Brevet FR2413816A1 — publié le 19790727

La présente invention se rapporte à un montage et à un procédé pour amplifier des signaux et concerne, d'une manière générale, un montage et un procédé d'amplification à point flottant. La présente invention fournit un montage sismique comportant un canal d'amplification qui reçoit une large gamme dynamique de signaux d'entrée. Le canal d'amplification fournit plusieurs signaux amplifiés ayant chacun un gain différent par rapport au signal d'entrée. Des comparateurs comparent chaque signal amplifié, sauf celui ayant la plus petite amplitude, avec des signaux de référence correspondant à une gamme prédéterminée de signaux de sOrtie. Les comparateurs fournissent un certain nombre de signaux de sortie conformément aux comparaisons. Un circuit logique traite les signaux de comparaison afin de produire des impulsions d'échantillonnage.Les commutateurs qui reçoivent les signaux amplifiés du canal d'amplification sont commandés par ces impulsions d'échantillonnage afin d'intégrer les signaux amplifiés de façon à produire un signal analogique conforme aux signaux de comparaison. Un convertisseur analogique numérique reçoit le signal de gain et le signal de sortie analogique et produit des signaux numériques, dont certains correspondent au signal de gain, tandis que les autres correspondent à la polarité et à la grandeur du signal analogique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple nullement limitatif, en référence aux dessins annexés dàns lesquels - la figure 1 est un schéma simplifié par blocs d'un sys tème d'enregistrement sismique conforme à un mode de réalisation de la présente invention - la figure 2 est un schéma simplifié par blocs d'un comparateur de niveaux et un comparateur de vitesses qui peuvent être utilisés dans le montage de la figure 1 pour produire un autre mode de réalisation de la présente invention - la figure 3 est un schéma simplifié par blocs d'un sys tème d'enregistrement sismique construit conformément à un autre mode de réalisation de l'invention - la figure 4 est un schéma par blocs de l'amplificateur à point flottant stabilisé, représenté sur la figure 3 ; et, - la figure 5 est un diagramme illustrant les signaux de commande utilisés dans l'amplificateur de la figure 4. Sur la figure 1, on voit une installation pour le traitement et l'enregistrement de signaux sismiques qui comprend un certain nombre de géophones g1, g2, g n qui indiquent la présence d'un certain nombre de transducteurs électro-acoustiques, ce nombre étant déterminé par l'expérience et pouvant, par exemple, être 12 ou 24 ou encore tout autre nombre approprié. Chacun de ces géophones peut, en réalité, comprendre un groupe ou un ensemble de plusieurs géophones individuels dont les sorties sont reliées ensemble afin de produire un signal commun. Sur la figure 1, les différents géophones g1 g2 et g n sont g représentés reliés aux entrées des canaux correspondants désignés respectivement K1, K2 et Kn. Les canaux K1 à Kn sont pratiquement identiques, de sorte que la description du canal KZ s'applique à tous les autres. Trois canaux ont éte représentés sur le dessin, mais il est bien évident que le canal n représente un ou plusieurs de ces canaux et que, dans la plupart des cas, les installations de traitement des signaux sismiques du type décrit comprennent 12 ou 24 canaux ou un nombre de canaux encore plus grand. Le canal K1 comprend un certain nombre d'étages d'amplification A et B1 à B4 à couplage direct, par exemple, à courant continu, de façon à produire un circuit en cascade, avec les réseaux de couplage C1 à C4. Un circuit de rétro-action, incluant les éléments de circuit contenus dans le rectangle en tirets référencé 0, est prévu entre la sortie du dernier étage en cascade B4 et l'entrée du premier étage B1, le circuit de rétro-action 0 incluant un filtre actif N ayant une fréquence de coupure élevée et un gain au moins égal à l'unité. La partie N du circuit de rétro-action O est un réseau de résistances et de condensateurs, dont les valeurs peuvent