Устройство речевого сопровождения в сейсмической станции, использующее принцип адаптивной дельта-модуляции
DEVICE FOR VOICE TRACKING IN SEISMIC STATION USING THE PRINCIPLE OF ADAPTIVE DELTA MODULATION

Область применения: Предполагаемое изобретение относится к области автоматики в геофизическом приборостроении и может быть использовано в различных геофизических приборах, например таких, как сейсмические станции.
Технический результат предполагаемого изобретения - улучшение качества звукового сигнала и увеличение количества речевых контрольных сообщений.
Известны сервисные устройства автоматики, используемые в геофизических приборах, которые обеспечивают представление оператору контрольной информации о работоспособности аппаратуры. В простейшем случае это может быть обычный светодиод, индицирующий, например отклонение контролируемого параметра от нормы. В некоторых случаях параллельно световому индикатору подключается тональный генератор, как это реализовано, например, в сейсмической станции «Прогресс» [1].
Известно, что в любой современной сейсморегистрирующей системе для визуализации сейсмограмм используется дисплей [2, 3]. Известно также, что наряду с геофизической информацией на экране дисплея отображаются данные контроля работоспособности различных блоков и модулей аппаратуры. Например, напряжение питания, правильность подключения сейсмических датчиков и т.п. Весь спектр контролируемых параметров так или иначе представлен на экране дисплея. В то же время, опыт полевых геофизических работ показывает, что при напряженной работе, особенно к концу рабочего дня вероятность пропуска оператором какого-либо контрольного параметра, отображаемого на дисплее, резко возрастает. Соответственно снижается продуктивность работы.
Повысить качество и надежность контрольной информации, предоставляемой оператору геофизического прибора с целью снижения брака в работе и повышения производительности можно за счет введения в состав геофизического прибора, в частности, сейсмической станции дополнительного блока, обеспечивающего представление контрольной информации не только в виде зрительных образов, но и в виде речевых сообщений.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является сейсмическая станция с блоком речевого сопровождения, использующим принцип дельта модуляции [4]. В состав сейсмической станции введено дополнительное устройство, обеспечивающее речевое сопровождение контрольной информации, представленной, например, на экране дисплея в виде зрительных образов. В основе работы блока речевого сопровождения лежит линейная дельта-модуляция (ЛДМ). К недостаткам данного устройства можно отнести чрезвычайно высокую частоту дискретизации речевого сигнала, что сильно ограничивает количество речевых контрольных сообщений, либо ведет к неоправданному увеличению объема постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), в котором хранятся цифровые коды этих сообщений.
Технический результат - улучшение качества звукового сигнала и увеличение количества речевых контрольных сообщений достигается следующим образом.
В линейный дельта-демодулятор, использующийся в блоке речевого сопровождения добавляется узел адаптации, что переводит работу этого узла в режим адаптивной дельта-модуляции (АДМ). Принципы работы дельта-модуляции с различными системами адаптации описаны в [5].
На фиг. 1 показана структурная схема блока речевого сопровождения, который содержит последовательно соединенные микроконтроллер 1 управления, имеющий п стартовых входов, ПЗУ 2, дельта-демодулятор дополненный устройством адаптации, выполняющий функцию цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) 3, фильтр низкой частоты (ФНЧ) 4, усилитель мощности 5 звуковой частоты (УМЗЧ) и громкоговоритель 6. Работает блок речевого сопровождения следующим образом.
Микроконтроллер 1 имеет п входов, каждый из которых является стартовым для воспроизведения необходимого звукового фрагмента. Входы могут быть подключены к различным узлам и датчикам сейсмостанции, формирующим стартовые сигналы. При поступлении стартового импульса на один из входов, микроконтроллер 1 управления формирует соответствующий начальный адрес для ПЗУ 2 с которого начинается воспроизведение звуковой фразы, т.е. считывание цифровой последовательности из ПЗУ 2 и передача ее на вход адаптивного дельта-демодулятора 3, где происходит цифро-аналоговое преобразование, затем фильтрация в ФНЧ 4, усиление и воспроизведение в блоках 5 и 6.
такт.
