專利名稱：信號數(shù)字化傳輸方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將傳感器產(chǎn)生的信號傳輸至中心站的方法以及實施它的設(shè)備。
本方法尤其適用于聲波或地震信號的傳輸，特別有利于將包含相當(dāng)大數(shù)量的、例如地震法勘探中經(jīng)常采用的那類傳感器在內(nèi)的接收設(shè)備所采集的信號集中于單個記錄站。
由地震傳感器(地震檢波器或水中地震檢波器)或幾個互連傳感器構(gòu)成的地震接收器檢取的信號可以以模擬形式經(jīng)導(dǎo)線或電纜傳輸?shù)接涗浾?。?dāng)傳輸距離比較長時，通常最好采用靠近傳感器或接收器的探測設(shè)備，它用于對接收的信號進(jìn)行取樣和數(shù)字化，并用于存儲和將它們經(jīng)過專用傳輸通道或幾個探測設(shè)備共用的傳輸通道傳輸?shù)街行恼?。通常所產(chǎn)生的數(shù)字化字被編碼用于其傳輸。例如其采用的是允許傳輸數(shù)據(jù)和時鐘信號的雙極型編碼(A.M.I.，HDB3，曼徹斯特編碼等)，它們被組合成具有標(biāo)識符、誤碼檢測符或者同步前綴或后綴的傳輸幀。對于這些變換尤其可以采用包含調(diào)制器與數(shù)字濾波器組合在內(nèi)的過取樣型模數(shù)變換器。調(diào)制器是δ-∑型的，以較高的取樣頻率(例如265KHz)按連續(xù)位流(bitstream)形式順序產(chǎn)生低分辨率的數(shù)字化字，這些字具有與所加的模擬信號幅度成正比隨時間變化的平均幅度。這些字典型地僅包括一位。數(shù)字濾波器與調(diào)制器輸出相連，由此接收位流并產(chǎn)生頻率低得多的高分辨率數(shù)字化字(例如16至24位)，此操作稱為抽取(decimation)。例如在美國專利US-A-4,866,442；4,943,807；4,994,804或法國專利申請F(tuán)R-90/11,527中敘述了這類變換器。
在某些情況下在傳感器或接收器的附近可以就地實現(xiàn)模擬信號至數(shù)字化字的變換。例如專利US-A-5,051,799敘述一傳輸設(shè)備，模擬信號被加到一包含與抽取數(shù)字濾波器相關(guān)聯(lián)的調(diào)制器在內(nèi)的當(dāng)?shù)剡^取樣型變換器，變換器送出的數(shù)字化字通過增加誤碼校正位組成一傳輸幀，并在傳輸通道上發(fā)送。
不論采用何種變換器，可以探測信號，可以使模數(shù)變換產(chǎn)生的數(shù)字化字格式化，還可以發(fā)送所形成的每一幀的當(dāng)?shù)啬K總是比較貴的，而且其功率消耗也比較高。
本發(fā)明的方法可以簡化將模擬信號(諸如接收器采集的信號)傳輸?shù)竭h(yuǎn)端記錄站通常需要的操作。它包括以下的組成——用使模擬信號變換為位流的當(dāng)?shù)卣{(diào)制器獲取要傳輸?shù)拿恳荒M信號；——允許遠(yuǎn)端站與每一調(diào)制器同步的至少一個時鐘信號的傳輸；——無需格式化，在傳輸通道上對各個位流的直接發(fā)送；以及——通過遠(yuǎn)端站的數(shù)字濾液，把所接收的每一位流變換為對傳輸?shù)哪M信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換的數(shù)字化字。
時鐘信號的傳輸例如是由時鐘信號對位流編碼獲得的，以便在發(fā)送位流的同時發(fā)送它，這種時鐘信號可以對各個當(dāng)?shù)卣{(diào)制器相區(qū)別，或用一外部的同步單元為幾個當(dāng)?shù)卣{(diào)制器產(chǎn)生。
時鐘信號的傳輸還可以靠單獨傳輸每個時鐘信號(例如從遠(yuǎn)端站傳輸至每個當(dāng)?shù)卣{(diào)制器)來獲得。