être calculées pour produire la courbe de réponse en fréquence désirée du circuit de rétro-action 0.Un étage actif comprenant un amplificateur opérationnel M, pourvu de la boucle de rétro-action O mentionnée ci-dessus, doit avoir un gain au moins égal à l'unité et pour la présente invention a un gain positif d'une unité. il est bien évident qu'un gain négatif d'au moins -1 pourrait aussi Stre adopté, auquel cas, il serait nécessaire de modifier en conséquence la manière d'appliquer la rétro-action à l'entrée du réseau en cascade afin d'assurer l'injection des signaux de rétro-action dans un rapport de phases correct avec les signaux d'entrée. Pour plus de détails concernant les amplificateurs A, B1 à B4 et les réseaux de couplage C1 à C4, le lecteur est invité à se reporter au brevet américain n 3 562 744 du 9 février 1971. Les signaux de sortie de chaque amplificateur sont appliqués à des amplificateurs-tampons D1 à D5. Chaque amplificateur-tampon D1 à D5 remplit les fonctions d'un étage d'isolement séparant les sorties respectives des amplificateurs A à B4 de l'entrée du réseau de commutation correspondant figuré schématiquement par les blocs El à E5. Un multiplexeur 1 fournit des signaux de commande V1 , V2 et V ayant un certain rapport temporel entre eux. Le signal de n commande V1 est appliqué aux commutateurs El à E5 du canal Ki tandis que le signal de commande V2 est appliqué aux commutateurs E1 à E5 du canal K2, le signal de commande Vn étant appliqué aux commutateurs El à E5 du canal Kn. La tension V1 rend les commutateurs El à E5 du canal Ki conducteurs en mettant en communication les amplificateurs D1 à D5 avec les amplificateurs-tampons ayant un gain égal à l'unité F1 à F5.La sortie de chaque amplificateurtampon F2 à F5 est connectée à l'un des comparateurs de niveaux L1 à LC4, la sortie de chacun des amplificateurs F1 à F5 étant également connectée à un commutateur G1 à G5. Les signaux de sortie des comparateurs LC1 à LC4 sont appliqués respectivemant à des inverseurs H1 à H4. Les signaux de sortie du comparateur LC1 sont aussi appliqués à un registre 15, tandis que les signaux de sortie des comparateurs LC2 à LC4 sont appliqués respectivement à des circuits ET 7, 8 et 9. Les signaux de sortie des inverseurs H1 à H4 sont appliqués respectivement aux circuits ET 7, 8 et 9 et au registre de mémoire 15. Les comparateurs LC1 à LC4, les circuits ET T, 8 et 9 et les inverseurs H1 à H4 déterminent celui des signaux de sortie des amplificateurs F1 à F5 qui a la plus grande tension qui ne dépasse pas les limites du niveau du convertisseur analogique numérique et du circuit logique de commande numérique 10, appelé ci-après convertisseur 10. Le registre à bascules 15 produit des impulsions d'échantillonnage S1 à 55 qui commandent les commutateurs G1 à G5 pour laisser passer l'échantillon ayant la plus grande valeur venant des amplificateurs F1 à F5 mais qui cependant ne dépasse pas les limites du convertisseur 10. il est à noter qu'un seul de ces commutateurs est activé à la fois par le registre 15. Dans un mode de réalisation typique comportant cinq étages de gain, la cadence d'échantillonnage est de 1 milliseconde pour un montage à 32 canaux, c'est-à-dire, que la cadence d'échantillonnage est de 32 kHz. En suppcsant, par exemple, que seule la sortie de l'amplificateur-tampon F3 produit le signal maximal qui ne dépasse pas les limites de l'échelle du convertisseur 10, le registre 15 va fournir une impulsion d'échantillonnage 53 rendant conducteur le commutateur G3 pour laisser passer le signal à l'amplificateur Il pendant la durée de l'impulsion S3 qui, à son tour, l'applique au convertisseur 10. Les commutateurs b1 à G5 sont aussi connectés à un amplificateur de sortie commun 11 et sont commandés de la même manière. Un court instant avant l'instant d'échantillonnage du convertisseur 10, une impulsion est fournie par le convertisseur 10 pour entrer les signaux produits par le comparateur de niveaux LC1, l'inverseur H4 et les circuits ET 7, 8 et 9, dans le registre 15. Le signal du registre 15 