DE69320783T2

DE69320783T2 - Erfassungssystem mit vorrichtung zur dezentralisierter verarbeitung

Info

Publication number: DE69320783T2
Application number: DE69320783T
Authority: DE
Inventors: Christian F-92500 Rueil-Malmaison Grouffal; Joseph F-92190 Meudon Rialan
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1992-06-11
Filing date: 1993-06-11
Publication date: 1999-01-21
Anticipated expiration: 2013-06-12
Also published as: FR2692384B1; FR2692384A1; EP0615627A1; DE69320783D1; CA2115433A1; WO1993025919A1; NO304566B1; US5550787A; NO940455L; NO940455D0; CA2115433C; EP0615627B1

Description

Die Erfindung betrifft ein seismisches Erfassungssystem mit dezentralen Verarbeitungsmitteln. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Datenerfassungssystem umfassend eine oder mehrere Erfassungseinheiten, die zum Ausführen unterschiedlicher Verarbeitungen der vor Ort erfaßten Daten und zum beträchtlichen Vermindern des Volumens der zwischen ihnen und einer Zentraleinheit zum Steuern und Speichern oder aber einem tragbaren Steuerkasten ausgetauschten Daten ausgelegt sind.
Ein solches System kann zum Beispiel auf dem seismisch zu untersuchenden Gebiet, wo auf einer zu explorierenden Zone eine sehr große Anzahl seismischer Empfänger (die jeweils aus einem oder mehreren verbundener elementarer Meßfühler zur Bildung eines "Abzweigs" (bretelle) und zum Ausgeben eines Signals, das man als "Spur" (Trace) bezeichnet, ausgebildet sind) verteilt sind, wobei diese Empfänger in Kontakt mit einer unterirdischen Formation angeordnet sind, und wo Emissions- Empfangs-Zyklen ausgeführt werden mittels einer Übertragung von seismischen Erschütterungen in den Erdboden durch gesteuertes Auslösen einer seismischen Quelle, eines Empfangs der von den Diskontinuitäten des Untergrundes reflektierten Signale und der Erfassung der empfangenen Signale. Eine solche Erfassung wird zum Beispiel mittels einer Vielzahl auf dem Gelände verteilter Erfassungskästen ausgeführt, die jeweils zum Digitalisieren und Speichern der mittels eines oder mehrerer Meßfühler empfangenen Signale und zum Übertragen dieser über ein Kabel oder Funk auf Befehl einer Zentraleinheit ausgelegt sind.
Unterschiedliche Erfassungssysteme sind zum Beispiel in den Patenten FR 2.511.772, 2.538.561, 2.599.533, 2.627.652 oder in der für den Anmelder hinterlegten französischen Patentanmeldung EN.90/16443 beschrieben.
Aus den Patenten US-A-4 639 901 und 4 885 724 ist man ein seismisches Untersuchungssystem bekannt, umfassend ein zentrales Labor, das mit einer Gruppe von Erfassungsgeräten in Funkverbindung steht, die zum Aufnehmen der empfangenen seismischen Signale mittels in den Boden eingesetzter Geophone ausgelegt sind. Jedes Gerät umfaßt eine programmierbare Steuereinheit zum Testen der elektronischen Erfassungsausstattung und zum Ausführen bestimmter Verarbeitungen und Verknüpfungen der empfangenen Signale vor ihrer Speicherung mittels eines Kassettenrecorders.
Aus dem Patent GB-A-2090408 ist ein seismisches Meeresuntersuchungssystem bekannt, bei dem die von unterschiedlichen entlang eines seismischen Schiffchens verteilten Meßfühler empfangenen Signale bis zu einem Schiff übertragen werden, welches das im Wasser eingetauchte Schiffchen zieht, zu einem Erfassungsgerät, das diese digitalisiert, wobei vor ihrer Funkübertragung unterschiedliche Vorverarbeitungen und Codierungen ausgeführt werden.
Aus dem Patent PCTWO80/02877 kennt man auch ein seismisches Untersuchungssystem umfassend eine Gruppe lokaler Einheiten zum Erfassen durch auf dem Boden angeordneter Geophone empfangener seismischer Signale und eine Zentraleinheit zum Steuern und Speichern zur Erde oder zur Luft, mit welche diese in Funkverbindung stehen.
Die aktuelle Entwicklung ist die Benutzung zunehmend komplexerer Erfassungssysteme mit einer großen Anzahl von manchmal über große Entfernungen verteilter Empfänger und auch von Erfassungskästen. Das erfaßte Datenvolumen ist oft beträchtlich. Die Anzahl der seismischen Spuren kann beim Zusammenfassen 1000 pro Vorgang übersteigen. Ihre vorzugsweise am Ende einer jeden Empfangsperiode der seismischen Signale erfolgende Übertragung zu einer Zentraleinheit stellt eine komplexe Aufgabe dar. Die Zentraleinheit muß eine ausreichende Arbeitskapazität zum Verwalten ihrer Zusammenfassung in Echtzeit und auch zum Ausführen einer bestimmten Anzahl von Vorbehandlungen aufweisen: Korrelation der Spuren, Verknüpfungen von den von den vielfachen Empfängern sowie den tri-axialen Geophonen usw. ausgegebenen Spuren.
Die Übertragung einer bedeutsamen Datenlänge stellt eine weitere Problemquelle dar. Wenn man für die Zusammenfassung Funkverbindungen verwendet, wie es in der Praxis häufig der Fall ist, muß man die häufig durch örtliche Reglementationen auferlegten Beschränkungen berücksichtigen, die die Verwendung und Verfügbarkeit der Übertragungsfrequenzen betreffen. Die bestehende Alternative zum Übertragen der Daten zum Zusammenfassen mittels Übertragungsleitungen weist auch Nachteile auf, weil die zum Übertragen mit hoher Leistung geeigneten Kabel komplex und kostspielig zu realisieren sind. Gleichermaßen ist es zur Erleichterung ihrer Übertragung wie ihrer Auswertung nach der Übertragung wichtig, daß das zu übertragende Datenvolumen so weit wie möglich vermindert wird.
