DE2302017B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Fernanalyse der Zusammensetzung des Milieus - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Fernanalyse der Zusammensetzung eines Milieus und auf eine Vorrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens. Die Erfindung kann insbesondere Anwendung finden für die an Ort und Stelle vorgenommene qualitative und quantitative Feststellung der eine Erdöllagerstätte bildenden Elemente.

Eine bekannte Methode zur Durchführung einer Analyse der chemischen Zusammensetzung eines

Milieus besteht in der Feststellung und Analysierung der von diesem Milieu in Reaktion auf eine Erregerstrahlung rückgestreuten Strahlung. Jedes Material kennzeichnet sich durch eine in Art, Amplitude und Dauer besondere Strahlung, so daß die Analyse der aufgefangenen Strahlung eine qualitative und quantitative Bestimmung der Materialien gestattet, an denen sie ihren Ursprung hat.

Wenn die Erregers.rahlung von einer gepulsten

^Uße ? TSlSti!^? Γ"? Γ"⁰· ^DiC Vorteilhafte Ausfühmngsvarianten für das Ver-

Eintteffgeschw.nd.gkeit fur dmse Impulse kann ex- fahren sind in den echten Unteransprüchen 2 und 3

trem hoch liegen. Nun verlangt jedoch die Verarbei- 5 angegeben

„,ng eines Signals das in Form einer Impulsfolge Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur ,uftntt, eine bestimmte Zeit da diese Behandlung Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, ,us einer Analyse oder einer Zahlung besteht und die _{wili sie im} Anspruch 4 gekennzeichnet ist. bekannten Vorrichtungen zur Durchführung dieser Weitere Ausgestaltung der Vorrichtung sind in den Vorgänge sämtlich eine gewisse Totzeit aufwehen. ₁₀ echten Unteransprüchen 5 bis 7 gekennzeichnet. Daraus folgt, daß dann wenn d.e Eintreffgeschwin- I_n der Zeichnung ist die Erfindiuig an Hand eines «Jigkeit der zu untersuchenden Impulse sehr groß ist, bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Analysierte bestimmte Anzahl dieser Impulse fur die Signal- vorrichtung veranschaulicht; dabei zeigt in der Zeichauswertung unberücksichtigt bleibt. Zur Prazisierung _nung

der Größenordnung dieser Informationsverluste kann 15 Fi g. 1 das Grundschema für eine Schaltung zum

man sagen daß eine übliche Analysiereinrichtung, Einschreiben, Speichern und Auslesen der zu ver-

wie beispielsweise ein Vielkanalanalysator, eine Tot- arbeitenden Information,

zeit aufweist, die in der Größenordnung einiger F i g. 2 ein Schaltbild für den allgemeinen Aufbau

10 Mikrosekunden liegt. Wenn also zwei einfallende einer erfindungsgemäß ausgebildeten Analysiervor-

Iirpulse durch eine geringere Zeitspanne als 20 richtung,

10Mikrosekunden voneinander getrennt sind, wird Fig. 3 ein Diagramm zur Veranschaulichung des.

der zweite einfallende Impuls von der Analysierein- zeitlichen Verlaufs einiger an bestimmten Stellen in

richtung nicht verarbeitet, da er noch während der der Schaltung von Fig. 2 auftretender Spannungen,

Verarbeitungszeit für den ersten Impuls am Analy- F i g. 4 ein Diagramm zur Veranschaulichung der

sator eintrifft. Daraus ergibt sich ein Informations- 25 Steuerimpulsfolge für den Fall eines Speichers min

verlust, der sich insbesondere in einer Verschlech- sieben Kanälen,

terung der Genauigkeit oder des Analysetaktes F i g. 5 ein Grundschaltbild für den Aufbau eines

äußert. bei einer Ausführungsvariante der Erfindung ver-

Es ist daher bereits der Vorschlag gemacht wor- wendbaren Analog-Digital-Wandlers,

den, die zu behandelnde Information zu speichern 3° Fig. 6 zwei Möglichkeiten für die Übertragung

und anschließend mit einer passenden und hin- einer Digualsignals zum Analysator mit Hilfe eines

reichend langsamen Geschwindigkeit wieder herzu- Ubertragungskabels und

stellen, um die Informationsverarbeitung mit einem F i g. 7 eine schematische Darstellung zur Veran-

Rhythmus vornehmen zu können, der den bekann- schaulichung der generellen Anordnung einer erfin-

ten Verarbeitungsgeräten angepaßt ist. Ein Beispiel 35 dungsgemäß ausgebildeten Analysiervorrichtung,

für diesen Vorschlag findet sich in der US-PS In F i g. 1 ist das Grundschema für eine Schaltung

34 35 224, wobei als Speicher ein Zähler benutzt veranschaulicht, die eine Einschreibung, Speicherung

wird, der im wesentlichen zwei bistabile Kippstufen und Auslesung charakteristischer Größen eines Im-

aufweist. Ein solcher Speicher registriert das Auf- pulses ermöglicht. Die dargestellte Schaltung enthält

treten der rückgestreuten Impulse und zählt sie, er 40 drei Unterbrecher P, P' und R sowie einen Konden-

hält jedoch keinerlei Information über die Ampli- sator C. Die Eingangsklemme der Schaltung trägt

tude oder die charakteristische Fläche dieser Im- die Bezugszahl 2, während die Ausgangsklemme der

pulse fest. Daher ist es mit einer solchen Speicher- Schaltung mit der Bezugszahl 4 bezeichnet ist. Das

einrichtung nicht möglich, die charakteristischen Arbeitsprinzip der dargestellten Schaltung ist das