commande aussi un codeur 16 qui fournit un nombre binaire de trois bits au convertisseur 10, nombre correspondant au niveau de gain devant êfre enregistré, en m.eme temps que la valeur du signal analogique fourni par l'amplificateur Il. Le codeur 16 reçoit aussi des amplificateurs A de chacun des canaux, des signaux qui indiquent le gain sur lequel ces amplificateurs sont réglés. Le codeur produit des nombres binaires de trois bits représentant la somme du logarithme du gain de l'amplificateur A et le logarithme du gain choisi par le registre pour un canal donné. Le convertisseur 10 transforme le signal analogique produit par l'amplificateur 11 en un signal numérique et envoie ce signal numérique, en même temps que le signal binaire de trois bits à un enregistreur 20 qui les enregistre sur une bande. Le convertisseur 10 produit aussi une impulsion d'avancement AP et une impulsion de remise RAZ pour le multiplexeur 1. L'impulsion d'avance AP fait que le multiplexeur 1 produit successivement les signaux V1 à Vn Il se peut que le signal de l'amplificateur 11 change trop vite pour que le convertisseur 10 puisse échantillonner correctement.Cette difficulté a été résolue en modifiant les comparateurs de niveaux pour les rendre sensibles à la vitesse de variation du signal de l'amplificateur 11 ainsi qu'à la valeur absolue du signal de l'amplificateur, tel que l'amplificateur F2, ce qui est réalisé avec le comparateur de niveaux représenté sur la figure 2. Le comparateur de vitesses de la figure 2 comprend un détecteur de pente 40 recevant le signal de l'amplificateur F2, ainsi que des comparateurs 30A, 31A et une source 35A fournissant des tensions de référence V8, V9. Les tensions V8, V9 définissent les limites de la vitesse de variation du signal de l'amplificateur F2. Les signaux de sortie des comparateurs 30A, 31A sont appliqués à un circuit OU 36. Ainsi, avec le montage représente etlr a figure 2, un signal bas peut apparaître à la sortie de la porte 36 du comparateur LCt quand la vitesse de variation des signaux de l'amplificateur F1 est située à l'intérieur des limites définies par les tensions V8 et Vg. Le comparateur de niveaux LC1 de la figure 2 comporte aussi des comparateurs 30 et 31 recevant le signal de l'amplificateur F2, et une source de tension de référence 35 produisant les tensions V6, V7. Les tensions V6, V7 définissent une gamme de tensions correspondant à l'échelle complète du convertisseur 10. quand le signal de l'amplifi~ateur F2 est Jars les limites définies par les tensions V6, V7, le circuit OU 36 produit un niveau de sortie bas. Par contre, lorsque le signal de l'amplificateur F2 dépasse l'une des deux limites définies par les tensions V6, V7, l'un des deux comparateurs 30 ou 31 produit un signal haut qui fait qu'il apparaît à la sortie du circuit OU 36 un niveau élevé, et ce indépendamment du fait si oui ou non la vitesse de variation du signal F2 est dans les limites définies par les tensions Vg, Vg. Ainsi, le comparateur LC1 produit un niveau de sortie élevé quand l'amplitude du signal de l'amplificateur F1 n'est pas dans les limites définies par les tensions V6, V7 ou quand la vitesse de variation du signal de l'amplificateur F1 dépasse l'une des limites fixées par les tensions V8, Vg. Les comparateurs de niveaux LC2, LC3 et LC4 sont du même type que le comparateur LC1. En se référant maintenant à la figure 3, on voit à nouveau un certain nombre de canaux K1 à Kn, chaque canal incluant un circuit d'équilibrage 50 recevant un signal d'entrée d'un géophone correspondant, un transformateur d'entrée 51, un préamplifi cateur 53, un filtre passe-bas 5T, un filtre passe-haut 59 et un filtre Alais 62, et un commutateur 65 montés en série. Des préamplificateurs 53 à 53n fournissent aussi des signaux Pî à Pn relatifs à leur gain à un amplificateur à point flottant stabilisé par un écrêteur à large bande, qualifié ci-après amplificateur à point flottant 70.L'amplificateur à point flottant 70, qui sera décrit plus en détail par la suite, reçoit aussi le signal transmis par les