Vor dem Beginn der Erfassungsvorgänge, welche mit dem System der Empfänger und falls erforderlich der Erfassungskästen ausgeführt werden, ist es im Lauf dieser Vorgänge auch üblich die Funktion eines jeden Empfängers und/oder eines jeden verbundenen Erfassungsgehäuses zu testen. Die Meßfühler (Geophone, Hydrophone) stellen die empfindlichsten Teile der seismischen Erfassungsketten dar. Man muß sicherstellen, ob die statischen und dynamischen elektromechanischen Parametereigenschaften eines jeden Empfängers (wie der elektrische Widerstand, Empfindlichkeit, Resonanzfrequenzeigenschaft oder Dämpfungskoeffizient) mit den Spezifikationen übereinstimmen und ob die sie darstellenden Meßfühler korrekt mit dem Boden gekoppelt sind, da ein schlechtes Einsetzen eine signifikante Abweichung ihres Dämpfungskoeffizienten und ihrer Empfindlichkeit ergeben kann.
Es ist bekannt, die Meßfühler sowie die Geophone mit beweglichen Spulen durch Anlegen eines Stromstoßes und durch die zugehörige Antwortkurve auf den Stromstoß zu testen. Ein solches, beispielsweise im Patent FR 2 613 496 des Anmelders beschriebene Testverfahren, wird zum Sicherstellen der Funktionstüchtigkeit der in den Schachtsonden angeordneten Geophone verwendet. Die Mittel für die Kommunikation sind zwischen einem jeden zu testenden Geophon und dem Anfang einer elektronischen Erfassungskette, die zum Verstärken, Digitalisieren und Speichern der vom Meßfühler gelieferten Signale ausgelegt ist, angeordnet. Durch Anlegen kalibrierter Strompulse, dann wenn der Anschluß des angeregten Meßfühlers mit der Erfassungskette verbunden ist und eine Entfernungsübertragung in codierter Form erfolgt, erstellt man die Daten betreffend den besagten geeigneten Meßfühler und auch der Gewinnungskette und der damit verbundenen Übertragung.
Der Test der Meßfühler beruht auf der Analyse ihrer Antwortkurve auf einem elektrischen Strompuls. Diese Kurve umfaßt im allgemeinen (Fig. 7) eine erste Spitze der Amplitude UM und der "Breite" T und eine zweite Spitze der Amplitude Um, wobei man weiß, wie man aus der Kombination dieser drei Eigenschaften den Dämpfungskoeffizienten angenähert berechnet.
Dieses Verfahren ist nicht sehr genau, weil diese Messungen, welche kombiniert werden, oft vom akustischen und elektrischen Rauschen abhängen und sie nicht ausführbar sind, falls wegen einer starken Dämpfung die Antwortkurve keine zweite Spitze aufweist.
Das seismische Erfassungssystem gemäß der Erfindung besitzt dezentrale Verarbeitungskapazitäten zur deutlichen Verringerung der mittels einer Verbindungseinrichtung auszutauschenden Datenmenge zwischen wenigstens einer zum Erfassen mit einer Gruppe seismischer an einer zu explorierenden Zone gekoppelte Empfänger empfangenen Daten ausgelegten Erfassungseinrichtung und wenigstens einer Steuereinheit (beispielsweise eine zentrale Station zum Steuern und Speichern oder eines mobilen Steuerkastens, den ein Bediener auf dem Gebiet bewegen kann), wobei jede Erfassungseinrichtung umfaßt wenigstens eine Erfassungskette zum Digitalisieren der mittels einem oder mehreren mit besagter Zone gekoppelter Empfänger empfangenen Signale, eine Steuergruppe zum Leiten der Erfassung und der Speicherung der Signale und eine mit der Steuereinheit kommunizierende Sende-Empfangseinheit.
Das System nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß jede Steuergruppe eine erste Verwaltungseinheit und einen auf die Verarbeitung eines Signals DSP spezialisierten Prozessor umfaßt, der mittels der Verwaltungseinheit geführt und zum Ausführen der Qualitätskontrolle eines jeden seismischen Empfängers und einer jeden Erfassungskette programmiert ist, wobei dieser Prozessor für folgende zwei unterschiedliche Betriebsmoden ausgelegt ist, wobei der eine ein Aktivmodus zur Ausführung der besagten Datenverarbeitung und der andere ein einen verminderten elektrischen Verbrauch aufweisender Stand- By-Modus ist.
Das System ist zum Beispiel zum Ausführen einer Kompression der digitalisierten Signale zum Übertragen oder zum Bestimmen der elektrischen und elektromechanischen Eigenschaften eines jeden seismischen Empfängers durch Bestimmen einer elektrischen Schaltung, welche den besagten Empfänger bildet, oder auch der Mittel zum Kombinieren der zu unterschiedlichen Momenten empfangenen seismischen Signale durch einen oder mehrere der besagten Empfänger ausgelegt ist.
Die Steuereinheit ist zum Beispiel eine zentrale Station zum Steuern und Speichern der seismischen Signale oder ein Steuerkasten, der mit einer jeden Erfassungseinrichtung über eine kurze Verbindung (zum Beispiel einer Verbindung mittels Infrarotstrahlen) verbunden sein kann und einem Bediener die Anordnung der sofortigen Durchführung der Qualifikationsteste zum Zwecke der Bestätigung einer guten Aufstellung eines jeden Empfängers und dem Funktionieren einer jeden Erfassungskette erlaubt.
