Brevet FR2237207A1 — publié le 19750207

ta pratique actuelle dans la recherche sismique consiste à raccorder un grand nombre de stations de géophones à une station centrale d'enregistrement au moyen d'un câble à conducteurs multiples. Dans la station dtenregistrement centrale, les signaux des géophones sont appliqués à des amplificateurs à gain variable puis à des convertisseurs~analogiques/numériques, les signaux numériques obtenus étant enregistrés sur une bande magnétique. tes données enregistrées sont ensuite traitées au moyen d'ordinateurs dans une station de traitement des données. L'utilisation d'un câble à conducteurs multiples comportant deux-conducteurs individuels pour chaque station de géophones est une source de nombreux problèmes dans la pratique actuelle. Par exemple, normalement 48 ou 96 stations-de géophones sont utilisées, ce qui nécessite soif 96, soit 192, conducteurs individuels-dans les câbles de transmission des données des géophones. Bien que les câbles comportant ce nombre de conducteurs soient disponibles, ils sont onéreux et difficiles à réparer dans le cas ou l'un des conducteurs est rompu. En outre, l'identification d'un conducteur rompu en vue de le découpler ou le réparer est une opération très longue. Eormslement, les câbles de transmission sont manipulés sur le terrain par du personnel inexpérimenté et les câbles subissent des dommages importants et fréquents.Ainsi, le coût d'entretien et de remplacement des câbles est élevé. La présente invention a pour objet de résoudre ces pro blèmes. La présente invention résoud ces problèmes en prévoyant un amplificateur à gain variable et un système convertisseur ana logiqueZnumérique à chaque station de géophones. En outre, il est préva, à chaque station de géophones un système de transmission des données pour recevoir les données numériques des stations précédentes et les retransmettre, avec les données engendrées par la station locale, aux stations suivantes au-moyen d'un câble coaxial ou autre système à voie de transmission unique. L'utilisation d'un câble coaxial réduit les coûts d'un facteur voisin de 100 et en mye temps le câble utilisé est relativement simple à réparer en cas de rupture. Chaque station de géophones comporte, en général, un cer tain-nombre de géophones placés dans une configuration compacte et couplés entre eux dans une disposition série-parallèle. Les géophones individuels sont positionnés pour annuler les ondes du sol qui se produisent normalement, tout en ajoutant les ondes réfléchies. Ainsi, lorsque l'on parle de 48 ou 96 stations de géophones, l'on sous-entend normalement que chaque station utilise un certain nombre de géophones, par exemple 16. L'utilisation d'un câble coatial pour relier les stations géophones offre un avantage supplémentaire en ce sens qu'elle élimine les interférences entre canaux qui se produisent dans les ct- bles de géophones à conducteurs multiples normaux. De même, le captage du courant vagabond de 50 périodes est considérablement réduit. En outre, lorsqu'on transmet des données numériques dé niveau élevé, les câbles coaxiaux sont insensibles à l'humidité du milieu étant donné que leur impédance caractéristique est faible (typiquement 75 ohms). En fait, les câbles coaxiaux équipés avec des connecteurs non étanches peuvent être utilisés sous l'eau sana dégradation des données numériques.Un avantage supplémentaire réside en ce que le blindage du câble coaxial peut être mise sous tension par rapport à la terre lorsque le système n'est pas utili- sé pour fournir au câble une protection améliorée contre la corrosion. t'invention ci-dessus sera décrite, à titre d'exemple, de façon plus détaillée en se référant aux dessins annexés dans lesquels : ta Figure 1 représente un système de mesures sismiques sous forme d'un schéma'bloc; La Pigure 2 est un schéma bloc d'un trafinsmetteur-réé- teur de données; et ta Figure 3 est un diagramme des temps du transmetteurrépéteur de données. Sur la Figure 1 des dessins auxquels on se référera, on a représenté un système comportant un certain nombre de stations de géophones, dont seulement trois 10, 11 et 12 sont représentées, raccordées' à une station centrale d'enregistrement 13. les détails de la station 10 ont été représentés, les autres stations étant identiques. La station 10 comporte une entrée 20 raccordée au groupe ou éventail des ses géophones. Comme expliqué ci-dessus, le groupe de géophones comporte normalement un certain nombre de géophones répartis sur une surface relativement petite dans une configuration destinée à annuler les réponses des ondes de sol et à ajouter les réponses des ondes de réflexion.Par exemple, 16 géophones peuvent être utilisés et disposés en