DE1448716C - Elektrische Schaltunganordnung zum gleichzeitigen Aufzeichnen und Ermitteln des Zeitraumes zwischen Paaren von Impulsen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltungs- Dies wird erfindiingsgeniäß dadurch erreicht, daß

anordnung zum gleichzeitigen Aufzeichnen und Er- ein Eingang einer Reihenschaltung von Löschkreisen mitteln des Zeitraumes zwischen Paaren von Impulsen für den ersten Impuls mit der genannten Übertragungsziim Bestimmen akustischer Geschwindigkeiten durch leitung verbunden ist und daß Aufzeichnungsgeräte eine unterirdische Gesteinsformation, wobei die im- 5 mit ihren Eingangsklemmen mit verschiedenen Punkten pulse einer Impulsreihe über eine einzige Übertragungs- längs der genannten Reihenschaltung verbunden sind, leitung empfangen werden. so daß jedem Aufzeichnungsgerät ein verschiedenes

Bisher hat man bei der Messung akustischer Ge- impulspaar zugeführt wird, um den Zeitraum zwischen schwindigkeiten zur Ermittlung der Tiefe unterirdischer den dieses Impulspaar bildenden Impuls zu messen. Gesteinsformationen, die ein Bohrloch umgeben, eine io Der wesentliche Vorteil dieser Anordnung ist darin Meßanordnung mit einem einzigen Empfänger ver- zu sehen, daß sie genau mißt, technisch nicht aufwendet. Bei dieser Anordnung gelangte ein einziger' wendig und nicht störanfällig ist. Im folgenden soll akustisch wirkender Wandler als Sender und ein ent- die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung sprechender Wandler als Empfänger zur Anwendung. im einzelnen näher erläutert werden. In der Zeichnung Derartige Anordnungen sind in der kanadischen 15 ist

Patentschrift 602 984 beschrieben. Bei diesem Ver- F i g. 1 ein Blockschaltbild, welches die gesamte

fahren wird der Unterschied der Ankunftszeiten eines Schaltungsanordnung für die Vorrichtung nach der akustischen Impulses an zwei getrennt aufgestellten Erfindung zeigt, die sich unter der Erde bzw. in dem Wandlern gemessen. Da nun die Abstände der Wand- Bohrloch befindet; die Figur zeigt außerdem die Antler voneinander gleich groß sind, kann die Messung 20 sieht eines Schnittes durch den Teil der Erde, durch der Laufzeit eines akustischen Impulses von dem einen den das Bohrloch geführt ist, und einen Teil der Vor-Wahdler zu dem anderen in die Geschwindigkeit der richtung, die sich im Inneren des Bohrloches befindet, (0Ί akustischen Welle oder des Impulses durch die ver- und

schiedenen unterirdischen Gesteinsformationen umge- F i g. 2 ein Blockschaltbild der Einrichtung, die sich

wandelt und als solche aufgezeichnet werden. 25 über der Erde befindet, einschließlich der Ansicht eines

Die Wahl des Abstandes, zwischen den beiden Schnittes durch das Bohrloch und der Ansicht einiger Wandlern erfolgt aus verschiedenen Gesichtspunkten Teile der Vorrichtung, die sich in dem Bohrloch beheraus. Der prozentuale Fehler bei Geschwindigkeits- finden.

meßgeräten, der sich aus den.Unterschieden der Bohr- Die akustische Geschwindigkeitsmessung erfolgt