Vorzugsweise umfaßt jede Erfassungseinrichtung eigene Mittel für die Stromversorgung und zwei Speicherblöcke zum abwechselnden Speichern der Empfangsdaten der aufeinanderfolgenden Sende-Empfangs-Zyklen und Übertragungsmittel zum Übertragen wenigstens eines Teils der im ersten der zwei Speicherblöcke enthaltenen Daten während der Gewinnung und dem Speichern der Daten im zweiten Speicherblock.
Nach einer Ausführungsform umfaßt jede Erfassungseinrichtung einen wiederbeschreibbaren Permanentspeicher für die von der Steuereinheit (zentrale Station oder mobilen Steuerkasten) über die besagte Verbindungsmittel empfangenen Befehle.
Nach einer Ausführungsform umfaßt jede Erfassungsvorrichtung ein erstes und ein zweites an einen jeden Empfänger angeschlossenes Schaltmodul zum aufeinanderfolgenden Verbinden des Empfängers und eines Referenzwiderstandes mit dem Eingang einer Signalerfassungskette, ein drittes und ein viertes mit einem Versorgungsblock zum Anlegen von Spannungs- oder Strompulsen an einen Empfänger und an den angeschlossenen Referenzwiderstand verbundenes Schaltungsmodul, und wenigstens einen lokalen Oszillator zum Anlegen eines bestimmten Frequenzsignals am Eingang der Erfassungskette.
Nach einer Ausführungsform ist die Steuergruppe ausgelegt zum Ausführen von Korrelationen zwischen seismischer von den Empfängern empfangener Signale und dem Übertragen seismischer Signalen und zum Übertragen des Ergebnisses der Korrelation zur Sende-Empfangseinheit für ihre Übertragung an die Steuereinheit.
Nach einer Ausführungsform umfaßt jede Steuergruppe Mittel zum Testen eines jeden seismischen Empfängers nach seiner Aufstellung auf dem Erdboden durch eine iterative Bestimmung der äquivalenten elektrischen Schaltung, die am besten die elektrischen und elektromechanischen Eigenschaften eines jeden seismischen Empfängers bildet.
Mit dem so definierten Aufbau erlaubt das System nach der Erfindung eine beträchtliche Verminderung des mit der zentralen Station auszutauschenden Volumens, die zum Teil in einer jeden Erfassungseinrichtung erfolgt, wobei ein Teil der Behandlung unmittelbar nach der Zentralisierung beziehungsweise Zusammenfassung erfolgt. Die Menge der zu übertragenden Daten wird deutlich geringer und die Verbindungen zwischen dem zentralen Gerät und den Gewinnungseinrichtungen auf dem Gebiet (Funkkanäle oder Übertragungsleitungen) sind viel einfacher verfügbar und/oder weniger fehlerhaft. Die Dezentralisierung von be stimmten Vorgängen in die Gewinnungsvorrichtungen, die eine selbständige elektrische Versorgung besitzen, wird weiter erleichtert, wenn man einen Prozessor auswählt, der selbst bei einem zeitweiligen Aussetzer ohne Verlust des Berechnungskontextes funktioniert.
Die Fähigkeit der Behandlungen komplexer Daten in den Erfassungsgehäusen und die Möglichkeiten der Kommunikation zwischen ihnen mittels einer lokalen Verbindung erlauben gleichermaßen einem Bediener sofort durch die Tests die gute Implantation des Empfängers in den Boden und die Funktionstüchtigkeit der Erfassungskette festzustellen.
Die weiteren Merkmale und Vorteile der Vorrichtung gemäß der Erfindung werden beim Lesen der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform genauer verstanden, die als nicht beschränkendes Beispiel mit Bezug zu den beigefügten Zeichnungen beschrieben ist, wo:
- Fig. 1 schematisch eine seismische Gewinnungsvorrichtung auf einer zu explorierenden Zone zeigt;
- Fig. 2 ein synoptisches Schema der Erfassungsvorrichtung zeigt;
- Fig. 3-6 in der Form von Chronogrammen unterschiedliche Formen der von der Erfassungsvorrichtung ausgeführten Funktionen über die Zeit aufgetragen zeigen;
- Fig. 7 schematisch eine herkömmliche Antwortkurve eines Geophones auf ein empfangenes Impulssignal zeigt;
- Fig. 8A und 8B schematisch ein Geophon und sein Ersatzschaltbild zeigen;
- Fig. 9 eine Ausführungsform einer mit einem jeden seismischen Empfänger verbundenen Testgruppe zeigt, die die Analyse der Funktion seiner Funktion und der verbundenen Erfassungskette erlaubt, zeigt; und
- Fig. 10 ein Beispiel der Antwortkurve eines Geophones zeigt, die bei dem von einer zugeordneten Erfassungseinrichtung vor Ort ausgeführten Testvorgang gewonnen wurde.
Eine seismische Explorationsvorrichtung umfaßt im allgemeinen einen seismischen Wellengenerator S und ein Empfangs- und Er fassungssystem, das häufig eine große Anzahl Empfänger R&sub1;, R&sub2;, ..., Rn umfaßt, die entlang eines zu explorierenden seismischen Profils verteilt sind, wobei Erfassungseinrichtungen, die in Gehäusen bzw. Kästen B&sub1;, B&sub2;, ..., Bn eingebaut sind, in dem Gebiet verteilt sind, und ein mit 1 bezeichneter zentraler Leitstand auf einem Fahrzeug installiert ist, zum Befehlen der Zusammenfassung beziehungsweise Zentralisation der von den Empfängern R&sub1; bis Rn empfangenen Signale in der Station 1 installiert ist. Jeder Empfänger R umfaßt im allgemeinen mehrere elektrisch miteinander verbundene Elementarmeßfühler C&sub1;, C&sub2;, ..., Cp, die jeweils eine "seismische Spur" erzeugen.