croix. te signal d'en trée est appliqué à un préamplificateur 21 dont la sortie est ap pliquée à un filtre 22. Le préamplificateur et le filtre sont tous deux réglables pour permettre de faire varier le gain du préamplificateur ainsi Que les fréquences de coupure et les temps de retard du filtre. La sortie du filtre est connectée à un amplificateur à gain variable 25 qui peut être d'une construction classique quelconque. Relus particulièrement, l'amplificateur à gain variable est conçu pour adapter le gain de l'amplificateur à l'amplitude du signal d'entrée de sorte que le signal de- sortie reste compris, autant que possible, entre des valeurs maximale et minimale préétablies.En outre, l'amplificateur à gain variable 23 fournit un code de gain qui indique le réglage du gain de l'amplificateur. te signal de sortie de l'amplificateur à gain variable est appli- qué à un amplificateur de prélèvement et dè maintien de valeurs echantillons 24 Çéchantillonneur-bloqueur) qui prélève le signal de sortie de l'ampllticatenr à gain variable à des intervalles de temps préétablis qui sont déterminés par le circuit de commande numérique 26. Le circuit de commande numérique 26 est commandé par des impulsions d'horloge locale fournies par une horloge 40 représentée sur la Figure 2, par exemple un oscillateur à cristal, qui commande le fonctionnement de l'ensemble du système de données. Ainsi, le circuit de prélèvement et de maintien des valeurs échantillons prélève le signal-de sortie de l'amplificateur à gain variable à des intervalles prédéterminés, par exemple toutes les millisecondes. L'amplificateur de prélèvement et de maintien des valeurs échantillons fournit un signal à un convertisseur analoglque/numérique 25 où la grandeur du signal est convertie en une valeur numérique.Gette valeur numérique et une valeur numérique représentant le gain de l'amplificateur sismique 23 sont ?lors appliquées à un transmetteur-répéteur de données 27 qui sera décrit ci-après. te transmetteur-répéteur de données 27 comporte également une entrée 30 de données numériques provenant des stations de géophones précédents. tes données numériques reçues sur la ligne d'entrée 30 sont temporairement mises en mémoire (mi- ses en mémoire tampon) dans le transmetteur-répéteur de données 27 puis retransmises sous la commande des impulsions de l'horloge lò- calte. La combinaison constituée par l'amplificateur à gain variable et le convertisseur analogique/numérique est connue des spécialistes de la sismologie et des~appareillages pour remplir ces fonctions sont disponibles dans le commerce. tes données numériques reçues à l'entrée 30 sont transmises sur un câble coaxial. Comme expliqué ci-dessus, bien qu'on ait représenté un câble coaxial, dtautres-types de moyens de transmission des données, tels qu'une liaison radio ou une paire de conducteurs peuvent etre utilisés. En outre en utilisant la transmission en multiplex à commutation temporelle, il est possible de placer les données d'un nombre'de stations pouvant attendre la centaine sur un seul câble coaxial les donnde8 dè chaque station étant prélevées toutes les millisecondes et chaque mot de données numériques occupant un créneau de temps d'approximativement 10 microsecondes.Par exemple, si les impulsions d'horloge locale ont une fréquence de 3,6 MHz et que le mot de données numériques représentant le signal de la station de géophonoe est un mot comprenant 24 bits de données numériques, il est possible de'transmettre les données de 144 sta 'tions,au maximun en utilisant un rythme de prélèvement de 1 milliseconde et une vitesse de transmission de 6,94 microsecondes par mot de données numériques. Ces limites sont convenables pour les systèmes sismiques où -seules les basses fréquences présentent de l'intéret. Ces limites sont également à la portée de la technologie actuelle. tes données de la station 10 sont transmises sur le cable coaxial 31 à la station il qui retransmet les données et ajoute les données engendrees à la station 11. tes données retransmises sont transmises à la station 12 sur le câble coaxial32. La station 12 retransmet les données, en y ajoutant ses propres données, sur le câble coaxial 33 à la station centrale d'enregistrement 13. Sur la Figure 2 à laquelle on se référera, on a représenté, sous forme d'un schéma. bloc; l'un des transmetteurs-répéteurs 27,- représenté sur la Figure 1. te transmetteur comporte un décodeur 41 qui décode les données d'entrée en un signal de données et un signal d'horloge d'entrée. Bye signal de donnees est transmis direc tersent par une ligne 42 à un registre à décalage à 4 bits 60 tandis que le signal horloge d'entrée est transmis par une ligne 43 au registre à décalage 60, à