Eigenschaften der einfallenden Impulse mit langsa- 45 folgende: Die willkürlichen Impulse, die für den Fall,

mem Rhythmus wiederzugewinnen. daß sie ursprünglich Spannungsimpulse sein sollten,

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, gegebenenfalls in Stromimpulse umgewandelt wor-

eine Fernanalyse zu ermöglichen, die auch bei hoher den sind, treffen an der Eingangsklemme 2 ein; der

Eintreffgeschwindigkeit der auszuwertenden Impulse Unterbrecher P wird geschlossen, während die Unter-

ohne Informationsverluste arbeitet, indem sie sowohl 50 brecher P' und R offen bleiben. Der an der Ein-

die Impulsanzahl als auch die Impulsform voll be- gangsklemme 2 eintreffende Impuls wird daher dem

rücksichtigt. Kondensator C zugeführt, wo er integriert wird; an-

In Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren im schließend wird der Unterbrecher P wieder geöffnet,

Patentanspruch 1 angegeben, dabei der erfindungsge- und der Kondensator C behält seine Ladung. Diese

mäße Anteil der Lösung im kennzeichnenden Teil 55 Vorgänge bilden die Einschreibphase für die Ein-

dieses Anspruch 1. Schreibung der Information in den durch den Kon-

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also densatorC gebildeten Kanal. Die Informationsausim Gegensatz zu dem obenerwähnten bekannten lesung wird durch Schließen des Unterbrechers P' Vorschlag nicht nur eine Zählung durchgeführt, son- vorgenommen, wodurch sich an der Ausgangsdern es werden die charakteristischen Merkmale der 60 klemme 4 ein Ausgangssignal ergibt, dessen Amplieinfallenden Impulse gespeichert und anschließend tude eine Funktion des im Kondensator C gespeichermit einem gewählten Rhythmus wiederhergestellt, so ten Signals ist. Nachdem das an der Ausgangsdaß sich eine globale Analyse durchführen läßt, die klemme 4 auftretende Signal durch in F i g. 1 nicht zur Bestimmung der Anzahl der aufgefangenen Im- dargestellte Einrichtungen verarbeitet ist, wird der pulse eines bestimmten Typs führt. Das Ergebnis die- 65 Unterbrecher R geschlossen, wodurch der Inhalt des ser Analyse ist daher sehr viel vollständiger als das durch den Kondensator C gebildeten Kanals auf den Analysenergebnis, das sich mit Hilfe der bisher tie- Wert Null zurückgeführt wird; damit ist dieser Speikannten Analysiereinrichtungen gewinnen läßt, die cherkanal wieder aufnahmebereit für die Aufnahme

eines neuen Impulses, der sodann eingeschrieben, gespeichert und ausgelesen werden kann, wobei sich diese Vorgänge in der gleichen Wiese vollziehen, wie dies oben beschrieben ist.

Wenn die Zeitspanne, die zwischen dem Eintreffen zweier aufeinanderfolgender willkürlicher Impulse an der Eingangsklemme 2 liegt, kürzer ist als die Zeitspanne, die für die Vorgänge der Einspeicherung, Auslesung und Nullrückstellung erforderlich ist, so müssen ρ Speicherkanäle vorgesehen werden, wobei die Anzahl ρ größer sein muß als die Anzahl η der einzuspeichernden willkürlichen Impulse. Der gesamte Speicher besteht daher aus ρ Kanälen, von denen jeder mit einer ersten und einer zweiten Adressierstufe verbunden ist, von denen die erste Adressierstufe am Speichereingang liegt und zur Verteilung der einfallenden Impulse auf die einzelnen Kanäle dient, während die zweite Adressierstufe, in Laufrichtung der Impulse gesehen, hinter dem Speicher liegt und die Wiederherstellung der Impulse ermöglicht.

Bei den Verfahren liegt eine Einspeicherung der die willkürlichen Impulse betreffenden Information in analoger Form an Stelle der bisher üblichen bloßen Zählung der einfallenden Impulse und eine anschließende Wiedergewinnung der eingespeicherten Information mit geringem Durchsatz und in periodischer Weise vor.

In Fig. 2 ist das in Fig. 1 angedeutete Schaltbild genauer ausgeführt. Dabei gelangt in F i g. 2 eine von einer Sonde 1 abgegebene Folge willkürlicher Spannungsimpulse zu einer Eingangsklemme E. Diese Impulse werden durch eine Verzögerungsleitung 6 verzögert und anschließend in einem Wandler 8 in Stromimpulse umgewandelt. Diese Stromimpulse werden sodann mit Hilfe einer ersten Adressierstufe 10, eines Pufferspeichers 12 und einer zweiten Adressierstufe 14 eingeschrieben, gespeichert und ausgelesen. Die erste Adressierstufe 10 enthält beispielsweise sieben Unterbrecher, die in Fig. 2 mit P₁, P₂, P₃... P₇ bezeichnet sind, und die zweite Adressierstufe 14 weist entsprechend sieben Unterbrecher P/, P₂', Pj'... P₇' auf. Ebenso sind im Speicher 12 sieben Speicherkanäle vorhanden, die im vorliegenden Falle aus Kondensatoren C₁, C_t, C₃.. .C₇ bestehen. Der Unterbrecher/? ist als gemeinsamer Unterbrecher für die Rückstellung aller Speicherkanäle auf den Wert Null vorgesehen. Eine in F i g. 2 insgesamt mit der Bezugszahl 20 bezeichnete Schaltung gestattet es, das Erscheinen der einfallenden willkürlichen Impulse festzustellen und Adressensignale zu bilden, um mit Hilfe der ersten Adressierstufe 10 diese Impulse auf die verschiedenen Kanäle im Pufferspeicher 12 zu richten; diese Schaltung 20 enthält einen Diskriminator 22, der durch ein Potentiometer 24 so geregelt wird, daß er nicht auf Grundrauschen anspricht, und einen Adressenselektor 26 mit sieben Ausgängen v4_1$ A_t ... A₁, die mit den sieben Steueranschlüssen für die Unterbrecher P der ersten Adressierstufe 10 verbunden sind. Ein zweiter Adressenselektor 32 wird durch einen Taktgeber 33 gesteuert, und er weist sieben Ausgangsanschlüsse B₁, B₂... B₇ auf, die mit den sieben Unterbrechern P' in der zweiten Adressierstufe 14 verbunden sind. Der zweite Adressenselektor 32 bestimmt den geöffneten oder geschlossenen Zustand für die Unterbrecher P'. Ein achter Ausgangsanschluß B₈ des zweiten Adressenselektors 32 ist mit dem Unterbecher/? für die Nullrückstellung verbunden. Die Formung der Ausgangsimpulse erfolgt in einer Ausgangsstufe 16, die aus einem Rechenverstärker 28 besteht, zwischen dessen Eingang und Ausgang ein Kondensator 30 eingefügt ist, der sich mit Hilfe eines Unterbrechers R' kurzschließen läßt, dessen Zustand durch den zweiten Adressenselektor 32 gesteuert wird, mit dem er über dessen neunten Ausgangsanschluß B₉ verbunden ist. Die Ausgangsstufe 16 ist daher, wie dies bekannt ist, ein