lochabmessimgen ergibt oder in der Meß- und Auf- 30 durch unterirdische Schichten durch Messung der Zeichnungsvorrichtung zu suchen ist, wird mit zu- Laufzeit eines akustischen Impulses durch die unternehmendem Abstand der Wandler voneinander kleiner, irdischen Schichten zwischen zwei getrennt voneinander d. h., man erhält im allgemeinen eine exakte Geschwin- aufgestellten Wandlern. Die Laufzeit kann zwischen digkeitsmessung, wenn es sich um einen großen Ab- einem akustischen Wandler und einem weiteren stand von beispielsweise 0,91 m oder mehr handelt. 35 Wandler, die in einem bekannten Abstand vonein-Außerdem ist eine Einrichtung, in welcher die Wandler ander angeordnet sind, gemessen werden. Wahlweise einen verhältnismäßig großen Abstand voneinander kann die Geschwindigkeit des Impulses gemessen haben, sehr viel brauchbarer für die Ermittlung und werden, welcher eine unterirdische Schicht durchquert, Registrierung der Gesamtlaufzeit des akustischen indem die Laufzeit des Impulses zwischen zwei geImpulses bei Tiefenmessungen für seismische Berech- 40 trennt voneinander aufgestellten Wandlern ermittelt nung. Es hat sich gezeigt, daß. in vielen Fällen der wird. Bei der in Fi g. 1 und 2 gezeigten Ausführungsgrößere Abstand wünschenswerter ist oder zufrieden- form handelt es sich um eine akustische Tiefenmeßvorstellendere Ergebnisse liefert, wenn bestimmte Bohr- richtung, mit deren Hilfe die Laufzeit zwischen einem /Jp,( tiefen in Zusammenhang miteinander stehen. Sender und einem Empfänger und zwischen min- ^

Umfassende Erfahrungen bei der Ausmessung von 45 destens zwei im Abstand voneinander angeordneten Bohrlöchern nach dem · Verfahren der akustischen Wandlern ermittelt wird. Zwecks Genauigkeit der Geschwindigkeitsmessung haben gezeigt, daß Ge- Messung wird vorzugsweise die Laufzeit eines "akuschwindigkeits-Tiefenmessungen unter Verwendung stischen Impulses zwischen zwei Wandlern gemessen, von Wandlern, die einen geringen Abstand voneinander weil die Meßmethode mit einem Empfänger durch das haben, also größenordnungsmäßig 0,305 m oder auch 50 Medium in dem Bohrloch aus dem Sender auf die < weniger, sehr wenig exakte Informationen über die Gesteinsschicht und zprück von der Gesteinsschicht unterirdischen Gesteinsschichten liefern. Da die Ge- zu dem Empfänger Ungenauigkeiten in sich birgt, die schwindigkeitsmessung auf den Abstand zwischen nicht ohne weiteres korrigiert werden können. Diese zwei Wandlern beschränkt ist und da dieser Abstand . Ungenauigkeiten sind praktisch vermieden, wenn man beispielsweise nur einige Zentimeter betragen kann, 55 eine Vorrichtung mit zwei Empfängern verwendet, können bei Wandlern mit kleinem Abstand vonein- weil die Laufzeit durch das Medium des Bohrloches bis ander die Grenzen von Gesteinsschichten und sogar zu jedem der fceiden Empfänger als gleich groß anvon dünnen Schichten sehr genau ermittelt werden. gesehen werden kann. .

Aus dieser Überlegung ergibt sich, daß ein akustisches In F i g. 1 ist das Bohrloch mit 10 bezeichnet. Es

System zur' Ermittlung der Schachttiefe sowohl mit 60 enthält eine Bohrlochflüssigkeit, die normalerweise kleinen als auch mit großen Abständen der Wandler Bohrschlamm enthält. Das Bohrloch geht durch eine von Vorteil sein kann. Anzahl unterirdischer Schichten 12, 14, 16 hindurch,

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine in denen die akustische Geschwindigkeit gemessen elektrische Schaltungsanordnung der eingangs um- werden soll. Im Inneren des Bohrloches befindet sich rissenen Art so auszubilden, daß der Zeitraum zwi- 65 ein langgestrecktes Untersuchungsgerät 18, welches sehen Paaren von Impulsen mit großer Genauigkeit von einem Kabel 20 für die Stromzuführung mit einem gemessen werden kann, die aus einer Impulsfolge aus- Durchmesser von etwa 8 mm gehalten wird. Das ;

gewählt werden. Kabel 20 weist eine zentrale Übertragungsleitung 22 '..