實施的裝置包括——至少一個當(dāng)?shù)仉娮幽K，包括一用于將各個模擬信號變換成位流的調(diào)制器，和在傳輸通道上發(fā)送各位流的一發(fā)送器；——至少一個同步單元，它產(chǎn)生一時鐘信號，允許每一調(diào)制器與遠(yuǎn)端站同步；以及——至少一個接收模塊，包括一接收器和將所接收的各位流變換為數(shù)字樣本的數(shù)字濾波器。
為了對每一位流進(jìn)行編碼允許與位流同時傳輸時鐘信號，可以用一編碼單元與每一調(diào)制器相關(guān)聯(lián)，遠(yuǎn)端站至少有一個與編碼單元相對應(yīng)的譯碼單元。
此設(shè)備包括例如一產(chǎn)生時鐘信號的同步單元，此單元與每個當(dāng)?shù)卣{(diào)制器相關(guān)聯(lián)，或由幾個當(dāng)?shù)卣{(diào)制器共用，或與遠(yuǎn)端站相關(guān)聯(lián)。在這種情況下，此設(shè)備至少包括進(jìn)一步與第一傳輸通道不同的第二通道，用來使遠(yuǎn)端站中的同步單元與幾個當(dāng)?shù)卣{(diào)制器相聯(lián)。
在傳輸通道為導(dǎo)線的場合，此設(shè)備還可以包括用于在每條傳輸線上傳送電流以每個當(dāng)?shù)啬K供電的隔離裝置。
由于這樣一種功能分配，當(dāng)?shù)財?shù)字化裝置較小。它可以放在傳感器殼體內(nèi)，而其功率消耗較低，它可以實現(xiàn)用電池供電。與本領(lǐng)域的已知方法不同，無需任何格式化操作就可以進(jìn)行傳輸。因而接連的位是相互獨立的，而對各位流進(jìn)行的數(shù)字濾波(或抽取)具有減小干擾引起的傳輸失誤的效果。因而可以以有吸引力的代價容易地構(gòu)成復(fù)雜的信號接收設(shè)備。當(dāng)?shù)財?shù)字化模塊的簡化可以以更低的代價使每個傳感器分別接收的信號傳送到中心站。優(yōu)點還在于它允許操作者無需外出到現(xiàn)場而從中心站隨意組合初級信號，在任何時候改變信號接收設(shè)備的性能以使之適應(yīng)特定的接收狀況。
本發(fā)明方法和設(shè)備的其他特征和優(yōu)點通過結(jié)合附圖閱讀以下以非限定實例方式給出的實施例的說明將會清楚。


圖1以圖解方式表示傳輸數(shù)字信號設(shè)備的一個熟知的實施例。
圖2示出在每個當(dāng)?shù)啬K中有同步裝置的本發(fā)明實施例。
圖3以圖解方式表示前一實施例的第一種變形。
圖4以圖解方式表示此實施例的第二種變形。
圖5示出所用的傳輸通道是導(dǎo)線時向與傳感器相聯(lián)的當(dāng)?shù)啬K提供電力的電路圖。
利用數(shù)字化傳輸?shù)耐ǔ５姆椒ㄊ桥c諸如地震檢波器之類的一傳感器或一接收器G組成一采集鏈路(圖11)，其中包含一例如是過取樣型模數(shù)變換器CAN以及與之相關(guān)聯(lián)的同步單元H。來自變換器CAN的數(shù)字化字被送給一熟知類型的格式化電路FC，它使它們按每組K個字n1，n2，…nk組合在一起(k是任意預(yù)先規(guī)定的整數(shù))，并且各組加上幀識別符和識別前綴Px和識別后綴Sx。每個格式化的編組接著由電路CD編碼，并被送到合適的傳輸通道V。在這種情況下，接收鏈路除了包括一譯碼器DCD以外，還必須包括用來存儲數(shù)字化字的去格式化電路DE。
本發(fā)明的設(shè)備(圖2)包括與一傳感器G相關(guān)聯(lián)的一當(dāng)?shù)啬KM。此模塊ML包括一接收傳感器G的信號的電路1，它包括例如一前置放大器2和一濾波器3。經(jīng)電路1接收后，此模擬信號送給調(diào)制器4(例如是δ-∑型的)，從而以同步單元5確定的高頻F(例如256KHz)產(chǎn)生字長1位的字。例如可以采用晶體半導(dǎo)體公司(Crystal Semiconductors Company)制造的CS 5323型調(diào)制器。調(diào)制器4來的1位字串在此直接送給一采用預(yù)先規(guī)定編碼(諸如HDB3編碼，多電平編碼，適于光傳輸?shù)腃MI-3編碼等)的編碼電路6，使得時鐘信號與此信號同時被傳送。編碼的位流隨后由與傳輸通道V相接的一發(fā)送器7赫茲調(diào)制器、發(fā)光二極管等送到傳輸通道。