Man verwendet zum Beispiel die Erfassungskästen B, wie sie in dem vorgenannten Patent FR-A-2 511 772 beschrieben sind, die unabhängig zum Kommunizieren mit der zentralen Station gleichermaßen über Funkkanäle oder Übertragungsleitungen ausgelegt sind. Bei diesem Kastentyp werden beim Anschluß eines Kabels an einen Kasten automatisch die in dem Kasten der zentralen Station befindlichen Funksende- und Funkempfangsmittel zum automatischen Umschalten auf den geeigneten Kommunikationskanal deaktiviert, um mit allen Kästen unabhängig von ihrer Anschlußart zu kommunizieren.
Es sind zum Beispiel auf einem Gebiet eine erste Gruppe G&sub1; von Kästen B&sub1; bis Bj vorgesehen, die über einen Funkkanal mit der zentralen Station 1 kommunizieren, und eine zweite Gruppe G&sub2; von Kästen B&sub1; bis Bn vorgesehen, die wegen schwieriger Radioverbindungen in der Arbeitszone mit der zentralen Station über ein gemeinsames Übertragungskabel TC verbunden werden müssen.
Die Erfassungseinrichtung A in jedem Erfassungskasten B&sub1; bis Bn ist zum Sammeln der von einem einzigen Empfänger R (vorliegender Fall) oder allgemeiner von k unterschiedlichen Empfängen wie es in Fig. 2 gezeigt ist, ausgelegt. Die Funktion einer jeden Erfassungseinrichtung Ai ist das Digitalisieren der von den verbundenen Empfängern empfangenen Signale und ihre Speicherung. Der zentrale Leitstand umfaßt eine Steuergruppe CPU, eine Gruppe für eine gemischte Kommunikation RT, wie sie in dem vorgenannten Patent FR 2 511 772 beschrieben ist, die der Steuergruppe ermöglicht, mit den unterschiedlichen Kästen B&sub1; bis Bn je nach Bedarf mittels Funk oder Übertragungskabel TC zu kommunizieren. Der zentrale Leitstand befiehlt aufeinanderfolgende Auslösungen des Generators S. die Erfassung durch die unterschiedlichen Einrichtungen der von den unterirdischen Diskontinuitäten zurückkommenden und von den Empfängern R&sub1; bis Rn empfangenen Signale und steuert schließlich die Zusammenfassung der gespeicherten Daten. Auf Befehl des zentralen Leitstandes 1 überträgt jede Erfassungseinrichtung in den Gehäusen B&sub1; bis Bn über den geeigneten Kommunikationskanal die Daten, die sie gespeichert hat. Mit Rücksicht hierauf, kann man das in den vorgenannten Patenten beschriebene Erfassungssystem vorteilhaft mit den der Erfindung eigenen Modifikationen verwenden, die nachfolgend beschrieben werden.
Jede Erfassungseinrichtung Ai (Fig. 2) ist zum Sammeln von zum Beispiel k Signalen ausgelegt, die von einer bestimmten Anzahl k seismischer Empfänger R&sub1;, R&sub2;, ..., Rk aufgenommen werden. Zu diesem Zweck umfaßt sie zum Beispiel k Erfassungsketten CA&sub1; bis CAk, die jeweils die k Signale empfangen und je einen Tiefpaßfilter F&sub1;&sub1;, F&sub1;&sub2;, ... Fk des V. H. F-Typs, einen Vorverstärker PA&sub1;, PA&sub2;, ... PAk, einen Hochpaßfilter F&sub2;&sub1;, F&sub2;&sub2;, ... F2k und einen Analog-Digitalwandler (C. A. N) C&sub1;, C&sub2;, ... Ck zum Wandeln der analogen verstärkten und gefilterten Signale in numerische Zahlen. Alle Ketten sind mit einem die numerischen Zahlen mit 16 bis 32-Bit verarbeitenden Verwaltungsmikroprozessor 2 verbunden, der zu verwalten der Erfassung und des Austausch mit der zentralen Station 1 programmiert ist. Mit dem Mikroprozessor 2 sind zwei Speicherblöcke M&sub1; und M&sub2; und ein Speicher Mp für die Programme verbunden. Der Prozessor 2 ist mit einer Sende- Empfangs-Einheit für eine Funk- oder Leitungsübertragung verbunden, die für eine Kommunikation mit der zentralen Station 1 mit dem verwendeten Kanal ausgelegt ist. Falls es sich um den Funkkanal handelt, umfaßt die Einheit 3 einen Funk-Sender RE und einen Funk-Empfänger RR, die mit einer Antenne 4 kommunizieren. Eine im vorgenannten Patent FR 2.608.780 beschriebene Interfaceeinheit 5 erlaubt außerdem eine Kommunikation mittels Infrarotstrahlen mit einem Initialisierungskasten, mit dessen Hilfe ein Bediener eventuell mit dem Verwaltungsprozessor 2 zur Adressierung der Befehle und Auswahl der Funktionsparameter der Erfassungsketten sowie der bei der Erfassungsvorrich tung unter Berücksichtigung ihrer Position entlang des zu studierenden seismischen Profils verwendeten Identifikationszahlen kommunizieren kann.
Das System nach der Erfindung erfaßt in jeder Erfassungseinrichtung Ai vorzugsweise einen Prozessor 7, der auf bestimmte Berechnungen spezialisiert ist. Es kann zum Beispiel ein Prozessor mit einer 32-Bit Gleitkomma-Recheneinheit vom Typ DSP 96002 sein, der insbesondere von Motorola hergestellt wird und mit einer DMA-Einrichtung zur Beschleunigung des blockweisen Datentransfers zwischen den zwei Prozessoren 2 und 7. Schließlich ist er mit einem Arbeitsspeicher M&sub3; verbunden. Jede Erfassungseinrichtung umfaßt auch eine selbständige Stromversorgung 8.
Der Prozessor 2 arbeitet als Hauptprozessor. Er besitzt Funktionen zum Ausführen der Dekodierung der von der zentralen Station 1 übertragenen Befehle, und zum Verwalten der Erfassung der Signale der Empfänger R&sub1; bis Rk von den unterschiedlichen Erfassungsketten,