ίο Integrator mit Nullrückstellung. Ein Rechenverstärker 18 dient der Impedanzanpassung des Systems an die Impedanz einer an den Ausgang 5 der gesamten Vorrichtung angeschlossenen Übertragungsleitung. Die Bezugszeichen α und b bezeichnen Schaltungspunkte für die Beschreibung der Funktionsweise der in F i g. 2 dargestellten Schaltung.

In F i g. 2 sind zur Vereinfachung der Darstellung in dem Gesamtschaltbild alle Verstärker weggeblieben, die gegebenenfalls dazu dienen können, das Signal am Schaltungsausgang S auf eine passende Amplitude zu bringen. Außerdem ist der Wandler 8 nicht im einzelnen dargestellt, da er von an sich bekannter Bauart sein kann, indem er beispielsweise einen Rechenverstärker enthält, der mit Widerständen gleicher Größe gekoppelt ist und eine Spannung in einen dazu proportionalen Strom umwandeln kann. Weiterhin sind die Unterbrecher P und P' lediglich schematisch angedeutet, jedoch liegt es auf der Hand, daß diese Unterbrecher in der Praxis durch Transistorschaltungen wie beispielsweise Schaltungen mit Feldeffekttransistoren realisiert werden können. In diesem Falle bilden die Steueranschlüsse der Unterbrecher jeweils das Tor für die Feldeffekttransistoren, und der leitende oder nicht leitende Zu- stand der Transistoren hängt dann von der an diesen Toren anliegenden Spannung ab. Die Ausgänge A₁ bis A₁ des Adressenselektors 26 sind dann mit den Toren der sieben Transistoren P verbunden, während die sieben Ausgänge B₁ bis B₇ des Adressenselektors 32 mit den Toren der sieben Transistoren P' verbunden sind. Die Adressenselektoren 26 und 32 sind in F i g. 2 ebenfalls nicht im einzelnen veranschaulicht, da sie wiederum von bekannter Bauart sein können.

Zum leichteren Verständnis der Arbeitsweise der in Fig. 2 veranschaulichten Schaltung soll nunmehr auf die Darstellung in F i g. 3 und 4 Bezug genommen werden. In F i g. 3 sind Zeitdiagramme dargestellt, die den Verlauf von Spannungen an verschiedenen Stellen in der Schaltung von F i g. 2 veranschaulichen. Dabei geben die Zeilen E und 5 die Verhältnisse am Schaltungseingang bzw. am Schaltungsausgang wieder, die Zeilen P₁ und P/ sind entsprechend Fig. 1 den beiden Unterbrechern für die Adressierung am Eingang bzw. am Ausgang des ersten Speicherkanals zugeordnet, während die Zeile R' zum Unterbrecher für die Nullrückstellung des Kondensators im Integrator 16 gehört. Diese Zeilen a und b sind den entsprechenden Schaltungspunkten

in F i g. 2 nach der Verzögerungsleistung 6 bzw. am Eingang des den ersten Speicherkanal bildenden Kondensators C₁ zugeordnet. Der in Fi g. 3 ganz oben dargestellte einfallende Impuls stellt den ersten Spannungsimpuls dar, der am Eingang E der Schal-

tung von Fig. 2 erscheint. Das Eintreffen dieses Impulses wird durch den Diskriminator 22 festgestellt, der daraufhin über den ersten Adressenselektor 26 den Unterbrecher P₁ zum Schließen bringt (Rechteckim-