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auf, die aus Kupfer oder einem anderen sehr gut stromleitenden Metall besteht. Diese Übertragungsleitung hat eine äußere Hülle 24 aus■ .Stahlgeflecht, dessen Festigkeit ausreicht, um sowohl das Untersuchungsgerät 18 als auch das Eigengewicht des Kabels in dem Bohrloch zu halten. Das Untersuchiingsgerät 18 weist einen akustischen Teil 26 am unteren Ende auf, in welchem ein akustischer Sender 28, ein erster WandIer30, ein zweiter Wandler 32 sowie ein dritter Wandler 34 untergebracht sind. Jeder Wandler ist vorzugsweise aus Bleizirkontitanat oder Bariumtit'anat hergestellt. Das Gehäuse und das Innere des akustischen Teils 26 des Untersuchungsgerätes 18 sind aus einem Material hergestellt, in welchem die Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Schalls nicht größer ist als die Schallgeschwindigkeit durch das Medium in dem Bohrloch 10, also vorzugsweise aus einem Material, in welchem diese Geschwindigkeiten kleiner sind als 1,524 km je Sekunde und welches hohe Temperaturen und Drücke aushalten kann, wie sie in einem Bohrloch vorkommen, also beispielsweise aus einem kautschukähnlichen Material.

Im oberen Teil 36 des Untersuchungsgerätes 18 sind die elektronischen Einrichtungen des Untersuchungsgerätes untergebracht.

Dieses Teil 36 beherbergt einen Taktgeber 38, der irgendein Oszillator sein kann, der Impulse erzeugt, die eine konstanteFrequenz haben, beispielsweise eine Frequenz von 20 Impulsen je Sekunde. Ein akustischer Impulsgeber 40 ist an dem Ausgang des Taktgebers 38 und mit seinem Ausgang an dem Wandler 28 angeschlossen. An. dem Ausgang des. Taktgebers 38 liegt ' weiter ein erster mit Verzögerung arbeitender Torgenerator 42, der an seinem Ausgang eine quadratische positive Spannung erzeugt. Dieser erste Torgenerator 42 kann aus einem ersten Multivibrator für einen Impuls mit einem Differentiator in seinem Ausgangskreis sowie einem zweiten Multivibrator für einen Impuls bestehen, der auf einen Impuls aus denv Differentiator anspricht. Der Ausgang aus dem ersten Torgenerator ist an einen in Torschaltung arbeitenden Triggerkreis 44 gekoppelt. · ■

Der erste Empfänger 30 für Überschall in dem akustischen Teil 26 ist an ein erstes Hochpaßfilter 46 angekoppelt, welches vorzugsweise eine Grenzfrequenz von annähernd 5 kHz aufweist. Ein üblicher Verstärker ist mit dem Ausgang des ersten Filters 46 verbunden. Die A'iisgangsspannung aus dem ersten Verstärker und Clipper 48 wird auf einen Eingang des ersten Triggergenerators 44 in Torschaltung gegeben. Dieser erste Generator 44 ist im allgemeinen ein Koinzidenz-Stromtor mit Doppelsteuerung, also mit zwei Steuergittern, an dessen einem die positive Vorspannung aus dem.Ausgang-des ersten verzögerten Torgenerators 42 liegt und auf dessen zweites Steuergitter derjenige Impuls aus dem ersten Empfänger gegeben wird, der durch das erste Filter 46 und den ersten Verstärker und Clipper 48 hindurchgeht. Der erste Generator 44 ist an einen Kollektorkreis zur Sammlung elektrischer Impulse über eine erste Sperrdiode 52 gegeben, wobei dieser Kreis.vorzugsweise ein Kathodenverstärker 55 ist. Dieser Kathodenverstärker umfaßt zwei Kathoden und ein erstes Triodenteil 54, ein zweites Triodenteil 56, einen gemeinsamen Kathodenwiderstand 58, einen ersten Gitterwiderstand 60, der an dem Steuergitter des ersten Triodenteils 54 liegt, und einen zweiten an dem Steuergitter des zweiten Triodenteils 56 liegenden Gitterwiderstand 62. Der Ausgang der Sperrdiode 52 ist mit dem Steuergitter des ersten Trioder.teils 54 verbunden.

