d.h. eine milliunstel Sekunde ein. Am Ende eines phasencodierten Worts fällt der logische Pegel 75 Nanosekunden lang auf —5 V und geht dann nach Null. Die logische Schaltung im Wiederholernetzwerk 114 sucht immer einen nach positiv gehenden Impuls innerhalb eines Intervalls zweier beliebiger Stellenzeiten. Wenn kein solcher Impuls fest-

js gestellt wird, stellt die Logik das Ende eines Datenworts fest.

Die maximale Phasenänderungsfrequenz der phasencodierten Wörter beträgt 40MHz (für alle EINSEN). Aufgrund der schnellen Anstiegszeit an der Vorderflanke der Impulse muß die Bandbreite der Datenübertragungsverbindung mindestens 100 MHz betragen.

Die Eingänge in den Multiplexer 122 sind durch die Kondensatoren 123 wechselstromgekoppelt. Der Multiplexerausgang ist mit dem Verstärker 124 über den Serienwiderstand 140 und den Pufferverstärker 142 mit dem Verstärkungsfaktor 1 gekoppelt. Die Kondensatoren 123 und der Serienwiderstand 140 bilden zusammen mit dem Multiplexer 122 ein Hochpaß-Kommutier-ÄC-Filter. Die Grenzfrequenz des Filters ist

f ~[\/2(2 RCJ\ (D/T),

wobei D die Kanal-Einschaltzeit und Γ die Kanal-Ausschakzeit ist. Das Filter wird weiter unten im einzelnen in Verbindung mit den F i g.-15 und 16 beschrieben.

Die Arbeitsweise des die Verstärkung konditionierenden Verstärkers 124 in Verbindung mit dem Analog-Digital-Umwandler 126 und dem Ausgangsregister 128 zur Bildung eines Datenworts mit gleitendem Komma wird weiter unten in Verbindung mit den F i g. 39 bis 42 beschrieben.

Bei einem typischen Betriebszyklus werden alle 14 Analogkanäle eines jeden Sender/Empfängers 111 innerhalb eines Abtastzyklus abgefragt Ein neuer Abtastzyklus wird mit einer gewünschten Abtastgeschwindigkeit, z. B. einmal je eine halbe oder eine Millisekunde, eingeleitet Bei einer Abfragegeschwindigkeit von einer Millisekunde werden die 14 Kanäle eines jeden Sender/

Empfängers in Intervallen von 71,4 μβες abgefragt. Die Beendigung eines Abtastzyklus erfordert, daß die Abfragevorrichtung im Steuergerät 4 der gemeinsamen zentralen Station 2 des Schiffes 10 einen 51 -Impuls und dreizehn 52-Impulse pro Millisekunde überträgt.

Fig. 11 zeigt die Zeitfolge der Abfragesignale, nämlich der 51- und S2-Impulse innerhalb eines Abtastzyklus von einer Millisekunde Dauer. Wenn ein 51-Abfrageimpuls längs des Abfrageverbindungsglieds IPi, IP2,

lernctzwerk 114 in dem Verbinderbaustein 113A, 1160.3 nsec später an als die führende Flanke des phascncodierten Worts aus dem Verbinderbaustein 13,4 das Wiedcrholernetzwerk 114 verlassen hat. Damit kann eine phasencodierte Worttrennung von 160,3 nsec Dauer vorgesehen werden.

Nachfolgend wird ein zweistufiges Laufzeitfolge/Kanalfolge-Multiplexsystem erläutert. Die phasencodierten Wörter, die aus aufeinanderfolgenden der 50 Sen-

IP3 in der Kabelanordnung 12 zu den Sender-Empfän- io der-Empfängereinheiten in den Verbinderbausteinen gereinheiten Ul (Fig.5) fortschreitet, werden die ent- übertragen werden, werden in Abhängigkeit von der sprechende Multiplexer auf Kanal 0 rückgesetzt. Ande- Laufzeit des Abfrageimpulses zwischen der zentralen rerseits wird ein Datenwort durch das Steuernetzwerk Station und den entsprechenden Sender-Empfängerein-132 von dem Ausgangsregistcr und Codeumwandler hciten geordnet. Phasencodierte Wörter aus den vier-128 über das Wiederholernetzwerk 114 in die Daten- is zehn Kanälen innerhalb jeder entsprechenden Senderübertragungsverbindung Dl, D 2, D 3 getaktet. Die Empfängcrcinheit werden in Abhängigkeit von der Kanalauswahlfolge während des Abtastzyklus geordnet.

Der DA TEN- Eingang aus der zentralen Station zum Befehlsnetzwerk 118 in Fig.5 steuert die Arbeitsweise

sehen benachbarten Sender-Empfängcrcinhcitcn und 20 des Systems in der oben angegebenen Weise. Die Zcitder im Abfragenetzwerk festgelegten Verzögerungszeit steuerung für das Aufgeben eines DATEN-Impulses er-

phasencodierten Wörter werden im Verzögerungs-Multiplexbetrieb in die Datenverbindung aufgrund der eingeprägten Verzögerung des Abfrageimpulses zwi-

verarbeitet. Nach 71,4 U>sec wird der erste 52-Impuls übertragen. Die Multiplexer in den Sender-Empfängereinheiten 111 werden nacheinander auf den Kanal Nr. 1

möglicht, daß entweder alle Abschnitte der seismischen Kabelanordnung verwendet werden oder nur ein Teil davon, beispielsweise die vordere Hälfte der Kabclab-

weitergeschaltet, wenn der 52-Impuls jede Sender- 25 schnitte. Wie oben erwähnt, kann es erwünscht sein, die

Empfängereinheit erreicht. Daraufhin werden wiederum phasencodierte Wörter von jeder Sender-Empfängereinheit in zeitlicher Reihenfolge in die Datenverbindung getaktet In entsprechender Weise werden weitere 52-Impulse übertragen, bis alle Kanäle in allen Sender-Empfängereinheiten abgefragt worden sind.

Die vorbeschriebene Folge ist in dem Zeitdiagramm der F i g. 12 dargestellt. Die Abfrageimpulse (IP) laufen nach außen, d. h. abwärts in bezug auf die Verbindung,

elementaren seismischen Sensoreinheiten in der schiffsnahen Hälfte des Kabels mit einer Abtastgeschwindigkeit unmittelbar im Anschluß an die Erzeugung eines seismischen Druckimpulses stichprobenartig zu prüfen und im Anschluß daran die Signale aus dem gesamten Kabel mit einer anderen Geschwindigkeit abzufragen. Für diese Funktionen werden DATEN-Impulse entsprechend der Länge und Zeitsteuerung verwendet. In der nachstehenden Beschreibung werden die erforderliche

Multiplexer 122 der Sender-Empfängereinheit auf den Kanal Nr. 1. Nach Durchlaufen der Verzögerungsleitung verläßt der 52-Impuls den Verbinderbaustein \ZA

der Sender-Empfängereinheit im Verbinderbaustein 13B beträgt 60 m. Nimmt man eine Ausbreitgeschwindigkeit von 1305 nsec pro Fuß in dem Abfrageverbin-

von rechts nach links (die Zeitbasis nimmt nach rechts 35 Zeitsteuerung und Länge der DATENAmpuke allgezu) von der zentralen Station 2 zu den Sender-Empfän- mein erläutert, so daß eine beliebige Anzahl von Sengereinheiten in den 50 Verbinderbausteinen 13/4, 13ß, der-Empfängereinheiten selektiv wirksam gemacht 13Cusw„ in dieser Reihenfolge. In den oberen drei Dar- werden kann.

Stellungen nach Fig. 12 nimmt deshalb die Zeit von Bevor die Zeitdiagramme im einzelnen betrachtet

links nach rechts zu. Ein 52-Impuls kommt beispielswei- 40 werden, erscheint es zweckmäßig, das gesamte Datense an dem Verbinderbauteil 13A an und schaltet den erfassungsschema und den Zeitrahmen zu betrachten, in

welchem die Daten, die bei jedem der 500 elementaren seismischen Sensoreinheiten entstehen, von dem Kabel übertragen werden. Zuerst sei darauf hingewiesen, daß

600 nsec später. Der Abstand zwischen der Sender- 45 jeder der 50 Kabelabschnitte zehn elementare seismi-Empfängereinheit in dem Verbinderbauslein 13/\ und sehe Sensoreinheiten auf seiner Länge sowie eins zugeordnete Sender-Empfängereinheit aufweist, die die Daten aus diesen zehn Sensoreinheiten verarbeitet. Auf Befehl der Steuereinheit 4 in der zentralen Station 2 an

dungsstück IPi, IPI, IP3 mit verdrillten Paaren an, so 50 Bord des Schiffes (Fig. 1) werden durch Übertragung kommt der S2-!mpu!s am Verbindcrbaüstcin 135 cänos breiter. S !-Impulses phaser.codierte Wörter aus 256,8 nsec später a». Die Gesamtverzögerung zwischen dem letzten Kanal eines jeden der 50 Kabelabschnitte den Bausteinen 13/4 und 13S beträgt damit 856,8 nsec. von dem Kabel der Reihe nach über die einzelnen Da-

Sobald die Vorderflanke des S 2-Impulses für den Ka- tenverbindung D1, D 2, D 3 (die aus drei redundanten nal Nr. 1 durch die Sender-Empfängereinheit im Verbin- 55 Koaxialkabeln bestehen) geschickt Im Anschluß daran derbaustein 13A erfaßt worden ist, wird ein phasenco- überträgt nach Empfang eines schmalen 52-lmpulses diertes Wort aus dem Register 128 in die Datenübertra- die Sender-Empfängereinheit 111, die jedem der 50 Kagungsverbindung D1, D2, D3 getaktet Der Datenfluß beiabschnitte zugeordnet ist, die Information des Kaerfolgt von links nach rechts (die Zeitbasis nimmt nach nals Nr. 1 aus jedem Kabelabschnitt der Reihe nach, links zu), d. h. aufwärts in bezug auf die Verbindung ω Dann wird im Anschluß an den Empfang eines anderen gegen die zentrale Station. Sobald der 52-Impuls an S2-Inipulscs die Information des Kanals Nr. 2 von jedem Verbinderbaustein 130 856,8 nsec später ankommt, dem der 50 Kabclabschnitlc gegeben, usw. wird das Datenwort für den Verbinderbaustein 13ß in In bezug auf die Zeitsteuerung tritt jeder Zyklus für

ähnlicher Weise ausgetaktet Die Signallaufgeschwin- das Prüfen des Signals, das an allen 50 Kanälen vorhandigkeit im Koaxialkabel, das die Datenüberiragungsver- b5 den ist, während 1 msec auf. Dieser Zyklus wird als Abbindung darstellt, beträgt 1342 nsec pro Fuß. Deshalb lastzyklus definiert und entspricht der Zeitdauer zwikommt die führende Flanke des phasencodierten Wor- sehen aufeinanderfolgenden 51-Impulscn, wobei auf jctes aus dem Verbinderbaustein 13ß an dem Wicdcrho- den 5 I-Impuls 13 52-Impulse folgen, bevor der nächste

Sl-Impuls erzeugt wird. Die Übertragung eines individuellen Bits eines phasencodierten Worts nimmt nur 50 nsec ein. jedes phasencodierte Wort wird beispielsweise durch 20 Bits dargestellt und jedes phasencodierte Wort wird in etwa 1000 nsec übertragen. Da jedes ^r, Prüfintervall eine Dauer von 1 msec umfaßt (1000 μββΰ), verbleibt genügend Zeit, um während eines Abtastzyklus Datensignale aus den 500 seismischen Kanälen in Zeitfolge über das Kabel zu übertragen.

Die Aktivierung einer oder mehrerer Sender-Empfängereinheiten macht das gleichzeitige Vorhandensein eines Sl-Impulses und eines D/47TA/-(Datenstcuer)-lmpulses erforderlich, wie in Verbindung mit Fig. 13 noch erläutert wird. An den führenden Enden eines jeden Abschnitts sind Verbinderbausteine i^r> 13/4—G angeordnet, deren jeder eine getrennte Sender-Empfängercinheit enthält. Beispielsweise sei angenommen, daß es erwünscht ist, nur die drei aufeinanderfolgenden Sender-Empfängereinheiten in den Vcrbinderbausteinen 13C, 13D und 13E wirksam zu machen, jedoch keine anderen. Die Schaltung zur Durchführung dieser Funktion ist im einzelnen weiter unten in Verbindung mit den Fig.43 bis 48 erläutert, hier soll jedoch eine kurze Beschreibung zum besseren Verständnis der dargestellten Ausführungsform gegeben werden.

Ein S !-Impuls wird von der zentralen Station 2 über das Abfrageverbindungsstück an jeden Verbinderbaustein 13 der Reihe nach übertragen. Der Augenblick der Ankunft des Signalimpulses 51 am Baustein 13/4 ist t = 0, die Ankunftszeit im Baustein 13ß ist t = 856,8 nsec, die Ankunftszeit des Signalimpulses S1 am Baustein 13Cist Z ·= 1713,6 nsec usw. Die sechs Zeitsteuerleitungen in Fi g. 13, die mil IPA bis IPFbezeichnet sind, stellen die Orte des gleichen Sl-Impulses in bezug auf Verbinderbausteine 13/4 —F, deren jeder getrennte Sender/Empfänger enthält, am Ende eines jeden 856,8 nsec dauernden Abfrageimpuls-Laufzeitintervalls dar. Einige Zeit nachdem ein Sl-Impuls übertragen worden ist, wird ein D/4r£7V-Impuls über das Bcfchlsverbindungsstück (F i g. 5) übertragen. Die Signalforl-Schreitgeschwindigkeiten in den verdrillten Leiicrpaaren, die die Abfrage- und Befehlsverbindungsstückc enthalten, sind die gleichen. Wegen der 600 nsec Verzögerungsleitung in jeder Sender-Empfängereinheit, die in das Abfragenetzwerk 116 eingeschaltet ist, ist jedoch die effektive 51-Impulsgeschwindigkeit niedriger als die Befehlsimpulsgeschwindigkeit, weil keine Verzögerungsleitungen in dem Befehlsverbindungsstück vorhanden sind. Entsprechend nimmt ein DATEN-\mpu\s, um 600 nsec vor, aufgrund der Breite des DA TEN-Impulses steht er jedoch zur Aktivierung der Sender-Empfängereinheil im Verbinderbaustein 13D noch zur Verfügung. Am Baustein 13£hat die Hinterflanke des DA-TF/V-Impulses den /P-Impuls 51 noch nicht passiert, obgleich die führende Flanke des D/4T£A/-Impulses dem Impuls 51 um 1200 nsec voreilt. Somit wird die Sender-Empfängereinheil im Verbinderbaustein 13£ aktiviert. Schließlich eilt zu dem Zeitpunkt, zu dem der 5 1-lmpuls an der Einheit im Verbinderbaustein 13Fankommt, die Hinterflanke des D/4TEW-Impulses dem S 1-lmpuls vor. Deshalb werden die Sender-Empfängereinheit im Verbinderbaustein 13F und alle nachfolgenden Sender-Empfängereinheiten nicht aktiviert. Alle Sender-Empfängereinheiten, die durch Koinzidenz von 51- und D/4r£7V-Impulsen aktiviert werden, bleiben einen ganzen Abtastzyklus lang aktiviert, so daß sie auf alle nachfolgenden, ankommenden 52-Impulse ansprechen. Die Breite Weines DA TEN-Impulses beträgt

wobei

DLY

- 1)· DLY] + df

Anzahl der zu aktivierenden Sender-Empfängereinheiten, künstliche Verzögerung und ein kleiner Zeitzuwachsanteil willkürlicher Länge, um geringe Laufzeitdifferenzen zu ermöglichen, sind.

Im Beispiel nach Fig.
7i7V-lmpulscs

13 beträgt die Breite des DA-

j5 [(3 - 1) · 600] + 300 = 1500 nsec .

Die anfängliche Laufzeit ED, die dem DATEN-Impuls aufgegeben wird, ist

/„„= M ■ DLY,

wobei M die Anzahl der Sender-Empfängereinheiten ist, die zwischen der zentralen Steuerstation und der ersten aktiven Sender-Empfängereinheit übersprungen werden.

Wie vorstehend erörtert, wird ein DA TA-BA YPASS-Impuls, der mit einem Sl-Impuls zusammenfällt, verwendet, um Daten um eine schadhafte Sender-Empfängereinheit herumzuführen. Die Verzögerung BD, die

der um 1200 nsec in bezug auf einen entsprechenden 50 dem DA7/4-ßV7MSS-lmpuls relativ zu einem zugeord-//Mmpuls verzögert worden ist, den S 1-lmpuls an der neten S 1-lmpuls aufgegeben wird, ist
dritten Sender-tmpfängereinheit im Verbinderbauteil

13Cauf. Die sechs Zeitsteuerleitungen, die mit DA TEN- BD = K ■ DLY,

AFbezeichnet sind, zeigen die Position eines DATEN-

Impulses in bezug auf den Sl-Impuls am Ende eines 55 wobei K die Anzahl von Sender-Empfängereinheiten jeden 856,8 nsec dauernden Abfrageimpuls-Laufzeitin- ist, die zwischen der zentralen Station und der schadhaftervalls. ten Sender-Empfängereinheit liegen.

Wenn ein S 1-lmpuls an der Sender-Empfängerein- Nach F i g. 5 bestehen die Daten- und Abfrageverbin-

heit im Verbinderbaustein 13/1 ankommt, hat dies keine düngen, die einen Teil des Kabelbündels 52 darstellen, Wirkung auf den Baustein 13Λ weil der DATEN-lmpuh eo aus jeweils drei parallelen Leitungen. Falls eine der Leium 1200 nsec nacheilt. An der Sender-Empfängereinheit tungen schadhaft ist, stehen die beiden anderen zur Verim Verbinderbaustein 13S eilt der DATEN-\mpu\s fügung. Durch Majoritätswahl werden zwei gute Lei-600 nsec nach, so daß am Baustein 135 keine Wirkung tungen ausgewählt. Eine Majoritätswahlschaltung 131 auftritt Der DATEN-Impuls fängt den Sl-Impuls an ist mit den Eingangsleitern des Wiederholernetzwerks der Sender-Empfängereinheit im Verbinderbauteil 13C 65 114 gekoppelt und eine andere solche Schaltung (nicht ab, so daß die Sender-Empfängereinheit im Verbinder- dargestellt) ist dem Abfragenetzwerk 116 zugeordnet baustein 13C aktiviert wird. Am Baustein 13D eilt die Die Schaltung 131 der F i g. 5 ist im einzelnen in F i g. 6 führende Flanke der D/4 TSV-Impulses dem Sl-Impuls gezeigt und besteht aus UND-Gliedern 136. 138. 140

45 46 £

und einem ODER-Glied 1*2. Sine logische »1«, die Streckung ergeben, korrigiert werden. |

gleichzeitig an zwei der diäi Datenleiter vorhanden ist. Wie in der Seismik bekannt, haben die einzelnen Hy- |

erzeugt eine logische »I« am Ausgang des ODER- drophone selten identische Empfindlichkeit. Eine Ab-

Güeds 142. weichung von ±25% ist nicht ungewöhnlich. Es ist da-

Eine Fehleranzeigeschaltung 130 ist mit der Majori- s her wünschenswert, die Hydrophone zu eichen. Dazu

tätswahlschaltung im Wiederholernetzwerk 114 gekop- wird ein Analogtestsigna] bekannter Amplitude auf die

pelt und ergibt ein Signal in dem Fall, daß wenigstens Teststeuerschaltung 136 Ober die Testsignalleitung 162

eine der Datenleitungen Di, D 2 oder D 3 schadhaft ist übertragen (F i g. 5). Die Testsignalfrequenz beträgt bei-

Die Schaltung(Fig.6) besteht aus einem NAND-Glied spielsweise 15,625 Hz. Ein Teststeuersignal wird über

144, einer Diode 146, einem Speicherkondensator 148 io die Teststeuerleitung 163 an das Teststeuerrelais 138 -■

und einem Vorspannwiderstand 150. Eine negative übertragen, das einen Schalterkontaktarm 164 von Kon- k

Spannung wird an die Fehleranzeigeleitung 152 singe- takt 165 auf Koniakt 166 umschaltet. Nun wird ein Test- %

legt um sie leicht negativ zu halten, wenn kein Ausgang signal aufgegeben, um die elementaren seismischen I

vom NAND-Glied 144 vorhanden ist Wenn eine der Sensorcinheiten 21, und zwar jede über einen Wider- |

Leitungen Dl, D 2, D 3 unwirksam ist wird das NAND- 15 stand 168, zu erregen. Ein normaler Multiplexer-Abtast- ₍f

Glied 144 auf Durchgang geschaltet Während eines /.yklus wird eingeleitet um den Ausgang aus jeder Sen- H

normalen Abtastzyklus fließen phasencodierte Signale sorcinhcit 21 zur zentralen Station 2 im Schiff IO zu j|

mit einer Frequenz von 40 MHz durch die Majoritäts- übertragen. Die Amplitude des Ausgangssignals jeder ä

wahlschaltung und in das NAND-Gfied 144. das mit den Scnsorcinheit wird mit der Testsignalainplitude vergli- ■;■

Eingängen des Wiederholernetzwerks 114 verbunden 20 chcn, um einen Eichfaktor für jede Sensoreinheit festzu- V

ist Solange alle drei Leitungen einwandfrei sind, tritt am stellen. Die Eichung der Sensoreinheiten geschieht zu

NAND-Glied 144 kein Ausgangssignal auf. Wenn je- einem beliebigen Zeilpunkt zu dem seismische Daten ;

doch eine Leitung defekt ist ist ein 40-MHz-Signal am nich! aufgezeichnet werden. ;_;..

Ausgang des NAND-Glieds 144 vorhanden. Das Signal Das Tcstsignal wird verwendet um eine exakte Mes-

wird durch die Diode 146 gleichgerichtet. Die resultie- 25 sung der Empfindlichkeiten aller Sensorcinheiten in der

rende gleichgerichtete Spannung wird im Kondensator gesamten seismischen Sensorkabelanordnung 12 durch-

148 gespeichert wobei eine positive Fehlerspannung an zuführen, die bis zu 2 Meilen lang sein kann. Über eine '

der Fehleranzeigeleitung 152 erzeugt wird. Während solche Entfernung wird aufgrund des Ohmschen Span-

der Periode, während der der Multiplexer 122 auf den nungsabfalls das Testsignal am ablaufenden Ende des

Kanal Nr. 0 rückgesetzt wird, wird der Schalterarm 154, 30 Kabels stark geschwächt wenn die Testsignalsteuer-

der zwischen dem Verstärker 124 und dem Analog-Di- schaltungen 136 parallel an die Testsignalleitung ange-

gital-Umwandler angeordnet ist (Fig. 5), vom Kontakt schlossen sind. Es wird deshalb ein Widerstand 167 in

156 auf den Kontakt 160 umgeschaltet und ermöglicht, Reihe mit der Testsignalleitung 162 in jeder Sender-

daß der Analog-Digital-Umwandler 126 den Span- Empfängereinheit gelegt Die Eingänge der Testsignal-

nungspegel, der an der Fehlcranzeigeleitung 152 vor- 35 steuerschaltung werden parallel zu dem Serienwider-

handen ist prüft In F i g. 5 ist der Einfachheit halber ein stand 167 geschaltet; da alle Widerstände den gleichen

mechanischer Schalter 154 dargestellt, in der Praxis Widerstandswert besitzen, erhalten alle Testsignalsteu-

kann jedoch ein Schottky-Sperrschichttransistor als mit crschaltungen identische Eingangsspannungen. Auf die-

Binärstellengeschwindigkeit arbeitender Schalter ver- se Weise wird für jede Sender-Empfängereinheit ein

wendet werden. 40 Testsignal konstanter Amplitude gewährleistet.

Meeresstreamerkabel der vorbeschriebenen Art ten- In jeder Sender-Empfängereinheit 111 ist eine Encrdieren dazu, sich beim Schleppen um bis zu 1 % zu strek- giespeisequclle 134 vorhanden. Die notwendige Versorken. Bei einem Kabel von 3000 m Länge beträgt somit gungsenergie wird von dem Schiff in den Verbinderbaudie gesamte Streckung in der Größenordnung von 30 m. stein 13 über ein Paar verdrillter Leiter 170,172 einge-Die seismischen Sensoreinheiten sind auf 6 m Gruppen- 45 speist. Jede Energiespeisequelle weist einen Stromtransmittenabstand innerhalb jedes Kabelabschnitts versetzt. formator und einen Nebenschlußregler auf. Die Trans-Bei einer Streckung von 30 m werden die Sensoreinhei- formalorprimärwicklungen in den entsprechenden Senten am führenden Ende der Kabelanordnung 12 um na- der-Empfängereinheiten in den Verbinderbausteinen 13 hezu fünf Gruppenintervalle in bezug auf die Sensorein- sind in Serie geschaltet. Durch Kreuzen der Leitungen heiten im ablaufenden Ende der Kabelanordnung ver- 50 170,172 in jedem Kabelabschnitt 20 wird abwechselnd schoben. Beim Zusammensetzen einer größeren Grup- jeder Transformator an eine entgegengesetzte Seite der pierung aus einer Anzahl von elementaren Sensorein- Energieleitung gelegt wie in Fig. 4 gezeigt wodurch heiten ist es also erforderlich, den exakten Sensoreinhei- ein Gleichgewicht in der Lcitungsbelastung aufrechtertenabstand zu kennen. Wenn der Abstand nicht genau halten wird. Da die Energiespeisequellen in Serie gebekannt ist wird die Wirksamkeit der Zusammengesetz- 55 schaltet sind, hängt der Spannungsabfall längs der Katen Gruppierung erheblich verschlechtert. Die Bezie- belanordnung 12 zwischen dem Schiff 10 und dem Abhung zwischen der Kabelstreckung und der Schlepp- schlußabschnitt 18 von der Anzahl von Verbinderbauspannung ist bekannt. Entsprechend wird zweckmäßi- steinen 13 ab, die miteinander verbunden werden. Bei gerweise ein Dehnungsmeßstreifen 11 (Fig. 1) bekann- einer Kabelanordnung mit 50 Abschnitten liegt der ter Art mit den Belastungsbauteilen zwischen dem ab- 60 Spannungsabfall in der Größenordnung von 400 bis laufenden elastischen Kabelabschnitt 16 und dem ersten 500 V. Die Energie wird bei einer Frequenz von 2000 Hz aktiven Kabelabschnitt 20 verbunden. Der Ausgang aus mit einer durchschnittlichen Stromstärke von 4 A iiberdem Dehnungsmeßstreifen Il wird dem Kingang eines tragen. Diese Frequenz liegt wesentlich über den nor-Hilfskanals zugeführt, der in der Sendcr-Empfängercin- malen seismischen Frequenzen und beeinflußt diese soheit im Verbinderbauteil 13' am führenden Ende des b5 mit nicht. In der Spcisequelle 134 wird die Wechselersten elastischen Kabelabschnitts angeordnet ist. Aus stromcncrgie aus der Energieleitung gleichgerichtet der Kenntnis der Schleppspannung können damit Feh- und in ± 15 V und + 5 V zur Verwendung in den logiler im Sensoreinheitenabsland. die sich aus der Kabel- sehen Schaltungen in den Sender-Empfängereinhcilen

umgewandelt Im Falle eines Schadens, z. B. eines offenen Stromkreises in einer Sender/Empfängereinheit steigt die Spannung an der Primärwicklung des Leistungstransformators siuf eitlen hohen Wert an. Eine Schutz-Triac-Gleichrichterbrückenschaltung bekannter Bauart schaltet die Primärwicklung kurz, wenn die Spannung über einen vorbestimmten Wert ansteigt Beim Ausfall der Energiespeisequelle fallen die betriebssicheren Bypaßrelais (nicht dargestellt) im Wiederholernetzwerk 114, Abfragenetzwerk 116 und Befehlsnetzwerk 118 ab, so daß die Befehlsimpulse und die phasencodierten Datenwörter den schadhaften Baustein überspringen können.

Wie vorstehend beschrieben, weist der Multiplexer 122 vierzehn Eingänge auf, von denen die Kanäle Nr. 11 bis 13 zur Übertragung von Daten aus den Hilfssensoren verwendet werden, wie nachstehend erläutert wird. Der Druckwandler 60. der in Verbindung mit F i g. 2a erwähnt worden und nachstehend im einzelnen beschrieben wird, ist ein an sich in der Seismik bekannter Wandler. Seine Funktion soll nachstehend kurz erläutert werden. Wie in F i g. 7a gezeigt, weist der Wandler eine Röhrenfeder 174 auf. Mit dem beweglichen Ende der Feder 174 ist ein Weicheisenpolstück 176 verbunden. Das Polstück 176 ttewegt sich in Längsrichtung in einer Spule 178, die miü dem festen Ende der Feder 174 Ober einen Tragarm 18l]i befestigt ist Ein Oszillator, der einen LC-Schwingkreiis enthält, ist in einem Gehäuse 182 aufgenommen. Die Spule 178 ist der induktive Teil des Schwingkreises, in einem Strömungsmittel bewirkt eine Druckänderung gegen die Röhrenfeder 174, daß das Polstück 176 sich in der Spule 178 bewegt wodurch die Induktivität und damit die Frequenz des Oszillators verändert wird. Das Ausgangssignal des Druckwandlers 64 ist also ein frequenzimoduliertes Signal, dessen Frequenz auf den umgebenden Strömungsmitteldruck bezogen ist. Das Signal wird über ein Koaxialkabel auf Kanal Nr. 11 des Multiplexers 122 übertragen, wie die F i g. 7b zeigt

Die Fig. 7b verdeutlicht eine Leckanzeigevorrichtung 186, die das Vorhandensein von Salzwasser innerhalb der Außenhaut 411 eines Kabelabschnitts 20 anzeigt. Die Leckanzeigevorrichtung 186 besteht aus zwei Drähten 66, 68, die durch poröses Kunststoffmaterial schlecht isoliert sind. Der poröse Überzug verhindert einen physikalischen Kontakt zwischen den Drähten, ermöglicht jedoch, daß das Wasser einen Strömungsmittelkontakt ergibt Di« beiden Drähte 66,68 erstrekken sich über die Länge des Kabelabschnitts 20. Ein Draht 66 ist mit dem Oszillatorausgang 184 des Druckwandlers 64 verbunden. Der andere Draht 68 ist mit dem Hilfseingangskaniil Nr. 12 des Multiplexers 122 verbunden. Solange keto Wasser ins Innere des Kabelabschnitts 20 eindringt wird dem Leckanzeigekanal kein Signal aufgegeben. Wenn Wasser in den Kabelabschnitt eindringt, wird ein stromleitender Pfad zwischen den beiden Drähten 66 und 68 hergestellt und es erscheint ein amplitudenmoduliertes Signal auf dem Leckanzeigehilfskanal. Die Amplitude des Signals ist proportional zum Widerstand des Leckpfades.

