- •Э.С. Шестаков, м.Д. Шелехова сейсморазведочная регистрирующая аппаратура
- •Содержание
- •Условные обозначения и сокращения
- •1. Характеристики сейсмического сигнала
- •Контрольные вопросы
- •2. Понятие об информационно-измерительных системах (иис)
- •2.1 Структура, состав и особенности иис
- •2.2 Измерительно-вычислительный комплекс
- •2.3 Элементная база иис
- •2.4. Принципы транспорта информации в иис
- •2.4.1. Кодирование
- •2.4.2 Пропускная способность каналов связи
- •2.4.3. Уплотнение каналов связи. Сжатие данных. Буферирование.
- •2.5. Сейсморазведочные иис как линейные системы
- •2.6. Характеристики сейсморазведочных иис
- •Контрольные вопросы
- •3. Понятие о сейсмическом регистрирующем канале
- •3.1. Сейсморегистрирующий канал с невоспроизводимой (визуальной) регистрацией
- •3.2. Сейсморегистрирующий канал с записью на промежуточный носитель. Цифровой сейсморегистрирующий канал
- •Контрольные вопросы
- •4. Устройство и основы теории сейсмоприёмников
- •4.1. Индукционные сейсмоприёмники.
- •4.1.1. Вывод дифференциального уравнения индукционного сп
- •4.1.2. Характеристики сп с активной нагрузкой
- •4.1.3. Реакция сп на импульсное воздействие
- •4.2. Пьезоэлектрические сейсмоприёмники
- •4.3. Требования к сп
- •4.4 Характеристика направленности сп
- •Контрольные вопросы
- •5.0. Логические элементы и элементы счётно-решающих устройств
- •5.1. Логические элементы
- •5.1.1. Логический элемент «не» (инвертор)
- •5.1.2. Логический элемент «или»
- •5.1.3. Логический элемент «и» (схема совпадений)
- •5.1.4. Триггер
- •5.2. Элементы счётно-решающих устройств
- •5.2.1. Регистр
- •5.2.2. Сдвигающий регистр
- •5.2.3. Счётчик
- •5.2.4. Электронный ключ
- •5.2.5. Компаратор
- •5.2.6. Упрощенный аналогово-цифровой преобразователь (ацп)
- •5.2.7. Принцип работы ацп на основе «дельта-сигма» преобразования
- •Контрольные вопросы
- •6.0. Функциональные схемы цифровых сейсмостанций
- •6.1. Упрощенная функциональная схема (сейсмостанция «Прогресс-1»)
- •6.2. Особенности сейсмостанции «Прогресс-96»
- •6.3. Сейсмостанция с линейным разделением каналов «Прогресс-л»
- •6.4 Понятие о цифровых телеметрических сейсмических регистрирующих системах
- •Контрольные вопросы
- •Рекомендуемая литература
5.2.3. Счётчик
На ниже следующем рисунке приведена схема трехразрядного двоичного счётчика и временная диаграмма его работы.
Счётчик считает в двоичной системе счисления количество импульсов высокого уровня, поступивших на его вход (счётный вход первого триггера). Перед началом счёта содержимое счётчика обнуляется (на нулевые входы всех триггеров подается импульс высокого уровня).
Первый импульс, пришедший на вход счётчика устанавливает Тр1 в единичное состояние, второй импульс переводит его в нулевое состояние, а по дифференцирующей цепочке на счётный вход Тр2 подается импульс, переводящий его в единичное состояние. Таким образом, состояние счётчика будет 010, что соответствует цифре «2» в десятичной системе счисления. Третий импульс установит Тр1 в единичное состояние не меняя состояние второго, т.е. счётчик примет состояние 011, что соответствует цифре «3». Легко убедиться, что по мере поступления импульсов информация на выходе счётчика будет принимать следующие значения:
-
Номер импульса
Информация на выходе
Десятичное значение
0
000
0
1
001
1
2
010
2
3
011
3
4
100
4
5
101
5
6
110
6
7
111
7
Подача на вход восьмого импульса переведёт счётчик в нулевое состояние, т.е. число возможных состояний трёхразрядного двоичного счётчика равно 8, четырёхразрядного – 16, пятиразрядного 32, десятиразрядного – 1024.
Два следующих устройства рассмотрим на уровне их обозначений на функциональных схемах.