Eine Ausgangsspannung aus dein ersten in Torschaltung arbeitenden Triggergencrator 44 wird außerdem auf einen zweiten mit Verzögerung arbeitenden Torgenerator 64 gegeben, welcher dazu dient, an seinem Ausgang eine positive quadratische Schwingung zu erzeugen.

An dem Ausgang des zweiten Wandlers M ist ein zweites Filter 66 angeschlossen, welches vorzugsweise ebenfalls ein Hochpaßfilter mit einer Grenzfrequenz von annähernd 5 kHz ist. An dem Ausgang dieses zweiten Filters 66 ist ein zweiter Verstärker- und Clipperkreis 68 angeschlossen. Der Ausgang dieses zweiten Kreises 68 steht in Verbindung mit dem Eingang eines zweiten in Torschaltung arbeitenden Triggergenerators 70, der dem Triggcrgenerator 64 ähnlich ist. Der Ausgang dieses zweiten Generators 64 ist seinerseits auch an den Eingang des zweiten Generators 70 gelegt. Ein Ausgang aus dem zweiten Trigger-, generator 70 ist auf den Kollektorkreis über eine, zweite Sperrdiode 72 gegeben, die ihrerseits an das Steuergitter des zweiten Triodenteils 56 des Kathodenverstärkers 55 angeschlossen ist.

Ein zweiter Ausgang aus dem zweiten Triggergenerator 70 befindet sich in Verbindung mit dem Eingang' eines dritten mit Verzögerung arbeitenden Torgenerators 74,-der einen'ähnlichen Aufbau haben kann wie der erste und der zweite Generator 42 und 64.

An den Ausgang des dritten· Empfängerübertragers 34 ist ein drittes Filter 76 gekoppelt, welches vorzugsweise ein Hochpaßfilter mit einer Grenzfrequenz von annähernd 5 kHz ist. Über einen dritten Verstärker und Clipper 78 ist der Ausgang dieses dritten Filters 76 mit einem Eingang eines dritten Triggergenerators 80 verbunden. Der Ausgang aus dem Torgenerator 74 ist ebenfalls mit einem Eingang des Ti'iggergenerators 80 verbunden.

Dieser dritte Generator ist ähnlich aufgebaut wie'die Generatoren 44 und."70. Der Ausgang aus diesem dritten Generator 80 ist über den Sammelkreis 30 über eine dritte Sperrdiode 82 gegeben, die an das Steuergitter des ersten Triodenteils 54 des Doppelkathodenverstärkers 55 angeschlossen ist.

Ein Ausgang aus dem Taktgeber 38 ist ferner über eine vierte Sperrdiode 84 mit dem Sammelkreis· 50 verbunden. Diese Diode steht in Verbindung mit dem Steuergitter des zweiten Triodenteils 56.

Die Kathoden des Verstärkers 55 für den Impulssammelkreis 50 sind mit dem Gitter eines Stromtores 86 mit. Wasserstoffüllung verbunden, welches zu einem Impulsgeberkreis 85 gehört, wobei die Verbindung über einen Koppelkondensator 88 vorgenommen ist. Das Steuergitter des Stromtores. 86 steht über eine Drosselspule 90 mit einer Gleichstromquelle in Verbindung. Ein der Energiespeicherung, dienendes Netzwerk 92 besteht aus einem ersten" Kondensator 94, einem zweiten Kondensator 96 und einer Spule 98 und liegt als Ganzes zwischen Erde und Anode des Stromtores 86. Die Anode ist weiter über einen Widerstand 100 an. die positive Klemme einer Spannungsquelle B angeschlossen. Ein Kathodenwiderstand 102 .liegt zwischen der Kathode des Stromtores 86 und Erde. Ein Koppelkondensator 104 liegt zwischen der Kathode des Stromtors 86 und der Übertragungsleitung 22 des Kabels 20. Die Stromquelle 106 für das Bohrloch liegt ebenfalls an der Übertragungsleitung 22, und zwar über einen Filterkreis 108 mit einem Kondensator