une commande de remise à zéro 45 et à un circuit diviseur 44. te circuit diviseur 44 divise le signal d'horloge d'entrée par quatre pour fournir un signal de commande à un circuit de bascules à verrouillage à quatre bits 61.Lorsque le signal de commande est reçu, le registre-à décalage transfère les données en parallèle au circuit de bascules. Ainsi, les données d'en- entrée sont converties de la formez en série à une forme en parallèle 'dans -le registre à décalage puis transmise a en parallèle au circuit de bascules. te circuit de commande de remise à zéro 45 utilise le signal d'horloge d'entrée pour engendrer un signal de remise à O 'un compteur binaire à quatre bits 46. Le compteur binaire 46 est couplé à l'horloge locale 40 et divise les impulsions d'horloge locale par des facteurs de 2,4, 8-et 16 et applique les impulsions d'horloge résultantes sur des conducteurs 50, 51, 52 et 53.La sortie de l'horloge locale divisée par quatre, fournit une impulsion horloge ayant sensiblement la même fréquence que le signal dtim- pulsion d'horloge d'entrée. Ainsi, l'horloge locale 40 a une fréquence égale à quatre fois-celle des impulsions d'horloge utilisées pour la transmission des données. En outre, l'horloge locale doit etre exacte à tpproximativement 0,025%. Par exemple, l'horloge locale peut avoir une fréquence de 14,4 Mégahertz tandis que le signal d'horloge utilisé pour la transmission des données a alors une-fréquence de 3, 6 Mégahertz.Ainsi, l'horloge locale peut va- rier de plus en moins 3.600 hertz et conserver une exactitude de plus ou moins deux cycles au rythme de transmission des-données de 1 milliseconde. La fréquence de l'horloge 40 divisée par quatre est transmise sur une ligne 66 à un registre à décalage de quatre- bits 62 tandis que la fréquence divisée par seize est transmise sur la ligne 67 au regi-stre à décalage 62. Ainsi, la fréquence divisée par seize est utilisée comme commande d'entrée en parallèle afin de déclencher le circuit de bascules à verrouillage à quatre bits pour qu'il transmette les données en parallèle au registre à décalage 62.La fréquence divisée par quatre est utilisée pour transmettre les données du registre à décalage 62 en série sur la ligne 63 et, par l'intermédiaire du coimmitateur 64, à un codeur de sortie 65. tes deux registres à décalage 60 et 62, en. combinaison avec le circuit de bascules 61, constituent la mémoire du système dans laquelle les données sont eonverties de la base de temps d'entrée à la base du temps de l'horloge locale.Le codeur de sortie 65 reçoit également les impulsions du circuit d'impulsions d'horloge locale retardées 72. te circuit 72 retarde les impulsions d'horloge locale de quatre impulsions pour permettre à quatre bits de données entre entrées dans le registre à décalage 62. te codeur de sortie 65 code les données reçues du registre à décalage .62 en utilisant les impulsions d'horloge locale comme base de temps pour les données. lies données sont transmises sur le câble coaxial 31 à la station suivante, comme décrit ci-dessus. tes données de la station locale sont reçues sur un conducteur 75 et sont mises en mémoire dans le registre à 24 bits 71. Les impulsions de lthorloge locale retardées dans un circuit 70 sont utilisées pour transmettre les données du registre à 24 bits au commutateur 64 et au codeur de sortie 65. lie commutateur 64 est commandé. par un circuit de commande 73 qui est actionné par le circuit d'impulsions d'horloge locale retardées 72. lie circuit 'de comme mande 73 est construit de telle sorte qu'il déplace le commutateur 64 à sa seconde position après que- les données des stations précédentes ont été retransmises. te circuit de commande 79 peut fonctionner en réponse à l'absence d'impulsions d'horloge d'entrée re çue sur la ligne 80 qui est également utilisée pour commander le circuit de retard des impulsions d'horloge locale 70. te transmetteur comporte également un détecteur de perte de données 74 qui fonctionne pour provoquer la transmission par la station de ses propres données si aucune donnée n'est reçue des stations précédentes.Plus particulièrement, le détecteur de perte de données présente un retard de 10 millisecondes de sorte que si aucune donnée n'apposait sur le câble coaxial dans ladite période de retard, il provoque la transmission des données au codeur de sortie 65 par le registrez à 24 bits 71. te détecteur de perte de données sert également à déclencher initialement la transmission des données étant donné que le temps de retard d'un-détecteur de perte de données d'une station de géophones se termine tout d'abord et déclenche la transmission des donnees par cette station. Dans les quelques cycles de fonctionnement suivant, les