Eine Anzeigevorrichtung 72 zur Feststellung und Unterbrechung einer Oberflächenwelle ist an den Hilfseingangskanal Nr. 13 angeschlossen. Diese Anzeigevorrichtung 72 ist ein spezielles Hydrophon, das /um Feststellen einer akustischen Welle dient, die direkt von der Schallquelle längs eines Pfades in der Nähe der Wasseroberfläche ankommt. Obgleich alle aktiven Kabelabschnit'e identisch und gegeneinander auswechselbar sind, ist es erforderlich, einen Impedanzanpassungsabschluß vorzusehen, um die Daten-Befehls- und Abfragesignalleitungen, d.h. die Übertragungsverbindungen am letzten Abschnitt abzuschließen, damit unerwünschte Reflexionen verhindert werden. Ferner müssen die verdrillten, in Reihe geschalteten Energie-, Test- und Teststeuerleiterpa»re mit einer Rückführschaltung versehen sein. Entsprechend ist ein Abschlußabschnitt 18 am ablaufenden Ende des letzten Kabelabschnitts 20 vorgesehen.

Der Aufbau des Abschlußabschnitts ist als Kabehbschnitt 20 in F i g. 8a gezeigt Die Außenschicht 40 ist mit der Abschlußstirnwand 46 Ober Stahlbänder 54,56 festgelegt. Kabeibündel 52 und Stecker 186 erstrecken sich über die Abschlußstirnwand 46 hinaus zusammen mit Zugentlastungsbauteilen 42, 43 und Zughaken 45, 47. Ein Eckschwenkstecker 188 ist am ablaufenden Ende des Abschlußabschnitts 18 vorgesehen. Ein Ende von drei kurzen Entlastungsbauteilen 190,192 (das dritte ist μ nicht dargestellt) ist in den Steckerkörper eingebettet Zughaken 194,196. die mit Zughaken 45,47 zusammenwirken, sind über Bolzen 198,200 festgelegt.

Der Abschlußbaustein 202 ist mit den Entlastungsbauteilen 190,192 über ein Stahlband 204 befestigt Die Leiter, die in einem Kabelbündel 52 enthalten sind, sind elektrisch mit dem Abschlußbaustein 202 über Stecke 186 und zugehörigen Stecker 187 verbunden. Eine Kunststoffstulpe 206 ist über den Stecke 188 und die Abschlußstirnwand 46 des letzten aktiven Abschnitts 20 gestreift Die Stulpe ist durch Stahlbänder 206,210,212, 214 an Ort und Stelle festgelegt.

Der Raum innerhalb der Stulpe 206 ist mit leichtem Kerosin zur Erzielung eines Auftriebs gefüllt.

Die elektrischen Verbindungen innerhalb des Ab-Schlußbausteines 202 sind in F i g. 8b gezeigt Koaxialda- tenübertragungsleitungen Dl, D 2 und D 3 sind über Widerstände 216 mit 50 Ohm, V₄ Watt abgeschlossen. Die verdrillten Leiterpaare für die Leitungen IPl, IP2, IP3 der Abfrageverbindung und die Befehlsleiter für' die Signale DATEN und DATA-BYPASS sind mit Widerständen 218 von 130 0hm, V₄WaU abgeschlossen. Energie-, Tcstsignal- und Teststeuerleitungen sind durch Überbrückungsdrähte 220 kurzgeschlossen. Der Zuführkabelabschnitt 17 ist mit dem führenden Ende des elastischen Abschnitts 16 über eine Sender-Empfängereinheit im Verbinderbaustein 13' gekoppelt. Das andere Ende des Zuführkabelabschnitts 17 ist am Schiff 10 befestigt, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, den Kabelabschnitt 12 zu schleppen und auch eine Verbindung zur zentralen Station 2 herzustellen. Der Zuführ kabelabschnitt 17 ist im Querschnitt in Fig.9 gezeigt. Er besteht aus einem zentralen Belastungsbauteil 230 in Form eines sich nicht drehenden Stahlkabels mit einem Durchmesser von 0,9375 cm. Das Belastungsbauteil 230 ist mit Neopren oder anderem Kunststoff 232 ummantelt. Die Stromleiter, die das Kabelbündei 52 im aktiven Kabelabschnitt bilden, sind spiralförmig um das ummantelte Belastungsbauteil 230 gewickelt. Die Stromleiter sind selbst von einer Kunststoffhülle 234 umschlossen. bo Die Leitungen sind in F i g. 9 als Koaxialdatenleitungen 236, F.ncrgieleitungen 238 mit doppelt verdrilltem Drahtpaar, Befehlsleitungen 240 mit verdrilltem Drahtpaar und koaxialen lokalen Datenleitungen 242 dargestellt. Da der Zuführkabclabschnitt 17 bis zu 180 m lang b5 sein kann, sind die Datenleitungen 236 RG/59 U-Koaxialkabcl, die eine Signalverschlechterung verhindern. Die lokalen Datenlcitungen 242 erstrecken sich von dem Schiff 10 zum Verbinderbaustein 13', wo sie mit den

49 50

Eingingen verbunden sind. Die lokalen Datenleitungen nem (') versehen werden, damit die in bestimmten Punk-

242 dienen zur Einspeisung von Signalen, die aus nahe ten bestehende Übereinstimmung sichtbar wird,

dem Schiff 10 angeordneten speziellen Sensoren 222 In Fig. 15 ist die Möglichkeit der Verwendung eines

(F» 8-1) gewonnen werden. einzigen, gemeinsamen Nebenschlußwiderstands 315'

Zur Erläuterung des Filters, das bei der dargestellten s auf der Ausgangsleitung des Multiplexers 122 znsteile Ausführungsform verwendet wird, wird nachstehend eines individuellen Nebenschlußwiderstands 315 für je-

auf Fig. 14 Bezug genommen, in der eine vereinfachte den Kanal dargestellt Wenn der Multiplexer 122 über

Darstellung des Digital-Analog-Umwandlungssystems seinen Kanalauswählzyklus, d. h. Abtastzyklus fortge-

gezeigt ist, bei dem der Multiplexer 122 mit Eingangska- schaltet wird, stellt der Kondensator 123'. der in Reihe

nälen Ci, C₂, C mit einer Vielzahl von Signalquellen, io mit jedem vom Multiplexer gewählten Kanal, z.B. Ci, C₂

z.B. seismischen Sensoren 21 verbunden ist Die Ein- usw. geschaltet ist, in Verbindung mit dem gemeinsamen

gangskanä'.e sind alle mit den Multiplexer-Ausgangs- Nebenschlußwiderstand 315' das gewünschte ÄC-Filter

Vielfachleitungen 312 über Kopplungskondensatoren für diesen Kanal dar.

123, Widerständen 315 und Schalter 316 verbunden. Je- Als die Schaltung nach F i g. 15 getestet wurde, stellte der Widerstand 315 stellt in Verbindung mit seinem 15 sich jedoch experimentell (was später theoretisch beKondensator 123 ein Hochpaß-ÄC-Filter für sei.ien Ka- wiesen wurde) heraus, daß die Kapazität Cbestimmt ist nal dar. Die Schalter 316 sind schnelle Feldeffekttransi- durch: storschalter bekannter Art

Der Ausgang der Multiplexervielfachleitung 312 ist C = [l/(2a7Vo)][0/7] (D)

mit dem nichtinvertierten Eingang eines Pufferverstär- 20

kers 320 mit dem Verstärkungsgrad 1 verbunden, der wobei D die Verweildauer, d. h. die Zeitdauer, die jeder

ein Operationsverstärker, z.B. Verstärker 142 nach Schalter 3I6 geschlossen ist, und T die Kanalabschalt-

F i g. 5, mit einer hohen Eingangsimpedanz sein kann. zeit ist, d. h. die Zeitdauer, die jeder Schalter 316 geöff- Der Ausgang des Pufferverstärkers 320 ist mit einer net ist Die Verweildauer D ist eine Funktion der Anzahl Prüf- und Halteschaltung 322 verbunden, die einen Ne- 2; von Analogkanälen und der Gesamtzeit, die erforder-

benschlußkondensator 324 und einen Serienschalter 326 Hch ist, um alle diese Kanäle abzutasten. Für einen MuI-

aufweist. Der Ausgang der Schaltung 322 ist mit einem liplextr mit 16 Kanälen und einer Abtastdauer von

binären Verstärker 124 mit veränderlichem Verstär- 1000 usec ist die maximale Verweildauer D 62,5 usec

kungsgrad, wie er in F i g. 5 dargestellt ist und in Verbin- pro Kanal und die Kanalabschaltdauer T937.5 usec.

dung mit den F i g. 39 bis 42 weiter unten beschrieben 30 Die Verweildauer D kann mit Hilfe der Verweilein-

wird,gekoppelt Stellschaltung 360 nach Fig. 16 geändert werden. Die

Das Zustandssteuergerät, das das Steuernetzwerk Verweileinstellschaltung 360 kann eine monostabile

132 ist, ist mit den Schaltern 316,326 über eine Steuer- Schaltung sein. Die Impulsbreiteneinstellung wird mit

Vielfachleitung 341 verbunden, die eine Vielzahl von Hilfe einer RC-Rückkopplung bekannter Art erzielt Steuerleitungen aufweist. Das Steuergerät 132 schaltet 35 Über einen Multiplcxcr-Abtastzyklus bleibt die ge-

den Multiplexer 122 in sequentieller Folge auf die Steu- wünschte Verweildauer auf den gleichen Wert einge-

ereingangskanäle Q bis C_n, die damit nacheinander stellt

während eines Multiplexer-Abtastzyklus in der oben Gleicliung (D) kann also wie folgt umschrieben wer-

beschriebenen Weise mit der Ausgangsvielfachleitung den:

■_fV 312 verbunden werden. Das Steuergerät 132 steuert fer- 40

ner die Arbeitsweise des Binärverstärkersystems 124 /i, = [\l(2xRCJ\[D/T\ (E) [S über die Steuerleitungen 350.

If Das Verstärkersystem 124 ist mit dem Analog-Digi- Bei konstanten Werten für R, C, Tkann die Grenzfre-& tal-Umwandler 126 gekoppelt, der die geprüften Ana- quenz des Filters durch Änderung der Verweildauer gelogsignale in entsprechende digitale Signale umwandelt 45 ändert werden. Bei dem oben angegebenen Zahlenbei- In der Schaltung nach Fig. 14 weist jedes RC-Hoch- spiel beträgt die maximale Verweildauer für eine Abpaßfilter einen Serienkondensator 123 und einen Ne- tastdauer von 1 msec 62,5 μ5βΰ. Die kürzeste Verweilbenschlußwiderstand 315, der mit Erde verbunden ist, dauer wird durch die Erfassungszeit der Prüf- und HaI-. ; auf. Für die Anwendung in der Seismik hat jedes dieser teschaltung 322' bestimmt. Beispielsweise beträgt die Hochpaßfilter eine untere Grenzfrequenz /Ό in der Grö- 50 Erfassungszeit 8 μβεα Die Verweildauereinstellschalßenordnung von 1 Hz, obgleich auch andere Grenzfre- tung 160 muß so programmiert werden, daß ein aus- quenzenin Frage kommen. wählbarer Verweildauerbereich erhalten wird, der bei-Die Kapazität Cist durch folgende Gleichung auf den spielsweise von einer minimalen Verweildauer von : Widerstand R und die Grenzfrequenz /0 bezogen: 8 μβοο bis zu einer maximalen Verweildauer, die durch ί 55 die Abtastdauer bestimmt ist, welche 62,5 μββϋ in dem λ C- \l(2R&h) (C) vorstehenden Beispiel beträgt, reicht. Somit kann die '['.; Grenzfrequenz des Filters auf einen gewünschten Wert K^ Aus praktischen Gründen der Auslegung muß R ver- über einen Bereich von nahezu 8 :1 eingestellt werden. |f,' hältnismäßig klein sein, nämlich in der Größenordnung Die Art und Weise der Verwendung der verbesserten, VX von 10 000 Ohm. Somit beträgt für /ö = 1 Hz der Wert 60 durch Multiplexer kommutierten RC-Filter in der seis- *"■ von C = 16 Mikrofarad. Solche großen Kondensatoren mischen Datenverarbeitungseinrichtung ist in Fig. 16 :. sind verhältnismäßig teuer und sperrig. Die Hochpaß- gezeigt. Da die Fig. 14 und Ib sehr ähnlich sind, be-/?C-Filter nach Fi g. 14 sind somit nicht nur teuer, son- schränkt sich die Beschreibung der Fi g. 16 nur auf die ! dem stehen auch einer Miniaturisierung entgegen. Unterschiede zwischen den beiden Darstellungen. |^;- Die Beschreibung der Filteranordnungen nach den ω Das wichtigste Merkmal der Ausnutzung des Kabclpi" Fig. 15 und 16 wird dadurch vereinfacht, daß die glei- auswählzyklus des Multiplexers,der in den mehrkanalii;. chen Teile entweder mit identischen Be/.ugszcichen wie gen seismischen Datenaufzeichnungseinrichtungen verf::. in Fig. 14 oder mit identischen Bezugszeichen und ei- wendet wird, ist die Kombination mit einem gemeinsa-

men Nebenschlußwiderstand, der an den Ausgang des Multiplexers gelegt ist Dabei ist nicht nur die Anzahl von Nebenschlußwiderständen verringert worden, sondern es ist auch die Größe der erforderlichen Kondensatoren 123' um einen Faktor 15 :1 im Falle von 16 Eingangskanälen verringert worden. Zusätzlich kann die Grenzfrequenz durch Änderung der Verweildauer über einen Bereich von nahezu 8 :1 eingestellt werden.

F i g. 16 zeigt, daß es zweckmäßig ist, einen Betriebsverstärker 320' geringer Impedanz zu verwenden. Der Serienwiderstand 315", der dem Widerstand 140 in Fig.5 entspricht, ist der Eingangswiderstand an den invertierenden Eingang des Verstärkers 320'. Der nichtinvertierende Eingang in den Verstärker 320' ist an Erde gelegt Da beide Eingänge das gleiche Potential haben müssen, liegt die Verbindungsstelle 333 praktisch auf Erdpotential. Deshalb ist das Filter nach Fig. 16 das Äquivalent zum Filter nach F i g. 15.

Demgemäß ist der Betriebsverstärker 320' mit niedriger Eingangsimpedanz, bei dem der gemeinsame Widerstand 315" des Filters als Eingangswiderstand verwendet wird, die günstigere Filterschaltung. Die Verwendung des Betriebsverstärkers 320' eliminiert nämlich die wesentlichen Auslegungsgrenzen, die durch den Verstärker 320 verhältnismäßig hoher Eingangsimpedanz (F i g. 14) gegeben sind.

Es wurde festgestellt, daß die Verwendung eines gemeinsamen Widerstands 315" (oder 140 in F i g. 5), der nacheinander durch Schalter 316 mit Kondensatoren 123 in Verbindung gebracht wird, eine erhebliche Einsparung in der Anzahl der benötigten Widerstände und in dem von den Widerständen und den Kondensatoren beanspruchten Raum ergibt

An dieser Stelle der Beschreibung der seismischen Einrichtung erscheinen einige allgemeine Erläuterungen erforderlich, und hierzu wird auf F i g. 17 hingewiesen, die ein Blockschaltbild des allgemeinen Aufbaus dieser mehrkanaligen seismischen Einrichtung darstellt, die eine zentrale Station 2 und eine Vielzahl von Sender-Empfängereinheiten 11 la bis 111 π aufweist, die entfernt von der zentralen Station 2 angeordnet sind. Die Sender-Empfängereinheiten lila bis 11 In sind in Reihe mit der zentralen Station 2 über Breitband-Datenübertragungsverbindungen 1014a bis 1014n und Abfrageverbindungen 1016a bis 1016n geschaltet die den Kanälen oder Verbindungen Dl, D2, D3 und IPl, IP2, IP3 entsprechen und sie darstellen, wobei diese Kanäle in der vorbeschriebenen Weise innerhalb eines Abschnitts des seismischen Streamerkabel angeordnet sind.

Jeder Sender-Empfängereinheit 111 ist so dargestellt, daß sie das Abfragenetzwerk 116 und ein Wiedcrholernetzwerk 114 aufweist. Jedes Wiederholernetzwerk 114 enthält eine Anzahl von Eingangskanälen 1022, 1022', 1022". Drei solche Kanäle sind in Fig. 17 der Einfachheit halber dargestellt, es können jedoch in der Praxis vierzehn oder mehr solcher Kanäle verwendet werden, wie weiter oben bereits ausgeführt wurde. Elementare seismische Sensoreinheiten 21, 2Γ, 22" sind mit Eingangskanälen 1022, 1022', 1022" gekoppelt und es sind bis zu zehn oder mehr solcher Sensoreinheiten in jedem Kabelabschnitt vorgesehen, so daß 50 oder mehr solcher Abschnitte 500 oder mehr individuelle elementare seismische .Sensoreinheiten enthalten, deren jede einen getrcnnien Informationskanal darstellt.

In F i g. 18 ist eine Sender-Empfängcreinheil in detaillierter Darstellung gezeigt; jeder Analogkanal 1022 ist mit einem getrennten Vorverstärker und einem »ALI-AS«-Filter 1036 verbunden, das mit einem Eingangsan schluß des Multiplexers 122 über einen Gleichstrom-Kopplungskondensator 123 gekoppelt ist Der Multiplexer 122 weist Eingangsanschlüsse Cl, C2, C3, C4, CS (es sind fünf Kanäle gezeigt es körnen jedoch vierzehn

5 oder mehr Kanäle verwendet werden), und zwar einen für jeden Kanal 1022 auf. Der Kanal CO ist der Testkanal. Der Kanal CO enthält einen Kondensator 1043, der an Erde gelegt ist. Der Ausgang des Multiplexers ist über den gemeinsamen Serienwiderstand 140 mit dem

ίο Betriebsverstärker 142 verbunden. Die Kondensatoren 123, der Multiplexer 122 und der gemeinsame Serienwiderstand 140 bilden das oben beschriebene, durch Multiplexer kommutierte Hochpaß-ÄC-Filter für jeden Kanal.

Der Ausgang des Verstärkers 142 wird der Prüf- und Halteschaltung 1044 aufgegeben, die einen Serienschalt.er 1045 und einen Nebenschlußkondensator 1046 besitzt, was der oben beschriebenen Anordnung entspricht Der Ausgang der Prüf- und Halteschaltung 1044 ist mit einer anderen Prüf- und Halteschaltung 1050 über einen Pufferverstärker 1048 verbunden. Der Pufferverstärker 1048 trennt die beiden Schaltungen 1044 und 1050. Die Prüf- und Halteschaltung 1050 weist einen Serienkondensator 1051 und einen Nebenschlußschal ter 1052, der mit Erde verbunden ist, auf. Der Ausgang der Schaltung 1050 ist mit dem binären Verstärkungssystem 124 gekoppelt. Der Testkanal 1041, d. h. der Kanal CO, stellt in Verbindung mit der Prüf- und Halteschaltung 1050 ein Neuwerk zum Ausgleichen von Gleich- strom- oder Nullpunktabweichungen dar, das im einzelnen in Verbindung mit F i g. 37 weiter unten erläutert wird. Der Verstärker 124 mit binär veränderlichem Verstärkungsgrad weist vier Verstärkerstufen mit zweifachem Verstärkungsgrad auf, nämlich die Verstärker 124a, 1246, 124c und 124rf, die in Kaskade geschaltet sind. Jeder Verstärker besitzt normalerweise einen Zustand niedrigen Verstärkungsgrads, z. B. den Verstärkungsgrad 1. Die Rückkopplung kann so eingestellt werden, daß ein diskreter Zustand hohen Verstärkungs grads für jeden Verstärker erhalten wird, und dies kann durch Schalter 1055a, 1055b, 1055c und 1055rf geschehen. Die binär änderbare Verstärkeranordnung 124 wird im einzelnen weiter unten in Verbindung mit den F i g. 39 bis 42 beschrieben.

Der Ausgang der Verstärkeranordnung 124 wird dem Analog-Digital-Umwandler 126 aufgegeben. Dieser Analog-Digital-Umwandler 126 nimmt eine im Verstärkungsgrad konditionierte Analogsignalprobe auf und wandelt sie in eine Binärzahl in einen richtungsabhängi gen Impulscode (Non-Return-to-Zero-Code = NRZ- Code) um. Der Ausgang des Umwandlers 126 wird dem 2;wischenwertspcicherregister und Codeumwandler 128 zugeführt. Der Codeumwandler 128 wandelt die Binärzahl des richtungsabhängigen Impulscodes in einen selbsttaktenden, phasencodierten Impulscode um, der der Übertragungsverbindung 1014 über die Leitung 1057, den Regenerator 1060 und den Sender 1066 aufgegeben werden kann. Die Datenübsrtragungsverbindung 1014 stellt schematisch die Datenverbindung Öl, D2,

bo D 3 dar, die weiter oben mit F i g. 5 beschrieben ist.

Die Zeitsteuerfunktionen der verschiedenen Netzwerk in jeder Sender-Empfängereinheit 111 werden durch das bereits erwähnte Steuergerät 132 gesteuert, das einen Abfrageimpuls aus dem Abfragenetzwerk 116

ti? in Serie mit der Abfrageverbindung 1016, die schematisch durch Verbindung IPX, IP2, IP3 weiter oben dargestellt wurde, aufnimmt. Ein Hauptsteuergerät 1019 in der zentralen Station 2 überträgt über die Verbindung

1016 den breiten Sl-Impuls, an den sich eine Anzahl von schmalen S2-Impulsen innerhalb jedes Abtastzyklus anschließt. Bei den dargestellten 13 Hingangskanälen und dem einen Testkanal fordert ein Abtastzyklus die Übertragung eines Sl-Impulses, dem 13 S2-Impulse folgen.

Das Abfragenetzwerk 116 besteht aus einem Impulsbreitendetektor 1031 und einer Verzögerungsleitung 1029. Wenn der i npulsbreitendetektor 1031 einen breiten 51-Impuls anzeigt, gibt er einen Steuer-SYNC-Impuls über die Leitung 1035 zum Steuergerät 132, das den Multiplexer 122 auf den Kanal 0 zurücksetzt, wodurch eine mögliche Gleichstrom-Arbeitspunktverschiebung beseitigt und die Übertragung eines phasencodierten Datenworts von dem letzten Kanal der vorausgehenden Abtastung eingeleitet wird. Wenn der Impulsdetektor 1031 einen schmalen 52-lmpuls anzeigt, sendet er einen Impuls aber die Leitung 1033, damit das Steuergerät 132 den Multiplexer 122 auf den nächsten Kanal weiterschaltet und die Daten aus der vorausgehenden Abtastung überträgt Die S1- und 52-lmpulse schreiten über die Verzögerungsleitung 1029 fort und werden dabei so ausreichend verzögert, daß eine Trennung zwischen dem Ende eines lokalen Datenworts, wie es von der Sender-Empfängereinheit 11 la aufgenommen wird, und dem Beginn des Datenworts, das aus der nächsten, abwärts verbundenen Sender-Empfängereinheit, z. B. der Einheit Uli» ankommt, gewährleistet ist. Diese Lücke zwischen den Datenwörtern benachbarter Sender-Empfängereinheiten ist erforderlich, um eine einwandfreie Unterscheidung zu haben.

Wie vorstehend erläutert, ist ein phasencodiertes Datenwort iOOO nsec lang. Die Leitungen 1016a und 1014a (Fig. 17) sind jeweils 60m lang und die Laufzeit über diese Leitungen ist 1,6 nsec/Fuß (533 nsec/m). Die Leitungen 1014a und 1016a benötigen somit eine Impulslaufzeit von (120 ■ 5,33 nsec/m) = 640 nsec. Der gewünschte Totabstand zwischen aufeinanderfolgenden Datenwörtern beträgt also 7« der Wortlänge, z. B. 250 nsec. Somit wird die Verzögerungsleitung 1029 (Fig. 18) für eine Verzögerungszeit eingestellt, die gegeben ist zu

D= L + S- T

wobei L die Länge des phasencodierten Datenworts, 5 die gewünschte Worttrennung und T die Summe der Laufzeiten eines Impulses durch die Leitungen 1014a und 1016a ist In einem Zahlenbeispiel ist die künstliche Verzögerung D

D - (1000 + 250 - 640) = 610 nsec.

Die Arbeitsweise der Abfragung einer jeden Sender-Empfängereinheit 111 durch die Abfrageverbindung 1016 wird in Verbindung mit den F i g. 43 bis 48 weiter unten näher beschrieben.

Ein Datenwort besteht aus 20 Bits, von denen die Bits 1 bis 3 die Präambel, Bit 4 das Paritätsbit, Bits 5 bis 8 die Exponenten, Bit 9 das Vorzeichenbit und die BiU 10 bis 20 die Matisse darstellen. Aus dem Analog-Digital-Umwandler 126 werden die Daten im binären Wechselschriftcode (NRZ-Code) formatgesteuert Dieser Code ist in F i g. 22 durch das Diagramm 6a dargestellt Ein Bitintervall beträgt 50 nsec. Da 20 Bits vorhanden sind, beträgt die Wortlänge 1000 nsec. In dem dargestellten Beispiel wird Bit 9 als ein Eins-Bit angenommen, während der Rest Null-Bits sind.

Im Codeumwandler 128 werden die Daten im phasencodierten NRZ-Impulscode formatgesteuert, wie im Diagramm 66 der Fig.22 dargestellt. Für ein Null-Bit ist an jeder Bitintervallbegrenzung ein Logikpegelüber-■> gang vorhanden. Für ein Eins-Bit (z. B. Bit 9) ist ein Logikpegelübergang in der Intervallmitte vorhanden. Bei Fehlen von Daten, z. B. zwischen Datenwörtern, bleibt der Signalpegel Null. Die Vorderflanke eines ersten Bits eines Datenworts muß stets ein nach positiv gehender

ίο Impuls sein.

Phasencodierte NRZ-Daten (Diagramm 6c nach Fig.22) werden in einen phasencodierten RZ (Rückkehr-zu-NuII)-lmpulscode durch den Sender 1066 zur Übertragung in Konstantstrombetrieb in die Datenver bindung 1014 umgewandelt. »Keine Daten« wird durch einen logischen Nullpegel dargestellt. 50 nsec vor dem Beginn eines Datenworts fällt der logische Pegel auf —5 V für ein Bitintervall, wodurch eine nach positiv gehende Vorderflanke für das erste Datenbit gewährlei stet ist. Es muß ein Polaritätsübergang von — V nach + V (oder von + V nach — V) bei jeder Bitintervallbegrcnzung für ein Null-Bit erfolgen. Zusätzlich macht ein Eins-Bit eine Polaritätsändcrung in der Intervallmitte erforderlich (/. B. Bit 9). Am Ende eines Datenworts fällt der logische Pegel 75 nsec lang auf — V und geht dann nach Null.

Aus den Diagrammen 66 und 6c der F i g. 22 ergibt sich, daß wenigstens ein nach positiv gehender Impuls innerhalb zweier Bitintervalle vorhanden sein muß. Für eine vollständige Beschreibung verschiedener Impulscodes wird auf »The Interface Handbook« von Kenneth M. True hingewiesen.

Es ist erwünscht, einen sclbsttaktenden Impulscode, z. B. den vorbeschriebenen, zu verwenden, weil die Taktgeber 1108 in jeder Sender-Empfängereinheit (Fig. 19) asynchron zu einander sind, obgleich sie bei identischen Frequenzen arbeiten. Bei Fehlen eines selbsttaktenden Impulscodes müßten getrennte Zeitsteucrimpulse dem Datenwort zugeordnet werden, wo- durch das System kompliziert würde.

Daten, die an einer Sender-Empfängereinheit 111b (Fig. 17) aus einer Sender-Empfängereinheit llle unterhalb der Verbindung ankommen, werden vom Datenempfänger 1068 (Fig. 18) im Wiederholernctzwerk 114 aufgenommen. Der Regenerator 1060 nimmt entweder ein lokales Datenwort aus dem Speicherregister und dem Codeumwandler 128 oder ein Datenwort unterhalb der Verbindung aus dem Empfänger 1068 auf. Das regenerierte Wort wird über die Leitung 1063 in

so den Datensender 1066 zur Übertragung über eine Datenverbindung 1014 zur nächsten Sender-Empfängereinheit 11 la oberhalb der Verbindung aufgegeben.

In Fig. 19 ist eine der Wiederholschaltungen 114 im einzelnen dargestellt Der Empfänger 1068 ist ein Line arverstärker 1100 mit positiver Rückkopplung zur Er zielung von steuerbaren Verzögerungseffekten (Hysterese). Der Verstärker 1100 verstärkt ankommende phasencodierte RZ-Daten, die über die Datenverbindung 1014 aufgenommen werden, und aufgrund der Hystere se wandelt er sie in entsprechende phasencodierte NRZ-Logikpegel um. Der Regenerator 1060 weist ein ODER-Glied 1102 auf, das auf die Leitung 1103 entweder Daten aus dem Empfänger 1068 oder lokale Daten aus der Leitung 1057, welche mit dem Ausgang des

Speicherregisters 128 (F ig. 18) verbunden ist abgibt

Eine Datendetektorschaltung 1104 zeigt einen Nulldurchgang an, insbesondere den Übergang von Negativ auf Positiv an den ersten Bitintervallgrenzen, wodurch

eine Datensynchronisiereinrichtung 1106 wirksam wird. Der Datendetektor 1104· zeigt auch das Fehlen von Daten, beispielsweise der Lücke zwischen Datenwöiiern an, wenn keine PolariUHsübergänge am Ausgang des ODER-Glieds 1102 innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls auftreten. Somit nimmt die Leitung 1101 nur Datenwörter von Sensorgruppen stromab von der betreffenden Verbindung auf, während die Leitung 1103 entweder lokale oder solche Datenwörter aufnimmt, die von unterhalb der Verbindung gelieferten Sensorgruppen stammen.