11(1. der /wischen der Stromquelle 106 und Hide liegt, und über eine Spule 112, die /wischen der Stromquelle 106 und dem zentralen Leiter des Einleilerkabcls angeordnet ist.

Wie in l·' i g. 2 gezeigt ist, läuft das Kabel 20 über eine kabelmcl.lvomehUmg 114. Die Übertragungsleitung des Kabels 2(1 ist an ein Filter 116 angeschlossen, welches da/u dient, die Hohrlochencrgie von der akustischen Gcschwindigkeitsencrgic zu trennen, die .\on der Übertragungsleitung übertragen wird. Die zur Speisung des Untcrsuchiingsgerätcs erforderliche elektrische Energie wird von der 60-Hz-StromqueIle 118 geliefert, welche'an das Filter 116 angeschlossen ist. Die Stromquelle 118 ist ihrerseits mit der Energiequelle 120 zur Versorgung der Hinrichtung über der Erdoberfläche verbunden.

Das Filter 116 ist feiner an einen Verstärker und Impulsformer 122 angeschlossen. Der Ausgang des Verstärkerkreises 122 liegt an einem eisten Kreis 124, der ein Stromtor 126 und einen Kathodenwiderstand 128. einen Anodenw ideistand 130 und einen Speicherkondensator 132 'aufweist, wobei letzterer zwischen der Anode des Stromtor« 126 und Erde angeordnet ist. Die Kathode des Stromtors 126 liegt an einem ersten Zeitmeßkreis, der aus einem ersten bistabilen Multivibrator 134 besteht, an dem ein Generator 136 für eine .Sägezahnspannung angeschlossen ist, hinter welchem ein erstes Spitzenspannungsmeßgerät 138 liegt. Der Ausgang aus diesem Meßgerät 138 wird über einen ersten Gleichspannungsverstärker 142 auf ein erstes Aufzeichnungsgerät 140 gegeben.

Der Ausgang aus dem Verstärker und dem Impulsformgerät 122 wird ebenfalls auf einen ersten Löschkreis 144 für den eisten Impuls gegeben. Dieser Kreis 144 besteht aus einem monostabilen Multivibrator 146 mit einer ersten Triodenstrecke 148 und einer zweiten 1 riodenstreeke 15(1. Die Anode der zweiten Triode 150 des Multivibrators 146 liegt über einem ersten Widerstand 154 in Reihe mit einem Parallelkreis mit einem zweiten Widerstand 156 und einem Kondensator 158 an einer negativen Spannungssquclle B. Ebenfalls am.Ausgang des Verstärkers und Impulsformers 122 liegt ein erster Belastungsvviderstand 160 über den Koppelkondcnsator 162. Eine Siliziumdiode 164 ist zwischen den ersten Belastungsvviderstand 160 und den gemeinsamen Punkt zwischen dem ersten Widersland 154 und dem zweiten Widerstand 156 eingeschaltet. Ein zweiter Laslwideistand 166 ist zwischen den gemeinsamen Punkt des ersten Koppelkondensators 162 und den ersten lielastungswiderstand 160 und Erde eingeschaltet. Ein zweiter Koppelkondensator 168 liegt zwischen dem gemeinsamen Punkt des ersten Belastungswiderstandcs 160 und der Siliziumdiode 164 und einem Gitterwiderstand 170.

