CC BY
13
Том 211
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА
1970
НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЦИФРО-АНАЛОГОВОГО
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ, ПРИМЕНЯЕМОГО ДЛЯ ОБРАБОТКИ СЕЙСМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ
В. Б. ТЕРЕХИН, Ю. М. АЧКАСОВ, А. В. БАРАБАШ
(Представлена сектором автоматизации процессов поиска и добычи нефти и газа НИИ АЭМ)
Сейсмическая разведка является ведущим методом поисков нефтяных и газовых месторождений. Однако геологическая эффективность сейсморазведки остается недостаточной, что является результатом несовершенства методов анализа сейсмограмм. В процессе своего развития сейсмический метод всегда сталкивается с трудностями, основными из которых являются помехи. К ним относятся:
а) помехи, возбуждаемые сейсмическими источниками колебаний;
б) колебания от несейсмических источников;
в) колебания, добавляющиеся при приеме, записи и обработке сейсмических данных.
Задача состоит в том, чтобы выделить полезный сигнал на фоне вышеперечисленных помех, то есть увеличить отношение сигнал — шум. Это можно осуществить двумя путями:
1. Проводить полевые работы так, чтобы возбуждать минимум помех или устранять помехи в процессе записи.
2. Обработать сейсмосигналы так, чтобы ослабить или устранить содержащиеся в них помехи.
В этом отношении наилучшим результатом обладает второй способ борьбы с помехами. Он включает в себя преобразование аналоговых сигналов в цифровую форму, накапливание, суммирование, фильтрацию, и только после этого вновь преобразование в аналоговую форму для визуального наблюдения. Произвести фильтрацию цифрового сигнала в ЭЦВМ во много раз легче, чем отфильтровать аналоговый сигнал.
Основными преимуществами цифровой обработки сейсмосигналов является использование новых математических программ, например;
1. Фильтрация скоростей.
2. Винеровская фильтрация.
3. Горизонтальное н акапливание.
4. Подавление волн-спутников.
5. Обратная фильтрация (антисвертка).
6. Многоканальная цифровая фильтрация.
Несмотря на то, что пригодность этих способов полностью еще не выяснена, однако, несомненно то, что будут найдены новые операторы фильтрации, более эффективные, чем в настоящее время. Поэтому при всех равных условиях цифровая обработка сейсмической информации много выгоднее, чем аналоговая. Из вышесказанного следует, что одними из основных узлов аппаратуры при обработке геофизической информации в цифровой форме являются преобразователи «Аналог — код» и «Код — аналог», к которым предъявляются требования, соответствующие характеру и осо-
бенностям геофизической информации. Укажем два наиболее важных из них:
1. Преобразователи должны быть быстродействующими, так как объем геофизической информации велик.
2. Точность преобразования должна быть такой, чтобы сигнал не исказился после преобразования.
Преобразователи «Код — аналог» можно подразделить на следующие группы:
а) накопительные преобразователи;
б) устройства с промежуточным преобразованием во временные интервалы.
в) устройства с преобразователями «Аналог — код» в цепи обратной связи (цифровая следящая система);
г) преобразователи поразрядного суммирования.
Принцип действия накопительных преобразователей состоит в том, что каждому импульсу соответствует изменение аналоговой величины на единицу напряжения. Однако их применение возможно в том случае, если в числовой величине отсутствуют скачки, превышающие единицу. Если это условие будет нарушено, то неизбежно появляется систематическая ошибка.
В устройствах с промежуточным преобразованием цифровой код преобразуется вначале во временной интервал, а затем только в аналоговую величину. Главным недостатком их является большая инерционность.
Цифровые следящие системы получили свое распространение только для преобразования числовых кодов в механическое перемещение. С помощью таких систем можно преобразовать числовой код в электрическую величину, но это нецелесообразно по двум причинам: а) в следящей системе такого типа имеется преобразователь «Аналог — код», по сложности примерно равный преобразователю «Код — аналог»; б) имеются достаточно быстродействующие, помехоустойчивые преобразователи кодов в электрические величины, как, например, преобразователи поразрядного суммирования параллельного действия.
В данной работе предлагаются на рассмотрение некоторые особенности преобразователя, функциональная схема и принцип действия которого описаны в [1].
Как указывалось выше, основным требованием преобразователей является их высокая точность преобразования. Погрешности преобразователей могут быть трех видов:
1. Погрешность, зависящая от точности работы преобразующего устройства (инструментальная ошибка) [ 1 ].
2. Погрешность, возникающая в результате самого принципа преобразования, в частности, от дискретности входных данных (ошибка дискретности). Она зависит от времени преобразования Тпр, или, что то же самое, от частоты дискретизации /д.