puls) in Zeile P₁ von F i g. 3). Auf diese Weise wird der einfallende Impuls zum ersten Speicherkanal im Pufferspeicher 12 geleitet. Da sich dieser Adressiervorgang in einer vom Wert Null verschiedenen endlichen Zeitspanne vollzieht, ist es erforderlich, den einfallenden Impuls so zu verzögern, daß der Unterbrecher P₁ beim Eintreffen des Impulses geschlossen ist. Dies wird durch die Einschaltung der Verzögerungsleitung 6 erreicht, die eine in F i g. 3 mit τ bezeichnete Verzögerung bewirkt. Der Wandler 8 setzt den Spannungsimpuls in einen Stromimpuls um, der sodann dem Kondensator C₁ zugeführt wird, wo er integriert wird. An den Klemmen des Kondensators C₁ tritt daher eine Spannung auf, die in ihrem Aussehen der in Zeile b in F i g. 3 dargestellten Spannung entspricht. Diese Spannung erreicht eine Stufe V_c, die so lange erhalten bleibt, wie die Informationseinspeicherung dauert. Die Auslesung des Kanalinhalts wird durch den Adressenselektor 32 ausgelöst, der am Anschluß A₁ einen rechteckigen Spannungsimpuls abgibt, der den Unterbrecher P₁' zum Schließen bringt. Dies führt zu einer Übertragung der im Kondensator C₁ enthaltenen Ladung in den Integrator 16. In der Zeile 5 in F i g. 3 ist die permanente Spannung V₁ dargestellt, die am Ausgang des Integrators 16 bzw. bei einer Verstärkung 1 im Verstärker 18 am Ausgang 5 nach der Übertragung der Ladung des Kondensators C₁ auftritt. Diese Spannung wird auf den Wert Null zurückgeführt, sobald der Adressenselektor 32 dem Unterbrecher R' ein Signal (Zeile R' in F i g. 3) zuführt, das diesen zum Schließen bringt.

Bezeichnet man den hinter dem Wandler 8 auftretenden Strom mit ί(ί), so läßt sich die Amplitude der Ausgangsspannung nach der Auslesung dt-; Speicherkanals berechnen. Die im Kondensator C₁ gespeicherte Ladung Q_c ist nämlich gegeben durch

= Ji{t)dt.

(1)

Die Ladespannung V_c des Kondensators mit der Kapazität C₁ ergibt sich damit zu:

(2)

Die Ladung Q_c wird anschließend dem Integrator 16 zugeführt, dessen Kondensator 30 eine Kapazität C₁ aufweist, so daß am Ausgangsanschluß des Integrators 16 eine permanente Spannung V, auftritt, deren Größe sich berechnet zu:

(3)

bzw. zu

OO

(4)

Die Spannung V₁ ist daher proportional zum Flächeninhalt des nach dem Wandler 8 auftretenden Stromimpulses und damit letztlich proportional zum Flächeninhalt (gestrichelte Fläche in Zeile E in F i g. 3) des am Eingang E der gesamten Schaltung auftretenden Spannungsimpulses. Außerdem ist diese Spannung F₁- unabhängig von der Kapazität des Speicherkondensators C₁, so daß es nicht notwendig ist, auf eine strenge Identität der einzelnen Kanäle des Pufferspeichers 12 zu achten.

Nach der obigen Darstellung der Behandlung des ersten einfallenden Impulses in der Schaltung von F i g. 2 soll nunmehr unter Bezugnahme auf die DarStellungen in F i g. 4 untersucht werden, welche Vorgänge in der Schaltung von F i g. 2 bei der nächstfolgenden Impulse auftreten.

In Fig.4 sind mit der Zeit als Abszisse und der Signalamplitude als Ordinate die am Eingang E der gesamten Schaltung und an den verschiedenen Unterbrechern P und P' auftretenden Signale veranschaulicht. Dabei sind zwei Folgen willkürlicher Impulse dargestellt: Die erste Impulsfolge 40 enthält sieben Impulse, während die zweite Impulsfolge 42 nur vier Impulse enthält. Das Eintreffen des ersten Impulses im Zeitpunkt I₁ löst in der oben geschilderten Weise einen Rechteckimpuls aus, der den Unterbrecher P₁ schließt. Dieser erste einfallende Impuls wird dem ersten Kanal im Speicher zugeführt, wo er im Kondensator C₁ integriert wird. Das Erscheinen des zweiten Impulses im Zeitpunkt r₂ löst in derselben Weise das Schließen des Unterbrechers P₂ aus, wodurch dieser zweite Impuls dem zweiten Kanal im Pufferspeicher zugeführt wird, und die entsprechenden Vorgänge wiederholen sich für die nächstfolgenden Impulse. Die Impulse für das Schließen der Unterbrecher P₁, P₂ ... P₇ sind daher Impulse, die in ihrer Lage willkürlich sind, in ihrer konstanten Rechteckform jedoch durch den Adressenselektor 26 bestimmt werden.

Bei einer Variante für das Adressiersystem wird der Unterbrecher P₁ vor dem Eintreffen der Impulsfolge ständig geschlossen; das Eintreffen des ersten Impulses im Zeitpunkt I₁ führt dann mit Verzögerung

zum Schließen des Unterbrechers P₂ und zum öffnen des Unterbrechers P₁ in Vorbereitung für das Eintreffen des zweiten Impulses, und die entsprechenden Vorgänge wiederholen sich für die weiteren einfallenden Impulse.

Soll nun der Inhalt der Kanäle des Pufferspeichers 12 wieder hergestellt werden, so gibt der durch den Taktgeber 33 gesteuerte Adressenselektor 32 eine periodische Impulsfolge ab, die zum Schließen der Unterbrecher P' in der Adressierstufe 14 führt, wie dies in den anschließenden Zeilen in Fig.4 dargestellt ist, die jeweils den Zustand der verschiedenen Unterbrecher P' veranschaulichen. Man erkennt dort eine periodische Impulsfolge, die das aufeinanderfolgende Schließen der Unterbrecher P₁', P₂' ... P₇' im Takte des Taktgebers 33 steuert. Der Integrator 16 für die Bildung des einzigen Ausgangsimpulses muß nach seinem Einsatz für jeden der Speicherkanäle eine Rückstellung seines Kondensators 30 auf den Wert Null erfahren. Zu diesem Zwecke wird der dem Kondensator 30 parallelgeschaltete Unterbrecher R' periodisch durch Rückstellimpulse kurzgeschlossen, die in F i g. 4 in der Zeile R' veranschaulicht sind und in F i g. 2 über den Anschluß B₉ zugeführt werden. Diese Rückstellimpulse folgen jeweils den Impulsen, die zur Auslesung eines Kanals führen, und gehen den Impulsen voran, die eine Auslesung des nächstfolgenden Kanals bewirken. Die Rückstellimpulse bestimmen in gleicher Weise die Dauer der