- der Übertragung bezüglich der Einheit 3;
- der Speicher M&sub1; und M&sub2; zum temporären Speichern der Daten;
- der Ausgaben-Eingaben;
- der Unterbrechung zwischen den Programmen;
- des Austauschens mit dem Rechenprozessor DSP 7 und so weiter.
Ein Rechenprozessor dieses Typs weist vorteilhafter Weise zwei unterschiedliche Zustände auf, nämlich einen aktiven Zustand und einen Stand-By-Zustand, der durch einen extrem geringen, quasi gleich Null - Stromverbrauch gekennzeichnet ist. Wenn die Ausführung der Befehlsverarbeitung durch den Prozessor 2 beendet ist und dieser in den Stand-By-Zustand übergeht, ist der Prozessor 7 zum automatischen Wahrnehmen des Berechnungskontextes ausgelegt, so daß bei jeder Wiederaktivierung eine gesamte Wiederinitialisierung und folglich ein vollständiger Zeitverlust vermieden wird.
Wegen seinem geeigneten Aufbau ist der Prozessor DSP 7 insbesondere zum Ausführen von Operationen mit großer Geschwindig keit geeignet, wie zum Beispiel der Umwandlung eines Formats, der Multiplikation komplexer Zahlen, der schnellen Furiertransformation (FFT), der Korrelation zwischen den empfangenen und den ausgegebenen Signalen, der numerischen Filterung, der Summierung der aufeinanderfolgenden Schüsse unter Eliminierung des natürlichen, nicht-seismischen Störrauschens, der Kombination zwischen den von den multi-axialen seismischen Empfängen gelieferten Signale, wie zum Beispiel den triaxialen Geophonen, und so weiter. Der Prozessor 7 kann auch die Datenkomprimierungsalgorithmen zum Vermindern entweder der Übertragungszeit oder der Größe der notwendigen Funkbänder und so weiter abarbeiten.
Die vor Ort durchgeführten Vorverarbeitungen vor der Übertragung tragen wesentlich zur Verminderung der Anzahl der der zentralen Station 1 zugeordneten Arbeiten bei und folglich zur Verminderung der installierten Rechnerleistung, die beträchtlich ist, wenn die Anzahl der in Echtzeit zu erfassenden seismischen Spuren mehrere Hundert oder sogar Tausend übersteigt.
Diese Anordnung mit zwei Prozessoren 2 und 7 erlaubt, ohne auf den normalen Ablauf der Verwaltungsvorgänge des Verwaltungsprozessors 2 Einfluß zu nehmen, die Möglichkeit, in Echtzeit zahlreiche Vorgänge vor der Übertragung der Daten zur zentralen Station 1 auszuführen. Die abwechselnde Verwendung der zwei Speicherblöcke M&sub1;, M&sub2; erlaubt zum Beispiel die Übertragung der gesammelten Daten während eines Sende-Empfangs-Zykluses und die Vorbehandlung während des Sammelns der seismischen Signale im Zyklus, bspw. gemäß der Chronogramme aus Fig. 3. ACQ&sub1;, ACQ&sub2;, ... ACQ&sub4; stellen vier Perioden zum Empfangen und zum Erfassen der aufeinanderfolgend auf die zwei Speicherblöcke M&sub1; und M&sub2; verteilten seismischen Daten dar, PR&sub1;, PR&sub2;...., stellen die Zeitintervalle der Vorbehandlung der unmittelbar auf jedes der Erfassungsintervalle folgenden Daten und TR&sub1;, TR&sub2;, ... den Abstand der Übertragung der jeweils in den Perioden ACQ&sub1;, ACQ&sub2; usw. erfaßten und mittels des Prozessors DSP 7 während der Berechnungsperioden PR&sub1;, PR&sub2;, usw. vorverarbeiteten Daten dar.
Die Rechnerprozessoren vom Typ DSP sind sehr schnell, so daß ihre Aktivitätsdauer in einem jeden Erfassungszyklus relativ kurz ist. Ihr elektrischer Verbrauch bleibt folglich im Mittel sehr gering, so daß sie sich als kompatibel mit einer Anwendung in den mit einer selbständigen Versorgung versehenen Erfassungskästen erweisen.
Man kann vorteilhafterweise einen Speicher Mp des permanenten wiederbeschreibbaren "Flash"-Speichertyps verwenden, um eventuell von der zentralen Station oder dem Steuergehäuse 6 das Ändern bestimmter Instruktionsfolgen telezusteuern, so daß bestimmte Funktionen der Erfassungseinrichtung und insbesondere der Steuerung der Durchführung der Vorverarbeitung durch den Rechenprozessor 7 geändert werden können.
Das Laden bestimmter Programme über eine Entfernung ermöglicht insbesondere das Ausführen der Vorabtests der Meßfühler und der elektrischen Erfassungsketten für jede Erfassungseinrichtung.
Die Test- oder Qualifizierungsvorgänge der Ausstattung des Gebietes (Empfänger und/oder Erfassungseinrichtungen) werden zum Beispiel in der folgenden Art und Weise ausgeführt.
Den Spezialisten für elektromechanische Übertrager ist es bekannt, daß man die Antwort eines Meßfühlers, wie zum Beispiel eines Geophones, wenn es bspw. einer Erschütterung unterzogen wird, durch Bestimmen einer Analogie der Eigenschaften der elektrischen Schaltung nachbilden kann, die aus einer Kombination geeigneter passiver Elemente ausgebildet ist: Widerstände, Kondensatoren, Selbstinduktionen usw., die eine identische Antwortkurve ergeben. Das Geophon umfaßt im allgemeinen ( Fig. 8A) eine bewegliche Spule mit der Masse Mm, die von Federkräften mit elastischen Koeffizienten oder einer Compliance Cs im Zwischenraum zwischen einem Festmagneten und eines mit dem Boden gekoppelten Gehäuses gehalten wird. Rm ist ihr Dämpfungskoeffizient. Sie wird über einen äußeren elektrischen Widerstand Rd geladen.