Jede Sender-Empfängereinheit 111 besitzt einen Kristalloszillator oder Taktgeber mit genau 80 MHz. Die Taktgeber in den entsprechenden Sender-Empfängereinheiten sind frei schwingende Taktgeber und somit asynchron zueinander. Wegen der Kauschsignaleinflüsse und der Hochfrequenzversehlechterung durch die Datenübertragungsverbindung 1014 werden die phasencodierten Datenwörttr verzerrt. Ferner werden aufgrund der Leitungsverluste die Signalpegel geschwächt. Somit ist es zweckmäßig, die Datenimpulse an jeder Sender-Empfängereinheit zu verstärken und zu regenerieren, zur Regeneration der Datenimpulse an jeder Sender-Empfängereinheil müssen die Datenimpulse aber zuerst mit dem lokalen Taktgeber neu synchronisiert werden.

Der lokale Taktgeber 1108 (Fig. 19) synchronisiert phasencodierte NRZ-Datenwörter in der Datensynchronisiereinrichtung 1 lOS. Die Leitung 1107 nimmt neu synchronisierte Daten auf, die zum Sender 1066 unter Steuerung eines Steuerimpulses aus der Leitung 1112, die mit dem Daiendetektor 1104 verbunden ist, gesendet werden. Die Leitung 1113 aus dem Datendetektor 1104 sendet auch Steuerimpulse zur Datensynchronisiereinrichtung 1106.

Das Regenerator- und Synchronisiernetzwerk 1060 weist Flip-Flops 1070, 1071, einen Zähler 1072, einen Kristalloszillator, der der Taktgeber 1108 ist, und einen durch »2« teilenden Baustein 1074 auf. Zuerst wird der Flip-Flop 1071 rückgesetzt, wodurch sein ζί-Ausgang auf NULL gesetzt wird und der (^-Ausgang des Füp-Flops 1070 auf NULL rückgesetzt wird. Der Teiler 1074 wird so rückgesetzt, daß keine Taktimpulse über die Leitung 1109 zum Zahier 1072 übertragen werden. Wenn das erste Bit eines Datenworts über die Leitung 1103 aufgenommen wird, ist auch der erste Datenimpuls auf der Leitung 1103 ein nach Positiv gehender Impuls, wodurch eine Änderung von NULL auf EINS erfolgt. Dieser nach Positiv gehende Impuls taktet den Q-Ausgang des Flip-Flops 1071 auf eine EINS, wodurch über die Leitung 1113 das Flip-Flop 1070 und der Teiler 1074 freigegeben werden. Der Teiler 1074 überträgt einen 40-MHz-Taktimpuls über die Leitung 1109. Der Taklimpuls, der am nächsten in Phase mit dem nach Positiv gehenden Datenimpuls auf der Leitung 1103 ist, triggert das Flip-Flop 1070 so, daß die logische EINS am D-Eingang auf den (^-Ausgang als regenerierter, neu synchronisierter Datenimpuls übertragen wird.

Der Datendetektor 1104 weist den Zähler 1072 auf, um das Vorhandensein eines Datenworts auf der Leitung 1103 zu erfassen. Der erste nach Positiv gehende Impuls eines Datenworts auf der Leitung 1103 setzt den Zähler 1072 zurück. Die Taktleitung 1109 sendet einen auftastbaren 40-MHz-Taktimpuls zum Zähler 1072. Der Zähler zählt drei Taktimpulse. Da die Impulse alle 25 nsec auftreten, bestimmen die drei Zählschritte ein Zeitintervall von 75 nsec, also 25 nsec mehr als ein Bitintervall beträgt. Wenn der Zähler 1072 nicht durch einen nach Positiv gehenden Datenimpuls innerhalb des Intervalls von 75 nsec rückgesetzt wird, liefert er nach drei Impulsen einen Übertrag-Impuls an die Leitung 1114 zum Rücksetzen des Flip-Flops 1071 und bewirkt, daß auf der Leitung 1113 NULL-Pegel erscheint, wodurch das Flip-Flop 1070 und der Teiler 1074 rückgesetzt werden und der Sender 1066 über die Leitung 1112 unwirksam wird.

Fig.20 zeigt einen Satz von Zeitsteuerdiagrammen, die die Arbeitsweise des Regenerators 1060 erläutern. Das erste Diagramm 1200 zeigt Binärdaten, die als ein phasencodiertes N RZ-Daten wort formatgesteuert werden. Das Bitintervall beträgt 50 nsec. Für ein NULL-Bit ist keine Polaritätsumkehr zwischen den Bitintervallgrenzen vorhanden, während für ein EINS-Bit die Polarität in der Mitte des Intervalls wechselt. Eine Polaritätsumkehr muß an jeder Bitintervallgrenze auftreten. Die Bitintervallgrenzen werden durch Pfeile oberhalb des Diagramms angezeigt. Die Bitwerte sind zwischen die Teile eingeschrieben. Ein vollständiges Datenbit besteht aus 20 Bitintervallen und ist also 1000 nsec lang. Aus dem Diagramm ergibt sich, daß wenigstens ein nach Positiv gehender Impuls innerhalb zweier Bitintervalle vorhanden sein muß. Auf diesem Merkmal beruht die Arbeitsweise des Datendetektors 1104(Fi g. 19).

Das zweite Diagramm 1202 der Fig.20 stellt eine Folge von 80-M Hz-Taktimpulsen 1224 dar. Das Diagramm 1204 zeigt die Kurvenform eines ankommenden Datenworts, das durch den Empfänger 1068 von dem phasencodierten RZ-lmpulscode in den phasencodierten NRZ-Impulscode umgesetzt worden ist Bedingt durch Rausch- und Störeinflüsse sind die ursprünglichen Impulse, die im Diagramm 1200 dargestellt sind, verschlechtert worden. Die aufgenommenen Impulse sind außer Phase und unsymmetrisch.

Nach den F i g. 19 und 20 taktet der erste nach Positiv gehende Übergang 1220 des Datenworts den Q-Ausgang des Flip-Flops 1071 auf eine EINS (siehe Diagramm 1204). Die logische EINS auf der Leitung 1113 erzeugt ein Steuersignal 1222 zum Teiler 1074 und Flip-Flop 1070 (siehe Zeitdiagramm 1206). Der nächste 80-M Hz-Taktimpuls 1224, der in der Phase am nächsten mit der ansteigenden Bitflanke 1220 ist, wird der erste 40-MHz-Taktimpuls 1226 (siehe Zeitdiagramrn 1208).

Der Taktimpuls 1226 taktet die logische EINS am D-Eingang des Flip-Flop 1070 in den (^-Ausgang über die Leitung 1107 als die Vorderflanke 1228 des ersten neu synchronisierten, regenerierten Datenbits. Solange eine logische EI NS auf den Leitungen 1112 und 1113 vorhanden ist, schaltet ein Sende-Steuersignal 1230 den Ausgangssender 1066 wirksam (Zeitdiagramm 1212), Die Datenbits auf der Leitung 1107 können dann von phasencodierten NRZ-Daten in phasencodierte RZ-Daten zur Übertragung auf die nächste Sender-Empfängereinheit oberhalb der augenblicklich betrachteten Verbindung umgewandelt werden. Wenn die erste ansteigende Bitflanke erneut synchronisiert worden ist, werden die 40-MHz-Taktifnpulse erneut synchronisiert und regenerieren die übrigen Datenbits. Das Zeitsteuerdiagramm 1214 zeigt den Ausgang des Zählers 1072 auf der Leitung 1114. Wenn ein Datenwort über drei 40-MHz-Taktimpulse auf NULL bleibt, gibt der Zähler 1072 einen Übertragimpuls 1232 ab, um das Flip-Flop 1071 und den Zähler 1074 rückzusetzen sowie den Sender 1066 ' unwirksam zu schalten.

Der Sender 1066 (Fig. 19) weist einen Spannungsstromwandler 1076 und einen NRZ- in RZ-Umwandler 1077 auf. Um Daten zuverlässig über eine Obertra-

gungsverbindung, ζ. B. ein Koaxialkabel /u übertragen, müssen die Signale Wechselstromsignalc ohne niederfrequente Komponente sein. Hier kann eine Übertragung im Konstantstrombetrieb verwendet werden, um die Notwendigkeit des Einsatzes breitbandigcr dynamischer Empfänger 1068 zu vermeiden. Spannungsverluste auf der Datenverbindung 1014 bewirken eine erhebliche Signalschwächung. Eine Übertragung im Konstantstrombetrieb ergibt im wesentlichen konstante Spannungspegel an dem Abschlußwiderstand 1150 am Eingang des Empfängers 1068, unabhängig von Verlusten in der Datenverbindung 1014 zwischen benachbarten Sender/Empfängereinheiten 111.

Um eine Übertragung im Konstantstrombetrieb zu erzielen, werden die phasencodierten Datenwörter von einer Spannung in einen konstanten Strom durch den Stromumwandler 1076 umgewandelt. Das spannungssteuerbare logische Tor 1075 weist sowohl invertierende als auch nichtinvertierendc Ausgänge 1075J und 10756 auf. Widerstände 1073a, 10736 (die den gleichen Wert R besitzen) und Transistoren 1078a, 10786 wandeln die Spannungspegel am Ausgang des Tors 1075 in konstante Ströme um.

Die Basen der Transistoren 1078a und 10786 werden bei einer Spannung Vi gesetzt, wobei V, gleich dem NULL-Zustand der Ausgänge 1075a und 10756 des logischen Glieds ist. Die exakte Spannung des NULL-Zustandes hängt von der Art der gewählten Logik ab. Die Spannungen Vr, die an den Widerständen 1073a und 10736 auftreten, sind Ausgangsspannungszustände (V, — Vi) und (V_b — V_x). Deshalb ist der Strom durch die beiden Widerstände

hoch - (V_R, EINS-Zustand - V_x)IR

= C^ä. NULL-Zustand - V_x)ZR = 0.

Der Ausgangsstrom in der Datenverbindung 1014 wird deshalb

das sich in

— Ibhoch +

für einen Polaritätswechsel innerhalb eines Bitintervalls ändert (Fig.22). Da la_niaJrig und lb„_ini_rif = Null sind, wird der Strom in der Datenubertragungsverbindung 1014 (lahoch— Ibhoch) bei einem Bitpolaritätswechsel. Dies gilt für Daten im bipolaren NRZ-Code. Am Ende eines Datenworts ergibt sich eine niederfrequente Komponente aufgrund der Zeitkonstanten des Transformators 1079 und der koaxialen Datenverbindung 1014. Um die niederfrequente Komponente zu ,unterdrücken, wird das NRZ-Signal durch die Schaltung 1077 in RZ-Format umgesetzt Wenn der Sender durch einen Impuls über die Leitung 1112 unwirksam wird, wird der Schalter 1077a an die Spannung V₁ gelegt. Der Einfachheit halber ist der Schalter 1077a als mechanischer Schalter dargestellt; in der Praxis ist er jedoch ein Halbleiterschalter, z. B. ein Transistor (Feldeffekttransistor). Wenn das Ende eines Datenworts durch den Datendetektor 1104(Fi g. 19) festgestellt worden ist, bewirkt ein Impuls auf der Steuerleitung 1112, die an den Datendetektor 1104 angeschlossen ist, daß der Schalter 1077a üuf V₂ schaltet. V₂ ist gleich dem EINS-Zustand der Ausgänge 1075a und 10756, so daß die Transistoren 1078a und 10786 gesperrt werden. Der Strom in der Übertragungsverbindung 1014 geht auf Null, so daß der bipola- re N RZ-Ausgang des Transformators 1079 in den bipolaren, phasencodierten RZ-lmpulscode umgewandelt wird. Die Wicklungen 1079a, 10796,1079cdes Transformators 1069 haben ein Windungsverhältnis von 1 :1 :1. Nach den Fig. 17 und 21 weist die Zentralstation 2

ίο einen Dalenempfänger 1028 auf, der die phasencodierten RZ-Datenwörter aufnimmt, die von den Sender-Empfängcreinhciten 111 über die Datenübertragungsverbindung 1014, d. h. über die dreifach redundante Koaxialverbindung Dl, D2, D 3 in Fig.5, übertragen

i^r; werden. Der Datenempfänger 102S übersetzt die phasencodierten RZ-Datenwörler in einen binären NRZ-Impulscodc zuerst als Gleitkomma-Zahlen und wandelt sie dann in die Datenwörter mit Festkomma-Zahlen um. Die Datenwörter mit festem Komma werden in einer Kanalfolgcmatrix in einem Zuordnungsspeicher der Gruppcnformeinrichtung 1030 gespeichert, wie nachstehend erläutert wird. Jede elementare seismische Sensoreinheit stellt eine Untergruppe dar, da sie im Fall der beschriebenen Ausführungsform drei individuelle Dc tektorcn aufweist. Die Ausgangssignale aus einer An zahl solcher Untergruppen werden in der Gruppenformcinrichtung 1030 so kombiniert, daß sich ein für eine viel größere, d. h. verlängerte Gruppe charakteristisches zusammengesetztes Signal ergibt. Das so gebil- dete zusammengesetzte Signal wird in eine Formatsteuereinrichtung 1032 und von dort in ein Magnetbandgerät 1034 übertragen, in welchem die Signale aufgezeichnet werden, damit sie später zur Auswertung eines seismischen Querschnitts der Erdschichten zur Verfügung stehen.

Zu Beginn eines seismischen Meßvorgangs wird an der Zentralstation 2 ein Eich-Adressenbelrieb eingeleitet. Ein Abfrageimpuls wird von der Hauptsteuerung 1019 über die Abfrageverbindung 1016 zu den entspre chcnden Sender-Empfängereinheiten 111 gesendet. Da jede Sender-Empfängereinheit den Abfrageimpuls anzeigt, wird ein Datenwort in den Datenempfänger 1028 über eine Datenverbindung 1014 zurückgesendet. Ein Zeitumwandlcr 1015 muß die Zeitdauer zwischen der Übertragung des Eich-Abfrageimpulscs und der Ankunft der resultierenden Datenwörter aus den Sender-Empfängereinheiten 111. Jedem der Datenwörter aus jeder Sender-Empfängereinheit ist natürlich eine Zeilverzögerung zugeordnet. Die Zeitverzögerungen wer- den als Binärzahlen codiert, so daß sie einen Adressencode bilden, und werden über die Leitung 1027 iin Adressenspeicher 1017 gespeichert. Während eines normalen Arbeitsvorgangs mißt der Zeitumwandler 1015 das Intervall zwischen entsprechenden Abfrageimpul sen und den rückkehrenden phasencodierten Daten wörtern. Die Zeitintervalle werden mit den gespeicherten Adressencodes verglichen. Der Adressenspeicher 1017 identifiziert dann jedes aufgenommene Datenwort in bezug auf die Ursprungs-Sender-Empfängereinheit und bewirkt, daß die Gruppenformeinrichtung 1030 das aufgenommene Datenwort in die richtige Stelle in der Matrix eines Kernspeichers einsetzt.

Fig.21 zeigt eine schematische Darstellung der Gruppenformeinrichtung 1030. Diese Gruppenformein richtung 1030 weist ein Steuergerät 1081, einen Zuord nungsspeicher 1083a, 10836, eine Speicherschreibsteuerung 1037, einen Datenkanalabtastspeicher 1047, eine Lesesteuerung 1049, eine Multiplizierschaltung 1053

und 10536, einen Koeffizienten-Festwertspeicher (ROM) 1055, einen Addierer 1064a und 10646, Akkumulatorregister 1065a und 10656, einen Ausgabespeicher 1080 und dnen Mikroprogrammspeicher (ROM) 1067 auf, der ein Nur-Lesespeicher ist.

Der Empfänger 1028 nimmt, wie vorstehend beschrieben, die phasencodierten Datenwörter aus den Sendern/Empfängern lila bis Hin unterhalb der Verbindung auf und wandelt die phasencodierten RZ-Datenwärter in NRZ-Binärzahlen mit Gleitkomma um, die wieder in Festkomma-Zahlen umformatiert werden. Gleichzeitig identifiziert der Zeitzähler oder Umwandler 1015 und der Adressenspeicher 1017 beim Empfang der Datenwörter jede Zahl in bezug auf ihren Ursprung in Form der Sender- Empfängereinheit-Zahl und der Datenkanai-Zahi. Die Festkomma-Zahlen aus dem Empfänger 1028 werden in die Gruppenformcinrichtung 1030 übertragen und in dem Zuordnungsspeicher 1083 gespeichert, wo sie in die Datcnkanalfolge unter Steuerung des Steuergeräts 1081 und der Schrcibsteucrung 1037 eingeschrieben werden, nachdem eine Datenkanalidentifizierung über den Adressenspeichcr 1017 erfolgt ist.

Die Datenkanäle werden von 1 bis 500 beziffert, wobei mit der ersten elementaren seismischen Sensoreinheit begonnen wird, die der nächsten unterhalb der Verbindung angeordneten Sender-Empfängereinheit lila zugeordnet ist, und die mit der letzten seismischen Sensoreinheit enden, die der am weitesten entfernten, unterhalb der Verbindung angeordneten Sender-Empfängereinheit Hin entsprechen. Die phasencodierten Datenwörter jedoch werden nicht in der Zahlfolge der Sensorgruppe aus der Datenübertragungsverbindung 1014 aufgenommen, sie kommen, wie oben erläutert, etwa über den Sender-Empfängerkanal 1 aus allen Sender-Empfängereinheiten lila. Hin, dann als Sender-Empfängerkanal 2 aus allen Sender-Empfängereinheiten HIa bis Hin usw. an. In der Datenkanalbezifferung entspricht

— Kanal 1 des Senders/Empfängers IHa Kanal in der Zuordnungsspeichermatrix 1083a,

— Sender/Empfänger 1116 Kanal 1, entspricht dem Datenkanal 11,

— Sender/Empfängereinheil HIc, Kanal 1, entspricht dem Datenkanal 21 und

— Sender/Empfängereinheit Hin Kanal 1, entspricht dem Datenkanal 1 + 1On.

Die Sender/Empfängerkanäle 0,11,12 und 13 sind in der vorbeschriebenen Ausführungsform Hilfskanälc. Es ist die Funktion des Zuordnungsspeichers 1083a (Fig.21), die Daten mit festem Komma, die aus dem Empfänger 1028 ankommen, in der richtigen Datcnkanalfolge in einer Speichermatrix zusammenzusetzen und die Hilfskanäle in ihre richtige Folge in einer Hilfskanal-Speicherstelle 10936 zu trennen. Wenn eine Abtastung der seismischen Daten und der Daten im Hilfskanal in den Zuordnungsspeicher 1083a, 10836 eingeschrieben worden sind, werden die Datenkanalsignale aus dem Zuordnungsspeicher 1082a in den Datcnkanal-Abtastspeicher 1047 und die Hilfskanaldaten 10836 in den Ausgabespeicher 1080 übertragen.

Die Digitalzahlen, die im Zuordnungsspeicher 1083 gespeichert sind, stellen die Signale aus den 500 elementaren seismischen Sensoreinheiten dar, von denen jede eine kurze Untergruppe bildet. Der Steuerspeicher 1067 und der Koeffizientenspeicher 1055 sind so vorprogrammiert, daß sie die digitalen Signale aus ausgewählten Untergruppen kombinieren, um ein zusammengesetztes digitales Signal zu bilden, das charakteristisch für eine wesentlich größere gewünschte Gruppe ist. Die ■5 Bewertung bzw. das Gewicht, das das Digitalsignal einer individuellen Untergruppe zu dem gesamten zusammengesetzten Digitalsignal beiträgt, wird durch den Koeffizientenspeicher 1055 gesteuert. Die Verfahren und Techniken zur Anwendung von Bewertungskoeffizienten sind weiter unten erläutert.

Das seismische Datenkanalsignal im Abtastdatenkanalspeicher 1047 wird in der Datenkanalfolge ausgelesen, wobei der Datenkanal 1 der erste und der Datenkanal 1On der letzte ist. Die Datenkanalsignale werden über die Datenvielfachleitung 1082 auf Multiplizierer 1053.7 und 10536 übertragen. Unter Steuerung des Steuergeräts 1080 und des programmierten Gruppenmusters, das im Steuerspeicher 1067 gespeichert ist, wird jedes Datenkanalsignal mit dem entsprechenden Be-Wertungskoeffizienten multipliziert, der im Koeffizientenspeicher 1055 gespeichert ist. Wenn das Signal aus einem Datenkanal nicht in einer Gruppe verwendet werden soll, wird sein Koeffizient Null sein und somit ist das Ergebnis der Multiplikation Null. Die bewerteten Datenkanalsignale werden dann in Addierern 1064a und 10646 zu den Ausgängen der Register 1065a und 10656 hinzu addiert. Die akkumulierten Resultate in den Registern 1065a und 10656 entsprechen der Summe der bewerteten Datenkanalsignale. Das Steuergerät 1081 überträgt in Abhängigkeit von dem Speicher 1067 den Inhalt der Register 1065a und 10656 in ein Ausgaberegister 1080 als Datenprobe für jede zusammengesetzte Gruppe, wenn die vorher programmierte Anzahl von individuellen Datenkanalsignalen, die jede zusammen-

J5 gesetzte Gruppe bilden, summiert worden ist. Der Vorgang wird fortgesetzt, bis alle Datenkanäle in dem Abtastdatenkanalspeicher 1047 in zusammengesetzte Gruppensignalproben verarbeitet und auf den Ausgabespeicher 1080 übertragen worden sind. Der Inhalt des Ausgabespeichers 1080 enthält dann eine Abtastung zusammengesetzter Signalproben für die zusammengesetzten Gruppen. Hilfskanaldaten werden in ähnlicher Weise unter Steuerung des Steuergeräts 1081 formatgesteuert.

Beispielsweise sei angenommen, daß eine seismische Kabelanordnung 500 individuelle kurze Untergruppen besitzen. Die Ausgangssignale aus aufeinanderfolgenden Sätzen von 20 Untergruppen können so kombiniert werden, daß zusammengesetzte Signale erzeugt werden, die 25 wesentlich längere Gruppen darstellen. Durch Verwendung von Dual-Multipüzierern 1053s, 10536, Dual-Addierern 1064a, 10646 und Doppelregistern 1065a, 10656 können einige der Signale aus einigen der 20 Untergruppen, die jeweils eine der aufeinanderfolgenden Gruppierungen bilden, mit benachbarten Gruppierungen, d. h. Sätzen, zur Erzeugung zusammengesetzter Signale, die 50 sich überlappende, längere Gruppen darstellen, verbunden werden.

Der Inhalt des Ausgabespeichers 1080 wird sequen-

ω tiell auf die Formatsteuereinrichtung 1032 und dann auf das Aufzeichnungsgerät 1034 übertragen werden. Wenn dieser Verarbeitungszyklus für die erste Abtastung abgeschlossen ist, werden die beim nächsten Abtastvorgang erhaltenen neuen Daten im Speicher 1083a und

10836 neu geordnet. Nach Beendigung der Verarbeitung des Ergebnisses der ersten Abtastung, wie sie durch das Steuergerät 1081 festgelegt wird, werden die neuen Daten zum Abtastdati«n-StiM»i-mwM*i«»r

61 62

übertragen und die Verarbeittag zur Bildung von Si- den anderen 49 Sender-Empfängereinheiten (falls

gnalmustern einer zweiten Abtastung tür die nächste 50 Sender-Empfängereinheiien insgesamt vorhanden

zusammengesetzte Gi ippe beginnt. sind) auf. regeneriert und überträgt sie. Die letzte, die 50.

Der vorstehend erläuterte Vorgang wird unter Steue- Sender-Empfängereinheit, gibt natürlich nur ihr eigenes

rung des Hauptsteuergeräts 1019 fortgesetzt, bis der s lokales Datenwort ab.

Aufzeichnungs- und Verarbeitungszyklus abgeschlos- Um alle Kanäle in aller, Sender-Empfängereinheiten

sen ist abzufragen, werden also ein S !-Impuls und 13 52-Im-

Das soweit beschriebene System arbeitet wie folgt: pulse während eines Abtastzyklus übertragen. Somit i Eine Anzahl von Sender-Empfängereinheiten 111 ist in werden Datenwörter in den Datenempfänger 1028 in I

regelmäßigen Intervallen entfernt in bezug auf die zen- io einem Zeitfolge/Kanalfolge-Zweistufenmultiplexzyklus ip

trale Station 2 angeordnet Jede Sender-Empfängerein- übertragen. Das heißt daß Datenwörter aus den ent- §

heit besitzt vierzehn Eingangskanäle, mit denen seismi- sprechenden Sender-Empfängereinheiten UIa bis 1 In |

sehe Sensoruntergruppen, wie auch eine Kanalauswähl- in Abhängigkeit von der Abfrageimpulslaufzeit zwi- Sf

einrichtung, nämlich der Multiplexer 122, und eine ge- sehen aufeinanderfolgenden Sendern/Empfängern ge- f

meinsame Signalkonditionierelektronik der Sender- is trennt werden. Eine zusätzliche Verzögerung in jedem _f-.f

Empfängereinheit verbunden sind Von den 14 Kanälen AbfragencUcwerk 116 gewährleistet eine sichere Tren- ;

sind zehn Datenkanäle. Der Rest sind Test- und Hilfska- nung der einzelnen Abfrage/Antwort-Impulsgruppen. %

näle. Der Ausgang der gemeinsamen Signalkonditio- Datenwörter aus den entsprechenden Kanälen inner- ψ

nierelektronik ist mit dem WiederhoJernetzwerk 114 halb jeder Sender-Empfängereinheit werden also von- f

verbunden. Innerhalb jeder der Sender-Empfängerein- 20 einander in Abhängigkeit von der Kanalauswählfolge ;

heiten ist das Abfragenetzwerk 116 angeordnet. getrennt.

Die Wiederholernetzwerke 114 der Sender-Empfän- Wenn die Datenwörtcr am Datenempfänger 1028 an- \,;; gereinheiten sind alle in Reihe geschaltet und mit dem kommen, werde. sie im Zuordnungsspeicher 1083a zwi- t Datenempfänger 1028 in der Zentralstation über die schengespeichert und in einer Kanalfolgematrix geord- ΐ Breitbandübertragungsverbindung 1014 verbunden. 25 net Dem ersten Datenkanal der ersten Sender-Empfän- · Die Abfragenetzwerke 116 sind alle in Reihe geschaltet gereinheit 11 la ist Kanal 1 und dem letzten Datenkanal i und mit dem Hauptsteuergerät 1019 in der Zentralste- der letzten Sender-Empfängereinheit 111 η ist Kanal 500 ' tion 2 über die Abfrageverbindung 1016, die die dreifach zugeordnet Somit werden in Abhängigkeit vom ersten redundante Leitung /Pl, IPZ IP3 der Fig.3 ist, ver- Abfrageimpuls Datenwörter aus den Datenkanälen 1, bunden. 30 11, 21, usw. aufgenommen. In Abhängigkeit von dem Periodisch zu Beginn eines jeden Abtastintervalls, zweiten Abfrageimpuls werden Datenwörter aus den z. B. zu Beginn jeder Millisekunde, sendet das Haupt- Datenkanälen 2,12,22, usw. aufgenommen, und so fort steuergerät 1019 einen breiten S1-Abfrageimpuls über In der Zentralstation 2 ist der Steuerspeicher 1067 so eine Abfrageverbindung 1016 aus. Da das Abfragenetz- vorprogrammiert, daß er Signalproben abfragt die von werk 116 in jeder Sender-Empfängereinheit Ul den 35 ausgewählten Sätzen von seismischen Untergruppen 51-lmpuIs identifiziert wird die Kanalauswähleinrich- aus dem Zuordnungsspeichcr 1083a stammen. Die austung auf Kanal Nr. 0 zurückgesetzt. Das digitale Daten- gewählten Signalprobcn werden auf den Datenkanalabwort aus dem letzten Kanal der vorausgehenden Abta- tastspeicher 1047, von dort auf die Multiplizierer 1053a, stung wird in ein selbsttaktendes, phasencodiertes RZ- 10536 übertragen und mit ausgewählten Bewertungsko-Datenwort umgewandelt und über den Sender 1066 des 40 effizienten unter Steuerung des Koeffizientenspeichers Wiederholernetzwerks 114 der Übertragungsverbin- 1055 multipliziert Die bewerteten Proben werden dann dung 1014 zur Übertragung auf den Datenempfänger in Addierern 1064a, 10646 zusammengesetzt und bilden 1028 in der Zentralstation 2 aufgegeben. Ein schmälerer eine einzige, zusammengesetzte Signalprobe, die eine 52-lmpuls wird dann von dem Hauptstcuergerät 1019 wesentlich größere Gruppe mit vorgewählten Eigenübertragen, und zwar genau 71,4 μβεϋ später. Wenn jede « schäften darstellt. Die zusammengesetzten Daten wer-Sender-Empfängereinheit den 52-lmpuls aufnimmt und den im Ausgabespeicher 1080 für die nachfolgende identifiziert, wird der Multiplexer 122 als Kanalwähler Übertragung in die Formatstcuereinrichtung 1032 und auf Kanal Nr. 1 weitergeschaltet. Das seismische Signal, anschließende Aufzeichnung im Aufzeichnungsgerät das im Kanal Nr. i vorhanden ist, wird abgefragt, auf 1034, z. B. auf einem Magnetband, gespeichert, einen bestimmten Pegel angehoben und als phasenco- 50 Daraus ergibt sich, daß das vorbeschriebene seismidiertes NRZ-Digitalwort d. h. als lokales Datenwort di- sehe Datenverarbeitungssystem ein einziges seismigital dargestellt. Das lokale Datenwort wird in ein pha- schcs Kabel aufweist, das die Formation einer gesencodiertes RZ-Datenwort umgewandelt und auf die wünschten seismischen Sensorgruppenkonfiguration Datenübertragungsverbindung 1014 geschaltet. aus einer Vielzahl von Untergruppen ermöglicht. Es ist Jede Sender-Empfängereinheit überträgt zuerst ein 55 nicht notwendig, physikalisch das seismische Kabel oder lokales erfaßtes Datenwort. Dann erwartet sie die An- andere Bestandteile des Datenaufbereitungssystems am kunft eines entfernten Datenworts aus der nächsten, Einsatzort zu ändern, um unterschiedliche Gruppen zu abwärts in bezug auf die Verbindung angeordneten erhalten, die sich ändernden geologischen Bedingungen Sender-Empfängereinheit und im Anschluß daran die gewachsen sind.

