DE2302017C3 - 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 eini· qualitative und <|u;intilalive Bestimmung der Materialien gestaltet, an denen sie ihren Ursprung hut.

Wenn die Erregerstrahliiiig von einer gepulsten

Strahlungsquelle stammt, fängt man auf diese Weise nur mit einer Zählung der Anzahl der rückgestreuten

eine Serie von η Impulsen auf, deren Amp;itude und Impulse arbeiten

Lage im allgemeinen willkürlich verteilt sind. Die Vorteilhafte Ausführangsvarianten für das Ver-

Eintreffgeschwindigkeit fur diese Impulse kann ex- fahren sind in den echten Unteransprüchen 2 und 3

trem hoch liegen. Nun verlangt jedoch die Verarbe.i- 5 angegeben.

lung eines Signals, das in Form einer Impulsfolge Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur auftritt, eine bestimmte Zeit, da diese Behandlung Durchführung des erfindungssemäßen Verfahrens, ,us einer Analyse oder einer Zahlung besteht und die wie sie im Anspruch 4 gekennzeichnet ist.
bekannten Vorrichtungen zur Durchführung dieser Weitere Ausgestaltung der Vorrichtung sind in den Vorgänge sämtlich eine gewisse Totzeit aufweisen. _l0 echten Unteransprüchen 5 bis 7 gekennzeichnet.
Daraus folgt, daß dann wenn die Eintreffgeschwin- I_n der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eines digkeit der zu untersuchenden Impulse sehr groß ist, bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Analysiereine bestimmte Anzahl dieser Impulse fur die Signal- vorrichtung veranschaulicht; dabei zeigt in der Zeichtuswertung unberücksichtigt bleibt. Zur Präzisierung nung

der Größenordnung di^er Informationsverluste kann ,5 Fig. 1 das Grundschema für eine Schaltung zum

man sagen, daß eine uu.iuie Analysiereinrichtung, Einschreiben, Speichern und Auslesen der zu ver-

wie beispielsweise cm Vielkanalanalysalor, eine Tot- arbeitenden Information,

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

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

Impulse durch eine geringere Zeitspanne als 20 richtung,

10 Mikrosekunden voneinander getrennt sind, wird Fig. 3 ein Diagramm zur Veranschaulichune 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- Fig. 4 ein Diagramm zur Veranschaulichung "der

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

verlust, der sich insbesondere in einer Verschledv sieben Kanälen,

terung der Genauigkeit oder des Analysetaktes Fig. 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 30 Fig. 6 zwei Möglichkeiten für die Übertragung

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

reichend langsamen Geschwindigkeit wieder herzu- Übertragungskabelsund

stellen, um die Informationsverarbeitung mit einem Fig. 7 eine schematische Darstellung zur Veran-Rhythmus vornehmen zu können, der den bekann- schaulichung der generellen Anordnung einer erfinten Verarbeitungsgeräten angepaßt ist. Ein Beispiel 35 dungsgemäß ausgebildeten Analysiervorrichtui-ii.
für diesen Vorschlag findet sich in der US-PS In Fi 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 Ausiesuiig charakteristischer Größen eines Imaufweist. 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 Kcmdenhält 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 woreine Fernanalyse zu ermöglichen, die auch bei honer den sind, treffen an der Eingangsklemme 2 ein; der Eintreffgeschwindigkeit der auszuwertenden Impulse Unterbrecher P wird geschlossen, während die Unterohne Informationsverluste arbeitet, indem sie sowohl 50 brecher P' und R offen bleiben. Der an der Eindie 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 Eindieses Anspruch 1. schicibung der Information in den durch den Kon-Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also densator C gebildeten Kanal. Die Informationsausini 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 lüde 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 Fig. 1 nicht zur Bestimmung ein Anzahl ih 1 aufgefangenen Im- dargestellte Einrichtungen verarbeitet ist, wird der pulse eines bestimmten Typs iiihil. Das Ergebnis die- 65 Uiiieibiecher 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 be- Wert Null zurückgeführt wird; damit ist dieser Speikaiinti'.n Analysiereinnchtimgen i'cwinnen liißt, die cherkanal wieder aufnahmebereit für die Aufnahme