Analog entspricht eine elektrische Spannung V einer relativen Geschwindigkeit U bezüglich des Bodens der beweglichen Spule und ein elektrischer Strom I einer angelegten Kraft F. Die elektrische Ersatzschaltung (Fig. 8B) umfaßt einen im Verhältnis 1 : N an einen mittels eines Transformators an einen Sekundärschaltkreis gekoppelten Primärschaltkreis. Die bewegliche Masse Mn ist durch eine elektrische Kapazität die Complience Cs der Feder ist durch eine Selbstinduktion ersetzt. Der Dämpfungskoeffizient D wird einmal durch die innere mechanische Dämpfung 1/Rm und durch den Ladewiderstand Rd bestimmt. Die Empfindlichkeit des Geophons wird im Verhältnis 1 : N des Transformators übersetzt, der die Geschwindigkeit der Spule in eine elektrische Spannung umsetzt. Rc stellt den elektrischen Widerstand des Geophons dar.
Die das Geophon bildende Schaltung wird von einer linearen Differentialgleichung zweiter Ordnung bestimmt, die man mittels eines an sich bekannten iterativen Lösungsverfahren lösen kann, das zum Beispiel im Steiglitz at all in IEEE Trans. Automat. Kontr. Vol. AC-10, Seiten 461-464 beschrieben ist.
Mit Hilfe ausgewählter Anfangswerte für die elektrischen Ersatzschaltkomponenten bestimmt man die entsprechende Antwortkurve, analysiert sie in Abhängigkeit der festgestellten Abweichungen bezüglich der tatsächlich vom Geophon erzeugten Antwortkurve, wobei man die gewählten Anfangswerte der Elemente der Ersatzschaltung erhöht und die modifizierte Antwortkurve berechnet. Durch aufeinanderfolgende Interationen läßt man die Werte der Elemente der Ersatzschaltung konvergieren bis die Abweichung zwischen den Antwortkurven im wesentlichen beseitigt ist. Hieraus leitet man die tatsächlichen elektromechanischen Eigenschaften eines jeden Empfängers ab.
Die Benutzung dieses iterativen Verfahrens setzt das Rechnen mit komplexen Zahlen, wie es Spezialisten auf dem Gebiet der Signalverarbeitung bekannt ist, sowie das Matritzenrechnen, die numerische Filterung, die Berechnung von transzendenten Funktionen usw. voraus. Der Gebrauch eines spezialisierten Prozessors, wie des Prozessors 7, der die komplexen Berechnungen in einer quasi - augenblicklichen Weise durchführen kann, erlaubt das Ausführen der Tests auf dem Gebiet in der Phase vor der Ausbreitung der seismischen Ausstattung, die sonst un möglich wären, wie man anhand folgender Beschreibung ersehen wird.
Zum Messen der Eigenschaften eines jeden Empfängers R&sub1; verbindet man (Fig. 9) jeden der zwei korrespondierenden Leiterdrähte L&sub1; mit den Eingängen e&sub1;, e&sub2;, der korrespondierenden Erfassungskette CA&sub1; mittels einer ersten Umschalteinheit SW1 umfassend zwei elektronische Schalter 19, 15 und zwei hohe Impedanzen Z&sub1; zum symmetrischen Laden bezüglich Masse des Empfängers.
Die elektrische Versorgungseinheit 8 erzeugt zwei symmetrische Referenzspannungen VR+, und VR-. Die erste wird an die zweite Umschalteinheit SW&sub2; angelegt, umfassend einen Widerstand R&sub2;, der mittels eines Schalters 13 kurzgeschlossen werden kann, in Serie mit einem zweiten Widerstand R&sub1; und einer Diode D&sub1;. Die Spannung an dessen Anschlüssen wird an den Eingang e&sub1; der Erfassungskette CA&sub1; mittels eines Schalters I&sub4; angelegt.
Es ist auch ein Oszillator 9 vorgesehen, der mit einer dritten Umschalteinheit SW&sub3; verbunden ist, umfassend einen Widerstand R&sub0; für eine kalibriertes Laden mit relativ kleinen Betrag und zwei hohe Impedanzen Z&sub2; zum symmetrischen Laden bezüglich der Masse. Die zwei Leiter L&sub2;, die mit dem Oszillator 9 verbunden sind, sind jeweils mit den Eingängen e&sub1; und e&sub2; der Kette CAi mittels zwei Schalter I&sub7; und I&sub5; verbunden. Die Versorgungsspannung VR-, die von der Versorgungseinehit 8 erzeugt wird, wird über einen Schalter IQan einen Widerstand R&sub3; angelegt, der parallel zu einer Diode D&sub2; sowie in Reihe zu einem Widerstand R'&sub1; ist. Die Spannung an den Anschlüssen der Diode D&sub2; wird an den Eingang e&sub2; der Kette CA&sub2; mittels eines Schalters I&sub2; angelegt.
Wenn mehrere Empfänger R&sub1; mit einer selben Erfassungseinrichtung verbunden sind, wird der lokale Oszillator 9 mit jeder Umschalteinheit SW&sub3; mittels eines Schalters 19 eingebunden, um für bestimmte Testarten selektiv verbunden zu sein, wie man es nachfolgend sieht.
Das vorliegende Empfangssystem wird auf dem Gebiet angeordnet, wobei die Testfolgen einer Art ausgelöst werden, daß um die tatsächlichen Eigenschaften eines jeden entsprechenden seismischen Empfängers bestimmt werden: elektrischer Widerstand, Empfindlichkeit, Frequenzeigenschaft, Dämpfungskoeffizient, Leckstrom gegenüber Erde, usw., die die effektiven Koppelbedingungen eines jeden Meßfühlers gegenüber den Grund berücksichtigen.
Der Befehl kann von der zentralen Station zu jeder Erfassungseinrichtung übertragen werden, die dafür die Berechnung der Testergebnisse liefert.