Ankunft eines Datenworts aus der abwärts in bezug auf 60 Nachstehend erfolgt eine Erläuterung der F i g. 23

die Verbindung angeordneten Sender-Empfängerein- bis 35.

heit, die der nächsten benachbart ist, usw. Jedes entfern- Fig. 23 zeigt ähnlich wie Fig. 1 eine schematische

te, auf diese Weise aufgenommene Datenwort wird re- Darstellung seismischer Erkundungsanordnungen, die generiert und aufwärts in bezug auf die Verbindung eine Ausführungsform eines seismischen Erkundungszum Datenempfänger 1028 bis zur Zentralstation 2 65 oder Explorationssystems zeigen. Ein Schiff 10 mit einer

übertragen. Somit überträgt die Sender-Empfängerein- großen Kabelrolle 2054, die am Heck befestigt ist, heit HIa zunächst das eigene lokale Datenwort und schleppt ein langes meeresscismisches Kabel 2056, das nimmt dann entfernte Datenwörter nacheinander von von der Rolle 2054 abrollt. Der Meeresboden ist durch

die horizontale Linie 2058 angedeutet, und verschiedene geologische Schichtgrenzflächen sind durch horizontale Linien 2060,2062 und 2064 bezeichnet

Das Kabel 2056 besitzt einen dem Schiff 10 näheren ersten Abschnitt 1056' und e.nen entfernten Abschnitt 2056", der sich weiter weg vom Schiff befindet Wie bei meeresseismischen Kabeln üblich, sind eine große Anzahl von seismischen Sensoren in das Kabel eingebaut Wie oben erwähnt kann das Kabel eine Länge von z. B. 3000 m besitzen und 500 Sätze von elementaren seismischen Sensoreinheiten aufweisen, wobei jeder Satz drei miteinander in Verbindung stehende seismische Sensoren enthält Bei dieser Anordnung sind aufeinanderfolgende Sensoren zwischen 1,8 und 2,1 m, z. B. 1,875 m voneinander entfernt und jede elementare Sensoreinheit die aus drei Sensoren besteht hat eine Länge von etwa 3,75 m, wobei der Abstand von Mitte zu Mitte für benachbarte Sensoreinheiten 5,625 m beträgt.

Zuerst wird die an der Stelle 2066 angeordnete elementare Sensoreinheit erläutert Die Sensoreinheit an der Stelle 2066 nimmt nacheinander auftretende Reflexionen auf, nachdem an der Stelle 2068 eine Sprengladung in der Nähe des Hecks des Schiffes und in der Nähe des benachbarten Endes des Kabels 2056 zur Detonation gebraucht wurde. Im Anschluß an den Anfangsimpuls, der als erster Einsatz bekannt ist, und der üblicherweise direkt durch die obere Schicht des Wassers zur Sensoreinheit 1066 läuft, kommt die erste reflektierte seismische Welle vom Meeresboden 2058 zurück. Dieses erste reflektierte Signal, das an der Sensoreinheit 2066 aufgenommen wird, wandert über den verhältnismäßig kurzen Pfad 2070. Der Strahl bzw. Pfad 2070 bildet beim Auftreffen auf die Sensoreinheit an der Stelle 2066 mit der Horizontalen einen verhältnismäßig flachen Winkel θ\. Anschließende Reflexionen an den geologischen Grenzflächen 2060 und 2062 folgen Pfaden, die die Linien 2072 und 2074 verkörpern. Diese Strahlen bilden aufeinanderfolgend größere Winkel θ₂ und θι mit der Horizontalen. Somit ändert sich die Richtung der Signale, die auf die Sensorcinheit 2066 auffallen, während der Aufzeichnung der seismischen Reflexionen und insbesondere nimmt der Winkel der aufgenommenen Signale relativ zur Horizontalen mit zunehmender Zeit zu. Ferner können die Signale, die längs der Strahlen 2070, 2072 und 2074 reflektiert werden und nacheinander an den Sensoreinheiten 2066 aufgenommen werden, vereinfacht als Darstellung einer Spur von reflektierten Signalen von Punkten längs der vertikalen Linie 2075 (eingeschlossen die Punkte 2070', 2072' und 2074') angesehen werden.

In F i g. 23 ist eine zusätzliche Sensoreinheit 2076 am entfernten Ende des seismischen Kabels dargestellt. Aus Zweckmäßigkeitsgründen ist die innere Hälfte des meeresseismischen Kabels mit der Bezugsziffer 2056' und die äußere Hälfte mit 2056" bezeichnet, wobei die Sensoreinheit 2076 am äußeren Ende der entfernten, äußeren Hälfte des Kabels 2056" angeordnet ist. Zu einem späteren Zeitpunkt nimmt die Sensoreinheit 2076 Signale auf, die von der geologischen Grenzfläche 2062 längs des Pfades 2078 reflektiert werden. Zu einem noch späteren Zeitpunkt nimmt die Sensoreinheit 2076 Reflexionen längs des Pfades 2080 aus der liefen geologischen Grenzfläche 2064 auf. Insbesondere ist zu vermerken, daß die Sensoreinheiten 2066 und 2076 Signale aus einer bestimmten Schicht mit unterschiedlichen Winkeln und zu unterschiedlichen Zeiten aufnehmen.

Wie bei anderen Arten der Wellenausbreitungsanalysc können die Wellen etwa durch wandernde sphärische Wellenfrontsn oder durch Strahlen dargestellt werden. Ferner werden die Wellen gemäß den Strahlen 2072 und 2074 an den Grenzflächen 2058 und 2060 mit Winkeln gebrochen, die von den physikalischen Eigenschaften der Schicht abhängen.

Natürlich sind genau horizontal gelagerte geologische Grenzflächen, wie die in F i g. 23 dargestellten horizontalen Grenzflächen 2058,2060,2062 und 2064, unüblich und für den Geologen nicht besonders interessant Von größerem Interesse sind geologische Anomalien, wie z. B. Verwerfungen, Horste oder einfallende Grenzflächen. In Fig.23 ist die geneigte Ebene 2082 dargestellt, die einen positiven Einfallwinkel relativ zu der horizontalen Ebene 2064 ergibt Die gestrichelte Linie, die eine Einfallebene 2082 zeigt stellt den Gegenstand dar, der in Verbindung mit den Fig.24 und 25 weiter unten erläutert wird.

Der seismische Pfad 2083 (Fig.23), der gestrichelt dargestellt ist, trifft auf die Einfallebene 2082 an der Stelle 2083'. im Falle einer Ebene, die nach unten von der Bewegungsrichtung des Schiffes weg einfällt wird unter Verwendung der Geometrie nach F i g. 2 das resultierende seismische Signal, das an der Sensoreinheit 2076 angezeigt wird, in der Intensität verglichen mit dem Signal, das durch Reflexion aus einer Ebene, die in entgegengesetzter Richtung geneigt ist, bzw. einfällt verringert.

Dies wird im einzelnen in Verbindung mit den F i g. 24, 25 und 30 erläutert. Auf qualitctiver Basis jedoch ist festzustellen, daß konventionelle seismische Gruppierungen empfindlicher für Signale sind, die vertikal an der Gruppierung ankommen und weniger empfindlich gegen Wellen sind, die in verhältnismäßig kleinen Einfallwinkeln ankommen. Ferner ist diese erhöhte Empfindlichkeit ausgeprägter für herkömmliche seismische Gruppierungen bei höheren akustischen Signalfrequenzen. Wie in Fig.23 dargestellt, ist der seismische Pfad 2083 gegen die Sensoreinheit 2076 in einem kleineren Einfallwinkel zur Horizontalen als der Pfad 2080. Wenn die Ebene 2082 in der entgegengesetzten Richtung geneigt ist. ist der Einfallwinkel an der Sensoreinheit 2076 noch näher der Vertikalen und die Ansprechintensität würde entsprechend vergrößert. Diese Erscheinung wird auf quantitativer Basis weiter unten in Verbindung mit der Beschreibung der F i g. 24,25 und 30 betrachtet.

Im vorliegenden Fall wird auf den Unterschied in seismischen Überwachungsergebnissen, die in einer Bewegungsrichtung erhalten werden, im Vergleich mit der so entgegengesetzten Bewegungsrichtung bei der Durchführung einer Meereserkundung Bezug genommen. Wie vorstehend ausgeführt, ist diese Differenz durch die Differenz in der Richtung der Übertragung der seismischen Energie bedingt, die für Meereserkundungen mit einem seismischen Impuls aus dem Schiff entstehen. Bei systematischen Landerkundungen kann natürlich der seismische Impuls aus verschiedenen Stellen eingeleitet werden, einschließlich Stellen an der Rückseite oder an der Vorderseite einer linearen Kabelanordnung längs to der Traverse. Wendet man die vorliegende Analyse auf Landerkundigungen an, so ist die Lage der seismischen Impulsquelle relativ zu dem seismischen Kabel ein bestimmender Faktor.

Fig.24 zeigt eine graphische Darstellung des relati-M ven Ansprechcns auf reflektierte Signale einer ungelenkten Sensorgruppe mit der in Fig. 26 gezeigten bekannten Konfiguration, die in einem Abstand von 300 m von der Abschußstellc längs des Kabels 2056 in Fi e. 3

angeordnet ist, bei verschiedenen angezeigten Frequenzen und im Anschluß an ein Zeitintervall einer Sekunde von dem Abschuß längs des Reflexionspfads zu der Sensorgruppe. Das Ansprechen bei 200 Hz wird durch fortlaufende x, bei 100 Hz durch fortlaufende +, bei 50 Hz durch kleine Dreiecke und bei 20 Hz durch kleine Kreise identifiziert. Das Ein-Sekunden-Zeilintervall bestimmt zusammen mit der Geschwindigkeit die Eindringiiefe der reflektierten Signale. Die Geschwindigkeit nach F i g. 28 beträgt für eine Reflexionslaufzeit von 1 see 1800m/sec; die Eindringtiefe beträgt daher etwa 900 m. In F i g. 24 ist in der horizontalen Achse der Neigungswinkel entsprechend dem Winkel zwischen der gestrichelten Linie 2082 und der horizontalen Linie 2084 in Fig.23 aufgetragen. Bei einer Versetzung von etwa 300 m von der Abschußstelle ergibt sich, daß das maximale Ansprechen bei allen Frequenzen bei einem Winkel von etwa —10° auftritt, was seismischen Wellen entspricht, die etwa vertikal auf die Sensorgruppe fallen. Diese Bedingung maximalen Ansprechens wird durch die vertikale Linie 2084 in F i g. 24 dargestellt.

Der größte Teil der seismischen Energie liegt bisher bei verhältnismäßig niedrigen Frequenzen aus den aus F i g. 24 ersichtlichen Gründen. Es ist dabei zu beachten, daß an der zweiten vertikalen Linie 2086 in F i g. 24, die einem positiven Neigungswinkel von 10° entspricht, praktisch keine Energie bei 200 Hz von der Sensorgruppe aufgenommen wird.

Weiterhin ist zu beachten, daß längs der vertikalen Linie 2086 die bei 100 Hz aufgenommene Energie einen Pegel von etwa —18 db besitzt. F i g. 25 stellt eine extremere Bedingung als die in F i g. 24 gezeigte für eine ungelenkte Anordnung dar. Sie gilt für einen Abstand von etwa 1200 m von der Abschußstelle zur Sensoraufnahmestelle, eine verhältnismäßig niedrige Geschwindigkeit von etwa 1500m/scc, eine Charakteristik von Wasser oder oberflächennahen Materialien, wie mancherorts gegeben, und eine Zeitdauer von nur 1 see entsprechend Reflexionen aus einer verhältnismäßig seichten geologischen Schicht. Wie durch Bezugnahme auf die vertikale Linie 2088 in Fig. 25 entnommen werden kann, werden bei einem Winkel von +10° selbst die seismischen Signale von 50 Hz abgeschnitten und nur die sehr niedrigen Frequenzen, z. B. die Frequenzen von 20 Hz, die durch die Auftragung 2090 gezeigt sind, werden von den Sensoren angezeigt. Bestimmte Schenkenlen für 200 Hz sind bei 2092, 2094 und 2096 gezeigt. Diese ergeben jedoch keine wichtige Information, da sie fehlerhaft oder in der Phase gestört sind oder andere Anomalien aufweisen.

Die Diagramme nach F i g. 24 und 25 stellen im Datail die Probleme dar, die bei festen, ungelcnkten Gruppierungen der in einigen der oben erwähnten Veröffentlichungen erläuterten Art auftreten.

Insbesondere zeigt die Fig. 26 eine Gruppe aus 26 Elementen, die eine gleichförmige Bewertung der Sensoreingänge und einen variablen Abstand verwenden. Die Gesamtlänge der Gruppe beträgt 63 m, und der Abstand ist durch folgende numerische Werte gegeben: ±3', ±8', ±14', ±19', ±25', ±30', ±38', ±44', ±52', ±61', ±71', ±80', ±105', wobei die 26 Elemente von der Mitte der Gruppe durch die angegebene Anzahl von Metern im Abstand versetzt sind.

In Fig. 26 zeigt die gleichförmige Höhe der Linien 2028 die gleichförmige Bewertung der Sensoren an, die horizontalen Stellen geben den relativen Absland der Sensoren längs des seismischen Kabels an. Die resultierende Empfindlichkeit ist symmetrisch über die vertikale Mittenlinie, ist relativ breit und unterscheidet nur gegenüber horizontal laufenden Wellen. Die Sensorgruppe der F i g. 26 wurde bei der Erstellung der Diagramme nach den F i g. 24 und 25 verwendet
Die Gruppe nach F i g. 27 besteht aus zehn elementaren Sensoreinheiten, deren jede drei Detektoren enthält. In der abgeschrägten Gruppe nach F i g. 27 haben die Sensoreinheiten 2102 und 2104 am jeweiligen Ende eine Bewertung von »1« im Vergleich mit einer steigenden Bewertung von 2, 3, 4, 5 für die Sensoreinheiten gegen die Mitte der Gruppe zu, wobei die beiden Sensoreinheilen 2106 und 2108 in der Mitte Bewertungen von »5« haben. Die Elemente der Gruppe sind im gleichförmigen Abstand voneinander angeordnet und erstrekken sich über einen Gesamtabstand von 69 m vom ersten Sensor bis zum letzten Sensor.

Diese abgeschrägte Gruppe nach F i g. 27 besitzt eine Ansprechcharakteristik mit einer ziemlich scharf definierten Hauptkeule. Wie weiter unten noch erläutert wird, kann die abgeschrägte Konfiguration der F i g. 27 in Verbindung mit dem hier erörterten Gesichtspunkt verwendet werden.

Fig. 28 zeigt ein Diagramm, bei dem die Geschwindigkeit in Meter pro Sekunde über der Reflexionsdauer in Sekunden aufgetragen ist. In Fig.28 erscheint die Linie 2110 geringer Geschwindigkeit, die mit V/. bezeichnet ist, als horizontale Linie, die eine konstante Geschwindigkeit von 1500m/sec anzeigt. Dies ist die Geschwindigkeit der seismischen Wellen in Wasser oder in der Nähe der Erdoberfläche; sie ist besonders wichtig für eine Welle, die nahezu horizontal in Wasser verläuft. Die Linie 2112 hoher Geschwindigkeit, die mit Vn bezeichnet ist, nimmt jedoch in der Geschwindigkeit mit zunehmender Tiefe durch die Erde (im Gegensatz J5 zu Wasserbedingungen) zu. Bei größeren Reflexionsdauern nimmt der quadratische Mittelwert der Geschwindigkeit in Metern pro Sekunde stark bis zu einem maximalen Wert bei einer 4 see betragenden Reflextonsdauer von 3300 m/sec zu. Die Linie hoher Geschwindigkeit stellt die tatsächlichen Geschwindigkeitsbedingungen in vielen Gebieten der Erde dar. Die Analyse der F i g. 24 basiert auf der Charakteristik Vn hoher Geschwindigkeiten der F i g. 28, während die F i g. 25 und 30, die extremere Bedingungen darstellen, auf der Charakteristik V/. der F i g. 28 basieren.

Eine große Anzahl von Gruppen ist in Längsrichtung eines seismischen Kabels ausgebildet, und jede dieser Gruppen kann individuell gerichtet werden, so daß sie für seismische Reflexionen empfindlich ist, die aus unlerschicdlichen, vorbestimmten Tiefen eines geophysikalischen Terrains, das untersucht wird, reflektiert werden. Dies kann dadurch erreicht werden, daß zu Beginn eine große Anzahl von seismischen Signalen aus elementaren seismischen Sensoreinheiten, die längs des Kabels versetzt angeordnet sind, übertragen werden. Dann wird eine große Anzahl, vielleicht 30, 50 oder mehr Gruppen an 30,50 oder mehr im Abstand versetzten Stellen längs des Kabels aus den Signalen festgelegt, die von den elementaren Sensoreinheiten aufgenommen werden. Diese Gruppen, die längs des Kabels versetzt angeordnet sind, werden so gerichtet, daß sie seismische Signale aus ausgewählten Tiefen längs benachbarter vertikaler Linien des untersuchten geophysikalischen Bereichs erfassen. Diese Richtungsempfindlich-M keil kann durch entsprechende Verzögcrungssignale erzielt werden, die aus benachbarten elementaren Sensoreinheiten stammen. Im Anschluß daran werden die seismischen Signale aus benachbarten vertikalen Linien

kombiniert, so daß sie einen Querschnitt oder eine zusammengesetzte geophysikalische Messung des zu untersuchenden Terrains ergeben.

Zur Erzielung des richtigen Verzögercagswerts zwischen Signalen aus benachbarten elementaren .Sensoreinheiten, die eine Gruppe bilden, ist es wichtig, die Unterschiede in den Ankunftszeiten seismischer Signale an den benachbarten elementaren Sensoreinheiten festzulegen. Fig.29 und die nachstehende mathematische Untersuchung zeigen, wie diese Verzögerung berechnet werden kann. In F i g. 29 wird ein seismischer Impuls aus der Abschußstelle 2116 von der geologischen Grenzschicht 2118 in die Sensorgruppe 2120 reflektiert, wobei die seismischen Signale längs der Strahlpfade 2122 und 2124 wandern.

In der folgenden mathematischen Analyse beziehen sich die Buchstaben »s«, »x« und »d«auf die in Fig. 29 gezeigten Abstände und Punkte. Aus Zweckmäßigkcitsgründen wird der Punkt 2116 in den PunH 2126 reflektiert, der das virtuelle Bild des Punkts 2116 relativ zu der Ebene 2118 ist.

Für die mathematische Untersuchung gelten die folgenden Definitionen:

χ — Abstand der Sensorgruppe von der Abschußstelle

ν — Wandergeschwindigkeitderseismischcn Welle d — Tiefe der reflektierenden Grenzschicht
s — Pfadlänge des reflektierenden Signals
f — Übertragungsdauer der reflektierten seismischen Welle längs des Pfades

ίο — Übertragungsdauer der reflektierten seismischen Welle über den Abstand 2d.

Es gilt

In der geometrischen Darstellung nach Fig. 29 gilt

s = ]/x² + 4d² (H)

S=W= |/*² + V²f_O ^z (I)

Quadriert man diese Gleichung, so ergibt sich, daß ί und ίο durch den folgenden Ausdruck gegeben sind:

v²t²

v²to²

v²tn² - ν ²1² — χ ²
Aus der Gleichung (I) folgt

und die Ableitung

df _

dv

ν Vx¹

(K)

(L)

Set/.t man Gleichung (K) in Gleichung (M) ein, so ergibt sich

d/
dx

ν V_x ²+ ν*,²-χ²

(N) Nimmt man folgende Werte an:

χ = 1800 m
ν = 21C0m/sec
/ = 1.0 see

und einen Abstand der elementaren Sensoreinheiten dx = b ni, kann wie folgt nach d/ aufgelöst werden:

1800

^d^^d-w-⁶'²'^45ffi5ec

Dies stellt die gewünschte Verzögerung zwischen elemcntaren Sensoreinheiten, die 6 m voneinander versetzt sind, dar, was erforderlich ist, damit die seismischen Signale zum Zeitpunkt t an benachbarten Einheiten in einer Gruppe gleichzeitig ankommen.

Der Winkel θ in Fig.23 zum Zeitpunkt f = 1,0see beträgt

θ - cos"¹ — - cos"¹ — - cos"¹ 6/7 - 31° J vf

Wenn die Zeitdauer / zunimmt, treffen Reflexionen aus tieferen Schichten ein, θ nimmt zu und die erforderliche Verzögerung zwischen den Elementen der Gruppe, die an der Sielle 2120 (Fig.29) angeordnet sind,

jo nimmt für das maximale Ansprechen und das maximale Signal-Stör-Verhältnis ab.

F i g. 30 zeigt ein Diagramm zum Vergleich mit den F i g. 24 und 25, bei dem das Ansprechen über dem Schichtncigungswinkel aufgetragen ist. In Fig.30 sind

j5 die individuellen Gruppen, die eine starke Richtungskonfiguration der in Fig. 27 gezeigten Art besitzen, in Längsrichtung des seismischen Kabels angeordnet und so gerichtet, daß sie Energie aufnehmen, die aus einer horizontalen Ebene in der Tiefe reflektiert wird, die der verstrichenen Zeitdauer vom Zeitpunkt des Abschusses bis zum Zeitpunkt der Aufnahme seismischer Reflexionen entspricht. Dies entspricht beispielsweise in Verbindung mit F i g. 23 dem Richten der Gruppe, die an der Stelle 2066 angeordnet ist, in solcher Weise, daß maximale Energie aus dem Meeresboden 2058 längs des Pfades 2070 aufgenommen wird. Zu einem geringfügig späteren Zeitpunkt wird die Gruppe 2066 weiter nach abwärts gerichtet, so daß sie Energie aus der Grenzfläche 2060 längs des Pfades 2072 aufnimmt. Diese Richtungsso änderung kann beispielsweise durch Änderung der Verzögerung zwischen den verschiedenen elementaren seismischen Sensoreinheiten erreicht werden, die die Gruppe an der Stelle 2066 längs des Kabels bilden. F i g. 30 stellt das Ansprechen einer lenkbaren Grup-

« pe dar, die an einer Stelle zentriert ist, die 2400 m von der Abschußstelle entfernt angeordnet ist und die in einer Richtung »blickt«, die einer verstrichenen Zeitdauer für die Ankunft reflektierter seismischer Signale gleich 1000 see entspricht. Sie basiert auf der Linie 2110 (Vi) niedriger Geschwindigkeit der F i g. 28, und ist somit voll mit F i g. 25 vergleichbar. In F i g. 30 ist ähnlich wie in F i g. 24 und 25 das Ansprechen bei 200 Hz durch aufeinanderfolgende χ , bei 100 Hz durch aufeinanderfolgende + ,bei 50 Hz durch aufeinanderfolgende kleine

b¹) Dreiecke und bei 20 Hz durch aufeinanderfolgende kleine Kreise gekennzeichnet. In jedem Zeitaugenblick ist die Gruppe so gerichtet, daß sie Energie aus einer horizontalen geologischen Grenzschicht aufnimmt, die in

der richtigen Tiefe angeordnet ist, damit reflektierte Signale an den Sensoreinheiten entstehen. Im Gegensatz zu den Anordnungen nach den F i g. 24 und 25 zeigt das Diagramm nach F i g. 30 ein maximales Ansprechen bei allen Frequenzen bei einem Schichtneigungswinkel von 0° entsprechend der Mittellinie 2128 in Fig.30. Das Ansprechen bei jeder Frequenz einschließlich der Kurve 2130 der höchsten Frequenz 200 Hz ist im wesentlichen symmetrisch zur Linie 2128. Für negative .Schichtneigungswinkel trifft die 200-Hz-Ansprcchkurve den Wert von — 40 db bei etwa 22°, wie durch die Stelle 2132 gezeigt ist, und für positive Schichtncigungswinkc! liegt der Schnittpunkt bei 28", wie durch die Stelle 2134 gezeigt. Der Verlust der 100-Hz-Signalc an den Schichlneigungswinkeln von ±15° beträgt weniger als 3 db, und"der Verlust der 50-Hz-Signale liegt in der Größenordnung von 1 bis 2 db. Dies ist grundsätzlich im Gegensatz zu den Diagrammen nach F i g. 25, bei denen keine nutzbare Information bei den 50 Hz, 100 Hz oder 200 Hz Frequenzpegeln bei dem Schichineigungswinkel von +15° erhalten werden.

Anordnungen, die individuell und kontinuierlich veränderbare, gerichtete Gruppen in Längsrichtung des seismischen Kabels verwenden, haben den zusätzlichen Vorteil, daß sie weitgehend unempfindlich gegen die Richtung des Profils sind. Wenn insbesondere ein seismisches Profil beispielsweise von Ost nach West verläuft, bei dem ein System mit dem Ansprechen nach den F i g. 24 oder 25 verwendet wird, würde ein wesentlich anderes Resultat erzielt werden als mit dem gleichen System bei einem Profil von West nach Ost. Verwendet man hingegen eine Anordnung mit den Ansprecheigenschaften nach Fig.30, so läßt sich keine wesentliche Abweichung zwischen den seismischen Profilen in beiden zueinander entgegengesetzten Richtungen feststellen.

In Fig. 31 weist das Kabel 2152, das dem Kabel 12 nach F i g. 1 und dem Kabel 2056 nach F i g. 23 entsprechen kann, eine große Anzahl von Kabeiabschnitten 2156a, 21560,2156c,... 2156/? auf. Diese Kabelabschnitte sind miteinander durch elektronische Verbinderbausteine 2164a, 21646,2164c,... 2164n verbunden, die den Verbinderbausteinen 13 nach Fig. 1 entsprechen und somit die Sender/Empfänger enthalten.

Die Kabelanordnung 2152 kann in Wasser im Laufe einer meeresseismischen Erkundung angeordnet sein, wie dies in Fig.23 gezeigt ist, oder ist im Falle eines Landkabels über das zu erkundende Terrain ausgebreitet, wobei die seismischen Sensoren, die dann Geophone sind, auf der Erdoberfläche aufliegen.

Der übrige Tci! der Anordnung nach Fig.3! irn Blockschaltbild ist an der Zentralstation 2 im Schiff 10 oder einem Zugfahrzeug oder dergleichen angeordnet; bei bestimmten Anwendungsfällen können bestimmte Vorgänge, die in F i g. 31 dargestellt sind, an einer zentralen Verarbeitungsstelle entfernt von der seismischen Erkundung durchgeführt werden. Wie in F i g. 31 dargestellt, wird der Datenwortausgang aus dem Kabel in die Datenempfänger- und Systemsteuereinheit 2172, beispielsweise in den Datenempfänger 1028 der Fig. 17, geführt und die seismischen Daten, die von dem Kabel an der Einheit 2172 aufgenommen werden, können so verarbeitet werden, daß sie a) einen seismischen Monitorabschnitt 2174 zur Prüfung durch die Erkundungsmannschaft und b) einen endgültigen Querschnitt 2176 hoher Auflösung für die Geologen erzeugen. Seismische Daten aus der Steuereinheit 2172 werden auf eine erste Gruppenformeinrichtung 2178 übertragen, die der Gruppcnformeinrichtung 2130 in Fig. 17 entspricht, und ferner auf einen herkömmlichen Monitorschreiber 2180 für die seismischen Abschnitte übertragen. Der Ausgang aus der Gruppenformeinrichtung 2178 kann auch auf einem digitalen Bandaufzeichnungsgerät 2182 aufgezeichnet werden. Die von dem Kurvenschreiber 2180 auf dem Monitor aufgezeichneten seismischen Abschnitte stimmen mit denen überein, die bisher im Einsatz unter Verwendung verschiedener unterschiedlicher seismischer Kabel erzielt worden sind. Nunmehr können verschiedene Arten von Erkundungen durch Verwendung des Spezialkabels und die spezielle Steuerschallung 2172 sowie die Gruppenformschaltungen 2178 realisiert werden, ohne daß die seismischen Kabel

\^ri mit einer Länge von zwei Meilen räumlich ausgewechselt werden müssen.

Der Ausgang aus der Steuereinheit 2172 wird auch einer zweiten Gruppcnformeinrichtung 2184 aufgegeben, die auch als die Strahllenkeinrichtung bezeichnet wird. Falls erwünscht, kann die Strahllenkeinrichtung 2184 direkt aus der Steuereinheit 2172 betätigt werden. Oft ist es jedoch erwünscht, lediglich die seismische Information aus der Steuereinheit 2172 auf dem Aufzeichnungsgerät 2186 hoher Geschwindigkeit und hoher Dichte aufzuzeichnen und sie zu einem späteren Zeitpunkt der Strahllenkeinrichtung 2184 unter Verwendung des zusätzlichen Bandgeräts 2188 zuzuführen. Die Aufzeichnungsgeräte 2186 und 2188 können z. B. Videorecorder sein. Der Ausgang aus der Strahllenkeinrichtung 2184 kann dem herkömmlichen digitalen Bandaufzcichnungsgerät 2190 und einer normalen seismischen Datenverarbeitungseinrichtung 2192 aufgegeben werden, um den endgültigen Querschnitt 2176 hoher Auflösung unter Verwendung eines herkömmlichen seismi-

J5 sehen Kurvenschreibers 2194 zu erstellen. Eine normale Verschiebungskorrektur für die Gruppensignalc kann durch die Verarbeitungseinrichtung 2192 erzielt werden. Andererseits kann eine normale Verschiebungskorreklur auch innerhalb der Strahllenkvorrichtung 2184 (siehe weiter unten) erreicht werden.

Wie vorstehend im einzelnen erläutert wurde, kann das Kabel 2152der Fig.31, wie in Fig.32 gezeigt,eine Reihe von Dalensendcr/Empfänger-Einheiten innerhalb der Verbinderbausteinc 2164a, 21646, 2164c, ...