commutateurs 65 à 65n en tant que signal Q. Le gain du préamplificateur 53 est normalement réglé manuellement afin de produire un gain global prédéterminé de chaque canal représenté sur la figure 3, tel qu'il est déterminé par le fonctionnement de l'installation qui sera discuté plus en détail par la suite. Toutefois, dans un mode de réalisation préféré, le gain des éléments 50 à 62 doit être BK, afin que K puisse être additionné à (ou soustrait de) l'exposant déterminé par les états suivants du canal. Dans un mode de réalisation du montage, on utilise une valeur de K égale à l'unité (K = 1 D00 et B = 8). Les commutateurs 65 à 65n sont commandés en multiplex par des signaux U à Un fournis par l'amplificateur à point flottant 70. L'amplificateur 70 produit des signaux numériques codés X correspondant à l'exposant du ccn- vertisseur 10 qui revoit aussi un signal W correspondant au signal sismique amplifié, de l'amplificateur 70. Le convertisseur 10 fournit des signaux numériques, correspondant à l'exposant et au signal W à l'enregistreur 20. En se référant maintenant à la figure 4, on voit un amplificateur à point flottant 70 qui comprend un commutateur électronique unipolaire à deux positions 80 ayant une entrée recevant le signal 9 des commutateurs 65 à 65n et une autre entrée connectée à la masse et commandée par un signal Z1 (représenté sur la figure 5) provenant du circuit logique diécrêtage 83 afin de, alternativement, mettre le signal Q à la masse et le transmettre à l'amplifi- cateur 131. Les amplificateurs B1 à B4, les blocs C2 à C4, les circuits-tampons D1 à D4, les comparateurs de niveaux LC1 à LC4, les commutateurs G1 à G5, les inverseurs H1 à H4, les circuits ET 7, 8 et 9, le registre 15, le codeur 16 et l'amplificateur 11 coo pèrent de la manière décrite ci-dessus (en omettant les commutateurs El à E5 et les amplificateurs F1 à F5) pour produire le signal W. Le signal de sortie de l'amplificateur 84 est aussi appli qué à un commutateur unipolaire à une position 88 qui relie l'amplificateur 84 au réseau de rétro-action 0. Le commutateur 88 est commandé par un signal Z2 (représenté sur la figure 5) provenant du circuit logique de commande d'écrêtage 83.La disposition est telle que le commutateur 80 envoie le signal Q des commutateurs 65 à 65n aux amplificateurs en série B1 à B4 où ils sont amplifiés comme il a été décrit, tandis que le commutateur 88 bloque le signal de sortie de l'amplificateur R4 afin de ne pas appliquer une rétro-action à l'amplificateur B1. Le commitateur 8 est ensuite commandé par le signal Z1 de la logique de commande 83 afin de mettre effectivement à la masse le signal de sortie de l'amplifica- teur but, de sorte que le niveau de sortie de l'amplificateur B4 est pratiquement zéro.Ensuite, plus tard, le commutateur BB est commandé par un signal Z2 du circuit logique de commande 83 pour transmettre le signal de sortie de l'amplificateur B4 au réseau 0 qui produit un signal de rétro-action appliqué à l'amplificateur 81 pendant une période de temps prédéterminée. Quand cette période de temps prédéterminée est finie, le signal Z1 commande le commutateur 80 pour transmettre le signal Q à l ampLificateur B1. En résumé, à chaque cycle de multiplexage T, le signal Q de l'un des commutateurs 65 à 65n est appliqué à l'amplificateur B1 pendant approximativement la moitié du cycle (T/2).Pendant la moitié du cycle (T/2) pendant laquelle le signal Q n'est pas appliqué à l'amplificateur ni, une tension d'erreur est appliquée au réseau 0 par l'amplificateur 134. il ressort de ce qui précède que la présente invention apporte un procédé et un montage d'enregistrement sismique dans lequel les signaux amplifiés correspondant à un signal d'entrée analogique sont simultanément comparés avec des signaux de référence afin de produire une sélection et un échantillonnage rapides d'un signal amplifié pour produire un signal de sortie analogique, des moyens étant prévus pour convertir ce signal analogique en signaux numériques correspondant au rapport du gain entre le signal de sortie analogique