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eines neuen Impulses, der sodann eingeschrieben, ge- lung verbunden. Die Formung der Ausgangsimpulse speichert und ausgelesen werden kann, wobei sich erfolgt in einer Ausgangsstufe 16, die aus einem Rediese Vorgänge in der gleichen Wiese vollziehen, wie chenverstärker 28 besieht, zwischen dessen Eingang dies oben beschrieben ist. und Ausgang ein Kondensator 30 eingefügt ist, der Wenn die Zeitspanne, die zwischen dem Eintref- 5 sich mit Hilfe eines Unterbrechers R' kurzschließen fen zweie aufeinanderfolgender willkürlicher Impulse läßt, dessen Zustand durch den zweiten Adressenan der Eingangsklemme 2 liegt, kürzer ist als die Zeit- selektor 32 gesteuert wird, mit dem er über dessen spanne, die für die Vorgänge der Einspeicherung, neunten Ausgangsanschluß ß_H verbunden ist. Die Auslcsung und Nullrückstellung erforderlich ist, so Ausgangsstufe 16 ist daher, wie dies bekannt ist, ein müssen ρ Speicherkanäle vorgesehen werden, wobei io Integrator mit Nullrückstellung. Ein Rechenverstärdie Anzahl ρ größer sein muß als die Anzahl η der ker 18 dient der Impedanzanpassung des Systems an einzuspeichernden willkürlichen Impulse. Der ge- die Impedanz einer an den Ausgang S der gesamten samte Speicher besteht daher aus ρ Kanälen, von Vorrichtung angeschlossenen Übertragungsleitung, denen jeder mit einer ersten und einer zweiten Adres- Die Bezugszeichen α und b bezeichnen Schaltungssierstufe verbunden ist, von denen die erste Adres- 15 punkte für die Beschreibung der Funktionsweise' der sierstufe am Speichereingang liegt und zur Vertei- in F i g. 2 dargestellten Schaltung, lung der einfallenden Impulse auf die einzelnen Ka- In Fig. 2 sind zur Vereinfachung der Darstellung näle dient, während die zweite Adressierstufe, in in dem Gesamtschaltbild alle Verstärker weggeblie-Laufrichtung der Impulse gesehen, hinter dem Spei- ben, die gegebenenfalls dazu dienen können, das eher liegt und die Wiederherstellung der Impulse er- 20 Signal am Schaltungsausgang S auf eine passende möglicht. Amplitude zu bringen. Außerdem ist der Wandler 8 Bei den Verfahren liegt eine Einspeicherung der nicht im einzelnen dargestellt, da er von an sich bedie willkürlichen Impulse betreffenden Information kannter Bauart sein kann, indem er beispielsweise in analoger Form an Stelle der bisher üblichen einen Rechenverstärker enthält, der mit Widerständen bloßen Zählung der einfallenden Impulse und eine 25 gleicher Größe gekoppelt ist und eine Spannung in anschließende Wiedergewinnung der eingespeicher- einen dazu proportionalen Strom umwandeln kann, ten Information mit geringem Durchsatz und in peri- Weiterhin sind die Unterbrecher P und P' lediglich odischer Weise vor. schematisch angedeutet, jedoch liegt es auf der Hand, In F i g. 2 ist das in F i g. 1 angedeutete Schaltbild daß diese Unterbrecher in der Praxis durch Trangenauer ausgeführt. Dabei gelangt in F i g. 2 eine von 30 sistorschaltungen wie beispielsweise Schaltungen einer Sonde 1 abgegebene Folge willkürlicher Span- mit Feldeffekttransistoren realisiert werden können, nungsimpulse zu einer Eingangsklemme E. Diese Im- In diesem Falle bilden die Steueranschlüsse der pulse werden durch eine Verzögerungsleitung 6 ver- Unterbrecher jeweils das Tor für die Feldeffektzögert und anschließend in einem Wandler 8 in transistoren, und der leitende oder nicht leitende Zu-Stromimpulse umgewandelt. Diese Stromimpulse 35 stand der Transistoren hängt dann von der an diesen werden sodann mit Hilfe einer ersten Adressierstufe Toren anliegenden Spannung ab. Die Ausgänge A_x 10, eines Pufferspeichers 12 und einer zweiten Adres- bis Α_Ί des Adressenselektors 26 sind dann mit den sierstufe 14 eingeschrieben, gespeichert und ausge- Toren der sieben Transistoren P verbunden, während lesen. Die erste Adressierstufe 10 enthält beispiels- die sieben Ausgänge B₁ bis B. des Adressenselektors weise sieben Unterbrecher, die in Fig. 2 mit P₁, P₂, 40 32 mit den Toren der sieben Transistoren P' ver- Ρ_Ά.. .P₁ bezeichnet sind, und die zweite Adressier- bunden sind. Die Adressenselektoren 26 und 32 sind stufe 14 weist entsprechend sieben Unterbrecher P₁', in F i p. 2 ebenfalls nicht im einzelnen veranschau-P₀', P₃'...P₇' auf. Ebenso sind im Speicher 12 sie- licht, da sie wiederum von bekannter Bauart sein ben Speicherkanäle vorhanden, die im vorliegenden können.