Остановимся более подробно на принципе работы адаптивной дельта-модуляции и соответственно адаптивного дельта-демодулятора, примененного в предполагаемом изобретении. Структурная схема адаптивного дельта-модулятора, с помощью которого производится предварительная запись цифрового эквивалента речевых сообщений в ПЗУ, изображена на фиг. 2. Он содержит входной сумматор 7, компаратор 8, 2-х разрядный сдвиговый регистр 9, разряды которого подключаются к элементу «исключающее ИЛИ» 10, формирователь двухполярных импульсов 11 и управляемый интегратор 12. На фиг. 3 приведены эпюры напряжений в характерных точках модулятора, поясняющие его работу: 13 - входной аналоговый сигнал U(t) и восстановленный U*(t), подводимые к сумматору 7; 14 - разностный выходной сигнал сумматора; 15 - цифровой сигнал Y с выхода компаратора 8; 16 - сигнал, поступающий с выхода формирователя импульсов 11 на вход управляемого интегратора 12. Из приведенных графиков видно, что для улучшения аппроксимации входного аналогового сигнала восстановленным, необходимо увеличить тактовую Частоту F.
такт.
Вместе с тем анализ показывает, что улучшения аппроксимации можно добиться и не изменяя F Необходимо лишь в зависимости от крутизны кривой входного сигнала в какой-либо точке соответственно изменять величину Δ (шаг квантования, показанный на графике 13 фиг. 3), т.е. изменять крутизну аппроксимирующего напряжения U*(t). Изменять Δ можно изменением либо постоянной интегрирования интегратора 12 (фиг. 2), либо амплитуды импульсов, подводимых к нему. В предлагаемом адаптивном модуляторе используется изменение постоянной интегрирования. В качестве переменного резистора в управляемом интеграторе 12 (фиг. 2) применен полевой транзистор, управляемый напряжением, поступающим с пассивной интегрирующей цепи, на которую подан сигнал с элемента «исключающее ИЛИ» 10 (фиг. 2).
Иными словами, предлагаемый дельта-модулятор преобразует в цифровую последовательность не сам сигнал, а его производную, из которой интегрированием можно восстановить исходный сигнал с хорошим качеством, при этом со значительно более низкой частотой дискретизации, чем при линейной дельта-модуляции, что наряду с улучшением качества позволяет записать больший объем речевой контрольной информации в ПЗУ.
На фиг. 4 показана развернутая структурная схема адаптивного дельта-демодулятора 3, изображенного на фиг. 1. Нетрудно видеть, что демодулятор представляет собой по сути аналог канала восстановления модулятора. Важной особенностью всей системы дельта-модулятор (при записи цифровых кодов в ПЗУ) - дельта-демодулятор (при восстановлении аналоговых сигналов из цифровой последовательности) является обязательность идентичности каналов восстановления. Входом демодулятора являются входы 2-разрядного сдвигового регистра 17 и формирователя двухполярных импульсов 19, разряды регистра сдвига подключены к элементу «исключающее ИЛИ» 18, а управляемый и информационный входы управляемого интегратора 20 соединены соответственно с выходами элемента «исключающее ИЛИ» 18 и формирователя двухполярных импульсов 19. Выход демодулятора - выход интегратора 20, восстановленный аналоговый сигнал с которого поступает на вход ФНЧ 4 (фиг. 1). На вход демодулятора подается цифровая последовательность Y с выхода ПЗУ 2 (фиг. 1).
Источники информации.
1. Турлов П.А., Ямпольский A.M., Гольштейн В.Л. Эксплуатация цифровых сейсморазведочных станций «Прогресс». М. Недра, 1986.
2. Сенин Л.Н., Сенина Т.Е. Дисплей с внешним динамическим управлением в переносной сейсмической станции. Промышленные АСУ и контроллеры №6. М: Научтехлитиздат, 2007, с. 42-46.
3. Пигузов С.Ю. Цифровые сейсморегистрирующие комплексы. Учебное пособие. М: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 1999. 36 с.
4. Сенин Л.Н. Сейсмическая станция с блоком речевого сопровождения, использующим принцип дельта-модуляции. Патент РФ №2339055. Зарегистрирован 20.11.2008 г. - Прототип.
5. Котович Г.Н., Ламекин В.Ф. Проектирование дельта - преобразователей речевых сигналов. М. Радио и связь, 1986. 190 с.