Der Gitterwiderstand 170 liegt zvv ischcn dem Steuergitter eines Kathodenfolgers 172 und einem negativen Gleichstrompotential otler einer negativen Vorspannungsquclle. Die Anode des Kathodenfolgers 172 ist unmittelbar an die positive Klemme' der Quelle B angeschlossen, während die Kathode des Kathodenfolgers 172 über einen Kathodenwiderstand 174 an Erde gelegt ist. !Die Kathode des Kalhodenfolgers 172 ist an einem zweiten Triggerkreis 176 angeschlossen. Der Ausgang dieses zweiten Kreises 176 liegt an einem Eingang des ersten bistabilen Multivibrators 134 des ersten Zeitmeßkreises.

Der Ausgang des zweiten Triggerkreises 176 ist an einem zweiten und an einem dritten Zeitmeßkreis angeschlossen, die ähnlich aufgebaut sein können wie der erste Zeitmeßkreis. Der zweite Zeitmeßkreis enthält einen bistabilen Multivibrator 178, einen Generator 180 für eine sägezahnförmige Spannung, ein Vakuum-Spitzenspannungsmeßgerät 182, einen Gleichspannungsverstärker 184 und ein Aufzeichnungsgerät 186. Der dritte Zeitmeßkreis umfaßt einen bistabilen Multivibrator 188, einen Generator 190 für eine sägezahnförmige Spannung, ein Spitzenspannungsmeßgerät 192,

ίο einen Gleichspannungsverstärker 194 und ein Aufzeichnungsgerät 196.

Die Kathode des Kathodenfolgers 172 ist weiterhin an einem zweiten Löschkreis 198 für den ersten Impulsangeschlossen, der ähnlich wie der Kreis 144 aufgebaut ist. Der Ausgang aus dem Kreis 198 ist an ein drittes Triggerstromtor 200 angeschlossen. Der Ausgang aus dem dritten Triggerstromtor 200 wird im allgemeinen auf einen Eingang des zweiten bistabilen Multivibrators 178 des zweiten Zeitmeßkreises gegeben. Der Ausgang aus dem zweiten Löschkreis 198 für den ersten Impuls liegt außerdem an einem Löschkreis 202 für den ersten Impuls, dessen Ausgang an einem Eingang des Multivibrators 188 liegt.

Beim Betrieb der Vorrichtung zum Messen akustischer Geschwindigkeiten in Bohrlöchern wird ein elektrischer Impuls /₀ von dem Taktgeber 38 erzeugt und auf den akustischen Impulsgeber 40 gegeben, der einen scharf ausgeprägten elektrischen Impuls hoher Energie erzeugt. Dieser Impuls betätigt den akustischen Sender 28. Der elektrische Impuls I₀ aus dem Taktgeber 38 wird gleichzeitig über die Sperrdiode 84 auf das Steuergitter der zweiten Triodenstrecke 56 des Doppelkathodenfolgers 55 gegeben, um einen impuls I₀ an dem Kathodenwiderstand 58 des Doppelkathodenfolgers 55 entsprechend stehenzulassen. Der elektrische Impuls t₀ aus dem Taktgeber 38 wird außerdem gleichzeitig auf den ersten Torgenerator 42 in Löschschaltung gegeben, der nach einer Verzögerung von annähernd 100 Mikrosekunden eine positive quadratische Schwingung erzeugt, deren Dauer annähernd 600 Mikrosekunden beträgt und weiche auf den ersten Triggergenerator 44 gegeben wird, um ihn in denjenigen Betriebszustand zu versetzen, in welchem er auf den Eingang eines Impulses aus dem ersten Verstärker und Clipper 48 ansprechen kann.