autres stations commencent également a transmettre les données. Dans la description qui précède, on a admis que chaque station de géophones prélèvent le signal des géophones au même instant. te moment effectif auquel l'échantillon est prélevé est commandé par l'horloge locale. Le degré d'erreur de 'l'hypothèse cidesssus est faible étant donné que toutes les horloges sont des horloges à cristal à faibles tolérances. L'erreur maximale est con sidérablement inférieure à une milliseconde et comprise à l'intérieur d'une précision acceptable pour les signaux sismiques, lorsqu'on utilise une horloge présentant le degré d'exactitude décrit ci-dessus. La Figure -3 représente le diagramme des temps de la station de répétition des données. Gomme on peut le voir, la conversion des données de la base de temps des impulsions d'horloge d'entrée à la base de temps des impulsions de l'horloge locale a une précision supérieure àla largeur d'une impulsion de l'horloge locale 40. Etant donné que la fréquence de l'horloge locale est di visEe par quatre pour obtenir les impiiions dthôrige-- pour rec-" der les données, la précision est supérieure à un quart de la largeur d'une impulsion d'horloge de données. Chaque station formant répéteur reçoit les données de la station précedente, puis retransmet les données sous la commande de l'horloge locale. Lorsque les données sont reçues, les impulsions de données et les impulsions d'horloge sont décodées, les impulsions de données étant mises en mémoire dans un système de mémoire tampon.Les impulsions d'horloge sont utilisées pour engendrer un signal de commande de remise à zéro pour les compteurs utilisés pour diviser les impulsions de l'horloge locale afin de fournir les- impulsions de -commande et les impulsions d'horloge lo- cale retar- ées. Les impulsions d'horloge décodées divisées par que tre sont utilisées pour engendrer les impulsions de commande des bascules, désignées par la référence 90. lies impulsions de comman de des bascules sont utilisées pour transférer en parallèle les données du registre à décalage 60 au registre à bascules 61. lies impulsions d'entrée en parallèle 91 et les impulsions horloge locale de commande des bascules 92 sont engendrées à partir des signaux de l'horloge locale et sont utilisées pour transférer en parallèle les données au registre à décalage 62 puis les transférer en série de ce registre au codeur 65. te codeur 65 retransmet les données en utilisant les impulsions d'horloge locale retardées 93. La station d'enregistrement centrale peut entre de conception classique et comporter un récepteur des données d'entrée 34. lie récepteur des données d'entrée doit comporter des moyens pour convertir les données numériques sous forme analogique et pour les réarranger de telle sorte que toutes les données d'une station quelconque peuvent être affichées visuellement sur un appareil de contre 35. 'utilisation d'un appareil de contrôle permet à l'opérateur de détecter un mauvais fonctionnement de lappareilla ge ou des données erronées avant de déplacer les géophones à un nouvel emplacement. lies données numériques sont également fournies à un ordinateur 36 qui réarrange les données numériques de sorte que toutes les données numériques relatives à une station particulière sont enregistrées en succession sur un tambour magnétique 38 ou sur une bande magnétique 37. Se système d'enregistrement central décrit ci-dessus est disponible dans le commerce et est utilisé dans les opérations de bismographie pour enregistrer lès données sismiques sous forme numérique. Bien qu'une séquence particulière d'enregistrement ait été décrite, il est évident que d'autres séquences ou d'autres dispositions peuvent être utilisées. La présente invention a essentiellement pour objet d'éliminer la nécessité d'utiliser des câbles à conducteurs multiples pour raccorder entre elles et à un système central d'enregistrement les stations de géophones individuelles. 'Comme expliqué, ce résultat-est obtenu en utilisant des amplificateurs à gain variable et des convertisseurs analogique/numérique à chaque station de géophones et en transmettant les données sur une voie de transmission des données sous forme numérique. étant donné que chaque station de géophones reçoit les données des stations précédentes et les retransmet sous la commande de son horloge locale en ajoutant ses propres données à la fin, l'amplitude des signaux des géophones est conservée ainsi que le moment ou ces mesures ont été effectuées. Après que les données ont été enregistrées, elles peuvent etre traitées par des moyens classiques pour leur appliquer diverses corrections et techniques de filtrage. lies données traitées sont ensuite converties sous une forme graphique pour permettre leur étude par les géologues. Bien qu'il puisse y avoir une faible différence dans le temps exact des prélèvements des signaux individuels des géophones, l'erreur maximale est inférieure à une milliseconde. Cette grandeur d'erreur ne peut être détectée par un géologue- sur un affichage graphique. REVENDICATIONS 1.