171003. lajstromszámú szabadalom • Automatikusan változó erősítésű digitális szeizmikus berendezés a szeizmikus érzékelők által adott információk széles dinamikatartományú, nagypontosságú rögzítésére

3 171003 4 Az ismert digitális szeizmikus berendezésekkel az információk rögzítése a következőképpen történik: Az érzékelőkből érkező különböző amplitúdójú és frekvenciájú jelek az úgynevezett szeizmikus előerősítőkbe kerülnek. Ezek az erősítők a jeleket felerősítik és a hasznos jelek kiemelése, valamint a zavaró jelek elnyomása céljából különböző szűrési lehetőségeket is tartalmaznak. Ezeknek a jeleknek az általában elért előerősítő zajhoz képest a dinamikája kb. 130 dB. Ugyanekkor az általában használt A/D konverterek dinamikája 84-90 dB között mozog. A számítógépes feldolgozás szükségessé teszi, hogy a zaj körüli amplitúdójú jelek is még feldolgozható pontossággal legyenek rögzítve. Ez kb. 40dB-t elvesz az A/D konverter dinamikatartományából. A fentiekből következik, hogy mintegy 80-90 dB dinamikájú jeltartomány rögzíthetőségéről kell gondoskodni. Ezt a feladatot a jelenleg ismert digitális szeizmikus berendezésekben bináris erősítősszabályozó és lebegőpontos erősítésszabályozó rendszerek alkalmazása oldja meg. A bináris erősítésszabályozó berendezés, amelynek legismertebb formája a 3 308 392 lajtstromszámu USA szabadalommal védett berendezés, az előerősítő és az A/D konverter között elhelyezett szabályozó erősítőt alkalmaz, amely az erősítő kimenő erősítését 6 dB-es lépésekben az A/D konverter kimenő adatai alapján változtatja úgy, hogy a jelek csúcsértékei az A/D konverter lehető legmagasabb szintjén, vagyis kivezérlési tartományának felső szakaszán kerüljenek átalakításra. A szabályozóerősítő általában sorbakapcsolt erősítőtagokból van kialakítva és az erősítőtagok között feszültségosztók helyezkednek el. Mindegyik feszültségosztóval 6 dB erősítésváltoztatást lehet elérni. A kívánt erősitésértéket kapcsolókkal állítják be. A kapcsolókat az *X/D konverter kimenetén megjelenő jelekkel vezérelt dekóder működteti. Az A/D konverter előtt ezekben a berendezésekben multiplexert alkalmaznak, amely a párhuzamos információkból, vagyis az egyes érzékelők jeleiből meghatározott időpontokban mintákat vesz^ tehát a sokcsatornás rendszert időmultiplex formába: rendezett egycsatornás rendszerré alakítja át. A korszerűbb berendezésekben a multiplexer közvetlenül az előerősítők után helyezkednek el, ennek következtében az erősítésszabályozás végzésére is elegendő egycsatornás rendszer. A bináris erősítésszabályozó rendszer alapvető hiányossága, hogy a digitális jelek csak az A/D konverter kimenetén jelennek meg és a konverziós idő miatt a vizsgált mintavételre az erősítésszabályozás már nem hat, az csak a vizsgált csatorna következő mintavételekor érvényesül. Emiatt túlvezérlés következhet be. További hiányosság, hogy 6 dB-es lépésekben történő erősítés változás miatt a mintavétel idejéhez viszonyítva hosszú idő kell a teljes dinamikatartomány átfogásához. A rezgés első beérkezése meghatározott erősítésértéket kíván meg. A rezgés beérkezéséig is észlelhető bizonyos kis jel a külső zavarok, zaj és talajnyugtalanság miatt, ezért a szabályzást a rezgés beérkezéséig le kell tiltani. Ezek a szempontok bonyolult kezdeti feltételek 5 beállítását teszik szükségessé. Hátrány az is, hogy a szabályozás a csúcsértékek alapján állapítja meg a szükséges erősítést, így az egyes mintavételi pontok rögzítési pontossága rendkívül eltérő mértékű. 10 A bináris szabályozás feltételezi az előző mintavételi értékhez tartozó erősítésérték ismeretét. Ennek a követelménynek a kielégítése jelentősen bonyolítja a logikai rendszert. Például 24 csatorna és 15 4 erősítéshelyérték esetén 24 x 4 = 96 tárolóelemre van szükség. Az erősítéshelyértékek kettő egészszámú hatványai szerint következnek egymás után. A lebegőpontos erősítésszabályozó rendszerek, amelyekre példaként említhetjük meg a 3 685 047 2o és a 3 688 250 lajtstromszámu USA szabadalommal védett berendezéseket, amennyiben különböznek a bináris erősítésszabályozó rendszerektől, hogy az erősítőtagok között elrendezett feszültségelosztókkal nem 6 dB-es, hanem tetszőleges erősítésváltoztatások 25 állíthatók be és a szabályozás nem az A/D konverter kimenő adatai alapján, hanem a szabályzóerősítő kimenő jelei alapján történik. Lényegében ezek a rendszerek egy referenciával való összehasonlítás eredménye alapján addig változtatják a 30 szabályzóerősítő erősítését, amíg a maximális erősítést be nem állítják. Ezek a rendszerek megfelelő számú kapcsolással bármely csatorna egy mintavételi ideje alatt be tudják állítani az optimális erősítésértéket. Például 84 dB dinamikatartomány 35 és 12 dB-es erősítésváltoztatás esetén három átkapcsolásra van szükség. A lebegőpontos erősítésszabályozó rendszerek alapvető hiányossága, hogy az itkapcsolás tranziens 40 jelenségeket okoz, amelyek megnehezítik nagypontosságú mérések végzését. További hiányosság, hogy a szükséges erősítésérték beállításakor túlvezérlések lépnek fel a 'szabályzóerősítőben. A túlvezérlések csak igen jóminőségű és költséges vágókapcsolá-45 sokkal csökkenthetők bizonyos mértékig. Költségkihatással járó hátrány az is, hogy a szabályzóerősítőhöz nem kapcsolhatók közvetlenül a komparátor áramkörök, azok nagy bemenő ártania miatt. A két fokozat között illesztő egység 50 alkalmazására van szükség. A találmánnyal az a célunk, hogy a felsorolt hiányosságokat kiküszöböljük. Olyan szeizmikus berendezést kívánunk létrehozni, amely a szabályzó-55 erősítő túlvezérlése és költséges határoló áramkörök alkalmazása, valamint illesztőfokozatok beépítése nélkül is biztosítani tudja az információk széles dinamikatartományának rögzítését és amely a tranziens zavarokkal szemben érzéketlen. 50 A találmány értelmében ezt olyan berendezéssel érjük el, amelyben szinkronszámlálóval vezérelt sokcsatornás multiplexer kimenetére két erősítő csatlakozik. Az egyik önmagában ismert felépítésű 55 szabályzóerősítő, a másik pedig egy mérőerősítő. A 2