Der Befehl kann gleichermaßen durch einen sich auf dem Gebiet befindlichen Bediener abgegeben werden, der seine Anordnungen direkt mittels des Infrarotübertragungskastens 6 erteilt. Dieser Bedienermodus ist vorteilhaft, weil er eine Steuerung der Implantation erlaubt. Unter der Kontrolle des Verwaltungsprozessors 2 berechnet der Spezialprozessor 7 augenblicklich die Eigenschaften des Empfängers und überträgt die Ergebnisse über dem gleichen Infrarot-Übertragungskanal zum Bediener, der sie sofort auf den Bildschirm seines Kastens 6 liest. Falls die erhaltenen Ergebnisse stark von den erwarteten Werten abweichen, kann der Bediener die Unregelmäßigkeiten korrigieren: die elektrischen Anschlüsse, die Implantation in den Boden und/oder eine defekte Kopplung.
Der Prozessor 2, der die Berechnungen des Spezialprozessors 7 übernimmt, kann nachfolgend weitere Testfolgen befehlen.
Eine weitere Folge besteht aus dem Messen der Eigenschaften eines jeden Empfängers R&sub1;.
a) zu diesem Zweck steuert der Prozessor während der lokale Oszillator 9 ausgeschaltet und die Unterbrecher 17 und 18 offen sind, das Schließen der Schalter I&sub3;, I&sub4;, I&sub5; und 16 und das Schließen der Schalter I&sub1; und I&sub2; während eines "Zeitfensters" T1 derart, daß ein Spannungspuls am Empfänger R&sub1; angelegt wird. Am Ende des Intervalls T1, wenn I&sub1; und I&sub2; erneut geöffnet werden, steuert der Prozessor 2 die Erfassung der Antwort CR ( Fig. 9) des Empfängers durch die Erfassungskette CAi und insbesondere die Erfassung der Amplitude V&sub1;.
b) derselbe Vorgang wird nachfolgend mit geöffnetem Empfänger R&sub1; (I&sub5; und I&sub6; sind offen) ausgebildet, wobei anstelle des Empfängers der kalibrierte Ladewiderstand R&sub0; des Oszillators 9 zum Messen der Amplitude V&sub2; des angelegten Spannungspulses angeschlossen ist.
Am Ende der Schritte a) und b), nachdem die Amplitude V&sub1; und V&sub2; gemessen sind, bestimmt der Spezialprozessor 7 den statischen Widerstand des Empfängers Ri mittels der Gleichung:
wobei k ein Proportionalitätskoeffizient ist.
c) Durch Anwenden des schon genannten iterativen Verfahrens, wobei dessen Ausführung auf den Prozessor 7 übertragen wird, bestimmt man die Eigenschaften der elektrischen Schaltung, die das Verhalten eines jeden Empfängers R&sub1; bildet, nach einem weiter oben definierten iterativen Prozeß und man leitet dessen elektromechanische Eigenschaften und tatsächlichen elektrischen Wert ab, wie seine Frequenzeigenschaft, seinen Dämpfungskoeffizienten sowie seine Empfindlichkeit.
Die Prozessoren 2 und 7 in jedem Empfänger sind zum Ausführen der anderen Tests gleichermaßen programmiert.
Man kann zum Beispiel den vorhergehenden Schritt a) mit dem Anlegen eines Strompulses, der um T2 kürzer als T1 ist, an den Empfänger R&sub1; und erfassen seiner Antwort von der entsprechenden Erfassungskette CAi beginnen. In einem solchen Fall kann die Erfassungseinrichtung sicherstellen, daß die Antworten der entsprechenden unterschiedlichen Empfänger mit ihren jeweiligen Erfassungsketten korrekt in Phase sind und identisches Ansprechsverhalten (Empfindlichkeitsform) besitzen. Durch eine als FFT bezeichnete Berechnung kann man insbesondere die effektive Grenzfrequenz der Filter F&sub1;, F&sub2; (Fig. 2) einer jeden Kette und ihren Dämpfungsabfall bestimmen. Im entgegengesetzten Fall wird jede Erfassungseinrichtung beim Abgeben einer Meldung über eine Unregelmäßigkeit bei ihrer Übertragung zu der zentralen Station oder einem Bediener in der Nachbarschaft überwacht.
Man kann auch mit einer Messung der Verlustströme zwischen eines jeden Empfängers und dem Erdboden fortfahren. Zu diesem Zweck befiehlt man mit vorab geschlossenen Schaltern 11 und 12, offenen Schaltern I&sub3;, I&sub4;, I&sub6; und I&sub8; das Schließen der Schalter 15 und das Öffnen des Schalters 17. Zum Vergleich mißt man daraufhin den gleichen Verluststrom am Vergleichswiderstand R&sub0; einfach durch Umkehren der Zustände der vorher genannten Schalter I&sub5; und I&sub7;, wobei der erste geöffnet und der zweite geschlossen wird.
Mit parallel zum Widerstand R&sub0;, angeschlossenen lokalen Oszillator 9 durch Schließen der Schalter I&sub7;, I&sub8;, I&sub9; und Öffnen der Schalter 15 und 16 können die Prozessoren 2, 7 das Erfassung des Signals auslösen, das er abgibt und bestimmen, ob die Antwort der Erfassungskette CAi für unterschiedliche Frequenzen korrekt ist und die Störung messen. Wenn mehrere Empfänger mit einer selben Erfassungseinrichtung verbunden sind und der lokale Oszillator 9 mit der Einheit SW&sub3; eines der Empfänger verbunden ist, kann man auch durch Schließen der Schalter I&sub5;, I&sub6;, die miteinander verbunden sind, ein zwischen den Kanälen bestehendes Übersprechen messen.
Die gemessenen oder berechneten Eigenschaften werden in den Speichern M&sub1; oder M&sub2; gespeichert und sind für ihre Übertragung zur zentralen Station oder zum Bediener verfügbar.
Es sind Verarbeitungsmittel mit zwei Einheiten 2 und 7 beschrieben, die unterschiedliche Funktionen aufweisen. Man verläßt den Bereich der Erfindung nicht, wenn man zum Beispiel einen einzigen Prozessor verwendet, der alleine alle Funktionen der zwei Prozessoren 2 und 7 ausführen kann.