2164/7 enthalten, so daß die Fig.32 im wesentlichen dem oberen Teil der Fig. 17 entspricht, an dieser Stelle jedoch wiederholt wird, um das Verständnis für die Erläuterung der Strahllenkung zu verbessern.

Die beiden Breitbandübertragungsverbindungen verbinden die Steuereinheit 2172 (F i g. 32) mit den Sender-Empfängereinheiten; die erste Breitbänd-ÜbcTtragungsvcrbindung ist die Datenverbindung 1014, die zweite die Steuer- und Abfrageverbindung 1016, wie in Fig.32 gezeigt, die auch darstellt, daß jede Sender-Empfängereinheit ein Abfragenetzwerk 116 und ein Wiederholernetzwerk 114 aufweist

Wie oben erwähnt weisen die 50 Kabelabschnitte 2156a, 21566.2156c;..., 2156n der F i g. 31 gleichförmig verteilt in ihrer Längsrichtung eine Reihe von Sensoren

Μ auf, wobei jeweils drei Sensoren zu einer elementaren Sensoreinheit verbunden sind. Drei der zehn elementaren seismischen Sensoreinheiten 21, die jedem Kabelabschnitt zugeordnet sind, sind in Fi g. 32 gezeigt Seismische Analogsignale aus jeder der seismischen Sensor-

H5 cinheiten 21 werden im Multiplexbetrieb übertragen und in der Wiederholer-Umwandlerschaltung 114 der Sender-Empfängercinhcil in Digitalformat umgewandelt und durch einen zweiten Multiplcxschritt der Breit-

bandübertragungsverbindung 1014 aufgegeben, wie oben erläutert. Die Zeitsteuerung der Übertragung der im Multiplexbetrieb übertragenen Signale wird durch die Abfragcsignale gesteuert, die auf der Übertragungsverbindung 1016 dem Abfrageneizwerk 116 aufgegeben werden, wie im einzelnen oben beschrieben wurde.

Fig.33 zeigt einen Teil des Blocksehallbildes der Fig. 31 im Detail und entspricht in mancher Beziehung Fig. 21. In Fig. 33 ist die Gruppenformcinrichtung 2178 im großen Block, der gestrichelt dargestellt ist und der die Bezugsziffer 2178 trägt, untergebracht, und entspricht der Gruppenformeinrichtung 1030 der Fig. 17. Die Systemsteuereinheit 2172 der F i g. 31 ist in F i g. 33 durch die Blocks 2212 und 2214 dargestellt. Daten aus der Übertragungsverbindung 1014 des Kabels 2056 werden in der Datenaufnahrne- und Verarbciiungscinrichtung 2214 aufgenommen, die der Datenaufnahmeeinrichtung 1028 der Fig. 17 entspricht, die die Datenwörter der Gruppenformeinrichiung 2178 unter Steuerung des Hauptsteuergeräts 2212 aufgibt, die ihr Gegenstück in der Hauptsteuerung 1019 der Fig.21 findet. Die Aufnahme- und Verarbeitungseinrichtung 2214 wandelt die übertragenen seismischen digitalen Datenwörter aus dem Datenkanal 1014 in Binärzahlcn um und bewirkt eine Formatsteuerung dieser Daten in Binärzahlen mit festem Komma, die zur Verarbeitung in der digitalen Gruppenformeinrichtung 2178 geeignet sind. Gleichzeitig mit der Aufnahme der Dateninformation an der Aufnahmeeinrichtung 2214 wird eine Speicheradresse- und Zeitsteuerschaltung 2216 (entsprechend 1017 in Fig. 21) in Betrieb genommen, um die ursprüngliche Lage und Zahl der seismischen Sensoreinheiten zu identifizieren und sie der aufgenommenen seismischen Information zuzuordnen. Die seismischen Daten aus der Verarbeitungseinrichtung 2214 werden dem Zuordnungsspeicher 2218 (entsprechend 1083 in Fig.21) aufgegeben, wo sie erneut geordnet und entsprechend Instruktionen aus der Schreibsteuerschaltung 2230 (entsprechend 1037 in Fig.21) in die Datenkanalfolge eingeschrieben werden. Aus dem Zuordnungsspeicher 2218 wird die seismische Information auf den Datcnkanalabtastspeicher 2222 (entsprechend Speicher 1047 in F i g. 21) übertragen. Die Datenkanäle sind von 1 bis 500 beziffert, wobei mit der elementaren seismischen Sensoreinheit 21a begonnen wird, die der Systemsteuereinheit am nächsten liegt, während die am weitesten entfernte seismische Sensoreinheit mit 21 π angegeben ist (vgl. F i g. 32). Dieses Bezifferungsschema für die Sensoreinheiten ist auch in Fig.35 dargestellt. Der Zuordnungsschritt dient zur Kennzeichnung der unterschiedlichen Folgen der Aufschaltung der seismischen Datensignal äüf die Daienverbindung 10i4, wie weiter oben erläutert wurde. Die detaillierte interne Steuerung der Gruppenformeinrichtung 2178 wird durch die Steuereinheit 2224 erreicht (vgl. Steuergerät 1081 in Fig. 21). Dem Steuergerät 2224 ist der Gruppensteuer-Lesespeicher 2226 zugeordnet der dem Speicher 1067 in F i g. 21 entspricht Information in bezug auf die gewünschten Gruppenkombinationen der seismischen Signale aus den 500 elementaren seismischen Sensoreinheiten wird in den Steuerlesespeicher 2226 eingeführt Diese Gruppeninformation kann beispielsweise eine Gruppe, wie die in Fig.27 gezeigte, bilden. Dies wäre eine Gruppe aus zehn Elementen mit geänderten Bewertungskoeffizienten, wie oben beschrieben. Die gewünschten Gruppenbewertungskoeffizienten werden in die Gruppenformeinrichtung 2178, insbesondere in den Lesespeicher 2228 eingeführt (entsprechend Speicher 1055 der Fig. 21).

Bei der Bildung der Kombinationen von seismischen Werten, die zur Bildung der bewerteten Gruppe erforderlich sind, werden die im Speicher 2222 gespeicherten Daten in Abhängigkeit von im Lesespeicher 2228 gespeicherten Koeffizienten in den Multiplizierern 2230 und 2232 bcwertei, und die Elemente einer jeden Gruppe werden im Anschluß daran in Addierern 2234 und 2236 hinzuaddiert, wobei diese Komponenten mit 1047,

IU 1055,1053;i. 10536,1064a und 10646 identifiziert sind. Es ist natürlich auch eine Lesesteuerschaltung 2238 (entsprechend 1049 in F i g. 21) zur zeitgesteuerten Ausgabe der seismischen Daten aus dem Speicher 2222 vorgesehen. Die Summen der seismischen Daten, die jede Gruppe bilden, werden vorübergehend in Registern 2240 und 2242 gespeichert (entsprechend 1065,1Ö65Ö in F i g. 2i). Die Doppelkanäle, die die Multiplizierer 2230, die Addierer 2234 und das Register 2240 sowie die Multiplizierer 2232, die Addierer 2236 und das Register 2242 enthalten, werden verwendet, um sich überlappende Gruppen, die seismische Daten aus einer einzigen elementaren Sensoreinheil in zwei unterschiedlichen Gruppen einschließen, mit wahlweise unterschiedlicher Bewertung der seismischen Information aus einem einzigen Kanal, wie er in unterschiedlichen Gruppen verwendet wird, aufzunehmen. Aus den Ausgaberegistern 2240 und 2242 werden die Gruppensignale in dem Ausgabespeicher 2224 (entsprechend 1080 in Fig.21) gespeichert, von welchen sie der Formatsteuereinrichtung 2246 und

dem Aufzeichnungsgerät 2248 aufgegeben werden (vgl. die Schaltungen 1032 und 1034 nach Fig.21). Wie in Fig.31 angezeigt, kann ein Echtzeitschreiber 2180 mit dem Ausgang der Formatsteuereinrichtung 2246 verbunden sein. Andererseits kann der Kurvenschreiber 2180 über Bänder gespeichert werden, deren Daten um Aufzeichnungsgerät 2248 aufgezeichnet sind.

Nach Fig. 31 ist die Gruppenformatsteuerung 2184 für die Strahlausrichtung in bestimmter Hinsicht ähnlich der Gruppenformatsteuerung 2178 der Fig.33, weist aber auch die zusätzliche wesentliche Eigenschaft der Auswahl von Gruppensignalelementen aus unterschiedlichen Ankunftszeiten an den verschiedenen Sensoreinheiten auf.
Die Gruppenformatsteuerung 2184 (No. 2) nach F i g. 31 ist in Blockschallbildform in F i g. 34 dargestellt und ihre Arbeitsweise wird nachstehend in Verbindung mit dem Diagramm der F i g. 35 erläutert In F i g. 34 ist das Aufzeichnungsgerät 2128 hoher Geschwindigkeit und hoher Dichte links außen gezeigt und die Hauptsteuerschaltung, die als Block 2252 dargestellt ist, steuert alle Funktionen in der Strahllenkeinrichtung.

innerhalb der Strahllenkeinrichtung 2184 stellt die hohe Kapazität des Matrixeingabespeichers 2254 einen der wesentlichen Unterschiede gegenüber der Gruppenformatsteuerung 2178 dar. Anstatt eines Speichers, der einen einzigen Wert der seismischen Daten aus jedem der 500 Kanäle speichert speichert der Matrixspeicher 2254 Daten Wörter, die 128 Werte der seismischen information aus jedem der 500 Kanäle darstellen. Der Speicher 2254 kann beispielsweise ein Kernspeicher sein. Die Strahllenkeinrichtung 2184 nach F i g. 34 weist den Gruppen-Lesespeicher 2256, den Kanalkoeffizientenspeicher 2258, die Verzögerungswähl- und Verarbeitungseinrichtung 2260 und die spezielle Datenverarbeitungsschaltung 2262 auf. Zusätzlich enthält die Gruppenformeinrichtung die Eingabe- und Ausgabepufferschaltungen 2264 und 2266.

Im Betrieb kombiniert die Gruppenformeinrichtung

nach F i g. 34 selektiv eine große Anzahl von seismischen Dateneingabesignalen zur Bildung von Gruppen, die sich fortlaufend in Richtung maximaler Signalaufnahme ändern. Diese Richtungsänderung soll die Änderungen im Winkel θ aufnehmen, der in Verbindung mit Fig. 23 erläutert ist. Wenn erwartet wird, daß Signale von aufeinanderfolgenden tieferen Grenzschichten längs des seismischen Abschnitts reflektiert werden, der der Linie 2075 in F i g. 23 entspricht. Um die Gruppen zu lenken, müssen die Verzögerungen längs der einzelnen Kanäle der seismischen Information, die miteinander kombiniert werden, geändert werden, wenn aufeinanderfolgende vollständige Zyklen der Bildung von Gruppenausgängen während aufeinanderfolgender Perioden von einer Millisekunde abgeschlossen werden. Dies wird durch die Verzögerungsauswähleinrichtung 2260 (Fig.34) erreicht, die eine Adresseninformation in den Großspeicher 2254 gibt, um seismische Daten aus jedem Kanal aus dem Speicher 2254 abzugeben, die in bezug auf seismische Daten aus benachbarten Kanälen in richtiger Weise verzögert sind.

Nachstehend wird die Arbeitsweise der Strahllenkeinrichtung 2184 unter bestimmten anderen Gesichtspunkten erläutert, um ihre Wirkungsweise deutlicher zum Ausdruck zu bringen.

In F i g. 35 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei welchem ein Aufzeichnungsfahrzeug 10 auf der rechten Seite gezeigt ist und das Kabel 2056 sich nach links erstreckt. Die 500 elementaren seismischen Sensoreinheiten (deren jede drei im Abstand versetzte Detektoren aufweist), die in Längsrichtung des Kabels angeordnet sind, sind durch mit Zahlen versehene Punkte dargestellt, die längs des Kabels 2056 gezeichnet sind. Die ersten acht Sensoreinheiten, die im ersten Kabelabschnitt angeordnet sind, sind in Fig.35 zwischen der Stelle 2302 und der Stelie 2304 dargestellt. Die Einheiten Nr. 251 bis 270 erstrecken sich von der Stelle 2306 bis zur Stelle 2308, und die Endsensoreinheiten Nr. 491 bis 500 erstrecken sich von der Stelle 2310 bis zur Stelle 2312. Jeder der Punkte, der in Fig.35 in der Matrix 2254" gezeigt ist, stellt eine mehrziffrige Binärzahl dar, die in dem Großspeicher 2254 nach F i g. 34 gespeichert ist. In der Matrix 2254 der F i g. 35 sind Daten, die von bestimmten Kanälen aufgenommen werden, unterhalb der zugeordneten, bezifferten Sensoreinheit angeordnet, und die Daten, die in aufeinanderfolgenden Zeitintervallen von einer Millisekunde aus einem speziellen Kanal aufgenommen werden, sind längs einer vertikalen Linie angeordnet, wobei die Zeitintervalle am Rand der rechten Seite in F i g. 35 angegeben sind. Während eines Zeitinter/aüy von 1 msec werden die gesamter. 500 Kanäle entsprechend den 500 seismischen Sensoreinheiten längs des Kabels abgefragt, und die resultierenden seismischen Daten werden im Speicher 2254 gespeichert. Bei fortschreitendem Zeitzyklus werden alte Daten aus dem Speicher 2254 gelöscht und neue, auf den letzten Stand gebrachte Information wird neu eingelesen. Es wird jedoch ein »Zeitfenster«- oder Zyklusdauer-Intervall von 128 msec entsprechend 128 Prüfungen aus jeder der 500 seismischen Sensoreinheiten im Speicher 2254 gespeichert. Dies ermöglicht, daß die Kombination in der Gruppenformeinrichtung 2184 von seismischen Daten aus den Sensorcinhciten in eine Gruppe eingeschlossen wird, wobei die zuverlässige Zeitverschiebung für die Aufnahme der Prüfungen bis zu 128 msec beträgt

Um ein spezielles Beispiel dafür zu geben, wie das System nach F i g. 34 in der Praxis arbeitet, identifiziert das Diagramm nach F i g. 35 die Speicherstelle für drei sich überlappende Signalgruppen durch die Linien 2314, 2316 und 2318, die sich diagonal über die Speicherdarslcllfläche 2254' in Fig.35 erstrecken. )ede dieser Si-

^r) gnalgruppen weist Signale aus acht Scnsorcinheiten (von denen jeder drei Sensoren besitzt), auf, wie in I* i g. 27 gezeigt. Das Beispiel beruht auf einem Abstand χ (vgl. Fig. 29) entsprechend der 251-sten Sensorcinhcit.dio in einem Abstand von 1800 m von der Abschußstelle, normalerweise in der Nähe eines lindes des Kabels angeordnet ist. Des weiteren wird angenommen, daß die Zeit / = 1 Sekunde ist und daß die seismische Geschwindigkeit 2100 in pro Sekunde beträgt. Der Abstand dx zwischen den Scnsorcinheiten beträgt 6 m im

i.^r· Falle vorliegenden Beispiels. Setzt man diese Werte in die Formel (O) ein, wird al = 2.45 msec. Die ist die gewünschte Verzögerung zwischen seismischen Signalen, die von benachbarten elementaren seismischen Sensoreinheiten ausgehen, welche in einem Abstand von 6 m in die Gruppe eingeschaltet sind. Bei der Ausführung wird, wie in Verbindung mit der Linie 2314 in Fig.35 zu ersehen, die erste Probe aus der Sensoreinheit No. 251 zum Zeitpunkt / gleich 1000 Sekunden genommen. Das zweite Gruppensignal wird aus der Sensoreinheit No. 252 zum Zeitpunkt / gleich 1,002 Sekunden genommen. In ähnlicher Weise wird die dritte Prüfung aus der Sensorcinheit No. 253 zum Zeitpunkt t = 1,005 Sekunden genommen. Die übrigen fünf Einheiten der auf diese Weise geprüften acht Einheiten sind die, die oberhalb

jo der Punkte längs der Linie 2314 erscheinen, d. h. bis zur 258-stcn Einheit, die zum Zeitpunkt t gleich 1,017 Sekunden geprüft wird. Diese ausgewählten Verzögerungen entsprechen den gewünschten 2,45 msec pro Kanal und ergeben die gleichphasige Summierung der reflek-

J5 tierten seismischen Signale.

In F i g. 35 stellen die Linien 2316 und 2318 sich überlappende Gruppen dar. Insbesondere weist die durch die Linie 2316 angezeigte Gruppe elementare seismische Sensoreinheiten No. 256 bis 262, und die Gruppe, die durch die Linie 2318 dargestellt ist, Sensoreinheiten No. 261 bis 268 auf. Die Gruppe, die durch die Linie 2316 dargestellt ist, beginnt in einem Abstand von 1830 von der Abschußstcllc, und die Anordnung, die durch die Linie 2318 dargestellt ist, in einem Abstand von 1860 m von der Abschußstelle. Unter Verwendung der Formel (O) wird Δι für diese beiden Gruppen 2,49 und 2,52 msec, wobei die Zeit ι 1000 sec beträgt. Die gewünschten 2,49 msec Verzögerungsunterschied pro Kanal für die Gruppe entsprechend der Linie 2316 ergibt

so das gleiche Schema von relativen Verzögerungen für A'in ι ;_n;_n «ic ..,;,* rr.r- Al™ /":»·«»«.-»<> Aar- ι ;«;« ο^ιλ rv« uiv ι~ιΐιιιν fc^riw vTiv im uiv >_#iuppv uvi c_.iiiiv «~»a-r. i^iv Gruppe, die durch die Linie 2318 dargestellt ist, besitzt jedoch einen wesentlich größeren Verzögerungsunterschied zwischen den Kanälen, so daß das vierte Element der Gruppe aus dem Speicherschlitz entsprechend einer Zeitdauer / gleich 1,008 see anstatt 1,007 see wie im Falle der Gruppe entsprechend den Leitungen 2314 und 2316 ausgewählt ist. In ähnlicher Weise erfolgen die sechsten und achten Abfragungen zu Zeitpunkten 1,013

ω und 1,018 Sekunden anstelle 1,012 und 1,017 Sekunden für die Gruppen entsprechend den Linien 2314 und 2316 genommen. Diese Vergrößerung in der gewünschten Verzögerung zwischen Abtastwerten, die kombiniert werden, um eine gleichphasige Summierung zu ergeben,

h5 würde natürlich im Falle von Gruppen, die weiter von der Abschußstelle entfernt sind, und mit größerem Winkel der auftreffenden seismischen Wellen erwartet werden. Allgemein können für jede Gruppe in Längsrich-

tung des Kabels die gespeicherten seismischen Abfragungen in Abhängigkeil von der Formel (O) gewählt werden.

Gruppen, die die ersten .Sensoreinheilen umfassen, die der Abschußstelle am nächsicn liegen, nehmen im Falle der F i g. 35 Signale längs Pfaden auf, die weitgehend senkrecht zum Kabel orientiert sind und deshalb keine große Verzögerung zwischen zu kombinierenden Kanälen erfordern. Andererseits verlaufen für die Endgruppe am Linde des Kabels die einkommenden Reflexionen in einem kleineren Winkel als die in de^r Mitte der Kabel und erfordern deshalb eine wesentlich größere Verzögerung zwischen benachbarten Kanälen, da die Signalinformation kombiniert wird. Zusätzlich ändern sich die gewünschten Verzögerungen zwischen den Kanälen mit der Zeit und werden mit zunehmender Zeit reduziert, da Reflexionen aus fortschreitend lieferen geologischen Grenzflächen mit nahezu vertikalem Auftreffwinkel auf die Gruppen ankommen. Vom mathematischen Standpunkt aus können die Gruppen durch Gleichungen der folgenden Form ausgedrückt werden:

Yj

Yf

1,000

r v25i

(Q)

y258 ¹ ^r 1,017

(R)

wobei eine V/ einer G ruppenabfragung der J^lal G ruppe zum Zeitpunkt /, Yf,+_ml) eine Abtastung des K'^c" Eingangskanals zum Zeitpunkt ι entspricht, wobei ( um die Neigung ζ multipliziert mit der Prüfzahl m zunimmt, und Ci der /'■· Koeffizient ist, der auf einen Eingabekanal für den Ausgang der /"'" Gruppen geschaltet wird. Gleichung (Q) ist auf kurze Gruppen, z. B. die Gruppen mit acht Elementen, die durch die Linien 2314, 2316 und 2318 in F i g. 35 angezeigt sind, beschränkt, da die Gleichung (Q) davon ausgeht, daß die Neigung ζ konstant ist, und diese Annahme nur für kurze Gruppen zutreffend ist.

Bei der Auswertung der Gleichungen (Q), (R) durch Computer ist zu beachten, daß die aufeinanderfolgenden Gruppensignalausgänge eine Kombination von Signalen aus acht benachbarten Sensoreinheiten sind, die zu unterschiedlichen, getrennten Abtastintervallen erhalten werden, welche so gewählt sind, daß sie sich der Neigung der Verzögerung gegenüber dem Abstand der ankommenden seismischen Wellen nähern. Im vorliegenden Fall beträgt diese Neigung 2,54 msec für den Sensoreinheitenabsland von 6 m. Entsprechend sind die ausgewählten Proben um zwei oder drei Millisekunden gegeneinander versetzt.

Für die Gruppe mit zehn Sensoreinheiten nach F i g. 27 sind die zehn Koeffizienten 1,2,3,4,5,5,4,3,2,1. Somit ist beispielsweise für die achte der zehn Koeffizienten in einer Gruppe einzuschließende Proben nach Fig.27C₈/ = 3.

Andererseits und für andere Erkundungen kann eine Bewertung für alle Proben angewendet werden. Zusätzlich können natürlich eine größere oder kleinere Anzahl von Kanälen bei der Formation von Gruppensignalen verwendet werden. Normalerweise sind jedoch zwischen acht und 32 elementare seismische Sensoreinheiten in jeder Gruppe vorgesehen. Es besteht somit die Möglichkeit der Verarbeitung von Daten unter Verwendung von Gruppen, die in die erwartete Richtung der Ankunft von seismischen Signalen gelenkt werden.

und der anschließenden Verarbeitung der Daten, um die Gruppen in modifizierten Richtungen zu lenken, die auf die speziellen geologischen Bedingungen abgestellt sind, damil ein besseres »Bild« über das zu erkundende Terrain erhalten wird, ohne daß zusätzliche Arbeit an Ort und Stelle erforderlich wird

In Verbindung mit meeresseismischen Systemen wird der seismische Impuls normalerweise auf dem Schiff eingeleitet, wenn das Kabel hinter dem Schiff ge-Ki schleppt wird. Die Strahllenkvorrichtung formt entsprechend die Gruppen so, daß ihre Richtung maximaler Aufnahme auf das Schiff zu und nach unten gerichtet ist und mit zunehmender Zeit immer weiter nach unten zeigt, wenn seismische Reflexionen aus tieferen geologisehen Grenzschichten zurückkehren. In ähnlicher Weise werden in Verbindung mit Landerkundungen, bei denen die seismischen Impulse entweder am Ende des seismischen Kabels oder in der Nähe der Mitte des Kabels entstehen, die Anordnungen zu Beginn auf die erwarteten Reflexionspunkte des seismischen Impulses aus horizontalen geologischen Grenzschichten gerichtet. Es sei bemerkt, daß in bezug auf die normale Korrektur dieses erforderlichenfalls innerhalb der Strahllenkvorrichtung 2184 anstatt in der Verarbeitungseinrichtung 2192 durchgeführt werden kann. Dies wird in Verbindung mit den F i g. 34 und 35 dadurch erreicht, daß seismische Gnippenproben aus dem Speicher 2254 ausgewählt werden, die seitlich als eine Gruppierung aus den Proben, die in benachbarten Gruppen eingeschlossen sind, verschoben werden. In F i g. 35 würde dies in quantitativer Weise der Verschiebung der Linie 2316 nach abwärts, d. h. zeitlich später, im Feld 2254' entsprechen, so daß die entsprechende Gruppe zeitrichtig verschoben wird; dadurch würden die Gruppensignale aus den )5 Gruppen, die durch die Linien 2314 und 2316 dargestellt sind, zu jedem beliebigen Zeitaugenblick beide Reflexionen aus der gleichen Tiefe darstellen. Natürlich müßte der Speicher 2254 in seiner Kapazität vergrößert werden, damit er die erforderlichen großen Verzögerungen aufnehmen kann. Auf diese Weise kann eine normale Korrektur zusätzlich zu der Gruppenformation in der Strahllenkvorrichtung 2184 erreicht werden. Zur Fortsetzung der Beschreibung der seismischen Datenverarbcilungseinrichtung wird nachstehend auf Fig.36 Bezug genommen, die eine vereinfachte schemaiisehe Darstellung der Anordnung nach Fig. 14 ist. So zeigt Fig. 14 den Multiplexer 122 mit einer Vielzahl von Aufnahmekanälen Cu C?. · · ■ C_n verbunden, die alle an die Multiplexervielfaehleitung 312 über Gleichstrom-Kupplungskondensator 123, Widerstände 315 und Schalter 316 angeschlossen sind. Die Signalaufnahmekanäle sind mit seismischen Sensoren 21 gekoppelt. Jeder Widerstand in Verbindung mit seinem Kondensator 123 bildet ein Hochpaß-/?C-Filter für seinen Kanal. Der Filter entfernt die Gleichstromkomponenten der einkommenden Analogsignale. Die Schalter 316 sind schnell ansprechende FET-Schalter bekannten Aufbaus. Der Ausgang aus dem Multiplexer 122 auf der Vielfachleitung 312 ist mit einem Signalaufbereitungs- und Verstärkungsnetzwerk (SCAN) 3011 verbunden, das schematisch die in Fig. 16 gezeigte Schaltanordnung darstellt und somit beispielsweise den Verstärker 320' und die Prüf- und Halteschaltung 322' aufweist Dieses Netzwerk formt und verstärkt die geprüften Analogsib5 gnale, bevor sie einer Auswertvorrichitung 3033 aufgegeben werden. Das Netzwerk 3011 kann einen Pufferverstärker mit festem Verstärkungsfaktor, eine Prüf- und Halteschaltung und andere Strnmi-i·«;« ·*.,.- α.,π,«

reitung einer Signalprobe vor der Übertragung auf die Auswertvorrichtung 3033 aufweisen, wobei die Auswertvorrichtung in der Praxis das Verstärkungssystem 124 und der Analog-Digital Umwandler 126 der vorstehenden Beschreibung ist Intern erzeugte Störsignale im Multiplexer 122 erscheinen an jedem Kondensator 123 als Störspannung Vt, die in bezug auf Erde eine der beiden Polaritäten besitzen kana und die intern erzeugte Störspannung V₂ am Netzwerk 3011 tritt am Ausgang auf und wird algebraisch der Spannung Vi hinzuaddiert. Wenn die Spannungsamplituden der ankommenden gewünschten Signale mit den Störspannungen V₁ +> V₂ vergleichbar werden, wird das Störsignal-Verhältnis zu hoch. In der Seismik muß eine Spur, die zu sehr mit Rauschsignalen behaftet ist, häufig gelöscht werden, wodurch wertvolle seismische Information verlorengeht.

Die Stör- bzw. Streuspannungen Vi + V₂ haben vielgestaltige Ursachen, z. B. thermoelektrische Einflüsse. Peltiereffekte, Versetzungsdriften der Verstärkcrslufcn im Netzwerk 3011 usw. Jeder der FET-Schalter 316. der im Multiplexer 122 verwendet wird, induziert die Störspannung Vi an einem Kondensator 123. Es ist bekannt, daß FET-Schalter Durchführungskondensatoren und Ableitwiderstände zwischen ihren Steuer- und Schalteranschlüssen (nicht dargestellt) benötigen. Die Steuerklemmen jedes FET-Schalters sind durch einen verhältnismäßig großen Steuerimpuls, der durch das Netzwerk 3011 geliefert wird, an einer Steuerleitung 3021 beaufschlagt Dieser Steuerimpuls gelangt über den Durchführungskondensator und den Ableitwiderstand des zugeordneten FET-Schalters 316 an jeden Gleichstromentkopplungskondensator 123.

Die Kondensatoren 123, die Durchführungskondensatoren und Ableitwiderstände der FET-Schalter sind jeweils identisch. Daher sind die Steuerspannungen an den Kondensatoren 123 jeweils etwa gleich.

Nach Fig. 37 ist entsprechend einer verbesserten Schaltungsanordnung einer der Eingangskanäle zum Multiplexer 122 geerdet. Dieser Kanal, der als der CO- oder »Test«-Kanal bezeichnet ist, ist in jeder Hinsicht ähnlich den Signale aufnehmenden Multiplcxer-Eingangskanälen Ci-C_n - ι. wobei η die Anzahl der Kanäle ist, ausgenommen, daß der Eingangsanschluß zum Kanal CO mit Erde verbunden ist, so daß keine externen Signale an den Testkanal CO gegeben werden können. Der Testkanal weist einen Kondensator 123' auf. der den gleichen Kapazitätswert wie die Kondensatoren 123 besitzt. Dem Kondensator 123' ist ein Multiplexer-Schalter 3023 zugeordnet.

Zwischen dem Netzwerk 3011 und der Auswertvorrichtung 3033 ist das Prüf- und Halte-(SM)-Netzwerk

1050 (F ig. 18) eingeschaltet, das den Serienkondensator

1051 und den normalerweise offenen Nebenschluß-FET-Schalter 1052, der an Erde gelegt ist, wie bei der Erläuterung von F i g. 18 erwähnt, aufweist.

Der Ausgang des Multiplexers 122 zur Vielfachleitung 312 ist mit dem Netzwerk 3011 verbunden, das den Verstärker 142 mit Verstärkungsfaktor EINS(Fig. 18) aufweist, dessen Ausgang mit der Signalprüf- und -Halteschaltung 1044 (Fig. 18), die in Fig.37 nicht gezeigt ist, verbunden ist.