5.2.4. Электронный ключ
Электронный ключ пропускает входной сигнал при наличии разрешающего сигнала (строб-сигнал). В таком качестве может в принципе использоваться логическая схема «И». Реальные схемы электронных ключей представляют собой комбинацию нескольких последовательно включённых схем «И», поскольку одиночная схема в режиме запирания не обладает бесконечно высоким сопротивлением и на выходе будет присутствовать ослабленный входной сигнал.
5.2.5. Компаратор
Компаратор – логическая схема, сравнивающая по напряжению входной сигнал с эталонным и выдающая на выходе высокий уровень, если входной сигнал равен или превышает эталонный, и низкий уровень, если входной сигнал меньше эталонного. Сравнение выполняется при высоком уровне стробирующего сигнала. Меняя уровень эталонного напряжения можно построить логическую схему, определяющую численную величину входного сигнала (схема аналогово-цифрового преобразователя, АЦП).
5.2.6. Упрощенный аналогово-цифровой преобразователь (ацп)
АЦП такого типа использовались в сейсмостанциях 1 – 3 поколений Преобразователи такого типа могли иметь в разрядной сетке выходного слова не более 14-ти двоичных разрядов (что обеспечивало максимальный динамический диапазон 84 дБ). Соответственно процесс оцифровки импульса аналогового сигнала (выборки) выполнялся за 14 тактов..
Алгоритм его действия состоит в последовательном «взвешивании» амплитуды сигнала «гирями» «весом» от 0.5 до4 096 мВ.
Действие АЦП рассмотрим на примере: пусть Uвыб = + 5376 мВ:
Дискретизированный аналоговый сигнал (импульс с амплитудой, равной амплитуде аналогового сигнала в дискретный момент времени, выборка) подаётся на вход устройства хранения выборки (УХВ) и сохраняется там в течение времени определения численного значения амплитуды (оцифровки).
Перед началом оцифровки определяется полярность импульса: если Uвыб > 0, то в знаковый разряд засылается значение “0”, если Uвыб < 0, то в знаковый разряд засылается “1”.
Такт 1. Выбирается максимально «тяжёлая» «гиря»: Uэтал =4096 мВ и сравнивается с Uвыб , результат сравнения – Uвыб > Uэтал, в старший (1-ый) разряд формируемого слова (в выходной регистр) засылается “1”.
Такт 2. К Uэтал =4096 мВ добавляется следующая по «весу» «гиря»: Uэтал = = 4096 + 2048 = 6144 мВ и вновь сравнивается с Uвыб: Uвыб < Uэтал, во 2-ой разряд выходного регистра засылается “0”.
Такт 3. Uэтал = 4096 + 1024 = 5120 мВ, Uвыб > Uэтал , “1” в 3-ий разряд.
Такт 4. Uэтал = 4096 + 1024 + 512 = 5632 мВ, Uвыб > Uэтал , “0” в 4-ый разряд.
Такт 5. Uэтал = 4096 + 1024 + 256 = 5376 мВ, Uвыб Uэтал . В этом случае возможны два сценария продолжения процесса:
~ в 5-тый разряд случайным образом засылается “1”, тогда в 6 – 14 такты во все оставшиеся разряды, соответствии с данным алгоритмом оцифровки, будут засланы “0”, значение мантиссы будет 10 101 000 000 000;
~ в 5-тый разряд случайным образом засылается “0”, тогда в 6 -14 такты во все оставшиеся разряды будут засланы “1”, значение мантиссы будет 10 100 111 111 111.
Полученные значения различаются на величину младшего разряда, относительная ошибка составит (0.5 мВ / 5376 мВ)·100% 0.00001%.
Недостатком данного алгоритма является необходимость точного задания 14-ти эталонных напряжений. Технически достижимая точность их задания составляет 0.5 – 2 мкВ, что по отношению к минимальному уровню эталонного напряжения создает погрешность от 0.01 до 0.4 %. Из этого следует, что увеличение числа разрядов преобразователя неминуемо ведёт к потере точности оцифровки.
Решение проблемы расширения динамического диапазона преобразователя было найдено в 80-х годах ХХ столетия в США, где был предложен алгоритм «дельта-сигма» преобразования (-модуляции). Он предполагает использование одного эталонного напряжения (порядка 2 В), заведомо превосходящего измеряемые напряжения, относительная погрешность которого составляет всего 0.00005 %.