et le signal d'entrée analogique. Le montage et le procédé de l'invention prévoient aussi le multiplexage des divers canaux. Le montage comporte, en outre, un réseau pour effectuer une comparaison de la vitesse de variation des signaux, ainsi que pour procéder à une comparaison des amplitudes. REVENDICATIONS 1. Montage d'amplification comprenant des canaux d'amplification (A, B1, B4) pour amplifier des signaux d'entrée analogiques afin de produire des signaux amplifiés ayant des amplitudes différentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de comparaison de niveaux (LC1, LC4) pour comparer chaque signal amplifié, à l'exception de celui ayant la plus petite amplitude, avec des signaux de référence (V6, V7) correspondant à une gamme prédéterminée d'amplitudes de signaux de sortie analogiques (11) et pour produire respectivement un certain nombre de signaux de sortie, chaque signal de sortie étant représentatif du résultat d'une comparaison d'un signal amplifié différent avec les signaux de référence, un certain nombre de commutateurs (G1 G5), chaque commutateur recevant un signal amplifié différent et fournissant en réponse une impulsion d'écantillonnage différentie (Si, S5) destinée à transmettre le signal amplifié en tant que représentant le signal analogique quand l'impulsion d'échantillonnage est présente et pour bloquer le signal amplifié durant l'absence d'une impulsion d'échantillonnage ; des moyens de commande (15) pour appliquer tes impulsions d'échantillonnage (51, 55) à une cadence prédéterminée aux commutateurs (G1, G5) en accord avec les signaux de sortie provenant des moyens de comparaison (LC1, LC4) afin de faire en sorte que les commutateurs (G1, G5) transmettent des échantillons du signal amplifié en tant que signal de sortie analogique (11) et des moyens de conversion (10) pour produire des signaux numériques correspondant au rapport du gain entre le signal d'entrée analogique et le signal analogique réel (11) et à la polarité et la grandeur de ce signal de sortie analogique réel. 2. Montage selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits moyens de comparaison de niveaux (li1, LC4) comprennent un certain nombre de réseaux de comparaison, chacun desdits réseaux recevant un signal amplifié différent et incluant un premier et un second comparateurs (30, 31) pour comparer le signal amplifié approprié respectivement avec un premier et un second signaux de référence (V6, V7) afin de produire le signal de sortie représentatif de la comparaison. 3. Montage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de comparaison (30A, 31A) sont prévus pour comparer la vitesse de variation de chaque signal amplifié, à l'exception de celui ayant la plus petite amplitude, avec des signaux de référence (Vg, Vg) correspondant à une gamme prédéterminée de vitesses de variation d'amplitude et pour produire un certain nombre de signaux de sortie respectivement représentatifs des résultats des comparaisons. 4. Montage selon la revendication 3= caractérisé en ce que lesdits moyens de comparaison de vitesses comprennent un certain nombre de réseaux, chacun desdits réseaux recevant un signal amplifié différent et comprenant un détecteur (40) pour produire un signal correspondant à la vitesse de variation en fonction du temps du siqnal amplifié considéré, un troisième et u-;; qu3trizme comparateurs (30A, 31A) étant prévus pour comparer le signal de vitesse avec des signaux de référence de vitesse (V8, Vg) afin de produire les signaux de sortie représentatifs du résultat de la comparaison, les quatre comparateurs (30, 31, 30A, 31A) étant connectés à un circuit (36) pour produire un signal de sortie conforme aux signaux de sortie de ces comparateurs. 5. Montage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque canal d'amplification (A, B1, 24) comprend une série d'étages d'amplification montés en cascade, le premier étage d'amplification (A) de la cascade produisant un signal représentatif de son gain, un réseau de rétro-action (0) étant connecté à la sortie du dernier étage d'amplification (B4) afin d'appliquer en retour le signal à l'entrée du second étage d'amplification (B1). 