Der akustische Impuls /„, der an dem Wandler 28 erzeugt worden ist, geht durch das Medium des Bohrloches hindurch und in die unterirdische Gesteinsschicht 14, wo ein Teil durch die Gesteinsschicht 14 auf den ersten, den weiten und dritten Wandler 30, 32 und 34 reflektiert wird. Ein Teil des reflektierten akustischen Impulses tritt von neuem in das Medium in dem Bohrloch ein und trifft auf den ersten Wandler 30. Zu einem späteren Zeitpunkt, der von den akustisehen Eigenschaften der Schicht 14 abhängt, tritt ein weiterer Teil des reflektierten Impulses wieder in das Medium in dem Bohrloch ein und trifft auf den zweiten Wandler 32. Der Impuls aus dem Ausgang des ersten" Verstärker- und Clipperkreises 48 wird auf den ersten Triggergenerator 44 gegeben, um dort einen einzelnen Impuls I₁ zu erzeugen, der auf das Steuergitter der ersten Triodenstrecke 54 des Doppelkathodenfolgers 55 gegeben wird, so daß der Impuls J₁ zum Kathodenwjderstand 58 gelangt. Infolge der Ringanordnung des Sendeübertragers 28 wird an den Wandlern 3.0, 32 und 34 eher ein Wellenzug als ein einzelner Impuls empfangen. Um einen einzelnen Impuls /, zu erzeugen, der den Augenblick anzeigt, in welchem die erste

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Welle den ersten Empfänger 30 erreicht, ist der erste zwischen den Impulsen I₀ und Z₁ gleich dem zwischen

Triggergenerator so ausgelegt, daß die erste Welle den den Impulsen /,'„ /J, i\ und z_:', aus dem Verstärker und

Generator 44 zum Ansprechen bringt, um den Im- Impulsformer 122.

puls Z₁ zu erzeugen; im übrigen spricht der Generator Der erste Impuls /Ji zieht das Stromtor 126 und führt 44 nicht auf die restlichen Wellen des Wellenzuges an. 5 die Entladung der Energie herbei, die in dem Speicher-Dies ist dadurch erzielbar, daß ein Speichernetzwerk kondensator 132 angesammelt ist, und leitet diese für die Energie vorgesehen wird, welches im Augen- durch den Kathodenwiderstand 128, so daß der Imblick des Eintreffens der ersten Welle des Wellenzuges puls I₀ an dem Widerstand 128 erzeugt wird. Da nun Energie abgibt, aber nicht früher wieder aufgeladen der Ladewiderstand 130 einen hohen Betrag aufweist, wird, bevor der ganze Wellenzug durchgelaufen ist. io kann der Speicherkondensator 132' nicht sofort wieder Einen Bruchteil der Spannung, die am Ausgang des aufgeladen werden. Demzufolge können die nachersten Triggergenerators 44 erzeugt wird, wird auf den folgenden Impulse I₁, I₂ und I₃ das Stromtor 126 nicht zweiten mit Verzögerung arbeitenden Torgenerator 64 ziehen. Die Werte für den Ladewiderstand 130 und aufgegeben, der nach einer Verzögerungszeit von an- den Speicherkondensator 132 sind so gewählt, daß der -nähernd 30 Mikrosekunden einen positiven Impuls 15 Speicherkondensator 132 in ausreichendem Maße erzeugt, dessen Dauer an seinem Ausgang etwa wieder aufgeladen wird, um sich wieder durch das 200 Mikrosekunden beträgt. Dieser positive Impuls Stromtor 126 zu entladen, wenn die nächste Impulswird auf den zweiten Triggergenerator 70 gegeben, um reihe /,',, /J, Z.] und t\ auf das Gitter des Stromtores 126 ihn in einen Betriebszustand zu versetzen, in welchem gegeben wird.

er wirksam wird, wenn an ihn ein Impuls aus dem 20 Die vier Impulse /,'„ t\, 1!, und z_:'. aus dem Verstärker

zweiten Verstärker-und Clipperkreis 68 ankommt. und Impulsformer 122 werden ebenfalls auf das Steuer-

Die Drosselspule 90 und die über diese Spule auf gitter der ersten Triode 148 über den Gitterwiderstand

das Steuergitter des Stromtors 86 gegebene negative 152 auf den monostabilen Multivibrator 146 gegeben.