- Un système de mesures sismiques caractérisé en ce qu'il comporte : une pluralité de géophones, lesdits géophones étant divisés en groupes, chaque groupe formant une station de géophones; un système d'acquisition des données coopérant avec chaque station de géophones, chaque station de géophones comportant des moyens d'amplification à gain variable, des moyens de conversion analogique en numérique et des moyens de transmission et de répétition des données; et des moyens d'enregistrement centraux, chacun desdits systèmes d'acquisition des données étant relié au système d'acquisition des données de la station suivante par une voie de transmission des données unique, le dernier système d'acquisition des données étant raccordé auxdits moyens d'enregistrement centraux par une voie de transmission des données unique, chacun des systèmes d'acquisition des données recevant les données du système d'acquisition précédent, ajoutant ses propres données 'numériques et transmettant les données numériques reçues et ajoutées à la station suivante sur ladite voie de transmission des données. 2.- Système de mesures sismiques selon la Revendication 1 caractérisé en ce que chacun desdits systèmes d'acquisition des données comporte une horloge locale, des moyens de mémoire pour mettre en mémoire les données reçues de la station précédente et des moyens pour retransmettre sous la commande de l'horloge locale aussi bien les données mises en mémoire que les données engendrées par ladite station. 3.- Système de mesures sismiques selon la Revendication 2 caractérisé en ce que ladite voie de transmission des données est constituée par une paire de conducteurs. 4.- Système de mesures sismiques selon la Revendication 2 caractérisé en ce que ladite voie de transmission des données est constituée par un câble coaxial. 5.- Système de mesurés sismiques selon l'une quelconque des Revendications 2 à 4 caractérisé en ce qutil comporte en outre des moyens pour décoder lesdits signaux d'entrée afin d'obtenir des données et des impulsions d'horloge d'entrée séparées, des moyens de remise à zéro, lesdits moyens de remise à zéro utilisant lesdites, impulsions d'horloge d'entrée pour déclencher la retransmission des données sous la commande de ladite horloge locale. 6.- Système de mesures sismiques selon l'une quelconque des Revendications 2 à 5 caractérisé en ce que lesdits moyens de 'mémoire comportant un premier registre à décalage,-un circuit de bascules à verrouillage et un second registre à décalage, desdites données étant appliquées en série au premier registre à décalage puis transmises en parallèle audit circuit de bascules et transférées ensuite en parallèle audit second registre. 7.- Système de mesures sismiques selon l'une quelconque des Revendications 2 à 6 caractérisé en ce outil comporte en outre un détecteur de perte de données r ledit détecteur de perte de données actionnant ledit système d'acquisition des données après un intervalle de temps prétabli si aucune données n'est reçue de la station précédente. 8.-- Un procédé d'exploration sismique caractérisé en ce qu'il comporte les étapes qui consistent à établir une pluralité de stations de geophones, chaque station comportant au moins un géophone, à convertir, dans chaque station de géophones les données sismiques sous forme de données numériques sous la commande des impulsions d'une horloge locale; à transmettre les données numériques de chaque station à la station suivante à retransmettre en plus à partir de chaque station les données numériques reçues de la station précédente, lesdites données retransmises étant transmises sous la commande de l'horloge locale de la station; ; à transmettre les données numériques de la derniere s ta- tion à une station d'enregistrement centrale, sous la commande de lthorloge locale de ladite dernière station. 9.- Un procédé de recherches sismiques selon la Revendication 8 caractérisé en ce qu'il comporte en outre l'étape qui consiste à décoder les données d'entrée pour obtenir une impulsion d'horloge d'entrée et à utiliser-leimpulsion d'horloge d'entrée pour synchroniser l'horloge locale. 10.- Procédé de recherches sismiques selon la Revendication 9 caractérisé n ce que -les données d'entrée décodées sont mises en mémoire pendant une certaine période de temps avant qu'elles soient retransmises sous la commande de l'horloge locale.