StIQ 526/242

am Ausgang der Vorrichtung wiederhergestellten pe- binder 111 verbunden und steuert die Lesestufe 108

riodischen Impulse, wie dies im übrigen in F i g. 3 in über einen Verbinder 109 und bewirkt außerdem

der Zeile 5 dargestellt ist. Sobald die Auslesuiig der über einen Verbinder 115 die Nullstellung der Stufen

verschiedenen Kanäle abgeschlossen ist, gibt der des Zählers 106.

Adressenselektor 32 über den Anschluß B₈ an den S Die Arbeitsweise der in F i g. 5 dargestellten Schal-Unterbrecher R einen Rückstellimpuls für die Rück- tung ist die folgende: Ein vom Wandler 102 abgestellung aller Kondensatoren im Pufferspeicher 12 ab. gebener Rechteckimpuls 107 steuert das als UND-Dieser Rückstellimpuls ist in F i g. 4 nicht veranschau- Schaltung ausgeführte und gleichzeitig mit den vom licht. Taktgeber 103 abgegebenen Impulsen 104 gespeiste

Sobald die zweite Impulsfolge 42 von Fig.4 am io Tor 105; am Ausgang dieses logischen Tores 105 Eingang der Schaltung von F i g. 2 auftrifft, spielen tritt daher eine Folge 113 von Impulsen auf, deren sich die gleichen Vorgänge von neuem ab, wobei zu- Anzahl die Amplitude des Impulses 101 wiedergibt, nächst die Bildung der Einschreibimpulse zum se- Die Anzahl der Impulse wird nach dem Durchquequentiellen Schließen der Unterbrecher P führt, wäh- ren des Tores 105 in üblicher Weise durch den rend anschließend die Bildung der Leseimpulse die 15 Binärzähler 106 gezählt, der bei dem dargestellten periodische Wiederherstellung des Inhalts der ver- Beispiel sieben Binärstufen enthält; die Amplitude schiedenen Kanäle des Pufferspeichers 12 ermög- des Impulses wird im Zähler 106 in Form eines Binärlicht. Bei dem in F i g. 4 dargestellten Fall ist ange- signals mit sieben Bits gespeichert. Die Lesestufe 108 nommen, daß die zweite Impulsfolge 42 nur vier ermöglicht die Auslesung des Inhalts der verschiede-Impulse enthält. In diesem Falle werden nur vier der 20 nen Stufen des Zählers 106 in einem Zeitpunkt, der insgesamt sieben vorhandenen Kanäle im Puffer- sich durch die Steuerstufe 114 bestimmen läßt. Die speicher 12 für die Einspeicherung der Information Auslesung des Inhalts der Stufen des Zählers 106 herangezogen. Die drei übrigen Kanäle bleiben leer, vollzieht sich schematisch durch Schließen der Unso daß die den Unterbrechern P₅', P₆' und P₇' züge- terbrecher P₀", P₁", P₂" ... P_c" in der durch den führten Leseimpulse nicht zum Auftreten einer Aus- 25 Adressenselektor festgelegten Reihenfolge und mit gangsspannung am Vorrichtungsausgang führen. Man dem durch den Taktgeber der Steuerstufe 114 festsieht daher, daß die Anzahl ρ der im Pufferspeicher gelegten Takt. Nach ihrer Auslesung erscheint die 12 vorzusehenden Kanäle mindestens gleich der An- im Zähler 106 enthaltene Information an den sieben zahl η der Impulse in der einfallenden Impulsfolge Ausgangsanschlüssen S₀, S₁ ... S₆ und über den Versein muß. 30 binder 110 am Eingang des Übertragungskabels 112.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird Die Übertragung des Inhalts des Zählers 106 ist in

eine Folge von Impulsen übertragen, deren Ampli- F i g. 6 veranschaulicht.

tude die analogen Größen darstellen, die der zu ana- Bei der dort dargestellten ersten Ausführungslysierenden Information proportional sind. Die Wie- Variante 6 a ist vorausgesetzt, daß für die Übertraderholungsfrequenz für diese Impulsfolge ist gleich 35 gung ein Kabel benutzt wird, das eine die Anzahl der der Frequenz des Taktgebers 33. Diese Frequenz ist zu übertragenden Bits übersteigende, also im vorso gewählt, daß die Zeitdauer, die zwei aufeinander- liegenden Falle die Zahl 7 übersteigende Anzahl von folgende Impulse voneinander trennt, größer ist als elektrisch gegeneinander isolierten Leitern aufweist. die Totzeit des Analysators. Bei einer anderen Aus- Von diesen Leitern sind die sieben ersten mit den führungsvariante werden die Amplitudenwerte nicht 40 Bezugszahlen K₀, K₁, K₂ ... K₆ bezeichnet; bei diemehr in analoger Form übertragen, sondern sie wer- ser Ausführungsvariante kann jeder Ausgangsanden zuvor in ein binäres Digitalsignal umgesetzt, und Schluß S₀, S₁ ... mit einem der Leiter K des Übererst dieses binäre Digitalsignal wird den Analysator- tragungskabels verbunden werden. Die entsprechenorganen zugeführt. Der Analog-Digital-Wandler, der den Parallelverbindungen erfolgen mit Hilfe des Verdiese Umsetzung vornimmt, wird zwischen den Aus- 45 binders 110.