接收信號的中心模塊MC包括一接收鏈路，在本例中此鏈路包括一接收器8和一與編碼電路6相對應(yīng)的譯碼電路9。此后，已譯碼的位流送給一數(shù)字濾波器10，它執(zhí)行抽取，以便以比過取樣頻率F低得多的取樣頻率f產(chǎn)生更高分辨率的字(16或24位)，這些數(shù)字化字存儲在存儲器11中。例如可以采用晶體半導(dǎo)體公司制造的CS5322型數(shù)字濾波器或TRW公司制造的TMC2242型濾波器。
根據(jù)圖3的變形，采用與單元4相似的設(shè)置在當(dāng)?shù)啬K以外的一個或幾個同步單元12，每個單元與幾個模塊ML1、ML2、ML3…MLk相聯(lián)。
根據(jù)圖4所示的另一變形，也可采用與前述的單元5相似，但配置在遠(yuǎn)端站CU的同步單元13。在該例中，由引中心同步單元13產(chǎn)生的時鐘信號可經(jīng)一獨特的線14傳輸至位于幾個傳感器G1至Gk附近的一分配單元15，再經(jīng)導(dǎo)體16分配時鐘信號至各個有關(guān)的當(dāng)?shù)啬KML1至MLk。
每個傳輸通道還可以增加用于將站CU產(chǎn)生的共用的時鐘信號分開傳送至各當(dāng)?shù)啬K的另外的導(dǎo)電體。
當(dāng)采用一傳輸線將各當(dāng)?shù)啬KM與遠(yuǎn)端站連接時，例如可以如圖5所示經(jīng)同一傳輸線向該模塊供電。中心模塊MC與相應(yīng)的當(dāng)?shù)啬KML連接至傳輸通道V，此傳輸通道V由線變壓器17、18將它們連接在一起，并允許中心站與電源19連接，19向線的另一端的電壓調(diào)整設(shè)備20直接供電，20產(chǎn)生向當(dāng)?shù)啬KML電路供電電壓。
以上描述的實施例包括允許在傳輸通道V1…Vk上在傳輸各種位流的同時傳輸時鐘信號的譯碼裝置6、9。這些裝置是有效的，通常用來在相當(dāng)長的傳輸通道上減少傳輸錯誤。但在不脫離本發(fā)明范圍的前提下，傳輸距離足夠短時這些編碼和譯碼裝置可省略。
在不脫離本發(fā)明范圍的前提下，此專用數(shù)字濾波器10還可以用例如模擬器件公司(Analog Device Company)制造的一個或幾個DSP型處理器(編號為2205)來替換，為完成上面所述的濾波，要對這些處理器進(jìn)行編程。
權(quán)利要求
1.一種用于簡化將模擬信號諸如傳感器接收的信號傳輸至遠(yuǎn)端站的方法，其特征在于包括采用把模擬信號變換為位流的當(dāng)?shù)卣{(diào)制器來獲得每個要傳輸?shù)哪M信號；至少傳輸一個時鐘信號以允許遠(yuǎn)端站與每個調(diào)制器(ML)同步；無需格式化，將每個位流直接在傳輸通道上發(fā)送；由遠(yuǎn)端站的數(shù)字濾波器將所接收的每個位流變換為把所傳輸?shù)哪M信號加以轉(zhuǎn)換的數(shù)字化字。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于包括用一時鐘信號對各位流進(jìn)行編碼，從而在發(fā)送位流的同時發(fā)送時鐘信號，以此來發(fā)送所述時鐘信號。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于包括對各個當(dāng)?shù)卣{(diào)制器產(chǎn)生不同時鐘信號。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于包括對幾個當(dāng)?shù)卣{(diào)制器產(chǎn)生一個時鐘信號。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于包括是用分開發(fā)送各個時鐘信號的辦法來發(fā)送時鐘信號的。