Claims

1. Seismisches Erfassungssystem mit dezentralen Verarbeitungskapazitäten zur deutlichen Verringerung der mittels einer Verbindungseinrichtung auszutauschenden Datenmenge zwischen wenigstens einer zum Erfassen der mit einer Gruppe seismischer an eine zu explorierende Zone gekoppelter Empfänger (R&sub1;) empfangenen Daten ausgelegten Erfassungseinrichtung (B&sub1;) und wenigstens einer Steuereinheit (1, 6), wobei jede Erfassungseinrichtung (B&sub1;) umfaßt wenigstens eine Empfangskette (CA&sub1; - CAn) zum Digitalisieren der mittels einem oder mehreren mit besagter Zone gekoppelter Empfänger empfangenen Signale in Reaktion auf die in die zu explorierende Zone übertragenen seismischen Signale, eine Steuergruppe (Ai) zum Leiten der Erfassung und der Speicherung der Signale und zum Ausführen der Verarbeitung der erfaßten Signale, und eine mit der Steuereinheit kommunizierende Sende- Empfangseinheit (3), dadurch gekennzeichnet, daß jede Steuergruppe eine erste Verwaltungseinheit (2) und einen auf die Verarbeitung eines Signals DSP (7) spezialisierten Prozessor umfaßt, der mittels der Verwaltungseinheit (2) geführt und zum Ausführen der Qualitätskontrolle eines jeden seismischen Empfängers und einer jeden Erfassungskette programmiert ist, wobei der besagte Prozessor (7) für folgende zwei unterschiedliche Betriebsmoden ausgelegt ist, wobei der eine ein Aktivmodus zur Ausführung der besagten Datenverarbeitung und der andere ein einen verminderteren elektrischen Verbrauch aufweisender Stand-by-Modus ist.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Steuergruppe zum Bestimmen der elektrischen und elektromechanischen Eigenschaften eines jeden seismischen Empfängers ohne Verzögerung durch Bestimmung der Parameter einer den besagten Empfänger bildenden elektrischen Schaltung ausgelegt ist.

3. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es Mittel zum Realisieren einer Komprimierung der zum Übertragen digitalisierten Signale umfaßt.

4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es Mittel zum Kombinieren der zu unterschiedlichen Momenten empfangenen seismischen Signale durch einen oder mehrere der besagten Empfänger umfaßt.

5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit eine Zentraleinheit zum Steuern und Speichern der seismischen Signale ist.

6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit ein Steuergehäuse (6) ist, das mit einer jeden Erfassungseinrichtung über eine kurze Verbindung sowie eine Verbindung mittels Infrarotstrahlen verbunden sein kann, und einem Bediener die Anordnung der sofortigen Durchführung der Qualitätskontrolle zum Zwecke der Bestätigung einer guten Aufstellung eines jeden Empfängers und dem Funktionieren einer jeden Gewinnungskette erlaubt.

7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Erfassungsvorrichtung zwei Speicherblöcke (M&sub1;, M&sub2;) zum abwechselnden Speichern der Empfangsdaten der aufeinanderfolgenden Sende-Empfangs-Zyklen, und Übertragungsmittel (3, 4, TC) zum Übertragen wenigstens eines Teils der im ersten (M&sub1;) der zwei Speicherblöcke enthaltenen Daten während der Gewinnung und dem Speichern der Daten im zweiten Speicherblock umfaßt.

8. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Erfassungseinrichtung einen wiederbeschreibbaren Permanentspeicher (Mp) für die von der Steuereinheit (1; 6) über die besagten Verbindungsmittel (3, 4, TC) empfangenen Befehle umfaßt.

9. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine jede Erfassungsvorrichtung umfaßt ein erstes und ein zweites an einen jeden Empfänger angeschlossenes Schaltmodul (SW1, SW2) zum aufeinanderfolgenden Verbinden des Empfängers und eines Referenzwiderstandes (RO) mit dem Eingang einer Signalerfassungskette (CA), ein drittes und ein viertes mit einem Versorgungsblock (8) zum Anlegen von Spannungs- oder Strompulsen an einen Empfänger (R) und an den angeschlossenen Referenzwiderstand (RO) verbundenes Schaltungsmodul, und wenigstens einen lokalen Oszillator (9) zum Anlegen eines bestimmten bzw. bestimmter Frequenz- oder Amplitudensignale am Eingang der Erfassungskette.

10. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es Schaltmittel (19) zum aufeinanderfolgenden Anlegen der besagten Signale mit vorbestimmter Frequenz an mehrere an eine gleiche Erfassungseinrichtung angeschlossener Empfänger und an Mittel zum Messen eines Übersprechens und einer Verzerrung umfaßt.

11. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungsmittel zum Steuern der besagten Schaltmodule (SW1-SW4) ausgelegt sind, um die Verlustströme zwischen einem jeden Empfänger (Ri) und dem Erdboden zu messen.

12. System nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungsmittel zum Ausführen einer schnellen Fouriertransformation (FFT) zum Zwecke des Testen einer jeden Erfassungskette (CA) ausgelegt sind.

13. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuergruppe (2, 7) ausgelegt ist zum Ausführen von Korrelationen zwischen seismischer von den Empfängern empfangener Signale und den übertragenen seismischen Signalen und zum Übertragen der Ergebnisse der Korrelationen zur Sende-Empfangseinheit für ihre Übertragung an die Steuereinheit (1, 6).

14. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede. Steuergruppe (2, 7) Mittel zum Testen eines jeden seismischen Empfängers nach seiner Aufstellung auf den Erdboden durch eine iterative Bestimmung der äquivalenten elektrischen Schaltung, die am besten die elektrischen und elektromechanischen Eigenschaften eines jeden seismischen Empfängers bildet, umfaßt.