к
Гпр ~ J ^эл + ^зад "Ь ^кл * О
к — количество последовательно соединенных элементов в схеме преобразователя с одинаковым временем переключения; ¿эл = 0,6 мксек, например, для элемента Б—1 комплекса «Урал-10»; ¿зад— время задержки при прохождении импульса через элемент; *зад~ 0,2 мксек;
¿кл — время переключения электронного ключа;
¿кл = 0,5 мксек ~ 0,8 мксек (получено экспериментально для ключей на транзисторах П16Б и МП11А)
Суммарное время преобразования составляет 5 мксек. Следовательно,
максимальная частота дискретизации равна /л = 200 кгц. Декоди-
1 ПР
рующие преобразователи дают неистинное значение аналоговой величины, а приближенное (рис, 1). Последнее зависит от уровня квантования сейсмограмм в ЭЦВМ.
Оценим относительную погрешность аналогового сигнала в результате дискретизации.
Пусть У7 (¿) — непрерывная функция / = 102 гц Т/2 = 5 мсек /д = =500 гц дискретизирована частотой
Т/2
5непр= \ Р <И — площадь, заключенная между этой функцией и о
осью абсцисс.
/ (t0t1t2 ... tu) — ступенчатая функция, полученная в результате преобразования.
п
5СТ — X —-А
(Уо + Ух + У* + • • • + уп) — площадь, ограниченная
ступенчатой функцией и осью абсцисс.
п — число преобразований в полупериод аналогового сигнала;
fUJ
Рис. 1. 1 —аналоговый сигнал до дискретизации; 2—'Ступенчатый сигнал после преобразования.
Ъ—а — отрезок оси абсцисс, на котором рассматривается эта функция. Эта сумма 5СТ является интегральной суммой для Р (¿) на отрезке Т/2 и выражает приближенно интеграл, вычисляемый по формуле прямоугольников.
Г/2
F (t) dt = (у о + Уг + у 2 + . • • + Уп)
(1)
Относительная ошибка дискретизации, получаемая при вычислении ступенчатой функции по формуле прямоугольников, равна:
Т/2 п п
(2)
При Г/2 = 5 м сек п = 250 гц ошибка составит А = 2 • 10~5.
Из формулы (2) следует: чем больше частота аналогового сигнала (чем меньше Т/2), тем меньше ошибка при п = const.
Фактором, определяющим быстродействие преобразователя, является величина динамической погрешности, под которой понимается степень старения информации за счет времени, необходимого для процесса преобразования. Однако к динамической ошибке не предъявляют особых требований, так как количественно она представляет разность между истинным значением преобразуемой величины в любой момент процесса преобразо-
вания и выходной величиной в тот же момент времени:
Рдин ~ /ист (^1) /вых (^1)' Динамическая погрешность может быть определена экспериментальным путем при работе преобразователя «Код — аналог» в процессе обработки геофизической информации.
Разработанный и описанный преобразователь использован в построителе сейсмических разрезов (ПСР), работающем в комплексе с ЭЦВМ типа БЭСМ-4. Работу преобразователя с ЭЦВМ поясняет временная диаграмма на рис. 2.
*)
3)
г)
4
4
нсеи
£00 ¿м ее*
- г
Рис. 2. Временная диаграмма работы преобразователя «Код — аналог» с ЭЦВМ.
Системой логического управления ПСР вырабатывается сигнал «Вызов кода числа» (рис. 2, а) и его инверсия (рис. 2, б). Сигнал «Вызов» подается в преобразователь на схему выработки сигнала «синхроимпульс». От отрицательного перепада сигнала инверсия «Вызова» вырабатывается сигнал «Сброс», который подается в ЭЦВМ для приведения в готовность вычислительной машины (рис. 2, в). Код на выходном регистре ЭЦВМ
появляется по положительному перепаду сигнала инверсия «Вызова» (рис. 2, ж). Сигнал «Вызов» в преобразователе поступает на вход элемента задержки (одновибратор), после чего формируется сигнал «синхроимпульс» для считывания кода в преобразователе (рис. 2, г, д, е).
Преобразователь «Код — аналог» успешно прошел лабораторные испытания, стыковку с ЭЦВМ и сейчас находится в эксплуатации при обработке сейсмической информации.
ЛИТЕРАТУРА
1. В. Б. Т е р е х и н, А. В. Б а р а б а ш. Цифро-аналоговый преобразовать для вывода сейсмической инофрмации из ЭЦВМ. Труды VI научно-технической конференции по автоматизации. Издательство Томского госуниверситета, 1969.
2. А. А. Б о г д а н о в, А. С. Петров Цифровая запись и обработка сейсмической информации, «Недра», Москва, 1968.
3. А. Б. 3 а в о л о к и н. Преобразователи «Код-аналог», 1966.
4. Б. Н. X л и с т у н о в. Основы цифровой электроизмерительной техники. «Энергия», 1966.
5. Е. К. К р у г, Г. М. А л к е с а н д р и д и. Цифровые регуляторы. «Энергия»,
1966.