gang 5 der Impulsformersrufe in F i g. 2 und das Über- Bei der in F i g. 6 weiter veranschaulichten zweiter

tragungskabel eingeschaltet. Ausfuhrungsvariante 6 b ist dagegen angenommen

Ein solcher Wandler ist in F i g. 5 dargestellt. Er daß das Übertragungskabel nur einen einzigen isolierbesitzt eine Eingangsklemme G, die mit dem Aus- ten Leiter oder, was auf dasselbe hinausläuft, eine gang 5 einer Schaltung 100 verbunden ist, die der in 5° Mehrzahl von einander elektrisch parallelgeschalteter F i g. 2 dargestellten Schaltung entspricht. Der Ein- Leitern aufweist. Unter diesen Bedingungen verbin gangsklemme G wird daher von der Schaltung 100 ein det der Verbinder 110 sämtliche Ausgangsan analoger Impuls 101 zugeführt. Ein Amplituden-Zeit- Schlüsse 5 mit einem einzigen Leiter K.
Wandler 102 liefert einen Impuls 107, dessen Dauer Bei dem in F i g. 6 veranschaulichten Fall 6 a er der Amplitude des Impulses 101 proportional ist. Ein 55 folgt die Übertragung des Inhalts des Zählers 106 als UND-Schaltung ausgebildes logisches Tor 105 so wie er in F i g. 5 dargestellt ist, sehr einfach durcl erhält den Impuls 107 und außerdem vom Taktgeber gleichzeitiges Schließen sämtlicher Unterbrecher P₀" 103 abgegebene Impulse 104 zugeführt. Weiterhin ist P₁", P₂" ... P₆". Das Schließen dieser Unterbreche ein Zähler 106 vorgesehen, der beispielsweise sieben führt zum Auftreten von Spannungsimpulsen nur ai mit C₀, C₁, C, ... C₆ bezeichnete Stufen aufweisen 60 denjenigen Leitern K, die mit Zählerstufen verbundei kann. Weiterhin zeigt F i g. 5 schematisch einen Lese- sind, die sich im logischen Zustand 1 befinden, um kreis 108, der sieben Unterbrecher P₀", P₁", P₂" ... dies sind bei dem in F i g. 6 angenommenen Fall di P₆" und ebenso viele Ausgangsanschlüsse S₀, S₁, Stufen C₀, C₂, C₃ und C₆. denen die Leiter K₀, K, S₂ ... Sq besitzt. Diese Ausgangsanschlüsse sind über K₈ und X₆ entsprechen. Diese Leiter führen dahe einen Verbinder 110 mit einem Übertragungskabel 65 jeweils einen Impuls, dessen Dauer von der Zeil 112 verbunden. Eine Steuerstufe 114, die insbeson- dauer für das Schließen des entsprechenden Untet dere einen Taktgeber und einen Adressenselektor brechers P" und dessen Amplitude von den Stufe enthält, ist mit dem Wandler 102 über einen Ver- des Zählers 106 und gegebenenfalls auch von in de

11 12

Zeichnung nicht dargestellten Verstärkern abhängt. ebenfalls in der Steuerstufe 114 ihren Ursprung ha-

Der mit einer solchen Ausführungsvariante verbun- ben.

dene Vorteil ist offensichtlich, sie ermöglicht nämlich Der Analog-Digital-Wandler weist naturgemäß

eine parallele Übertragung sämtlicher im Zähler 106 keine unendlich kurze Ansprechzeit auf. Es ist daher

enthaltener Information und damit die Einhaltung 5 erforderlich, damit alle einfallenden Impulse verarbei-

einer sehr hohen Geschwindigkeit für die Informa- tet werden können, daß die Eintreffrate der umzu-

iionsübertragung. wandelnden analogen Impulse nicht größer ist als der

Bei dem in F i g. 6 weiter dargestellten Fall 6 b Kehrwert der Totzeit des gesamten Wandlersystems, erfolgt dagegen die Auslesung des Inhalts des Zäh- Dies wird durch entsprechende Regelung der Freiers 106 sequentiell durch aufeinanderfolgendes io quenz für den Taktgeber 33 erreicht, der die Eintreff-Schließen der verschiedenen Unterbrecher P". Dieser rate für die Impulse festlegt.

Fall ist rechts von der in F i g. 6 dargestellten Schal- Wenn der Amplitudenanalysator als vielkanaliger tung für den Fall 6 b veranschaulicht, wo die dem Digitalselektor ausgebildet ist, bilden die Überträge-Inhalt der verschiedenen Stufen des Zählers 106 nen Digitalsignale unmittelbar die Adressensignale entsprechende Impulsfolge wiedergegeben ist. Die 15 für den Kanal, in dem der Impuls gezählt werden genaue Form dieser Impulsfolge hängt von der in der soll. Diese Anordnung ist besonders vorteilhaft, denn Steuerstufe 114 enthaltenen Sequenzschaltung ab; bei sie macht zum einen frei von der Notwendigkeit, dem dargestellten Fall 6 b besitzt sie die Form eines einen mit dem Analysator gekoppelten Analog-Digi-Impulssignals mit Rückstellung auf den Wert Null tal-Wandler zu verwenden, und sie ermöglicht es zum zwischen zwei Impulsen. Dieses Signal gibt den Inhalt ao anderen, Nutzen aus den der digitalen Übertragung des Zählers 106 wieder, der in binärer Darstellung eigenen Vorteilen zu ziehen, die weniger unter Nicht-1011001 oder in Dezimaldarstellung 77 beträgt. Bei linearitäten, Verzerrungen und Dämpfungserscheidieser Ausführungsvariante ist die für die Auslesung nungen auf dem Übertragungswege zu leiden hat als des Zählerinhalts erforderliche Zeit naturgemäß er- eine Signalübertragung in analoger Form, so daß die heblich größer, als sie im Falle 6 a verlangt wird, as elektrische Leistung entlang des Übertragungskabels Dessenungeachtet ermöglicht aber selbst diese Aus- weniger groß zu sein braucht.

