Brevet FR2626423A1 — publié le 19890728

La présente invention a pour objet un dispositif d'acquisition permettant de numériser des signaux à grande dynamique après une amplification éventueLLe. L'acquisition de signaux anaLogiques a grande dynamique intervient dans de nombreux domaines -et notamment dans te domaine de La prospection sismique. Les méthodes de prospection sismique comportent généralement L'émission d'ondes par une source sismique, La réception des ondes renvoyées par Les differents interfaces réfléchissants du sous-sol et La réalisation d'enregistrements sismiques représentatifs de La configuration du soussot. La réception des ondes est effectuée par des dispositifs de réception comportant un très grand nombre de capteurs répartis Le Long du profil sismique à étudier. Pour la prospection sismique en mer, Les capteurs sont répartis tout Le long et à L'intérieur d'une gaine souple, étanche, de grande longueur que L'on appelle flOte sismique. L'ensemble des capteurs est généralement réparti en une pluralité de sousensembles. Les signaux captés par Les capteurs d'un même sous-ensemble sont Le plus souvent coLLectés par un appareiL- électronique d'acquisition de données qui les numérise et Les enregistre. A intervaLLes déterminés, Les signaux enregistrés par -les différents appareils d'acquisition sont transmis séquentieltement à un Laboratoire centraL de commande et d'enregistrement par L'intermédiaire d'un système de transmission muLtiptexée au moyen de lignes de transmission ou encore par radio. Un tel système de transmission est décrit par exemple dans le brevet français o n 2 471 088. Pour obtenir un pouvoir de résolution de plus en pLus grand, on est conduit à déveLopper des dispositifs de réception sismique, comportant un nombre accru de capteurs sismiques_ et par conséquent à augmenter paraLLèLement le nombre et la comptexité des appareiLs d'acquisition utilisés pour collecter tous Les signaux reçus. IL est donc souhaitable d'employer des appareils d'acquisition dont les différents modules électroniques sont optimisés pour conciLier à la fois les performances, la fiabilité et une consommation électrique relativement basse. Les dispositifs.d'acquisition utilisés notamment dans les systèmes d'émissionréception sismiques, comportent par exemple un multiplexeur anaLogique dont les differentes entrées sont connectées aux différents capteurs de signaux, soit *directement, soit par l'intermédiaire de préamplificateurs à gain fixe et de filtres. La sortie du multiplexeur est connectée à un ampLificateur unique constitué de plusieurs étages 2P connectés en série ou en paraLLèLe. -Chacun des étages peut être associé à un réseau de contre-réaction. Un organe de sélection choisit Le nombre d'étages d'amplification et/ou Leurs gains respectifs, de manière à donner à chaque signaL amplifié une amplitude convenable avant de l'appliquer à un convertisseur analogique-numérique. CeLui-ci transforme chaque échantillon de signal en un mot numérique, en comparant son amplitude avec un signal de référence fixe qui lui est appLiqué. Différents amplificateurs sont décrits par exempLe dans le brevet français n 2 234 709 o Les brevets US n 4 069 479, 4 031 504, 3 754 240 etc. L'application à un signal d'un gain ou d'une atténuation optimale, exige le pLus souvent de réaliser des commutations pour -3 - faire varier Le nombre d'étages qu'il traverse et/ou Le gain ou L'atténuation appliqué par chacun d'eux et l'on est confronté alors à des difficultés de mise au point tenant aux tensions dites "d'offset"' aux non-Linéarités des étages, aux risques de saturation, ces difficultés étant d'autant pLus grandes que L'on utilise des étages d'amplification aux performances Limitées, ceci pour des raisons de prix de revient ou de consommation éltectrique notamment. Le dispositif d'acquisition selon L'invention permet de transformer un signal analogique en échantillons de signaux numérisés avec une 1 structure relativement simpLe o Les signaux appLiqués ne sont pratiquement pas altérés durant toute la phase de Leur acquisition. Il comporte des moyens d'échantiLLonnage et un convertisseur analogiquenumérique adapté à transformer Les échantiLlons de signal délivrés successivement par les moyens d'échantiLLonnage, en mots numériques, en relation avec une tension de référence. IL est caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble pour engendrer une tension de référence variable pour le convertisseur anaLogique-numérique, dont L'amplitude dépend de celtes des échantillons de signaux à numériser. L'ensemble pour engendrer une tension de référence variable comporte par exempLe un moyen pour engendrer une tension stabiLisée d'amplitude bien déterminée, un moyen diviseur de tension produisant une pluralité de tensions secondaires et des moyens de sélection pour choisir parmi les tensions secondaires, ceLLtte qui convient pour. la numérisqtion de chacun des échantiltLons de signaux à numériser. Les moyens de sélection comportent par exemple plusieurs comparateurs de tension pour comparer l'amplitude des échantillons successifs avec lesdites tensions secondaires dérivées de la tension stabilisée, un moyen de commutation pour choisir L'une des tensions secondaires et un 2626423- 4- ensemble logique pour engendrer un signal de commande du moyen de commutation et un signal indicatif de la tension'secondaire choisie. Avec une telle structure, Les signaux à numériser, préalablement amplifié s'il y a lieu dans un amplificateur a gain fixe, sont directement appliques aux moyens d'échantillonnage et de conversion analogiquenumérique. D'autres caractéristiques