Falle aus KondensatorenC₁, C₂, C₃...C₁ bestehen. 45 Zum leichteren Verständnis der Arbeitsweise dei

Der Unterbrecher R ist als gemeinsamer Unter- in F i g. 2 veranschaulichten Schaltung soll nunmehi

brecher für die Rückstellung aller Speicherkanäle auf auf die Darstellung in F i g. 3 und 4 Bezug genom

den Wert Null vorgesehen. Eine in Fig. 2 insgesamt men werden. In Fig. 3 sind Zeitdiagramme darge

mit der Bezugszahl 20 bezeichnete Schaltung gestat- stellt, die den Verlauf von Spannungen an verschie

tet es, das Erscheinen der einfallenden willkürlichen 50 denen Stellen in der Schaltung von F i g. 2 veran

Impulse festzustellen und Adressensignale zu bilden, schaulichen. Dabei geben die Zeilen E und S die Ver

um mit Hilfe der ersten Adressierstufe 10 diese Im- hältnisse am Schaltungseingang bzw. am Schaltungs

pulse auf die verschiedenen Kanäle im Pufferspeicher ausgang wieder, die Zeilen P₁ und P₁' sind ent

12 zu richten; diese Schaltung 20 enthält einen Diskri- sprechend Fig. 1 den beiden Unterbrechern für di

minator 22, der durch ein Potentiometer 24 so gere- 55 Adressierung am Eingang bzw. am Ausgang des ei

gelt wird, daß er nicht auf Grundrauschen anspricht, sten Speicherkanals zugeordnet, während die Zeile F

und einen Adressenselektor 26 mit sieben Ausgän- zum Unterbrecher für die Nullrückstellung des Kor

gen A₁, A₂ ...A₁, die mit den sieben Steueranschlüs- densators im Integrator 16 gehört. Diese Zeilen

sen für die Unterbrecher P der ersten Adressierstufe und b sind den entsprechenden Schaltungspunkte

10 verbunden sind. Ein zweiter Adressenselektor 32 60 in F i g. 2 nach der Verzögerungsleistung 6 bzw. ai

wird durch einen Taktgeber 33 gesteuert, und er weist Eingang des den ersten Speicherkanal bildende

sieben Ausgangsanschlüsse B₁, B_t...B₇ auf, die mit Kondensators C₁ zugeordnet. Der in F i g. 3 ganz obe

den sieben Unterbrechern P' in der zweiten Adres- dargestellte einfallende Impuls stellt den erste

sierstufe 14 verbunden sind. Der zweite Adressen- Spannungsimpuls dar, der am Eingang E der Scha

selektor 32 bestimmt den geöffneten oder geschlo»- 65 tung von F i g. 2 erscheint. Das Eintreffen dieses Ir

senen Zustand für die Unterbrecher P'. Ein achter pulses wird durch den Diskriminator 22 festgestel