Das Zustandssteuergerät 132 steuert alle operativen Netzwerke der Schaltanordnung nach I·' i g. 37 über die Steuerleitungen 3021. Beispielsweise schaltet das Steuergerät 132 sequentiell die Mulliplexcrkanälc GrC_n .. ι über einen Abtastzyklus und steuert die Signalauswcrtvorrichtung 3033, die das Verstärkungssystem 124 auf weist welches mit dem Analog-Digital-Umwandler 126 in der oben beschriebenen Weise gekoppelt ist Der Umwandler 126 wandelt die im Multiplexbetrieb geschalteten Analogsignale aus den Kanälen Ci-C_n - ι in

s entsprechende digitale Zahlen um. Andere Netzwerke, die in Zusammenhang mit dem hier erörterten Merkmal nicht von Bedeutung sind, sind aus F i g. 37 der besseren Übersicht wegen weggelassen. Im Betrieb des Systems nach Fig. 37 wird zu Beginn

ίο eines Multiplexer-Abtastzyklus der Multiplexer 122 auf den Testkanal CO rückgesetzt, und zu diesem Zeitpunkt werden der Schalter 3023 und ein weiterer Schalter 3026 geschlossen. Die Streuspannung Vi, die am Kondensator 123' erzeugt wird, wird algebraisch der Streu- spannung V₂ hinzuaddiert die am Netzwerk 3011 entsteht. Die auf diese Weise kombinierte Spannung Vi + V> wird auf einen Kondensator 3025 übertragen, damit dort eine Prüfspannung V erzeugt wird, die bei geöffnetem Schalter 3026 die entgegengesetzte Pofari tat zur Spannung Vi -f V₂ hat Jedesmal, wenn der Mul tiplexer auf den Tcstkanal CO rückgesetzt wird, erhält das Prüf- und Haltenetzwerk 3024 die Streuspannungen aus dem Tcstkar i\ CO und aus dem Netzwerk 3011. Im Anschluß daran bleiben die Schalter 3023 und 3026 ge öffnet, während der Multiplexer 122 sequentiell die akti ven. Signale aufnehmenden Kanäle Ci, C₂,.., C_n - ι abtastet.

Wenn die Kondensatoren 123 und 123' die gleichen Kapazitätswertc besitzen und wenn die Gesamtverstär kung des Netzwerks 3011 konstant bleiben, gilt V=V,+ V₂. Wenn der Multiplexer 122 die Kanäle Ci-C",, _ ι abtastet, besitzt jeder Kanal am Ausgang des Netzwerks 3011 eine Signalspannung K-,, wie auch die Streugeräuschspannung Vi + V₂, die nacheinander und

J5 algebraisch der Prüfungsspannung V hinzuaddiert wird, die von dem Kondensator 3025 nach folgender Gleichung erhalten wird:

ν, + V₂ + (-v;= v,.„.

Dies zeigt, daß jede Streuspannung V_t + V₂ aus jedem Signale aufnehmenden Kanal durch die Prüfspannung V weitgehend gelöscht wird.

Fig.38 zeigt das Prinzip der Löschung von Slreu-

spannungen, wie sie der Schaltung nach F i g. 16 aufgegeben werden. Anstelle der individuellen Widerstände 315 in Fig.37 wird der einzige Widerstand 315" verwendet. Aus vorstehend angegebenen Gründen haben die Kondensatoren 123 und 123' einen wesentlich klei nercn Kapazitätswert als die entsprechenden Konden satoren der F i g. 37. Entsprechend erzeugt ein gegebener Streustrom von einem Schalter 316 beispielsweise eine größere Spannung an den Kondensatoren 123 oder 123' nach Fi g. 38 als an den entsprechenden größeren

Kondensatoren der F i g. 37.

In Fig.38 weisen andere Stromkreisclemente, die nicht identisch mit denen nach Fig.37 sind, sondern Stromkreiselemente der Fig. 18 entsprechen, einen Multiplcxer-Pufferverstärker 142, den Signalprüf- und

u) -haltckondensator 1046 und den Pufferverstärker 1048 auf. Abgesehen von diesen geringeren Stromkreisunterschieden, ist die vorstehende Beschreibung der F i g. 37 voll anwendbar auf Fig. 38, und die Kompensationsspannung wird am Kondensator 1051 erzeugt (der auch

b^r> nur in der detaillierteren Schaltung nach F i g. 18 gezeigt ist), um die Strcuspannungen, die an den Kondensatoren 123 auftreten, zu kompensieren. Zur Fortsetzung der Beschreibung der seismischen

Daten Verarbeitungseinrichtungen wird nachstehend eine detaillierte Erläuterung des Verstärkungssystems mit veränderlichem Verstärk ungsgrad in Verbindung mit den F ig. 39 bis 42 gegeben.

In F i g. 39 zeigt die linke Seite das Anaiog-Digital-Erfassungssystem einschließlich des Multiplexers 122 mit Signaleingangskanälen Cl. C₂, ..^ C_n, wobei der Ausgang des Multiplexers tuf der Vielfachleitung 312 mit dem nicht invertierenden: Eingang eines Pufferverstärkers 320 mit dem Verstä ι kungsfaktor EINS verbunden ist, der ein Betriebsven tärker sein kann, dessen Ausgang mit der Prüf- und Halteschaltung 322 verbunden ist; diese Stromkreiskon iponenten sind vorstehend, insbesondere in Verbindung mit Fig. 14, im einzelnen erläutert worden.

Das Verstärkungssyslem 124 mit veränderlichem Verstärkungsfaktor weis t einen Eingangsanschluß 3130 und einen Ausgangsanvchluß 3132 auf, und besteht grundsätzlich aus wenigstens zwei, besser vier Verstärkern mit schrittweise veränderbarem Verstärkungsfaktor, d. h. Verstärkerstufe η A;, A₂,..., A_n, die in Kaskade geschaltet sind. Jeder Verstärker, d. h. jede Stufe, weist ein Paar von Eingangsaiischlüssen 3133,3134 und einen AusgangsanschluD 3135 (Fig.40) auf. Der nicht invertierende Eingang 3133 zur ersten Verstärkerstufe A\ ist mit dem Eingangsanschluß 3130 verbunden, der das Ausgangssignal aus der Prüf- und Halteschaltung 322 aufnimmt. Die Ausgang »spannung der letzten Verstärkerstufe A_n am Ausganssanschluß 3132 wird einer Signalauswertvorrichtung aufgegeben, die der Analog-Digital-Umwandler 126 in dem hier beschriebenen System ist, wie auch der Yergleichseinrichtung 3138. Der Verstärkungsfaktor ein..:r jeden Verstärkerstufe kann auf einen von zwei Zuständen gesetzt, d.h. eingestellt werden, nämlich auf einer. Zustand des geringen Verstärkungfaktors EINS oder auf den Zustand mit hohem Verstärkungsfaktor Gj, wobei G, ein diskreter Wert hohen Verstärkungsfaktors für den /-ten (i = 1, 2 in)

Verstärker ist.

Das Zustandssteucrgwät 132, das vorstehend in Verbindung mit Fig. 14 erwähnt wurde, ist zwischen die Schalter 316 und 326 über die Steuervielfachleitung 341 eingeschaltet, die eine Vielzahl von Steuerleitungcn aufweist. Das Steuergerät 132 schaltet sequentiell die Signaleingangskanäle Ci-C, über einen Multiplexer-Abtastzyklus, wie vorstehend beschrieben.

Dem Zustandsstcuergcrät 132 sind ein variabler Bczugsdecodierer 3144 und die Fenstervergleichseinrichtung 3138 zugeordnet. Verstärkungs-Steuerleitungen 3150 und Steuerleitungen zur Rauschsignalunterdrükkung 3160 verbinden das Zustandssteuergerät 132 mit jeweils einer der Verstiirkerstufen A ι bis A,„. Der Einfachheit halber ist nur eine Vcrstärkungs-Steucrleitung 3150 und eine Steuerleitung 3160 zur Rauschsignalunterdrückung in Fig.39 gezeigt, es sind jedoch so viele Stcuerleitungen vorhanden, wie Verstärkerstufen vorgesehen sind.

Bei einer Ausführungiil'orm ist das Zustandssleuergerät 132 ein synchroner, programmierbarer Zähler, z. B. vom Typ 74 S 161 mit integrierter Schaltung. Der Bezugsdecodierer 3144 ist ein Digilal-Analog-Umwandler, z.B. vom Typ MC 1403 L Die Vergleichscinrichtung 3138 kann ein Spannungskomparator vom Typ LM 311 sein, und die Verstärker Ai bis A,„ sind Operationsverstärker mit hoher Eincjangsimpedanz, z. B. vom Typ LF 156.

Jeder der Verstärker Λ ι bis A_n, weist eine Steuerschaltung für den Verstärkungsfaktor und eine Schaltung zur Rauschsigna-'unierdrückung auf, beide sind im.einzelnen in Fig.40 gezeigt. Die Steuerschaltung weist ein Spannungsieiiernetzwerk auf, das durch Widerstände 3170, 3172, FET-Schalter 3174,3176 und die spezielle Verstär-

kungsstcuerleitung 3150 gebildet ist Beim Vorgang des Einstellen« des Verstärkungsfaktors, wenn der Schalter 3176 geschlossen und der Schalter 3174 geöffnet ist, wird das Ausgangssignal des Verstärkers vom Ausgang 3135 auf den invertierenden Eingang 3134 rückgekop-

pelt, wodurch der Verstärker in seinen Zustand niedrigen Verstärkungsgrads gesetzt wird, der gleich EWVS ist. Wenn der Schalter 3174 geschlossen und der Schakäir 3176 geöffnet ist, wird der Schalter in seinen Zustand hohen Verstärkungsgrads (z. B. Gi für den Verstärker

is Ai) gesetzt, da der-Widerstand 3170 dann in der Rückkopplungsschleife des Verstärkers liegt. Der gewünschte Verstärkungsgrad wird in Abhängigkeit von einem Steuersignal aus dem Steuergerät 132 über die Steuerleitung 3150 eingestellt die sich auf die bestimmte Ver- stärkerstufe, z. B. A_x in Fi g. 40 bezieht.

Die Rauschunterdrückungsschaltung weist FET-Schalter 3182, 3184,3186, einen Kondensator 3188 und eine Störsignal-Steuerleitung 3160 auf. Ist der Schalter 3182 geschlossen, werden die Schalter 3184 und 3186 geöffnet. Bei der Korrektur der eingestellten Werte eines jeden Verstärkers sendet das Steuergerät 132 ein Signal über die Steuerleitung 3150, um den Schalter 3176 zu schließen und den Schalter 3174 zu öffnen, wodurch jeder Verstärker auf den Zustand mit Verstär- kungsfaklor EINS gebracht wird. Gleichzeitig trennt das Steuergerät 132 den Eingangsanschluß 3130 zum Verstärkungssystem 124 durch Öffnen des Schalters 3182 und stellt durch Schließen des Schalters 3184 (Fig.40 und 41) die Verbindung zwischen der Verbin-

J5 dungsstelle 3190 und dem Ausgangsanschluß 3135 des Verstärkers her. Der Eingangsanschluß 3133 zum Verstärker wird durch Schließen des Schalters 3186 geerdet. Die Schalter 3182,3184 und 3186 werden durch ein Signal betätigt, das auf der Steuerleitung 3160 an-

kommt. Jede Gleichstromstörung (»Versetzung«) erscheint dann am Ausgangsanschluß 3135 des Verstärkers. Ein Kondensator 3188, der in der dargestellten Weise geschaltet ist, wird an seinen Platten 3188a, 31886 auf die in F i g. 42 angegebene Verschiebespannung + V

aufgeladen, die an dem Eingangsanschluß 3133 auftritt. Wenn die Korrektur abgeschlossen ist, schließt das Steuergerät 132 den Schalter 3182 und öffnet die Schalter 3184 und 3186 mit Hilfe eines zweiten Signals über die Steuerleilung 3160, so daß der Eingangsanschluß 3130 wieder mit dem Verstärkersystem 124 verbunden wird und die Verstärker auf normalen Betrieb zurückgeschaltet werden.

Die Ladungsspannung + V am Kondensator 3188 wird nun algebraisch mit dem ankommenden Signal Vi_n addiert und wird vollständig durch die dem Verstärker eingeprägte Korrektur- oder Verschiebespannung + V gelöscht, wie in F i g. 42 gezeigt. Das Ausgangssignal des Verstärkers wird somit frei von Gleichspannungsschwankungen, unabhängig vom Verstärkungsfaktor,

t>o auf den der Verstärker eingestellt worden ist. Die Faktoren, die festlegen, wie oft es erforderlich ist, auf Korrekturbetrieb umzuschalten, hängen von der Geschwindigkeit ab, mit der die Nullpunktwerte driften, und vom Wen der Eingangsimpedanz des Verstärkers.

h5 Beim Betrieb mit veränderlichem Verstärkungsfaktor beginnt der Verslärkungsfaktor-Bestimmungszyklus für jeden Kanal (z. B. Kanal Ci), indem alle Verstärker auf den Verstärkungsfaktor I gebracht werden. Das Zu-

81 82

standstenergerät 132 ergibt eine Folge von Digitalwer- zugspannung V_ÄI entsprechend dem Verstärker A₁. ten, die eine entsprechende Folge von veränderlichen Wenn der Vergleich negativ ist, d. h, wenn der Absolut-Bezugsspannungsschritten darstellen. Die Digitalwerte wert von V₀ kleiner als V«, ist, gibt die Vergleichseinwerden in entsprechende diskrete Bezugsspannungen richtung 3138 einen Befehl an das Steuergerät 132. da- V_R durch den Bezugsdecodierer 3144 umgewandelt Die 5 mit der normalerweise geschlossene Schalter 3176 ge-Bezugsspannungen können durch die Folge öffnet und der normalerweise offene Schalter 3174 geschlossen wird (F i g. 40). Der Verstärker Λ, hat nun die

Vri - VVGi, Ve₂- WG₂,..., V«_m- V₈G_1n Einstellung mit hohem Verstärkungsfaktor. Das geprüfte Signal, das durch die Prüf- und Halteschaltung 322

abgestuft werden, wobei Gi, G₂, .., C_n, die höheren io gehallen wird, wird wieder durch das Binärsystem 124 Werte für den Verstärkungsfaktor der Verstärker Ai, mit sich änderndem Verstärkungsfaktor verstärkt, wo-A₂,..- A_n, sind und V_B eine Basisspannung gleich dem bei der Verstärker A_x auf seine Einstellung mit hohem vorgewählten Bruchteil der vollen Spannung des Ana- Verstärkungsgrad eingestellt wird und die Verstärker log-Digital-Umwandlers 126 ist Die Verstärkungsfakto- A₂- /4₄ auf ihren Einstellungen auf Verstärkungsgrad ren Gi, Gi, usw. sind proportional einer gewählten Po- is EINS bleiben. Wenn der neue Wert | K₀1 kleiner V«₂ ist tenz einer gleichen Zahlenbasis, z. B. zwei. Die Lei- d. h_ wenn das Resultat <ies zweiten Vergleichs wieder stungsaufnahme ist für jeden Verstärker gleich. Die ver- negativ ist, gibt die Vergleichseinrichtung 3138 einen änderlichen Bezugsspannungsschritte Vk/ sind umge- Befehl an das Steuergerät 132, um den Verstärker Ai in kehrt proportional zu den Verstärkungsfaktoren der seine Einstellung mit hohem Verstärkungsfaktor zu entsprechenden Verstärker. Am Steuergerät 132 läßt 20 bringen. Das geprüfte Signal wird wieder durch das Bisich zur Vereinfachung des Einstellbctricbs der Verstär- närsystcm 124 mit sich veränderndem Vcrstärkungsfakkungsfaktor 1 wählen. tor, das Verstärker A\ und A₂ auf ihren Einstellungen mit Bei einer Ausführungsform ist G, - 2 exp K·" 9. Für hohem Verstärkungsgrad und Verstärker Λ 3, Aa auf ihein Verstärkungssystem mit vier Verstärkern (m ■= 4), ren Einstellungen mit Verstärkungsfaktor EINS besitzt, sind die entsprechenden Werte hohen Verslärkungsfak- 25 verstärkt. Wenn der nächste Wert | V₀1 < Vr₃ ist, d.h. tors für die Verstärker: Gi - 256, C₂ - 16, G₃ - 4, wenn das Ergebnis des dritten Vergleichs wieder nega-G₄ - 2. Bei nur vier Einstellungen mit hohem Verstär- tiv ist, bewiskt das Steuergerät 132, daß der Verstärker kungsfaktor kann der Verstärkungsfaktor des in Binär- A_s (nicht dargestellt) auf hohen Verstärkungsgrad festschritten einstellbaren Verstärkungssystems 124 so aus- gelegt wird. Wenn sich nach dem vierten Vergleich gelegt werden, daß er von einem Minimum von zwei zur 30 | V₁₁1 < Vm ergibt, so bewirkt das Steuergerät 132, daß nullten Potenz (d. h. eins) bis zum Maximum von 2 zur der Verstärker A4 (der der Verstärker A_n, sein kann) 15. Potenz (d. h. 32.786) in Schritten von Potenzen von 2 eine Einstellung mit hohem Verstärkungsgrad enthält, reicht. Um dies zu erzielen, sind nur vier Einstellent- wenn aber | V_n | > Vr₄ wird, so hält das Steuergerät 132 Scheidungen für den Verstärkungsgrad notwendig. Die den Verstärker auf dem Verstärkungsgrad EINS. Nach Verstärkungsgradvergleiche müssen so durchgeführt 35 Beendigung des vierten Vergleichs gibt die Vergleichswerden, daß der Verstärker für den höchsten Verstär- einrichtung 3138 einen Befehl an das Steuergerät 132, kungsgrad zuerst eingestellt wird, und daß anschließend damit der Analog-Digital-Umwandlcr 126 die Spannung die Vergleiche in der Reihenfolge abnehmenden Ver- V₀ annimmt, die dann am Ausgangsanschluß 3132 aufstärkungsgrads der Verstärker vorgenommen werden, tritt, und sie in eine digitale Zahl umwandelt,
unabhängig von der Position des jeweiligen Verstärkers 40 Nach Beendigung einer jeden Vcrstärkungsfaklorin der Kaskade. auswählfolgc wird der Gesamtverstärkungsfaktor der Die Arbeitsweise mit sich änderndem Vcislärkungs- Kaskade von vier Verstärkern durch das Steuergerät faktor wird nachstehend im einzelnen erläutert. Sind 132 als ein Digitales Verstärkungsfaktor-Codewort coalle vier Verstärker auf den Verstärkungsgrad EINS diert, das so viele Bits enthält, wie Stufen, d. h Verstäreingestellt, so wird der Absolutwert der Ausgangsspan- 45 kcr im Verstärkungssystem 124 vorhanden sind. )cdcs nung I V₀ j des Systems, die an dem Ausgangsanschluß Bit des Verstärkungsfaktorcodeworts stellt den Zustand 3132 auftritt, mit der ersten Bezugsspannung V_H 1 - V₈/- des Schalters 3176 dar. Der Verstärkungsfaktorcode ist 256 durch die Vergleichseinrichtung 3138 verglichen. EINS, wenn der Schalter 3176 offen ist, er ist NULL, Die Vergleichseinrichtung 3138 richtet die Spannung V_n wenn der Schalter geschlossen ist. Somit ist im Falle von gleich und vergleicht ihren Absolutwert mit der Bezugs- 50 vier Verstärkern, wenn alle Verstärker auf den Verstärspannung V_K\. Die Entscheidung, die auf diesem Ver- kungsfaktor EINS eingestellt sind, der Verstärkungsfakgleich basiert, wird dem Steuergerät 132 aufgegeben. lorcode 0000. Wenn der Gesamtverstärkungsfaktor 64 "¹A Wenn | V₀ | > V* 1 ist, bewirkt das Steuergerät 132, daß ist, wird der Vcrstärkungsfaklorcode 0110 usw.
\$ der Verstärkungsfaktor des Verstärkers A\ auf einem Bei vier Verstärkern, die nur vier Entscheidungen er- ?' Wert £WS bleibt. Wenn | V₀1 < V_R , ist, setzt das Steu- 55 fordern, liefert das Binärvcrstärkungssystem 124 mit ,.' ergerät 132 den Verstärkungsfaktor des Verstärkers A\ sich änderndem Verstärkungsfaktor, das hier erläutert nt auf Gi, d. h. 256. Die variablen Bezugsspannungeri Vr₂, ist, also 2^r' Verstärkungsfaktorstufen.
ΓΛ Vr₃, V_ft4 werdendann sequentiell mit den aufeinander- Im Laufe der Erläuterung des Diagramms nach , folgenden Werten der Ausgangsspannung V_n vergli- Fig. 13 ist das Prinzip der Verwendung einer Signalaufp chen, die auftritt, nachdem die sequentiellen Schaltern- ω nähme zwischen einem verhältnismäßig langsam fortscheidungen durchgeführt worden sind. Nach dem Ver- schreitenden Abfragcsignal und einem verhältnismäßig gleich wird der Verstärkungsgrad vom Steuergerät 132 langsam fortschreitenden Abfragcsignal und einem vcrfür den Verstärker festgelegt, der den nächsten nachfol- hältnismäßig rasch fortschreitenden Befchlssignal, nämgend geringeren Verstärkungsfaktor entsprechend der lieh dem DATEN-S\gna\, erläutert worden. Dieses Prin-Bezugsspannung, die für den Vergleich verwendet wird, b^r> zip wird nachstehend in Verbindung mit den F i g. 43 bis hat. 48 weiter erläutert, da es allgemein zum Zwecke der ί Die Vergleichseinrichtung 3138 vergleicht also die Einleitung eines Schaltvorgangs verwendet wird.

Ausgangsspannung | V₀ | am Anschluß 3132 mit der Be- F i g. 43 ist eine schemaiische, vereinfachte Gesamt-

darstellung der bisher erläuterten seismischen Datenverarbeitungseinrichtung, die die gemeinsame zentrale Datenverarbeitungseinrichtung, d.h. die Station 2. und die Vielzahl von identischen, im Abstand versetzten vielkanaügcn Datenerfa.ssungseinrichyjngen. d. h. Sen- ■> dcr-Empfängereinheiten Uta, 1116, HIc, lll</aufweist. welche in Serie geschaltet und mit der Zentralstation über Übertragungsleitungen verbunden sind, die vorstehend erläutert wurden und die in vereinfachter Weise in Fig.43 als eine Signalübertragungsverbindung 4016 mit drei Kanälen dargestellt ist. Der Abstand zwischen den Sender-Empfängereinheiien ist konstant und beträgt etwa 60 bis 90 m.

Die Zentralstation 2 weist eine Steuereinheit 4018 und eine Aufzeichnungseinheit 4020 auf, die schematisehe Darstellungen der erläuterten Schallung sind. Die vereinfachte Darstellung von Einheiten 4018 und 4020 ist so zu verstehen, daß sie die Systemsteuereinheit und die Datenempfänger (Block 2172 in Fig.31) darstellt, wobei ein detailliertes Blockschaltbild der Zentralstetion 2 weiter oben in Verbindung mit Fig. 21 erläutert und dargestellt ist. Das Aufzeichnungsgerät 4020 kann ein Magnetbandaufzeichnungsgerät bekannter Art sein. Die Steuereinheit 4018 weist eine Signalübertragungsvorrichtung, z. B. eine Taktschaltung bekannter Art, zur Übertragung der Mehrzustands-A bfragesignalc IP, /_ B. impulse 51 und 52, an vorgewählten Prüfsignalen und/ oder ein Steuersignal durch die Kanäle 4090 und 4091 der drcikanaligen Signalübertragungsverbindung 4016 auf, wie sie weiter oben erläutert wurde. jo

Nachdem jede Sender-Empfängereinheit IHa, lliö die Übertragung ihrer lokalen Daten abgeschlossen hat, nimmt sie Daten aus weiter entfernten Datcncrfassungs- oder Sender-Empfängereinheiten auf, regeneriert sie und überträgt sie auf die Zentralstation 2. Die J5 Datenerfassungscinheit 11a, die der Station 2 am nächsten liegt, überträgt somit ihre lokalen Daten zuerst und nimmt dann Daten aus den übrigen 99 abwärts in bezug auf die Verbindung gelegenen Einheiten auf und überträgt sie (wobei unterstellt ist, daß 100 solche Einheiten in dem System vorhanden sind). Die letzte Datenerfassungseinheit überträgt natürlich nur ihre lokalen Daten.

Ein Abfragesignal kann einen einer Vielzahl von Zuständen einnehmen. Die Abfrage- und Steuersignale sind /.. B. Rechteckimpulse. Die Ausbreitgeschwindigkeit eines Impulses durch den Abfragekanal 4090 ist unterschiedlich von der Ausbreilgeschwindigkeit eines Impulses durch den Stcucrkanal 4091, wobei der Abfragckanal 4090 schematisch Übertragungslcitungen IPX, IP2, IP3 darstellt, während der Steuerkanal 4091 die DATEN- und Datcn-Ncbcnschluß-Lcitungcn der F i g. 5 und 8b darstellt. Bei der hier erörterten Ausführungsform ist die Laufzeit durch den Stcucrkanal 4091 größer als durch den Abfragckanal 4090.

Wenn eine Datenerfassungseinheit, z. B. eine Sender-Empfängereinheit 1116, schadhaft wird, muß sie so in Nebenschluß gelegt werden, daß Daten, die aus einer weiter entfernten Einheit, z. B. der Einheit 11 Ic übertragen werden, dadurch nicht beeinflußt werden. Ein Steuerimpuls wird von der Steuereinheit 4018 über den ω Steuerkanal 4091 übertragen. Bei einer ausgewählten Einheit, z. B. der Sender-Empfängereinheit 1116 überholt der Empfängerimpuls den Abfrageimpuls aufgrund der unterschiedlichen Lauf/eilen in den Kanälen 4090 und 409t, und fällt mit ihm zusammen. Die Koinzidenz b^r> der beiden Impulse an der Kir.heil XiXb bewirkt,daß die Einheit in Nebenschluß gelegt wird.

In den F i g. 43 und 44 sind die Datenerfassiings-, d. h.

Sender-Empfängereinheiten HIa, HIo, 111c, UIdmit einer Vielzahl von Eingabekanälen versehen, wobei jeder Eingabekanal mit einer elementaren seismischen Sensorcinhcit 21 in der vorbeschriebenen Weise verbundcn ist. Jede dieser Einheiten enthält die Signaleinstellogik, die den Multiplexer 122, die Prüf- und Halteschaltung 3024, die den Verstärkungsfaktor bestimmenden Verstärker 124, den Analog-Digital-Umwandler 126 und das Ausgangssignalspeicherregister 128 aufweist Diese Stromkreiskomponenten verbinden die seismischen Sensoren 21 an den Signaleingangskanälen mit dem Datenkanal 4092'. Sie können herkömmlicher Art sein. Der den Versiärkungsgrad bestimmende Verstärker 124 ist zweckmäßigerweise der Binärverstärker mit veränderlichem Verstärkungsfaktor, wie er in Verbindung mit den Fig. 39 bis 42 beschrieben ist, der einen mit vier Bits verschlüsselten Verstärkungsfaktor einstellbar ist. Der Analog-Digital-Umwandler 126 kann beispielsweise ein 12-Bit-Umwandler sein. Das Ausgangssignal-Speicherregister 128 kann ein herkömmliches Serien/Serien-Schieberegister mit 16 bis 20 Bits sein. Bei einer Ausführungsform besitzt das Register 128 eine Kapazität zur Aufnahme von mindestens 12 Datenbils aus dem Analog-Digital-Umwandler und vier Verstärkungsgradcodebits.

Wie weiter oben beschrieben und in Fig.44 gezeigt, ist das Steuergerät 132 vorgesehen, das durch Signale 51 oder 52 auf den Leitungen 51 oder 52 aktiviert wird Die Signale 51 (Abtastintervall-Abfrageimpuls) oder 52 (Teilerabfrageimpuls) werden in Abhängigkeit von Abfrageimpulsen erzeugt, die entweder einen ersten Zustand oder einen zweiten Zustand einnehmen. Die entsprechenden Abfrageimpulse, die generell durch die Buchstaben »IP« bezeichnet sind und die über den Kanal 4090, /.. B. die Verbindungen IPt, IP2, IP3 der F i g. 5 übertragen werden, sind ebenfalls mit 51 und 52 bezeichnet, wobei 51 einen Zustand (nämlich eine bestimmte Breite) und 52 einen anderen Zustand (nämlich eine andere Breite) einnimmt. In Abhängigkeit von einem Signal 51 setzt das Steuergerät 132 den Multiplexer 122 auf den Kanal CO, den Test- oder Leerkanal, zurück. In Abhängigkeit von einem Signal 52 im Anschluß an ein Signal 51 verschiebt das Steuergerät 132 den Multiplexer 122 auf den ersten Eingangskanal in der Folge, damit die Prüf- und Halteschaltung 3024 ein Signal auf dem ersten Kanal prüft. Der Sl-Impuls setzt das Steuergerät 132 so, daß die Datenabgabe in Abhängigkeit von 52-lmpulsen über die Dauer des Abtastzyklus ermöglicht wird, wobei der Abtastzyklus der Multiplexerbetrieb zur Prüfung aller vierzehn Eingangskanä-Ic ist.

Wird die Signalprobe durch die Einstelleinheit 124 für den Verstärkungsfaktor verstärkt und dem Analog-Digital-Umwandler 126 angeboten, so wird der Verstärkungsfaktor in entsprechender Weise als Verstärkungsfaktorcode mit 4 Bits ausgedrückt. Wenn das nächste 52-Signal aufgenommen wird, stellt das Steuergerät 132 den Multiplexer 122 auf den nächsten Kanal ein, und bewirkt gleichzeitig, daß der Analog-Digital-Umwandler 126 die im Verstärkungsfaktor eingestellte Signalprobe aus dem ersten Kanal in eine digitale Zahl umwanöelt. Zu Beginn des Umwandlungszyklus wird der Verstärkungsfaktorcode mit 4 Bits in Serie aus der Verstärkungsfaktoreinstelleinheit 124 auf das Ausgangsregister 128 über die Leitung 3036 übertragen. Im weiteren Verlauf der Analog-Digital-Umwandlung werden die 12 Bits, die die Digitalzahl darstellen, in Serie aus dem Analog-Digiial-Umwandler 126 in das Ausfc-angsre-

gister 128 geschoben. Im Register 128 werden die 12 Datenbits mit den vier Verslärkungsfaktorcodebits zur Bildung eines Digitaldatenworts mit 16 Bits entsprechend der Probe aus dem ersten Kanal kombiniert. Vier Präambelbits können hinzuaddiert werden, so daß ein Wort aus 20 Bits entsteht.