6. Montage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs canaux d'amplification (K1, K2, Kn) pour amplifier différents signaux d'entrée analogiques afin de produire un groupe de signaux amplifiés ayant des amplitudes différentes ; un certain nombre de commutateurs (E1-E5) associés à chaque canal pour recevoir un signal de multiplexage, afin de transmettre le groupe approprié de signaux amplifiés aux commutateurs correspondants (G1, G5) et aux comparateurs de niveaux (lez, LC4) quand le signal de multiplexage a une certaine amplitude et pour bloquer le groupe de signaux amplifiés quand le signal de multiplexage a une autre amplitude ; et des moyens (1) pour fournir les signaux de multiplexage aux commutateurs (El, E5) de l'un des canaux à la fois. 7. Montage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs étages d'amplifica tion (53, 53n) pour amplifier les différents signaux d'entrée ana logiques reçus afin de produire des signaux amplifies correspondants et des signaux de gain, des moyens de commutation (65, 65n) reliés respectivement aux étages d'amplification (53, 53n) et pour recevoir des signaux de multiplexage (U1, Un) afin de transmettre l'un des dits signaux amplifiés à la fois, successivement, et des moyens (1) connectés aux moyens de commutation (65, 65n) pour produire les signaux de multiplexage, lesdits signaux amplifiés transmis succes sivement étant transmis auxdits canaux d'amplification (B1, B4). 8. Montage selon la revendication T, caractérisé en ce que chaque étage d'amplification (53, 53n) comprend un circuit d'équi librage (50), un transformateur (51) connecté au circuit d'équili brage (50), un amplificateur pour amplifier les signaux de sortie du transformateur et pour produire un signal correspondant au gain de l'amplificateur, un filtre passe-bas (57), un filtre passe-haut (59) connecté au filtre passe-bas, et un filtre Alais (62) connec té au filtre passe-haut afin de fournir un signal amplifié filtré aux moyens de commutation (65). 9. Montage selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend des seconds moyens de commutation (80) recevant le signal amplifié transmis par les premiers moyens de commutation (65) et un signal de commutation (Z1) pour transmettre le signal amplifié transmis soit à une entrée des canaux d'amplification (B1, B4), soit à la masse selon le signal de commutation (Z1), les seconds moyens de commutation (80) fournissant aussi le signal amplifié transmis par les premiers moyens de commutation (65) en tant que signal amplifié ayant la plus petite amplitude, des troisièmes moyens de commutation (88) connectés à la sortie des canaux d'amplification (91, B4) et recevant un second signal de commutation (Z2) pour transmettre le signal de sortie amplifié quand le second signal de commutation (Z2) a une certaine amplitude, des moyens de rétro action (0) reliant les troisièmes moyens de commutation (88) à une autre entrée des canaux d'amplification afin d'appliquer en retour le signal transmis par les troisièmes moyens de commutation (88) à ladite autre entrée, et des moyens (83) reliant les seconds et les troisièmes moyens de commutation (80) et (88) afin de produire les signaux de commutation (Z1 r Z2) de manière à transmettre alternativement le signal amplifié transmis par les premiers moyens de commutation (80) aux canaux d'amplification (B1, B4) et à la masse et pour appliquer en retour les signaux amplifiés à ladite autre entrée des canaux d'amplification (B1, B4), pendant que la première entrée des canaux d'amplification (B1, B4) est mise à la masse. 10. Montage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qutil comprend un groupe de géophones (g1) produisant le signal analogique qui est appliqué aux canaux d'amplification (A, B1, B4) Il. Montage selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs groupes de géophones 1 n) (g1" gn) produisant les différents signaux analogiques reçus aux fins d' amplitication.