Ausgangsanschluß B₈ des zweiten Adressenselektors der daraufhin über den ersten Adresscnsclektor 26 d<

32 ist mit dem Unterbecher R für die Nullrückstel- Unterbrecher P₁ zum Schließen bringt (Rechteckir

e puls) in Zeile P₁ von Fig. 3). Auf diese Weise wird Fig. 3) des am Eingang £ der gesamten Schaltung

der einfallende Impuls zum ersten Speicherkanal im auftretenden Spannungsimpulses. Außerdem ist diese g Pufferspeicher 12 geleitet. Da sich dieser Adressier- Spannung K₁ unabhängig von der Kapazität des Spei-

r Vorgang in einer vom Wert Null verschiedenen end- cherkondensators C₁, so daß es nicht notwendig ist,

α liehen Zeitspanne vollzieht, ist es erforderlich, den 5 auf eine strenge Identität der einzelnen Kanäle des

einfallenden Impuls so zu verzögern, daß der Unter- Pufferspeichers 12 zu achten.

ι brecher P₁ beim Eintreffen des Impulses geschlossen Nach der obigen Darstellung der Behandlung des

s ist. Dies wird durch die Einschaltung der Ver- ersten einfallenden Impulses in der Schaltung von

ι zögerungsleitung 6 erreicht, die eine in F i g. 3 mit F i g. 2 soll nunmehr unter Bezugnahme auf die Dar-

T bezeichnete Verzögerung bewirkt. Der Wandler 8 io Stellungen in F i g. 4 untersucht werden, welche Vorsetzt den Spannungsimpuls in einen Stromimpuls um, gänge in der Schaltung von F i g. 2 bei der nächstfol-

der sodann dem Kondensator C₁ zugeführt wird, wo genden Impulse auftreten.

er integriert wird. An den Klemmen des Kondensa- In Fig.4 sind mit der Zeit als Abszisse und der

tors C₁ tritt daher eine Spannung auf, die in ihrem Signalamplitude als Ordinate die am Eingang E der Aussehen der in Zeile b in Fig. 3 dargestellten 15 gesamten Schaltung und an den verschiedenen Unter-Spannung entspricht. Diese Spannung erreicht eine brechern P und P' auftretenden Signale veranschau-Stufe V_c, die so lange erhalten bleibt, wie die Infor- licht. Dabei sind zwei Folgen willkürlicher Impulse mationseinspeicherung dauert. Die Auslesung des dargestellt: Die erste Impulsfolge 40 enthält sieben Kanalinhalts wird durch den Adressenselektor 32 Impulse, während die zweite Impulsfolge 42 nur vier ausgelöst, der am Anschluß A₁ einen rechteckigen 20 Impulse enthält. Das Eintreffen des ersten Impulses Spannungsimpuls abgibt, der den Unterbrecher P₁' im Zeitpunkt /, löst in der oben geschilderten Weise zum Schließen bringt. Dies führt zu einer Übertragung einen Rechteckimpuls aus, der den Unterbrecher P₁ der im Kondensator C₁ enthaltenen Ladung in den schließt. Dieser erste einfallende Impuls wird dem Integrator 1(5. In der Zeile 5 in F i g. 3 ist die perma- ersten Kanal im Speicher zugeführt, wo er im Konnente Spannung V₁ dargestellt, die am Ausgang des 25 densator C₁ integriert wird. Das Erscheinen des Integrators 16 bzw. bei einer Verstärkung 1 im Ver- zweiten Impulses im Zeitpunkt t„ löst in derselben stärker 18 am Ausgang 5 nach der Übertragung der Weise das Schließen des Unterbrechers P₂ aus, wo-Ladung des Kondensators C₁ auftritt. Diese Span- durch dieser zweite Impuls dem zweiten Kanal im nung wird auf den Wert Null zurückgeführt, sobald Pufferspeicher zugeführt wird, und die entsprechender Adressenselektor32 dem Unterbrecher"' ein 3° den Vorgänge wiederholen sich für die nächst-Signai (Zeile R' in F i g. 3) zuführt, das diesen zum folgenden Impulse. Die Impulse für das Schließen Schließen bringt. der Unterbrecher P₁, P₂ ... P₇ sind daher Impulse,