Wenn der Umwandlungszyklus für einen Kanal, z. B. Kanal K, beginnt, überträgt das Steuergerät 132 das digitale Datenwort aus dem Kanal K 1, das vorher im Ausgangsregister 128 gespeichert wurde, auf den Datenkanal 4092'. Ein Zähler-Decodicrer 3037 zählt die Bits, die in Serie aus dem Register 128 ausgetastet worden sind, und gibt dem Steuergerät 132 den Befehl, die Übertragung der Datenbits zu beenden, wenn die Zählung abgeschlossen ist. Der Datenkanal 4092' einer jeden Sender-Empfängereinheit 111 wird normalerweise mit der Datenübertragungsverbindung 4092 verbunden, wie sich aus der nachstehend beschriebenen Γ-' i g. 45 ergibt. Die Verbindung 4092 der F i g. 43 und 45 entspricht der Verbindung Di, DZ D 3 (siehe oben).

F i g. 45 zeigt weitere Einzelheiten einer der Datenerfassungseinheiten, /.. B. Scndcr-Empfängcreinheiten UIa, Uli», usw. einschließlich einer Signalprüfeinrichtung 4038 und erster und zweiter Koinzidenzdctcktorcn 4040 und 4042, die mit gestrichelten Linien umschlossen dargestellt sind. In Serie mit dem Abfragckanal 4090 sind Nebenschlußschalter 4044, 4046 mil Lcistungsvcrlust, ein Leitungsempfänger 4048. ein Schalter 4050 zum Unwirksammachen der Abfragesignale und ein Leitungstreiber 4052 verbunden. Der Steuerkanal 4091 ist mit einem Leitungsempfänger 4054 und einem Leitungstreiber 4056 versehen. Der Datenkanal 4092 weist einen Leitungsempfänger 4058 und ein ODER-Giicd mit Leitungstreiber 4062 auf. Die beiden Eingänge in den Leitungstreiber 4062 sind die Eingänge 4092 von leitungsabwärts liegenden Datenerfassungseinheiten, d. h. Sender-Empfängereinheiten, und der Eingang 4092' aus dem lokalen Datenabgaberegister 128 (vgl. F i g. 44). Die Schalter 4064 und 4066 bewirken, daß eine Datenabgabe über die Bypass-Lcitung 4068 in Nebenschluß gelegt wird, wenn sie entregt werden. Die Richtung des Datenflusses in den Fig.44 und 45 ist umgekehrt wie die in den F i g. 43 und 46.

Die Signalprüfeinrichtung 4038, die aus einer angezapften Verzögerungsleitung 4072, dem UND-Glied 4074 und dem Inverter 4076 besteht, idenlifiziert den Zustand, d. h. die Eigenschaft eines Abfragcsignals in der nachstehend beschriebenen Weise. Das Abfragesignal ist im wesentlichen eine Rechtcckwclle mit einer bestimmten Breite. Der Zustand bzw. die Eigenschaft eines impulses wird hier durch seine Breite definiert, obgleich bei einer entsprechenden Schaltungsanordnung eine andere Eigenschaft, z. B. die Impulshöhe, als Unterscheidungsmerkmal verwendet werden kann. Ein breiter Impuls ist ein Abfrageimpuls im ersten Zustand. Die Breite eines breiten Impulses muß größer sein als die Verzögerungszeit der Verzögerungsleitung 4072, jedoch kleiner als die Hälfte des vorgewählten Abfrageintervalls. Ein Abfrageimpuls im zweiten Zustand muH eindeutig von einem Abfrageimpuls im ersten Zustand unterscheidbar sein. Seine Breite ist kleiner als die Hälfte eines breiten Impulses. Bei der beschriebenen Ausführungsform beträgt die Verzögerungsdauer der Verzögerungsleitung 4072 1000 Nanosekunden (nsee). ein breiter Impuls ist 1200 nsee lang und ein schmaler Impuls ist 400 nsee lang. Zusätzliche Impulsbreiten können verwendet werden, um einen Impuls mit mehreren Eigenschaften zu erzielen, wenn geeignete Änderungen an der Signalprüflogik vorgenommen werden.

In der folgenden Beschreibung logischer Schaltungsdingrammc wird auf die beiden Zustände Bezug genommen, die normalerweise in derartigen logischen Schal-

^r> lungcn vorliegen. Diese beiden Zustände können als Binärsignale darstellend betrachtet werden und sie werden oft als logische EINS und logische NULL bezeichnet. Zusätzlich werden die niedrigen und hohen Spannungszuständc manchmal als »Binäre Null« und »Binäre

κι Eins« oder als »Falsche« und »Wahre« Signale oder Zustände bezeichnet. Wenn im Falle eines UND-Glieds z. IJ. die beiden Eingänge auf einen vorbestimmten Spannungspcgel anghoben werden (der als »wahr« bezeichnet wird), ändert sich der Ausgang auch auf diesem

Γι Spannungspegei (als »wahr« bezeichnet), während dann, wenn einer der Eingänge auf einem unterschiedlichen, niedrigeren Spannungspegei liegt (mit »falsch« bezeichnet), der Ausgang des UND-Glieds auf dem niedrigen Pegel verbleibt (im »falschen« Zustand). In ähnlicher Weise werden bei der nachstehenden Erörterung die beiden Zustände einer logischen Schallung als »wahre« und »falsche« Zustände bezeichnet.

Wenn das Steuergerät 132 (I-ig.44) einen Abfrageimpuls im ersten Zustand überträgt, durchläuft der Impuls, wie in Fig.45 gezeigt, den Abfragckanal 4090, durch den Schalter 4044 zum Leitungsempfänger 4048, durch den Schalter 4050 zum Leitungstreiber 4052, den Schalter 4046 bis zur nächsten Sender-Empfängcrcinhcil. Der Impuls gelangt auch durch die Verzögcrungs-

jd leitung 4072. Am Ende der 1000 nsee tritt die führende Flanke dieses Impulses am Ausgang der Verzögerungsleitung auf. An dieser Stelle liegt jedoch die abfallende Flanke des Impulses am Eingang der Verzögerungsleitung. Somit gehen beide Eingänge des UND-Glieds

r> 4074 auf hohe Pegel, wodurch ein 200 nsec-Signal auf der Leitung SI erzeugt wird, das eine positive Flanke besitzt. Das Steuergerät 132 setzt durch ein Signal auf der Leitung SI den Multiplexer 122. Die abfallende Flanke des breiten Abfrageimpulses erzeugt als Ausgang des Inverters 4076 einen nach Positiv gehenden logischen Pegel auf der Leitung S2, und zwar 200 nsee nachdem S I auf »wahr« umgeschaltet hat.

F.s wird angenommen, daß später ein schmaler Abfrageimpuls über den Kanal 4090 zur Verzögerungsleitung 4072 auf den Inverter 4076 gelangt. Da die Impulsbreite zu schmal ist, um gleichzeitig am Eingang und am Ausgang der Verzögerungsleitung 4072 zu erscheinen, wird kein Signal auf der Leitung S 1 erzeugt. Die abfallende Flanke des schmalen Impulses tritt jedoch am Ausgang des Inverters 4076 als ein nach Positiv gehendes Signal auf der Leitung S2 auf. Wenn das Steuergerät 132 ein nach Positiv gehendes S2-Signal anzeigt, wie dies oben erwähnt wurde, wird der Multiplexer 122 auf den nächsten Eingangskanal weitergeschaltet und gibt ein Datonsignal über die Leitung 4092' auf den Kanal 4092 und damit an das Aufzeichnungsgerät 4020 ab.

Wie vorstehend beschrieben, kann jede Sender-Empfängercinheit 14 Analog-Eingangskanäle besitzen. Um jeden Eingangskanal nacheinander abfragen zu können,

bo wird ein Abfrageimpuls im ersten Zustand zuerst durch die Steuereinheit 4018 übertragen. Wenn der breite Abfrageimpuls S1 längs des Abfragekanals 4090 zu jeder Sender-Empfängereinheit Ilia, UXb usw. in der Reihenfolge fortschreitet, setzt er den Multiplexer 122 je-

b5 der Einheit. Im Anschluß daran wird eine Serie von 13 Abfrageimpulsen S2 übertragen. Jeder Impuls im zweiten Zustand schaltet den Multiplexer 122 weiter, so daß er der Reihe nach jeden der FJngangskanaie aus den

elementaren seismischen Sensoreinheiten 21 abfragt und die entsprechenden Datensignale aus den Scndcr-Empfängercinhcitcn 111 über den Datcnkanal 4092 auf die Auf/cichnungseinhcil 4020 überträgt.

Bei der beschriebenen Ausführungsform werden die 14 Kanäle innerhalb 1 rrücc geprüft. Entsprechend isl das Intervall zwischen SS-Impulsen 71,4 uiicc. Die Doppelweg-lmpulsverzögerurig durch die Übcrlragimgsverbindung 4016 zwischen jeweils zwei Sender-Empfängereinheiten ergibt eine Zeillücke, während der die Datensignalc von den Serider-Empfängereinheiten III übertragen werden können, ohne daß sie sich gegenseitig störend beeinflussen.

Die Nebcnschlußschaller 4044, 4046 und 4064, 4066 werden in bekannter Weise durch Relais betätigt und sind in Fig.45 in ihrer Position bei eingeschalteter Stromversorgung dargestellt. Im Falle eines Encrgieausfalls in einer bestimmten Scnder-Empfängereinhcil schalten beide Sätze von Schaltern so, daß die Nebenschlußleitungen 4068 und 4070 entsprechend auf die Kanäle 4092 und 4090 durchvcrbunden werden.

Eine Sender-Empfängereinheit, z. B. die Einheit 1110, kann schadhaft werden, se· daß es erforderlich wird, sie in Nebenschluß zu legen, oder sie kann auf Wunsch eine weitere Übertragung eiri;:s Abfrageimpulses an einer bestimmten Einheit beenden. Diese speziellen Funktionen werden durch ein Steuersignal in der nachfolgend beschriebenen Weise wirksam gemacht.

Die Gesamtlaufzeit des; Abfrageimpulses in eine entfernte Sender-Empfängereinheit hängt von der Verzögerungszeit durch den Abfragckanal ab. Die Laufzeit zur Einheit π Lt die Summe der Verzögcrungszeilen zwischen allen vorausgehenden Datenerfassungseinheiten. In ähnlicher Weise ist. die Verzögerungszeit eines Steuerimpulses durch den Steucrkanal zur Einheit η die Summe der Verzögerungen in dem Steucrkanal zwischen allen vorausgehenden Einheiten, die näher zur Steuereinheit 4018 liegen »ils die Einheit n. Da die Laufzeiten durch die beiden Kanäle unterschiedlich sind, kommt an der η-ten Dateuerfassungseinhcit ein Impuls, der durch den schnelleren Kanal fortschreitet, um ein Zeitintervall (n — \) R früher an als der Impuls durch den langsameren Kanal, wobei η — 1 die Zahl von Abständen zwischen den ersien η Sender-Empfängereinheiten und R der Signallaiufzeiiunterschicd durch die beiden Kanäle zwischen aufeinanderfolgenden Einheiten ist. Der Zuführungskabelabschnitt 17 zwischen der Zentralstation und der ersten Sender-Empfängereinheit ist so bemessen, daß die Verzögerungszeiten für beide Signale, nämlich für Befehlssignal und Abfragesignal, durch die Kanäle 4090 und 4091 gleich sind. Somit werden alle unterschiedlichen Verzögerungen in entsprechender Weise in den Leitungen zwischen aufeinanderfolgenden Sender-Empfängereinheiten erzeugt

Es sei angenommen, daQdie Impulslaufzeit im Steuerkanal 4091 größer sei als im Abfragekanal 4090. Wenn ein Abfrageimpuls aus der Steuereinheit 4018(Fi g. 43) und (n — 1) R später ein Steuerimpuls für die Steuereinheit 4018 übertragen wird überholt der Steuerimpuls den Abfrageimpuls an der Einheit n. Sowohl die Abfrage- als auch die Steuerkanäle können identische Signal-Laufzeiten aufweisen. Verzögerungsleitungen können in einen der beiden Kanäle an jeder Sender-Empfängereinheit eingesetzt werden, um einen Laufzeitunterschied zu erzeugen. Beispielsweise kann eine Verzögerungsleitung 4078, die durch das mit gestrichelten Linien angedeutete Kästchen in Fig.45 gezeigt ist, in den Abfragekanal 4090 zwischen den Leitungsempfänger 4048 und den Abschalt-Schalter 4050 eingesetzt werden. Zusätzlich kann die Verzögerungsleitung 4078 als Ersatz für die Verzögerungsleitung 4072 dienen.

Der erste Signal- oder Impulskoinzidenz-Detektor 4040 weist ein D-Flip-Flop 4080 und ein Relais 4082, das den Schaltern 4064 und 4066 zugeordnet ist, auf. Die Schalter sind in der Position gezeigt, in der das Relais linier Strom steht. Das Flip-Flop 4080 kann eine Hälfte eines mit positiver Flanke triggerbaren D-Flip-Flops ίο des Typs 74 S 74 sein. Der logische Pegel, der am D-Eingang vorhanden ist, wird auf den (^-Ausgang übertragen, wenn die richtige Flanke (d. h. der Übergang von einem logischen Pegel zu einem anderen) am Takt-Eingang auftritt. Das Flip-Flop bleibt in seinem Zustand, bis es rückgesetzt wird. Das Flip-Flop 4080 spricht auf die ansteigende Flanke eines Impulses an.

Bei gleich/eiligem Vorhandensein sowohl eines Steuerimpulses und eines Abfrageimpulses in einem beliebigen Zustand wird der Koinzidenzdetektor 4040 für das erste Signal wirksam. Die führende Flanke eines Abfrageimpulses setzt (d. h. aktiviert) den D-Eingang des Flip-Flops 4080 auf logische EINS. Der (^-Ausgang des Flip-Flops 4080 ist normalerweise »falsch« (logische NULL), wodurch das Relais 4082 so erregt wird, daß die Schalter 4064 und 4066 geschlossen werden, wie in Fig.45 gezeigt. Wenn ein Steuerimpuls aus der Verbindung 4091 am Takt-Eingang ankommt, während der D-Eingang eine logische EINS zeigt, wird der ^-Ausgang des Flip-Flops 4080 auf logische EINS, d. h. auf »wahr« setzt, jo Damit fällt das Relais 4082 ab und bewirkt, daß die Schalter 4064 und 4066 den Kontakt zur Nebenschlußleitung 4068 herstellen, weil der Spannungspegel der logischen ElNSdem Wert + ^entspricht.

In Fig.46 überträgt das Steuergerät 132 (Fig.44) einen Abfrageimpuls über den Abfragekanal 4090, von dem angenommen wird, daß er die kleinere Laufzeit bestimmt. Der Steuerkanal 4091 wird mit dem Steuergerät 132 über eine angezapfte Verzögerungsleitung 4132 verbunden, die Anzapfungen besitzt, um ganzzahlige Vielfache der Verzögerungszeit, z. B. 0, R, 2R, 3R,(n- 1) R über den Anzapfwählschaiter 4100 zu erzielen.

Um den Sender/Empfänger η zu überbrücken, wird ein Abfrageimpuls zuerst über die Steuereinheit 4018 (Fig.43 und 46) und dann (n — I)R später ein Steuerimpuls übertragen. Der Steuerimpuls nimmt den Abfrageimpuls am Sender/Empfänger η auf und fällt mit ihm zusammen, wobei das Relais 4082 (Fig.45) entregt wird; dadurch werden die Schalter 4064 und 4066 geschaltet, um die Leitung 4068 zu überbrücken.

Es kann erwünscht sein, die Weiterleitung eines Aufrageimpulses zu Sender-Empfängereinheiten, die jenseits der Einheit η liegen, zu verhindern. Um dies zu erreichen, wird der Steuerimpuls zeitverschoben, so daß er einem Abfrageimpuls nach einer Verzögerung von (n — 1) R + d folgt, wobei d die Zeitverschiebung ist. Diese Funktion wird durch den zweiten Impulskoinzidenzdetcktor 4042 durchgeführt.

Im zweiten Impulskoinzidenzdetektor4042(Fig.45) bo wird der D-Eingang des Flip-Flops 4084 mit einer Anzapfung 4085 auf der angezapften Verzögerungsleitung 4072 verbunden. Die Verzögerungsdauer zwischen dem Eintritt der führenden Flanke des Impulses an der Anzapfung 4085 ist gleich oder etwas größer als die Breite des Impulses, wobei die Verzögerungsdauer d zur Anzapfung 4085 bei der beschriebenen Ausführungsform 600nsec beträgt. Wenn der Abfrageimpuls ankommt, aktiviert er zuerst den Flip-Flop 4080 im Impulskoinzi-

denzdetektor 4040. Zu einer Zeit dspäter (ζ. B. 600 nscc später) tritt die führende Flanke des Impulses an der Anzapfung 4085 der Verzögerungsleitung 4072 auf. Der zeitverschobene Steuerimpuls ist zu spät, um den Takt-Eingang des Flip-Flops 4080 zu triggern; somit spricht der Impulskoinzidenzdetektor 404 nicht an. Nun wird jedoch der D-Eingang des Flip-Flops 4084 durch den verzögerten Abfrageimpuls aktiviert. Deshalb schaltet ein zeitverschobener Steuerimpuls, der am Takt-Eingang des Flip-Flops 4084 ankommt, das Flip-Flop 4084 und bewirkt, daß der normalerweise »wahre« <?-Ausgang auf »falsch« umschaltet (logische NULL). Damit wird ein Relais 4086 aktiviert, das den Ausschalter 4050 öffnet, wodurch eine Weiterleitung des Abfrageimpulses zu Einheiten unterbrochen wird, die jenseits der Sender-Empfängereinheit η liegen.

In Fig. 46 wird die Zeitverschiebung t/dem Steuerimpuls über eine feste Verzögerungsleitung 4102 aufgegeben, wenn der Schalter 4104 die gezeigte Position einnimmt. Die Zeitverzögerung d über die Verzögerungsleitung 4102 ist die gleiche wie die Zeitverzögerung an der Anzapfung 4085 der Verzögerungsleitung 4072, d. h. 600 nsec in der dargestellten Ausführungsform.

Wenn entweder Flip-Flop 4080 oder 4084 durch das gleichzeitige Vorhandensein eines Abfrageimpulses und eines Steuerimpulses geschaltet wird, bleiben sie in dem geschalteten Zustand bis zur Freigabe. Die Flip-Flops 4080 und 4084 werden nur in Abhängigkeit von einem Abfrageimpuls im ersten Zustand, d. h. S1 freigegeben, aber bei Abwesenheit eines koinzidenten Steuerimpulses, wenn der Ausgang des UND-Glieds 4074 auf logische f/yVSumschaltst.

Zusätzlich kann es erwünscht sein, bestimmte Schaltfolgen wirksam zu machen, d. h. zu aktivieren und Daten aus einer Teilmenge von aufeinanderfolgenden Sender-Empfängereinheiten abzugeben, die aus der Gesamtheit aller Einheiten ausgewählt sind. Diese Funktionen werden durch Verwendung zweier Übertragungsverbindungen mit unterschiedlichen Verzögerungen erreicht. Die ausgewählte Teilmenge kann beispielsweise auch nur eine Sender-Empfängereinheit oder aber alle Sender-Empfängereinheiten umfassen. Wenn die ausgewählte Teilmenge mehr als eine Einheit umfaßt, ist eine erste ausgewählte Einheit und eine letzte ausgewählte Einheit vorhanden, wobei die erste ausgewählte Einheit der Zentralstation 2 am nächsten liegt.

In Fig.47, die in mancher Hinsicht der Fig. 13 ähnlich ist,sind sieben Sender-Empfängercinhcitcn lila bis 11 \g gezeigt, die mit der Zentralstation 2 über die Übertragungsverbindung 4016 verbunden sind, welche aus drei Kanälen, nämüch dem Abfragekanal 4090, dem Steuerkanal 4091 und dem Datenkanal 4092 besteht. Die Gruppe der Fig.47 ist im Vergleich zur Gruppe nach Fig.43 richtungsvertauscht und der Einfachheit halber sind die Eingabekanäle 21 nicht gezeigt Auch zeigen in dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 47 die Doppelpfeile am Steuerkanal 4091, daß die Signallaufzeit in dem Kanal größer ist als die durch den Abfragekanal14090.

Bei dem in Fi g. 47 gezeigten Ausführungsbeispiel ist es erwünscht, einen Abtastzyklus oder eine andere Schaltfolge in den Multiplexer!) 122 zu aktivieren und einzuleiten, die einen Teil der Teilmenge nur der Sender-Empfängereinheiten 111c bis llle bilden, wodurch die Abgabe von Daten aus den entsprechenden Eingangskanälen nur dieser Teilmenge von Einheiten wirksam gemacht wird. Somit bleiben die Einheiten 111;;.

\\\b, lll/'und 111^ inaktiv. Die Schaltung zur Aktivierung, d. h. zum Wirksammachcn der gewünschten Teilmenge von Einheiten ist in F i g. 48 gezeigt.

In dieser Fig. 48 ist die Datcnnebcnschlußschaltung .ί im wesentlichen die gleiche wie die nach F i g. 45. ledoch ist die Signalprüfeinrichtung 4038 in Fig. 48 um die wahlweise Verzögerungsleitung 4078 der F i g. 45 ergänzt. Die Impulskoinzidenzdetektoren 404, 4042 nach F i g. 45 sind in F i g. 48 unterschiedlich ausgelegt, so daß K) eine höhere Flexibilität erreicht wird.

In Fi g. 47 ist der Abfragekanal 4090 als einziger Kanal dargestellt. Der Stcuerkanal 4091 ist ferner durch eine einzige Leitung in Fig.47 dargestellt. Er besteht jedoch tatsächlich aus drei redundanten Leitungen. Wie weiter oben bei der dargestellten Ausführungsform näher erläutert, können die Abfrage- und Steuerkanäle verdrillte Leiterpaare sein. Die Impulslaufzcit über die Leiter, die die Abfrage- und Steuerkanäle darstellen, können dann den gleichen Wert haben. Jedoch ist die Verzögerungsleitung 4078 in jeder Sender-Empfängcreinheit in Reihe mit dem Abfragekanal geschaltet. Somit ist bei der dargestellten Einrichtung die effektive Geschwindigkeit im Abfragekanal 4090 kleiner als im Steuerkanal 4091. Die Verzögerungsleitung 4078 verzögert 2^ri die Laufzeit eines Abfrageimpulses um ein festes Zeitintervall an jeder Sender-Empfängereinheit. Die Verzögerungsleitung 4078 hat eine maximale Verzögerung von 1000 nsec mit Anzapfungen, um kürzere Verzögerungen zu erzielen und kleinere Unterschiede in den ίο Längen des den Abfragekanal bildenden Leiters einstellen zu können. Die Verzögerung beträgt 600 nsec.

In F i g. 48 durchläuft ein Abfrageimpuls, der aus dem Steuergerät 132 übertragen wird, die Leitung 4090, über den Leitungsempfänger oder Pufferverstärker 4048, J5 über den Nebenschlußschalter 4044 bis zur Verzögerungsleitung 4078. 600 nsec später gelangt der Impuls durch die Anzapfung 4101 zum Leitungstreiber 4052 und auf die Sender-Empfängereinheit, die der Leitung am nächsten liegt, d. h. die nächste, abwärts in bezug auf die Verbindung angeordnete Sender-Empfängereinheit, liin UND-Glied 4103 zeigt das Vorhandensein eines weiten 51-lmpulses an, wie in Verbindung mit dem UND-Glied 4074 in Fig.45 beschrieben. Das der S 1-lmpuls 1200 nscc breit ist und die maximale Verzögerung der Verzögerungsleitung 4078 1000 nsec beträgt, ändert sich die Ausgangslcitung 4105 des UND^: Glieds 4103 in eine logische EINS, wie oben ausgeführt, wobei der Takt-Eingang des D-Flip-Flops 4106 getriggcrl wird. Wenn eine logische EINS am D-Eingang des Flip-Flops 4106 vorhanden ist (aus einem Steuerimpuls, wie nachstehend erläutert wird), schaltet der Q-Ausgang auf logische EINS, wodurch der Ausgang des UND-Glieds 4108 ebenfalls auf EINS umschaltet. Die Abfallfianke des S !-Impulses erzeugt deshalb ebenfalls einen .92-lmpuls, der bewirkt, daß das Steuergerät (F i g. 44) einen Umwandlungszyklus einleitet. Solange ;'er D-Eingang des Flip-Flops 4106 auf der logischen E//V5bleibt ist auch das UND-Glied 4108 eingeschaltet Für den übrigen Teil eines Abtastzyklus treten nachfolgend ankommende S2-lmpulse am 52-Ausgang, d.h. auf der Leitung 4110 auf. Wenn umgekehrt am D-Eingang des Flip-Flops 4106 eine logische NULL auftritt, wird der Ausgang von S2-Impulsen über das UND-Glied 4108 gesperrt und die Schaltung nach Fig.44 b5 wird nicht aktiviert.

Steuerimpulse, die den vorbeschriebenen DATEN-Impulsen (DATEN-Abfrage) entsprechen, werden parallel über den dreifach redundanten Steuerkanal 4091

übertragen. Die D/4TE7V-Impulse werden über die Leitungsempfänger 4112, 4112', 4112" aufgenommen und auf eine weitere Majoritätswählschaltung 4114 übertragen. Die Schaltung 4114 besteht aus UND-Gliedern 4116,4116', 4116" und dem ODER-Glied 4118. Ein DA-T£7V-lmpuls, der an zwei beliebigen der drei Leitungen CON 2 und CON3 vorhanden ist, die schematisch durch die DA TEN- Verbindung in Fig. 5 dargestellt sind, bewirkt, daß der Ausgang des ODER-Glieds 4118 eine logische EINS wird, wobei der D-Eingang des Flip-Flops 4106 auch auf die EINS eingestellt wird, so daß das UND-Glied 4108 wirksam wird. Somit erzeugt das gleichzeitige Vorhandensein eines S1 -Impulses aus dem UND-Glied 4103 und eines ΟΛΓΕ/V-Impulses beliebiger zwei der drei Leitungen CON I, CON 2 und CON3 ein einziges Signal, das den Datenausgang aus dem Abgaberegister 132(F i g. 44) in Abhängigkeit von nachfolgenden S2-Impulsen, die während des übrigen Teils des Abtastzyklus aufgenommen werden, wirksam gemacht wird. Das System bleibt wirksam, solange ein DATEN-Impuls jedesmal dann vorhanden ist, wenn ein Sl-Impuls empfangen wird. Die DATEN-Impulse gelangen von irgendeiner bestimmten Sender-Empfängereinheit über Leitungstreiber 4126, 4126', 4126" zu den weiter entfernten Einheiten.

Eine gewünschte Schaltwirkung in einer ausgewählten Sender-Empfängereinheit kann dadurch eingeleitet werden, daß ein D-4.TEN-Sleuerimpuls über eine einzige Steuerleitung, z. B. nur die Leitung CON I gesendet wird. Wenn ein D/47E7V-Impuls auf nur einer Leitung, z. B. der Leitung CON X auftritt, ist der Ausgang der Majoritätswahlschaltung 4114 eine logische NULL Der Ausgang aus dem Inverter wird deshalb eine logische EINS, wodurch das UND-Glied 4122 wirksam wird. Wenn ein S 1-lmpuls zur gleichen Zeit wie der DA TEN· Impuls über die einzige Leitung CON X empfangen wird, wird der Ausgang des UND-Glieds 4122 »wahr«, wodurch der Takt-Eingang des Flip-Flops 4124 gesetzt wird. Da der D-Eingang des Flip-Flops 4124 ebenfalls »wahr« ist, weil der D/47"£AMmpuls auf der Leitung CON X vorhanden ist, wird der (^-Ausgang »wahr«, wodurch ein Ci-lmpuis erzeugt wird. Ein C!-Steuerimpuls kann beispielsweise verwendet werden, um das Datenbypaßrelais 4082' zu entgegen. Das Bypassrclais 4082' wird normalerweise in der gezeigten Position gehalten, wenn nicht ein C 1-lmpuls oder ein Stromausfall (PF) das Relais entregt, und zwar über das NOR-Glied 4142, wodurch Daten von einer weiter entfernten Datenerfassungseinheit im Nebenschluß um die betreffende Sender-Empfängereinheit, die in dieser Erläuterung betrachtet ist, umgeleitet werden. In ähnlicher Weise wird das Relais 4140 zum Schalten auf Nebenschlußbcdingungen im Falle eines Stromausfalls verwendet, wie aus dem Stromkreis der Fig.48 entnommen werden kann. DATEW-lmpulse, die durch über die Einzelleitungen CON 2 oder CON3 angeliefert werden, erzeugen in ähnlicher Weise Steuersignale C2, C3 damit andere ausgewählte Steuerfunktionen durchgeführt werden können. Die Breite eines DA TE/V-lmpulses, der zur Aktivierung einer gewünschten Schaltwirkung in einer ausgewählten Einheit verwendet wird, beträgt die Hälfte der Breite eines S 1-Abfrageimpulses, d. h. etwa 600 nsec

In F i g. 47, die in mancher Beziehung der F i g. 13 entspricht, ist ein spezieller Effekt dargestellt, der auf der Tatsache beruht, daß die Aktivierung einer oder mehrerer Sender-Empfängereinheiten das gleichzeitige Vorhandensein eines Sl-!mpulses und eines DATENAmpulses an jeder der Einheiten erforderlich macht. In F i g. 47 ist eine Vielzahl von Datenerfassungs-, d. h. Sender-F.mpfängereinheiten 11 ta bis 11 !^entfernt zur Zentralstation 2 angeordnet. Es wird davon ausgegangen, daß es erwünscht ist, nur die drei aufeinanderfolgenden Einheiten 111c bis IHc, jedocl, keine anderen zu aktivieren.