führungsvariante noch eine wesentlich raschere In- In F i g. 7 ist eine vollständige Analysiervorrichtung

formationsübertragung, als sie mit einem numeri- für den Fall einer Sonde veranschaulicht, die mit

sehen Übertragungsverfahren notwendig wäre, das bei Aktivierung durch Neutronenstrahlung arbeitet und

dem ins Auge gefaßten Beispiel die Übertragung von 30 die »in situ«-Bestimmung und Dosierung der eine

77 Impulsen verlangen würde. Bei dem erfindungs- Erdöllagerstätte bildenden Elemente ermöglicht. Da-

gemäßen Verfahren sind nämlich maximal sieben bei ist in F i g. 7 eine Sonde 1 in einem Bohrloch 52

durch sieben Intervalle voneinander getrennte Im- in einer für die Untersuchung interessierenden Tiefe ζ

pulse und ein in Fig.6 nicht dargestelltes Synchro- gegenüber der Erdoberfläche angeordnet, und diese

nisationsbit zu übertragen, also insgesamt 15 Inter- 35 Sonde 1 besteht in bekannter Weise aus einem gepul-

valle mit den logischen Niveaus 0 oder 1. sten Neutronengenerator 54, einem Schutzschirm 56,

In der vorstehenden Beschreibung sind eine Anzahl einem Szintillator 58 und einem Fotovervielfacher 60; von Schaltungsstufen, die für sich genommen bekannt die von der Sonde 1 gelieferten Signale werden in und für die Erfindung nicht charakteristisch sind, nur einer Baustufe 62 vorbehandelt und insbesondere am Rande erwähnt. So versteht sich beispielsweise, 40 verstärkt. Am Ausgang der Baustufe 62 erscheinen daß man nach der Auslesung des Zählers 106 für daher Spannungsimpulse, die in Lage und Amplitude eine Rückstellung des Inhalts seiner verschiedenen unregelmäßig sind und eine sehr hohe Erscheinungs-Stufen auf den Wert Null sorgen muß. Diese Rück- rate aufweisen. Diese Impulse gruppieren sich zu stellung kann beispielsweise mit Hilfe von in der Impulsfolgen, die den verschiedenen vom Generatoi Steuerstufe 114 enthaltenen Bauelementen über den 45 54 abgegebenen Neutronenschüssen entsprechen. Die Verbinder 115 erfolgen. Nicht näher erwähnt ist Form dieser Impulse ist stets die gleiche: Sie ergib) auch die Bestimmung des Zeitpunktes für die Aus- sich nämlich aus der Erregung des Szintillators 58 lesung relativ zum Zeitpunkt des Eintreffens eines durch ein einfallendes Photon, die anschließend zu Impulses; diese Zeitbestimmung kann ausgehen von Fluoreszenzerscheinungen führt, deren Intensität exdem in dieser Steuerstufe 114 enthaltenen Taktgeber 50 ponentiell abnimmt. Die Spektrometrie für diese Im- und mit einer bestimmten Verzögerung gegenüber pulse besteht in der Zählung der Anzahl der Impulse dem Eintreffen eines analogen Impulses erfolgen. die eine bestimmte Scheitelamplitude aufweisen. Dies« Dieser Eintreffzeitpunkt kann durch eine in der Analyse wird in einer Baustufe 64 vorgenommen Zeichnung nicht dargestellte Schaltung erfolgen, die die beispielsweise ein Vielkanalselektor sein kann. Di beispielsweise als Diskriminator ausgebildet ist. Da 55 die Form der von der Sonde 1 abgegebenen Impuls( jedoch die Impulsfolge 101 eine periodische Folge stets die gleiche ist, kommt es auf das gleiche hinaus ist, kann auf die Verwendung eines solchen Diskrimi- wenn entweder die eigentliche Amplitude oder de: nators auch verzichtet und für die Auslesung des dieser proportionale Flächeninhalt eines Impulse; Zählers 106 eine Steuerstufe 114 verwendet werden, verarbeitet wird. Die Schaltung 100 ermöglicht ein« die ihrerseits durch einen Taktgeber 33 gesteuert wird, 60 Einspeicherung der die Amplitude der verschiedenei der die Wiederholungsfrequenz für die Impulsfolge Impulse entsprechenden Information und die an festlegt. Schließlich ist auch ohne weiteres klar, daß schließende Wiedergewinnung dieser Information fü bei der Übertragung der Digitalsignale außer den in einen Analog-Digital-Wandler 120, der das digital· F i g. 6 für die Fälle 6 a und 6 b dargestellten Impuls- Signal dem Analysator 64 über das Kabel 112 zu folgen (parallel oder in Serie) noch Synchronisierbits 65 führt, das wie oben erwähnt in seinem elektrischei übertragen werden müssen, die den Empfang dieser Verhalten nicht besonders gut zu sein braucht. Wem Impulsfolgen und die Informationsextraktion daraus die Totzeit des Analysators 64 in der Größenordnunj ermöglichen. Diese Synchronisationsbits können von 10 MikroSekunden liegt, wie dies eingangs vor