6.如前面權(quán)利要求所述的方法，其特征在于包括所述時鐘信號是由遠(yuǎn)端站發(fā)送至各個當(dāng)?shù)卣{(diào)制器的。
7.一種用于簡化將模擬信號諸如傳感器接收的信號傳輸至遠(yuǎn)端站的設(shè)備，其特征在于包括至少一個當(dāng)?shù)啬K，它包括一用于將每個模擬信號變換為一位流的調(diào)制器，和一將每個位流在一傳輸通道上發(fā)送的發(fā)送器；至少一個同步單元，它產(chǎn)生一時鐘信號以允許各個調(diào)制器與遠(yuǎn)端站同步；以及至少一個接收模塊，它包括一接收器和將接收的每一位流變換為數(shù)字取樣的一濾波裝置。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于包括與每個調(diào)制器相關(guān)聯(lián)的有一個編碼單元，用來對每一位流進(jìn)行編碼，以允許在傳輸位流的同時傳輸時鐘信號；和遠(yuǎn)端站中至少一個與編碼單元相對應(yīng)的譯碼單元。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于包括與每個當(dāng)?shù)卣{(diào)制器相關(guān)聯(lián)的同步單元。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于包括與幾個當(dāng)?shù)卣{(diào)制器相關(guān)聯(lián)的公用同步單元。
11.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于包括至少一個與遠(yuǎn)端站相關(guān)聯(lián)的同步單元；以及至少一個與第一通道相區(qū)別的第二傳輸通道，用于將所述同步單元與幾個當(dāng)?shù)卣{(diào)制器連接。
12.如權(quán)利要求7至11任一項所述的設(shè)備，其特征在于第一傳輸通道包括線，該設(shè)備包括用于在每一傳輸線上傳送電流以向各當(dāng)?shù)啬K供電的隔離裝置。
13.如權(quán)利要求7或8所述的設(shè)備，其特征在于每個當(dāng)?shù)啬K包括雙極編碼裝置。
14.如權(quán)利要求7或8所述的設(shè)備，其特征在于各當(dāng)?shù)啬K包括多電平編碼裝置。
15.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于傳輸通道包括光纖，每一當(dāng)?shù)啬K包括CMI-3型編碼裝置。
16.如權(quán)利要求7至15任一項所述的設(shè)備，其特征在于每一當(dāng)?shù)啬K包括在其應(yīng)用前接收模擬信號的裝置或調(diào)制器。
全文摘要
本發(fā)明為簡化將各個傳感器接收的信號傳輸至遠(yuǎn)端站，傳感器與一個當(dāng)?shù)仉娮幽K相關(guān)聯(lián)，該模塊將所接收的模擬信號變換為編碼的位流，位流不進(jìn)行任何預(yù)先的格式化就發(fā)送到傳輸通道上，在遠(yuǎn)端站在信號被送到一數(shù)字濾波器之前被譯碼，數(shù)字濾波器以數(shù)字樣本串的形式存儲所接收的信號。本發(fā)明用于例如地震數(shù)據(jù)的傳輸。
文檔編號H04L25/00GK1085708SQ93117059
公開日1994年4月20日 申請日期1993年8月28日 優(yōu)先權(quán)日1992年8月28日
發(fā)明者克洛德·博杜塞, 帕特里克·科克雷爾 申請人:法國石油研究所