Bezeichnet man den hinter dem Wandler 8 auf- die in ihrer Lage willkürlich sind, in ihrer konstanten tretenden Strom mit i(t), so läßt sich die Amplitude Rechteckform jedoch durch den Adressenselektor 26 der Ausgangsspannung nach der Auslesung des Spei- 35 bestii <nt werden.

cherkanals berechnen. Die im Kondensator C₁ ge- Bei einer Variante für das Adressiersystem wird

speicherte Ladung Q_c ist nämlich gegeben durch der Unterbrecher P₁ vor dem Eintreffen der Impuls

folge ständig geschlossen, das Eintreffen des ersten

O — fi(t)dt ΓΠ Impulses im Zeitpunkt/j führt dann mit Verzögerung

J 4° zum Schließen des Unterbrechers P₂ und zum öffnen

des Unterbrechers P₁ in Vorbereitung für das Eintref-

Die Ladespannung V_c des Kondensators mit der fen des zweiten Impulses, und die entsprechenden Kapazität C₁ ergibt sich damit zu: Vorgänge wiederholen sich für die weiteren einfal

le lenden Impulse.

1 f-r\j /■ ⁴⁵ Soll nun der Inhalt der Kanäle des Pufferspeichers

^t — — J ^l Λ d t ■ (2) 12 wieder hergestellt werden, so gibt der durch den

¹ (/ Taktgeber 33 gesteuerte Adressenselektor 32 eine

periodische Impulsfolge ab, die zum Schließen der

Die Ladung Q_c wird anschließend dem Integra- Unterbrecher P' in der Adressierstufe 14 führt, wie tor 16 zugeführt, dessen Kondensator30 eine Kapa- 5° dies in den anschließenden Zeilen in Fig.4 dargezität C; aufweist, so daß am Ausgangsanschluß des stellt ist, die jeweils den Zustand der verschiedenen Integrators 1.6 eine permanente Spannung V, auftritt, Unterbrecher P' veranschaulichen. Man erkennt dort deren Größe·, sich berechnet zu: eine periodische Impulsfolge, die das aufeinander

folgende Schließen der Unterbrecher P₁', P₂' ... P₇'

C₁ 55 im Takte des Taktgebers 33 steuert. Der Integrator

^i ~ "TT" ^c O) 16 für die Bildung des einzigen Ausgangsimpulses

^* muß nach seinem Einsatz für jeden der Speicher

kanäle eine Rückstellung seines Kondensators 30 auf

bzw. zu den Wert Null erfahren. Zu diesem Zwecke wird der

to ^6o dem Kondensator 30 parallelgeschaltete Unterbre-

_v _ 1 C (AAt (λ\ ^cner ^' periodisch durch Rückstellimpulse kurzge-

' ~ TrT J schlossen, die in Fig.4 in der Zeile R' veranschau-

ö licht sind und in F i g. 2 über den Anschluß B₉ zuge

führt werden. Diese Rückstellimpulse, folgen jeweils

Die Spannung V_t ist daher proportional zum 65 den Impulsen, die zur Auslesung eines Kanals führen, Flächeninhalt des nach dem Wandler 8 auftretenden und gehen den Impulsen voran, die eine Auslesung Stromimpulsies und damit letztlich proportional zum des nächstfolgenden Kanals bewirken. Die Rückstell-Flächeninhalt (gestrichelte Fläche in Zeile E in impulse bestimmen in gleicher Weise die Dauer der

10

n im Pufferspeicher U ab. gebener Rechleckimpuls 107 steuert das als UND-

?Z

fih die Rleichen Vorginge von neuem ab, wobei zu- Anzahl die Amplitude des Impulses 101 wiedergibt.