ausgesetzt ist, genügt es, die Impulse mit einer einen Wert von 10 Mikrosekunden übersteigenden Periode wiederherzustellen, danri alle von der Sonde 1 abgegebenen Impulse im Analysator 64 zur Auswertung kommen. Das durch die Erfindung geschaffene Verfahren und die Vorrichtung ermöglichen daher die Durchführung einer rascheren und globaleren Spek-

trometrie, als sie mit den bisher bekannten Systemen möglich war, und insbesondere gilt dies beim Durchgang durch Erdschichten, wo die Anzahl der festgestellten Photonen sehr hoch liegt. Für den Fall von Erdölbohrungen mit großer Bohrtiefe ist dies unabdingbar, damit die Analysezeiten wirtschaftlich vertretbare Werte annehmen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Fernanalyse der Zusammensetzung eines einen Sondierungspunkt umgebenden Milieus, bei dem vom Sondierungspunkt aus in Richtung auf das zu untersuchende Milieu ein Impuls einer Erregerstrahlung ausgesandt wird und sodann η aufeinanderfolgende und für die Zusammensetzung des zu untersuchenden Milieus charakteristische Impulse der durch das zu untersuchende Milieu rückgestreuten Strahlung aufgefangen und in η aufeinanderfolgende elektrische Spannungsimpulse umgesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß in einer ersten Verfahrensstufe jeder der η Spannungsimpulse in seinem Erscheinen festgestellt, verzögert und mit Hilfe je eines eigenen, während des Verzögerungs ■ Vorganges erzeugten Adreßsignals in einen anderen von η Kanälen eines insgesamt p>n Kanäle enthaltenden Pufferspeichers eingeleitet wird und daß in einer zweiten Verfahrensstufe der Inhalt der ρ Kanäle des Pufferspeichers nacheinander und periodisch gelesen, für jeden Kanal ein elektrischer Impuls mit dem Kanalinhalt proportionaler Amplitude, also insgesamt eine periodische Folge von η Impulsen mit von Null verschiedener Amplitude erzeugt, diese Impulsfolge zu einer in ihrem Ergebnis die Zusammensetzung des zu untersuchenden Milieus anzeigenden Analyse in einen Amplitudenanalysator für elektrische Impulse eingegeben und der Inhalt des Pufferspeichers auf den Wert Null zurückgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folge von η periodischen Impulse in digitaler Weise in den Amplitudenanalysator eingegeben wird, indem die Amplitude jedes dieser Impulse in ein binäres Digitalsignal umgesetzt und dieses einem Analysierorgan zugefüh^rt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes die Amplitude eines Impulses darstellende binäre Digitalsignal die Adresse des Kanals eines Analysators nach Art eines mehrkanaligen Digitalselektors wiedergibt, in dem der entsprechende Impuls gezählt werden soll.

4. Vorrichtung zur Fernanalyse der Zusammensetzung eines Milieus unter Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer Sonde, die aus einem Generator für Erregerstrahlung und einem Detektor für rückgestreute Strahlung besteht, der mit einem Wandler verbunden ist, der η elektrische Impulse mit der Intensität von η festgestellten Impulsen proportionalen Amplituden liefert, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (1) mit einem Analysator (64) über eine Schaltung (100) verbunden ist, die in Serie zueinander einen Schreibkreis, der zum einen einen Diskriminator (22) mit einer Schwelle, der das Auftreten eines Spannungsimpulses am Wandlerausgang feststellt und mit dem ein erster Adressenselektor (26) verbunden ist, dessen ρ Ausgänge mit ρ Steuereingängen von ρ Unterbrechern einer ersten Adressierstufe (10) verbunden sind und der beim Erscheinen des /-ten vom Diskriminator festgestellten Impulses

an seinem /-ten Ausgang ein Schließsignal abgibt, und zum anderen parallel zum Diskriminator und zum Adressenselektor eine mit einem Spannungs-Strom-Wandler, dessen Ausgang parallel mit den ρ Unterbrechern der ersten Adressierstufe verbunden ist, in Serie liegende Verzögerungsleitung (6) enthält, einen Pufferspeicher (12), der aus ρ Kondensatoren gebildet ist, von denen jeder jeweils einem der ρ Unterbrecher der ersten Adressierstufe parallel geschaltet ist, und eine Impulsformerstufe enthält, die aus einem Integrator (16) mit einer Rückstelleinrichtung auf den Wert Null gebildet ist und über ein Übertragungskabel (112) dem Analysator Spannungsimpulse zuführt, deren Amplitude jeweils der Ladespannu~3 der Kondensatoren des Pufferspeichers proportional ist, mit dem sie sequentiell und periodisch verbunden wird, und daß der Schreibkreis weiter eine zweite Adressierstufe (14) enthält, die aus ρ Unterbrechern besteht, die auf einer Seite mit je einem der ρ Kondensatoren des Pufferspeichers verbunden und auf der anderen Seite parallel an eine Impulsformerstufe angeschlossen sind und je einen Steueranschluß aufweisen, welche ρ Steueranschlüsse mit ρ Ausgangsanschlüssen eines von einem Taktgeber (33) gesteuerten zweiten Adressenselektor (32) verbunden sind, der außerdem einen (p + l)-ten Ausgangsanschluß aufweist, der mit dem Steueranschluß eines Unterbrechers für die Rückstellung der Kondensatoren des Pufferspeichers auf Null verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Periode des Taktgebers (33) für die Steuerung des zweiten Adressenselektors (32) größer ist als die Totzeit des Analysators (64).

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Impulsfonnerstufe (16) und das Übertragungskabc! (112) ein Analog-Digital-Wandler eingefügt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Analog-Digital-Wandler einen Zähler (106) mit mehreren Binärstufen enthält, von denen jede mit einem der isolierten Leiter im Übertragungskabel (112) verbunden ist.