Ein Sl-Impuls wird von der Zentralstation 2 über den Abfragekanal nacheinander auf jede Einheit 111 übertragen. Der Augenblick der Ankunft von S an der Einheit lila sei mit f., = 0 bezeichnet. Die Ankunftszeit von SI ander Einheit 11 Xb ist dann tb - 856,8 nsec. Die Impulsverzögerung zwischen den Einheiten lila und XXXb setzt sich aus der Kabelverzögerung und der Verzögerung von 600 nsec in der Verzögerungsleitung 4078 (Fig.48) zusammen. Die Länge des Kabels zwischen den beiden Einheiten beträgt 60 m; die Impulslaufzeit betrügt 391,5 m/nsec. Da die Kabelverzögerung 256,8 nsec und die Leitungsverzögerungsdauer 600 nsec beträgt, ergibt sich somit die Gesamtverzögerung von 856,8 nsec. Somit ist die Ankunftszeit von S1 an der Einheit IHcZ₁ = 1713,6 nsec, usw., wie in Fig.47 gezeigt. Die sechs Zeitsteuerleitungen in Fig.47, die mit IPA bis IPF bezeichnet sind, stellen die Lage des gleichen S1 -Abfrageimpulses in bezug auf jede der Sender-Empfängereinheiten lila bis XXXf am Ende eines jeden 856,8 nsec dauernden Abfrageimpuls-Laufzeitintervalls dar.

Einige Zeit nach Übertragung eines S1-lmpulses durch den Abfragekanal 4090 wird ein DATENAmpuh durch den Steuerkanal 4091 übertragen. Die Signallaufzeit in den verdrillten Leiterpaaren der Abfrage- und Steuerkanäle 4090 und 4091 sind gleich. Wegen der 600-nsec-Verzögerungsleitung 4078 in jeder Sender-Empfängereinheit ist die effektive S 1-Impulsgeschwindigkeit kleiner als die Steuerimpulsgeschwindigkeit, weil keine entsprechenden Verzögerungsleitungen im Steucrkanal vorhanden sind. Bei einer anderen Ausführungsform können natürlich die Kabellaufzeiten der beiden Kanäle so gewählt werden, daß die gewünschten Verzögerungen in den Kanälen selbst auftreten. Die Anzapfungen an der Verzögerungsleitung 4078 dienen dann nur zum Kompensieren geringer Unterschiede in den Kabellängen.

In Fig.47 übernimmt ein D-47"£N-lmpuls, der 1200 nsec nach Übertragung eines entsprechenden Sl-Impulses übertragen wurde, den Sl-Impuls an der dritten Einheit, d. h. an der Sender-Empfängereinheit HIc. Die sechs Zeitsteuerleitungen, die mit DATEN A

so bis DATEN Fbezeichnet sind, zeigen die Position eines DATEN-Impulses in bezug auf den S 1-lmpuls am Ende eines jeden 356,8 iisec betragenden Äbfrageimpuis-Laufzeitintervalls. Wenn ein Sl-Impuls an der Einheit 111 a ankommt, tritt an dieser Einheit keine Wirkung auf,

weil der DATE/V-Impuls 1200 nsec hinter dem Sl-Impuls nacheilt. An der Einheit 1116 liegt der DATENAm puh 600nsec hinter dem Sl-Impuls, so daß wiederum keine Änderung an der Einheit 1116 eintritt Der DA TENAmpuh nimmt den Sl-Impuls an der Einheit HIc auf, so daß die Datenverarbeitungsschaltung der Einheit 111c wirksam wird. An der Einheit 111 deilt die führende Flanke des D/ITETV-Impulses dem Sl-Impuls um 600 nsec vor, aufgrund der Breite des DA TEW-Impulses steht jedoch ein Steuersignal zur Verfügung, um die

Einheit !Unwirksam zu machen.Obgleich die führende Flanke des DA TEN-Impulses 1200 nsec vor dem Sl-Impuls liegt, hat die abfallende Flanke den Sl-Impuls noch nicht passiert: somit wird die Finhpit

wirksam. Zu dem Zeitpunkt, zu dem der S 1-Impuls an der Einheit 11 l/ankommt, eilt schließlich die abfallende Flanke des DA TEN-Impulses dem 5 !-Impuls vor. Deshalb wird die Sender-Empfängereinheit 111/° und werden alle nachfolgenden, abwärts in bezug auf die Verbindung liegenden Einheiten nicht wirksam. Alle Einheiten, die durch koinzidente 51- und £>/lTEAMmpulse wirksam werden, bleiben über einen gesamten Abtastzyklus aktiviert Dies bedeutet, daß sie auf alle nachfolgenden, ankommenden 52-lmpuIse über den Rest des Abtastzyklus ansprechen. Die gewünschten Verzögerungen werden über die angezapfte Verzögerungsleitung 4132 (F i g. 46 und 47) aufgegeben. Die Breite Weines DA TEN- Impulses beträgt

W=(L-I)- DLY dt.

Anzahl der Sender-Empfängereinheiten, die wirksam gemacht werden, künstliche Verzögerungsdauer (Verzögerungsleitung 4078)und kleiner Zeitzuwachs willkürlicher Länge, um geringe Ausbreitzeitdifferenzen zu ermöglichen.

In dem Beispiel nach F i g. 47 beträgt die Breite des D/ITE/V-Impulses

W= (3- 1)· 600+ 300= UOOnsec.

Die Breite des Steuerimpulses kann mit Hilfe der Impulsbreiteneinstellschaltung 4130 (Fig.47) verändert werden, die mit dem Steuergerät 4018 in der Zentralstation 2 verbunden ist. Die Impulsbreiteneinsiellschaltung kann ein monostabiler Multivibrator sein, beispielsweise vom Typ 74 121. Die Impulsbreiteneinstellung wird durch eine RC-Rückkopplungsschleifc, die mit den Steuereingängen der monostabilen Schaltanordnung verbunden ist, geändert

Die anfängliche Verzögerungszeit ID, die dem DA-r£7V-lmpuls durch die Verzögerungsleitung 4132 crteill wird, ist

/D- M- DLY,

wobei M die Anzahl der dazwischenliegenden Sender-Empfängereinheiten ist, die zwischen der Zentralstation 2 und der ersten aktiven Sender-Empfängereinheil übersprungen werden sollen (F i g. 47).

Wie vorstehend ausgeführt, wird ein CON 1-lmpuls, wenn er in Koinzidenz mit einem 51-lmpuls ist, verwendet, um Daten an einer ausgewählten Sender-Empfängereinheit vorbeizuführen. Die Verzögerung BD, die dem CON 1-lmpuls über die Verzögerungsleitung 4132 relativ zu einem zugeordneten 51-lmpuls erteilt wird, ist

BD-K- DLY,

wobei ACdie Anzahl der Sender-Empfängereinheiten ist, die zwischen der Zentralstation und der ausgewählten Sender-Empfängereinheit liegen.

Die dreifach redundanten Steuerleitungen 4091 nach F i g. 48 sind als einzelne Leitungen in den F i g. 43 bis 47 und in den Fig.5 und 8b dargestellt und mit DATEN bezeichnet, um die Zeichnung zu vereinfachen. Aus vorstehender Beschreibung und den Formeln ergibt sich, da3 durch geeignete Auswahl von Steuerimpulsbreite und Steuerimpulsverzögerung in bezug auf einen 51-Impuls eine beliebige Teilmenge von aufeinandcrfolgenden Sender-Empfängereinheiten wirksam gemacht werden kann. Beispielsweise werden für eine erste Abtastung die drei Einheiten IHa. 1116 und IHc aktiviert Für die zweite Abtastung werden die Einheiten 1116. IHc und IHc/ wirksam gemacht, die dritte ίο Abtastung kann die Einheit HIc, IHc/und 11 Ie umfassen, usw.

Unter Verwendung dieser sogenannten Abrolltechnik beträgt für die erste Abtastung die Steuerimpulsbreite (3 — 1) · 600 + 300 = 1500 nsec. Die Anfangsverzögerung ist Null, weil keine zwischengeschalteten Sender-Empfängereinheiten zwischen der Einheit lila und der Zentralstation 2 vorhanden sind. Bei der nächsten Abtastung bleibt die Steuerimpulsbreite die gleiche, aber die Anfangsverzögerung beträgt 600 nsec, weil eine Einheit nämlich die Einhält lila zwischen der ersten ausgewählten Einheit 1116 und der Zentralstation 2 liegt usw.

Bei der Durchführung einer seismischen Erkundung wird natürlich "wihreiid eines Aufzeichnungszyklus von vielen Sekunden eine akustische Welle erzeugt und es werden seismische Reflexionsdaten aufgenommen. Entsprechend werden viele aufeinanderfolgende Abtastungen durchgeführt, die die gleiche Teilmenge von Datenerfassungseinheiten verwenden. Für eine Aufzeichnung jo von sechs Sekunden werden bei Abtastintervallen von 1 msec 6000 Abtastungen vorgenommen. Nach dem ersten Aufzeichnungszyklus wird das System auf die nächste Teilmenge von Datenerfassungseinheiten »weitergcrollt«, indem die Verzögerung verschoben wird, und J5 es wird ein neuer Aufzeichnungszyklus von 6000 Abtastungen begonnen.

Wie oben erwähnt, wird ein 51-lmpuls von der Zentralstation auf die Datenerfassungseinheiten einmal pro Millisekunde übertragen, so daß ein Prüfintervall von 1 msec festgelegt wird. Wenn 14 Eingabekanäle CO bis C13 mit elementaren seismischen Sensoreinheiten 21 vorhanden sind, wird eine Reihe von 13 52-lmpulsen übertragen, wobei die Impulse mit Intervallen von 71,4 (isec erzeugt werden. Wie vorstehend erläutert, ist die Frequenz der übertragenen Abfrageimpulse auf die Frequenz der reflektierten seismischen Signale bezogen. Für Signale hoher Frequenz in der Größenordnung von 200 Hz soll das Abtastintcrvall 0,5 bis 1 msec (2000 bis 1000 Proben pro Sekunde) betragen. Für seismische Signale am unteren Ende des Spektrums, z. B. 20 bis 30 Hz, kann das Abtastintcrvall 2 oder sogar 4 msec (500 Hz oder 250 Hz) betragen.

Wie in der Seismik bekannt, werden für den ersten Teil eines seismischen Aufzeichnungszyklus, z. B. die erste halbe bis eine Sekunde, Signale hoher Frequenz aus seichten unterirdischen geologischen Schichten empfangen. Ferner werden diese Signale an Sensoreinheiten aufgenommen, die näher der Abschußstelle liegen, da die reflektierten Signale keine Zeit hatten, die Sensoreinheilen an weiter entfernten Teilen des Kabels zu erreichen. Später im Aufzeichnungszyklus sind die seismischen Signale, die aus tieferen geologischen Schichten reflektiert werden, gekennzeichnet durch wesentlich geringere Signalfrequenzcn.

Zu Beginn eines Aufzeichnungszyklus, beispielsweise über die erste Sekunde, kann es erwünscht sein, die seismischen Daten mit einem Abtastintcrvall von 0,5 msec abzufragen, wobei nur Sender-Empfängerein-

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heiten und zugeordnete seismische Sensoren verwendet werden, die nahe der Zentralstation 2 liegen, z. B. die Einheiten 11 Ia. 11 id. Entsprechend werden ein S 1-Impuls und ein DATEN-Steuerimpuls aus der Zentralstation 2 übertragen. Die Breite oes DATEN-lmpulscs be- trägt für die vier Einheiten 111 a, 111 d

(4 - 1) · 600 + 300 » 2100nsec.

Die Anfangsverzögerung des OATE/V-Impulses beträgt Null, weil keine Einheiten vorhanden sind, die zwischen der Zentralstation 2 und der ersten Sender- Empfängereinheit 11 la, liegen.

Am Ende der 2000sten Abtastung (1 see) und über den übrigen Teil des Aufzeichnungszyklus können die seismischen Daten aus den seismischen Sensoreinheiten 21 an den Eingabekanälen in Fig.43 mit Intervallen niedrigerer Frequenz abgefragt werden, z. B. Abtaslintervallen von 2 msec, und alle Sender-Empfängereinheiten werden wirksam gemacht. Somit wird für die 2001 ste Abtastung ein neuer Steuerimpuls mit einer größeren Breite gleichzeitig mit dem 51-Impuls übertragen. Die Breite dieses neuen Steuerimpulses ist

(7 - 1) · 600 + 300 - 3900nsec,

um die sieben Sender-Empfängereinheiten 111«, HIg wirksam zu machen. Die Anfangsverzögerung ist wie oben gleich Null. Wenn andererseits alle Sender-Empfängereinheiten wirksam werden sollen, so kann der DATENAmpuh während des gesamten Aufzeichnungszyklus »EIN« sein, d. h. eine »unendliche« Länge aufzuweisen.

Hierzu 28 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprache:

1. Seismische Datenverarbeitungseinrichtu.ng mit einer Zentralstation und einer daran angeschlossenen seismischen Kabelanordnung, Ober die seismische Daten aufgenommen und in Multiplex-Technik an die Zentralstation übertragbar sind, wobei die Kabelanordnung in eine Mehrzahl von hintereinander angeordneten Kabelabschnitten unterteilt ist. die jeweils mindestens eine Gruppe von auf Abstand voneinander stehenden elementaren Sensoreinheiten und einen Verbinderbaustein umfaßt, der eine elektronische Sender- und Empfängerschaltung zur zeitunterteilten Abfrage der zugeordneten Sensoreinheiten enthält, dadurch gekennzeichnet, daß

— jeder Verbinderbaustein an eine breitbandige Übertragungsverbindung angeschlossen ist und eine erste Multiplex-Slufe (122, F i g. 5) zur auswahlweisen aufeinanderfolgenden Abfrage des Analogausgangs jeder elementaren Sensoreinheit (21, Fig. 1) der zugeordneten Gruppe und eine Umsetzerschaltung (114, 124, 126, 128; F i g. 5) aufweist über die die Signale jeder Sensoreinheit auf die Kabelübertragungsstrecke schaltbar sind, und daß

— die Ausgänge wenigstens einer der Umsetzerschaltungen durch eine zweite Multiplex-Stufc jo nacheinander auf die Zentralstation (2) übertragbar sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

— die Übertragungsverbindung einen Datcnkanal (4090, Fig.43), einen ersten Steuerkanal (4091, Fig.43) und einen zweiten Steuerkanal (4092.

F i g. 43) umfaßt,

— die Signallaufzeit in den beiden Steuerkanälen unterschiedlich groß ist, und daß

— in jeder Sender- und Empfängerschaltung (111, Fig.47) je ein Steuernetzwerk (132, Fig. 5) vorhanden ist, das auf das gleichzeitige Eintref- 4^r> fen von über die beiden Steuersignalkanäle empfangenen Steuersignale anspricht und in Abhängigkeit vom Ansprechen einen Steuerbefehl auslöst (F i g. 5 und 43).

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3. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Verzögerungsleitung (4132, Fig.46) in der Zentralstation (2) zur verzögerten Übertragung von Steuersignalen über die Steuerkanäle (4091, Fig.46) zu den Sender-Empfängerschaltungen zu unterschiedlichen Zeiten derart, daß die Steuersignale gleichzeitig in einer jeweils ausgewählten Sender-Empfängerschaltung eintreffen (F i g. 46).

4. Einrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Impulsbreiteneinstellschaltung (4130, t>o F i g. 47) in der Zentralstation (2) zur Veränderung der Impulsbreiten des einen der beiden Steuersignale derart, daß diese Steuersignale in mehr als einer der ausgewählten Sender-Empfängerschaltungen koinzidieren (F i g. 47). μ

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übernahme zusätzlicher Steuerfunktionen eine Steuerschaltung (4018. F-" i g. 4t>) in der Zentralstation zur Veränderung des anderen der beiden Steuersignale vorhanden ist (F i g. 46,47).

6. Einrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch mehrere in einem der Steuerkanäle (4091) angeordnete Verzögerungsleitungen (4132) zur Verzögerung der Abgabe des Steuersignals über den genannten Steuerkanal (F i g. 46).

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsleitungen (4132, F i g. 46) alle auf die gleiche Verzögerungszeit eingestellt sind.

8. Einrichtung nach den Ansprüchen 5 und/oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Sender-Empfängerschaltungen einen Prüfstromkreis (4143) aufweist, der auf das gleichzeitige Auftreten je eines Steuersignals am Eingang und Ausgang der Verzögerungsleitung anspricht (F i g. 46 und 48).

9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungszeit für die Steuersignale entsprechend einem ganzzahligen Vielfachen der durch die Verzögerungsleitung (4132, F i g. 46) bedingten Verzögerungszeit einstellbar ist.

IC. Einrichtung nach den Ansprüchen 4 und/oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsbreitencinstellschaltung (4130, F i g. 47) zur Änderung der Übertragungsdauer der über den ersten Steuerkanal (409t, Fig.47) übertragenen Steuersignale dient und daß dieser Steucrkanal eine größere Signallaufzeit hat als einem ganzzahligen Vielfachen der Steuersignal Verzögerungszeit entspricht (Fig. 47).

11. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Steuerkanal (4091, Fig.48) ein Abfrage- oder Abtastkanal ist, an den in jeder Sender-Empfängerschaltung je eine Majoritätsauswahlschallung (4114, Fig.48) angeschaltet ist, die auf gleichzeitig über die beiden Steuerkanäle eintreffende Steuersignale anspricht und die betreffende Scndcr-Empfängcrschaltung vom Datenkanal abtrennt, wenn die Steuersignale an der betreffenden Sender-Empfängerschaltung gleichzeitig eintreffen (F ig. 48).

12. Einrichtung nach Anspruch 5,dadurch gekennzeichnet, daß

— die Steuerschaltung (4018) eine Schaltungsgruppe zur Aufschaltung eines ersten Steuersignals auf den ersten Steuerkanal (4091, F i g. 46) und eine Verzögerungsleitung umfaßt, über welche ein zweites Steuersignal mit einer bestimmten ersten Signalcharakteristik auf den zweiten Steuerkanal (4090) schaltbar ist, und daß

— eine Signalprüfvorrichtung (4038, F i g. 45) zum Zurücksetzender Multiplex-Schaltung(122)auf einen ausgewählten der genannten Eingänge vorhanden ist, wenn das erste und das zweite Steuersignal gleichzeitig in der betreffenden Sender-Empfängerschaltung eintreffen (F ig. 43,44,45,46).

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß

— durch die Steuerschaltung (4018) Steuersignale mit einer zweiten Signalcharaktcristik auf den anderen Stcuerkanal (4090) schaltbar sind, und daß

— die Multiplex-Schallung (122) auf das Steuersignal mit der zweiten Signalcharaktcristik an-

spricht, um einen anderen der genannten Eingänge (21) auf den Ausgangskanal (4092') zu schalten (F ig. 43.44).

14. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine in der Zentralstation (2) enthaltene Steuerschaltung (4018. F i g. 46) zur Abgabe und Übertragung einer Folge von Steuersignalen über den ersten Steuerkanal (4091. Fig.46) derart, daß die Multiplex-Schaltung (122) in einer Untergruppe der Sender-Empfängerschaltungen (111c bis llle, Fig.47) gleichzeitig jeden gleich bewerteten der Eingänge jeder Untergruppe an die zugeordneten Ausgangskanäle in einer vorgebbaren Reihenfolge anschaltet (F ig. 43,44.47).

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst alle ersten Eingänge aller Sender-Empfängerschaltungen (111) einer bestimmten Untergruppe nacheinander unJ anschließend alle zweiten Eingänge der Sender-Empfängerschaltungen der betreffenden Gruppe nacheinander an den Ausgangskanal (4092', F i g. 44) anschultbar sind.

16. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Eingang für seismische Signa-Ie ein Hochpaßfihcr liegt, das einen in Reihe geschalteten Kondensator (123', Fig. 16) und einen für die Eingänge gemeinsamen Widerstand (315", Fig. 16) aufweist und daß der Widerstand im Ausgang der Multiplex-Schaltung(122)angeordnetist(Fig. 16).

17. Einrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine Grenzfrequenz-Einstellschaltung (316, Fig. 16) zur Änderung des Frequenzgangs des Hochpaßfilters durch Änderung der Zeit während welcher einer der genannten Eingänge zur Multi- J5 plex-Schaltung (122, Fig. 16) mit dem genannten Widerstand (315") verbunden ist.

18. Einrichtung nach Anspruch 16. dadurch gekennzeichnet, daß das Hochpaßfilter eine Grcn/frc-

quenz

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f₀ = [\I(2jtRCJI D/7]
aufweist, wobei

— mit R der ohmsche Widerstand des gemeinsamen Widerstands (315"),

— mit C die Kapazität des genannten Kondensators (123'),

— mit D die Zeit während welcher einer der genannten Eingänge mit dem gemeinsamen Widerstand verbunden ist, und

— mit Tjene Zeit bezeichnet ist, die die Multiplex-Schaltung (122) benötigt, um alle Eingänge abzutasten (F ig. 16).

v,

19. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß

— ein Eingang der Multiplex-Schaltung (122, Fig.38) mit einem geerdeten Testkanal (Co) w) verbunden ist,

— ein Serienkondensator (1051) /wischen dem gemeinsamen Widerstand (140) und dem Ausgangskanal (4092', F i g. 44) angeordnet ist, und daß μ

— ein Schalterkreis (3026, Fig. 38) zum Anlegen eines Vorspannungssignals an den Serienkondensator vorhanden ist, das etwa gleiche Größe, jedoch entgegengesetzte Polarität zum nichtgewünschten Signal an der Verbindungsstelle zwischen der Multiplex-Schaltung und dem Serienkondensator aufweist, wenn die Multiplex-Schaltung den Testkanal (Co) auf den Ausgangskanal schaltet (F i g. 38,44).

20. Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, gekennzeichnet durch

— eine Verstärkerkaskadenschaltung (124) aus einer Mehrzahl von Verstärkern (A\ bis A_n), die zwischen der Multiplex-Schaltung (122) und dem Ausgangskanal (4092') angeordnet ist, wobei der Verstärkungsfaktor jedes Verstärkers zwischen EINS und einem höheren Wert umschaltbar ist und die höheren Verstärkungsfaktoren der einzelnen Verstärker unterschiedlich sind,

— eine einstellbare Referenzspannungsquelle (3144) zur Zuführung einer Referenzspannung an jeden Verstärker, die umgekehrt proportional ist zum Verstärkungsfaktor des betreffenden Verstärkers,

— ein auf das zweite Steuersignal mit der zweiten Signalcharakteristik ansprechendes Steuernetzwerk (132) zur Umschaltung der Verstärkungsfaktoren der einzelnen Verstärker,

— eine Konparatorschaltung (3138) zum Vergleichen des Absolutwerts der Ausgangsspannung der Verstärkerkaskadenschaltung mit einem Signal, das der ersten Referenzspannung des Verstärkers mit dem größten Verstärkungsfaktor entspricht, wobei das Steuernetzwerk den betreffenden Verstärker auf hohen Verstärkungsfaktor schaltet, wenn die genannte Ausgangsspannung kleiner ist als die Referenzspannung, und

— einen Zusatzstromkreis, der mit der Komparatorschaltung und dem Steuernetzwerk zusammenarbeitet, zum Schalten des Verstärkungsfaktors der entsprechenden Verstärker in Abhängigkeit vom Vergleich der Ausgangsspannungen der Verstärkerkaskadenschaltung mit den einzelnen Referenzspannungen der betreffenden Verstärker (F i g. 39 und 44).

21. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der größte Verstärkungsfaktor eines ausgewählten Verstärkers gleich C,- = 2^ - > > ist, wobei C der größte Verstärkungsfaktor des /-ten Verstärkers der Verstärkerkaskadenschaltung ist, wenn die Verstärker mit abnehmendem Verstärkungsfaktor geordnet sind und die Anzahl der Verstärker m beträgt.

22. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß

— in Reihe zu dem Eingang jedes Verstärkers ein Kondensator (3138) geschaltet ist,

— im Steuernetzwerk (132) ein Rücksetzstromkreis (3174,3176) vorhanden ist, der die Verstärkerkaskadenschaltung (124) an einen nicht durch seismische Signale beaufschlagten Testeingang (Co) der Multiplex-Schaltung (122) schaltet, um alle Verstärker der Verstärkerkaskadcnschaltung auf den Verstärkungsgrad HINS/u bringen, und daß

— das Ausgangssignal der Verstärker über eine Rückkopplungsschaltung (3184) auf den Kondensator schaltbar ist, um ein Ausgangssignal gleicher Größe und entgegengesetzter Polarität zu speichern (F i g. 38,39,40). ->

23. Einrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß

— ein Analog/Digital-Wandler (126) zwischen der Verstärkerkaskadenschaltung (124) und einem Ausgangssignalregister (128) angeordnet ist, welcher das verstärkte Ausgangssignal digitalisiert und das Digitalsignal auf den Datenkanal (4052') schaltet,

— an jeden Eingang (C\ bis C) der Multiplex-Schaltung (127) eine Sensorgruppe (21) angeschlossen ist. und daß

— in der Zentralstation (2) eine die seismischen Signale verarbeitende Signalaufbereitungseinrichtung (4020) an den Datenkanal angeschlossen ist, welche die von den Sensorgruppen gelieferten Digitaldaten übernimmt, verarbeitet und als seismische Signale aufzeichnet (F i g. 43 und 44).

24. Einrichtung nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch

— einen in jeder Sender-Empfängerschaltung an- jo geordneten Kalibrierstromkreis (136) zur Festlegung von Normierungs-Koeffizienten, um relative Unterschiede in der Signalausgangsspannung jeder Sensorgruppe zu kompensieren,

— einen in der Zentralstation (2) vorhandenen Koeffizientenspeicher (1055) zum programmierten Gewichten von ausgewählten Digitalsignalen von den Sensorgruppen und

— Multiplizierer (1053a, 10536,) zur Multiplikation eines jeweiligen gewichteten Koeffizienten mit einem entsprechenden normierten Koeffizienten und zur Ergänzung des erhaltenen Produkts zu ausgewählten Digitaisignalcn, bevor diese in einer weiteren Verarbeitungsstufe aufeinanderfolgend kombiniert werden (F i g. 5,21).

25. Einrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet daß

— das die Ausgänge der Sensorgruppen (21) mit w den Eingängen (Q bis C_n) der zugehörigen Sender-Empfängerschaltungen (111) verbunden sind, und daß

— in der Signaiaufbereitungseinrichtung eine Gruppenformvorrichtung (2124) vorhanden ist, welche die seismischen Daten vor der Kombination mit anderen Daten mit einer ausgewählten Phasenverzögerung beaufschlagt (Fig. 1. 34).

26. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

— eine Steuerschaltung (4018) in der Zentralstation (2) ein erstes Steuersignal zu bestimmten Intervallen auf den ersten Steucrkanal schaltet zur Auslösung einer gewünschten Steuerfolge in einer Untergruppe von den im wesentlichen

b0 identischen und in gleichmäßigen Abständen voneinander angeordneten Sender-Empfängerschaltungen (lila bis IIIg; Fig.47), die über den ersten und zweiten Steuerkanal (4090,4091) und den Datenkanal mit der Zentralstation (2) verbunden sind,

— dem ersten Steuerkanal eine Verzögerungsleitung (4102, F i g. 46) zugeordnet ist zur Verzögerung der Signallaufzcit des ersten Steuersignals im ersten Steucrkanal um einen festgelegten Betrag in jeder Sender-Empfängerschaltung,

— in der Zentralstation (2) dem zweiten Steucrkanal zugeordnete Verzögerungsschaltungen (4132) vorhanden sind, über die das zweite Steuersignal mit einer gegenüber dem ersten Signal festgelegten Verzögerungszeit auf den zweiten Stcuerkanal schaltbar ist, derart, daß die Verzögerungszeit für das zweite Signal einem ersten ganzzahligen Vielfachen des genannten Betrages der einzelnen Verzögerungszeiten des ersten Steuersignals beträgt, und daß

— in jeder Sender-Empfängerschaltung (111) ein Signalkoinzidenzdetcktor (4114) vorhanden ist, der das gleichzeitige Auftreten der beiden Steuersignale überprüft (F i g. 46,47.48).

27. Einrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß den Vcrzögerungsschaltungen in der Zentralstation (2) eine Impulsbreiteneinstellschaltung (4130) zugeordnet ist, durch welche sich die Dauer des zweiten Steuersignals um ein zweites ganzzahligcs Vielfaches des genannten Betrags der Einzelverzögerungcn verlängern läßt, derart, daß durch Ändern der Verzögerung des zweiten Steuersignals eine bestimmte Sender-Empfängerschaltung ansteuerbar ist (F i g. 47).

28. Einrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß

— jede Sender-Empfängerschaltung (111) eine Anzahl von Eingangskanälen (Q bis C_n) für Analogsignale aufweist,

— jeder Sender-Empfängerschaltung die gleiche Anzahl von seismischen Sensorgruppen (21) zugeordnet ist, und daß

— jede Sender-Empfängerschaltung auf das Ausgangssignal des Signaikoinzidenzdetektors (4114, Fig. 48) ansprechende elektronische Schaltungsgruppen (3011. 3033) enthält zum Filtern, Abtasten, Verstärken und Umsetzen der seismischen Analogsignale in Digitaldaten, während Digitaldaten eines anderen Kanals über den Datenkanal zur Zentralstation (2) übertragbar sind (F i g. 37).

29. Einrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (4018) so aufgebaut ist, daß die in der Zentralstation (2) empfangenen Digitaldaten in Spalten, die der Aufeinanderfolge der betreffenden Sender-Empfängerschaltungen entsprechen, und in Zeilen speicherbar sind, die der Abtastreihenfolge der Analogsignale in den Sender-Empfängerschaltungen entsprechen (F i g. 47).

30. Einrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß

— der Datcnkanal (4092) eine dreifach vorhande-

ne Breitbandübertragiingsstrecke (Du D₂, Di; F i g. 5) umfaßt, und dal'.

— die Zentralstation (2) eine Fehlerabfrage- und Majoritätsauswahlschaltung (1028, Fig. 21) aufweist, über die Dif italdaten von zwei der drei Breitbandverbindungsstrecken aufnehmbar sind, so daß eine Unterbrechung auf einer der drei Breitbandübertragungsstreckcn feststellbar ist (F i g. 5,21,4.}).