Schs die Bildung .!er Einschreibimpulse zum se- Die Anzahl der Impulse wird nach dem Duichque-

auent eilen Schließen der Unterbrecher P führt, wäh- ren des Tores 105 in üblicher Weise durch den

?enciSließeüd «He Bildung der Leseimpulse die 15 Binärzähler 106 gezählt, der bei dem dargestellten

periodische Wiederherstellung des Inhalts der ver- Beispiel sieben Binärstufen enthalt; die Amplitude

hidenen Kanäle des Pufferspeichers 12 ermög- des Impulses wird im Zähler 106 in Form eines Binarperiodische Wiederherstellung cies innaiu> uci vci- utiauici äLtuui υΐ»α>»«ν·ι ν..».—», — .-—■_. . schiedenen Kanäle des Pufferspeichers 12 ermög- des Impulses wird im Zähler 106 in Form eines Binarlicht Bei dem in Fig.4 dargestellten Fall ist ange- signals mit sieben Bits gespeichert. Die Lesestute ιυο nommen daß die zweite Impulsfolge 42 nur vier ermöglicht die Auslesung des Inhalts der versc.uede-Impulse enthält In diesem Falle werden nur vier der 20 nen Stufen des Zählers 106 in einem Zeitpunkt, üer insgesamt sieben vorhandenen Kanäle im Puffer- sich durch die Steuerstufc 114 bestimmen laßt. Die speicher 12 für die Einspeicherung der Information Auslesung des Inhalts der Stufen des Zahlers ιυο heraneezoeen Die drei übrigen Kanäle bleiben leer, vollzieht sich schematisch durch Schließen der Unso daß die den Unterbrechern P₅', P₀' und P₇' züge- terbrecher P_n", P₁", P₂" ... P₆" in der durch den führten Leseimpulse nicht zum Auftreten einer Aus- 25 Adressenselektor festgelegten Reihenfolge und mn 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 ... S₈ und über den yerseinmuß. 3° binder 110 am Eingang des Ubertragungskabels 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 Ausführungs-

lysierenden Information proportional sind. Die Wie- Variante 6 a ist vorausgesetzt, daß für die Übertraderholunesfrequenz 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- Vn diesen Leitern sind die sieben ersten mit den führungsvariante werden die Amplitudenwerte nicht 40 Bezugszahlen K_n, K_v 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 entsprechen-Organen zugeführt. Der Analog-Digital-Wandler, der den Parallelverbindungen erfolgen mit Hilfe des Verdiese Umsetzung vornimmt, wird zwischen den Aus- 45 binders 110.

gang S der Impi Isformerslufe in F i g. 2 und das Über- Bei der in F i g 6 weiter veranschaulichten zweiter

tragungskabel eingeschaltet. Ausführungsvariante 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, ein« gang S einer Schaltung 100 verbunden ist, die der in 50 Mehrzahl von einander elektrisch parallelgeschaltetei Fig.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 S 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", P₀" .., p_R". Das Schließen dieser Unterbreche ein Zähler 106 vorgesehen, der beispielsweise sieben führt zum Auftreten von Spannungsimpulsen nur» mit C₀, C₁, C₂ ... C_R bezeichnete Stufen aufweisen 60 denjenigen Leitern K, die mit Zählerstufen verbünde kann. Weiterhin zeigt F i g. 5 schematisch einen Lese- sind, die sich im logischen Zustand 1 befinden, un kreis 108, der sieben Unterbrecher P₀", P₁", P.," ... dies sind bei dem in F i g. 6 angenommenen Fall di P₆" und ebenso viele Ausgangsanschlüssc S₀, S₁, Stufen C₀, C₁, C_s und C_f,, denen die Leiter K₀, *: S., ... S₆ besitzt. Diese Ausgangsanschlüsse sind über Κ_Λ und K₆ entsprechen. Diese Leiter führen dahc einen Verbinder 110 mit einem Übertragungskabcl 65 jeweils einen Impuls, dessen Dauer von der Ze" 112 verbunden. Eine Stcuerstufe 114, die insbeson- dauer für das Schließen des entsprechenden Untei 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 df