et avantages du'dispositif selon l'invention apparaîtront à la lecture de La description d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif, en se référant au dessin annexé o la figure 1 montre un.schéma synoptique du dispositif. On voit sur la figure 1 que Les signaux à numériser sont appliques à un amplificateur à gain fixe- 1 si leur niveau est insuffisant. Lés signaux ampli-fiés sont dirigés vers l'entrée d'un échantilLonneur-bl6queur 2. La sortie de celui-ci est connectée à l'entrée d'un convertisseur anaLogiquenumérique 3. Le dispositif comporte un ensemble 4 pour engendrer -une tension de référence variable. Cet ensembLe 4 comporte une source de tension stabilisée 5 2a détivrant une tension bien constante VS Un réseau diviseur de tension comportant par exemple cinq résistances R1 à R5 interconnectées en série, relie à la masse la sortie de la source de tension 5. Les vaLeurs des différentes résistances R1 à R5 du réseau sont choisies de manière que les tensions mesurables aux noeuds d'interconnexion des résistances R1 et R2, R2 et R3, R3 et R4, R4 et R5, soient respectivement égales à VS/2, Vs/4, VS/8 et VS/16 par exemple. La sortie de la source 5 et les différents noeuds d'interconnexion sont reliés respectivement aux entrées de cinq amplificateurs-tampons A1, A2... .A5. Les sorties de ces amplificateurs-tampons sont connectées à cinq entrées X.1 X2"..X5 d'un multiplexeur 6. La sortie de celui-ci est connectée à l'entrée eref du convertisseur analogique-numérique 3 adaptée à recevoir la tension de référence en fonction de Laquelle la conversion en signaux numériques est effectuée. -5- Les sorties des amplificateurs-tampons A1 à A5 sont respectivement connectées aussi à une première entrée de cinq comparateurs de tensions C, C2...C5. La seconde entrée de.chacun de ceux-ci est reliée à la sortie de l'échantilLonneur-bLoqueur 2. Les sorties de comparateurs C1 à C5 sont connectées à des entrées d'un ensemble de portes logiques 7 adapté à sélectionner La tension VR à appliquer sur L'entrée eref du convertisseur 3 parmi les tensions disponibLes aux entrées X1 à X5 du muLtipLexeur 6, et à déLivrer un signaL indicatif de La vaLeur G du gain à associer à chaque mot numérique N(Ve) issu du convertisseur analogique-numérique 3. Les operations de sélection peuvent être résumées par le tableau cidessous o la première colonne P correspond aux différentes plages de variation de la tension Ve, délimitées par les tensions Vs, V/2, Vs/4, VS/8 et V5/16; la seconde colonne X, au numéro dtune entree X1à X5 du muLtiptexeur 6 effectivement connectée à ltentrée eref du convertisseur anaLogique-numérique 3 en fonction de La plage o se situe La tension d'entrée Ve et la troisième colonne, le mot numérique G à 3 bits associé à chaque valeur numérique N(Ve) en fonction de la commutation effectuée par le muLtiptexeur 6. I I I|, G i| P I X g 91 g2 - [v - l - 1 _s IV I I I I 35..... . . , -6 - Chique échantillon de signal numérisé est donc défini par deux mots numériques L'un N(Ve) correspondant -à une mantisse et L'autre G à un exposant associé. Le convertisseur-analogique numérique 3 et les différents circuits de sélection de la tension de référence permettent donc de numériser des signaux à dynamique très Large. On ne sortirait pas du cadre de l'invention en changeant le nombre de pLages de variations aux limites desquelles on opère des changements de la- tension de référence appliquée au convertisseur analogique-numérique, ou bien en choisissant des coefficients de proportionnalité quelconques entre les tensions disponibles sur le réseau diviseur de tension (R1 à R5) au lieu des puissances successives de Z. 26264Z3 REVENDICATIONS 1. - Dispositif d'acquisition pour amplifier, échantillonner et numériser des signaux à grande dynamique comportant des moyens d'échantillonnage des signaux (2) et un convertisseur analogique-numérique (3) adapté à transformer Les échantiLLons de signal délivrés successivement par les moyens d'échantillonnage en mots numériques, par comparaison de l'amplitude desdits échantilLans avec une tension de référence (V), caractérisé en ce qu'iL comporte un ensemble (4) pour engendrer une tension de référence sur Ledit convertisseur analogique-numérique, dont L'amplitude dépend de celLte des échantillons de signaux à numériser. 2. - Dispositif d'acquisition selon la revendication 1, caractéris6-en ce que l'ensemble (4) pour engendrer une tension de référence variable, comporte un moyen (5) pour engendrer une tension stabilisée d'amplitude bien déterminée, un moyen diviseur de tension (R1-R5) produisant une pluralité de tensions secondaires et des moyens de séLection pour choisir parmi les tensions secondaires, celle qui convient pour La numérisation de chacun des échantillons de signaux successifs à numériser. 3. - Dispositif d'acquisition seLon la revendication 2, caractérisé en ce que Les moyens de sélection comportent plusieurs comparateurs de tension pour comparer L'amplitude de chacun des échantillons successifs avec lesdites tensions secondaires déPivées de La tension stabilisée, un moyen de commutation (6) pour choisir L'une des tensions secondaires et un ensemble logique (7) pour engendrer un signal de. commande du moyen de commutation (6) et un signal indicatif de ladite tension secondaire choisie. 4. - Dispositif d'acquisition selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen diviseur de la tension stabilisée comporte un réseau de rsistances (R1-R5) dont Les valeurs sont choisies pour que les tensions secondaires soient dans un rapport de proportionnalité déterminé Les unes par rapport aux autres.