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-

tionsübertragung. wandelnden analogen Impulse nicht größer ist als der

Bei dem in Fig. 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 ίο 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/) veranschaulicht, wo die dem Digitalsclektor 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 Sequcnzschaltung 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 20 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. 25 elektrische Leistung entlang des Übertragungskabels Dessenungeachtet ermöglicht aber selbst diese Aus- weniger groß zu sein braucht.

führungsvariante noch eine wesentlich raschere In- In Fig. 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 arbeilet und

dem ins Au<:e gefaßten Beispiel die Übertragung von 30 die »in situ«-Bestimmung und Dosierung der eine

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

gemäßen Verfahren sind nämlich maximal sieben bei ist in Fig. 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 F i g. 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 Bauslufe 62 vorbehandelt und insbesondere am Rande erwähnt. So versteht sich beispielsweise, 4° verstärkt. Am Ausgang der Baustufe 62 erscheinen daß man nach der Auslcsung 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 Generator 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 ergibt auch die Bestimmung des Zeitpunktes für die Aus- sich nämlich aus der Erregung des Szintillator 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 e>;-dem in dieser Stcuerstufe 114 enthaltenen Taktgeber 50 ponenticil 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 Impulse;, cifolgen. die eine bestimmte Scheitelamplitude aufweisen. Diese 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. Da beispielsweise als Diskriminator ausgebildet ist. Da 55 die Form der von der Sonde 1 abgegebenen Impulse 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 der nators auch verzichtet und für die Auslcsung des dieser proportionale Flächeninhalt eines Impulses Zählers 106 eine Steuerstufe 114 verwendet werden, verarbeitet wird. Die Schaltung 100 ermöglicht eine die ihrerseits durch einen Taktgeber 33 gesteuert wird, 60 Einspeicherung der die Amplitude der verschiedenen der die Wiederholungsfrequenz für die Impulsfolge Impulse entsprechenden Information und die anfestlegt. Schließlich ist auch ohne weiteres klar, daß schließende Wiedergewinnung dieser Information für bei der Übertragung der Digitalsignale außer den in einen Analog-Digital-Wandler 120, der das digitale Fig.6 für die Fälle 6a und 6b dargestellten Impuls- Signal dem Analysator 64 über das Kabel 112 zufolgen (parallel oder in Serie) noch Synchronisierbits 65 führt, das wie oben erwähnt in seinem elektrischer, übertragen werden müssen, die den Empfang dieser Verhalten nicht besonders gut zu sein braucht. Wenn Impulsfolgen und die Informationsextraktion daraus die Totzeit des Analysators 64 in der Größenordnung ermöglichen. Diese Synchronisationsbits können von 10 Mikrosekunden liegt, wie dies eingangs vor-

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ausgesetzt ist, genügt es, die Impulse mit einer einen Wert von 10 Mikrosekunden übersteigenden Periode wiederherzustellen, damit 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 riickgestreuten 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 Verzögerungsvorganges erzeugten Adreßsignals in einen anderen von η Kanälen eines insgesamt ρ > η ίο 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 Analysier- organ zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes die Amplitude eines Impuises 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 Eriegerstrahlung 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 ui Serie zueinander einen Schreibkreis, der zum einen einen Diskriminator (22) mit einer Schwelle, der das Auftreten eines Spannungsimpulses am Wandlcrausgang feststellt und mit dem ein erster Adresscnselektor (26) veibunden ist, dessen ρ Ausgänge mit ρ Steucreingängen von ρ Unterbrechern einer ersten Adrcssierslufe (10) verbunden sind und tier beim Erscheinen des /-ten vom Diskriminator festgestellten Impulses an seinem /-ten Ausgang ein Schließsignal abgibt, und zum anderen paraSiel zum Diskriminator und zum Adressenseleklor 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 iewcMs 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 Ladespannung 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 Seile 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 Steuerar.schluß 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 Adressenseiektors (32) größer ist als die Totzeit des Analysators (64).

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadu'ch gekennzeichnet, daß zwischen die Impulsformerstufe (16) und das Übertragungskabel (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.