Gleichspannung sind so bemessen, daß das Stromtor 86 Der erste Triodenkreis 148 befindet sich normalerweise

rasch deionisiert wird. Der Impulsgeberkreis für das 25 in nicht stromdurchlässigem Zustand, während der

Kabel spricht auf die nachfolgenden Impulse, das sind zweite Triodenkreis 150 normalerweise stromdurch-

also die Impulse I₁,1₂, I₃, und zwar auf ähnliche Weise, lässig ist. Wird nun der erste Impuls /,', 'auf das

so an, daß an dem Kathodenwiderstand 102 die vier Gitter des ersten Triodenkreises 148 gegeben, dann

Impulse Z₀, Z₁, t„ und I₃ entstehen. Diese vier Impulse wird letzterer stromdurchlässig und der zweite Tri-

werden dann auf die Übertragungsleitung 22 über den 30 odenkreis undurchlässig. Die Spannung an der Anode

Koppelkondensator 104 auf das Kabel 20 gegeben. des zweiten Triodenkreises 150 beginnt also anzustei-

Die positive Spannung der Quelle B, die negative gen, um einen Impuls zu erzeugen, der einen positiven

Gleichspannung oder Gittervorspannung und die Ausschlag zeigt. Die Zeitkonstante des Multivibrators

Kathodenspannung für die Stromkreise in dem Unter- 146 ist so gewählt, daß der. Impuls mit dem positiven

suchungsgerät 18 werden alle aus der Stromquelle 106 35 Ausschlag an der Anode des zweiten Triodenkreises 150

für die Stromversorgung des Bohrloches abgeleitet, eine Dauer von annähernd 1400 Mikrosekunden hat.

welche in F i g. 1 in Blockform dargestellt ist, weil sie Der Impuls Z₁ ¹, aus dem Verstärker und Impulsformer

eine Stromquelle üblicher Art sein kann. Die Spule 112 122 wird ebenfalls über den Koppelkondensator 162

und der Kondensator 110 dienen dazu, zu verhindern, auf den ersten Belastungswiderstand 160 gegeben und

daß die Impulse /₀, Z₁, /,und I₃ in die Energiequelle 106 40 geht dann über die normalerweise stromdurchlässige

für das Bohrloch gelangen. Die Spannung aus "tier Siliziumdiode 164, den Kondensator 158 und die

60-Hz-Stromquelle 118. beträgt 280 Volt, so daß am negative Klemme der Stromquelle B nach Erde. Die

Eingang der Energiequelle 106 240 Volt zur Verfugung Siliziumdiode 164 und der Kondensator 158 bieten

stehen, weil in dem Kabel 20 ein Spannungsabfall von dem Impuls ti sehr niedrige impedanzen, und infolge-

40 Voit auftritt. Diese Spannung ändert sich in Ab- 45 dessen ist die Spannung an dem gemeinsamen Punkt

hängigkeit von den Stromkreisen oder Stromkreisele- und dem Lastwiderstand 160 und der Siliziumdiode 164

menten, die in dem Tiefenmeßgerät verwendet werden. sehr klein und reicht nicht aus, die negative Vorspan-

Die Stromquelle 120 an der Erdoberfläche, die eben- nung an dem Steuergitter des Kathodenfolgers 172 zu

falls aus der 60-Hz-Quelle 118 gespeist wird, liefert die überwinden. Dementsprechend werden die Impulse t\,

positiven und negativen Spannungen B bzw. die 50 d und t\ durch den Koppelkondensator 178 auf das

Gittervorspannungen und die Kathodenspannungen Steuergitter des Kathodenf olgers 172 gegeben, um ent-

für das Gerät an der Erdoberfläche. sprechende Spannungen" an dem Kathodenwiderstand

Die vier auf das Kabel 20 übertragenen elektrischen 174 zu erzeugen. Der zweite Lastwiderstand 166 dient

Impulse /(,, Z₁, '2 und I₃ werden über das Filter 116 auf dazu, den Gleichstromweg für die Siliziumdiode 164

den Verstärker-und Impulsformkreis 122 gegeben, der 55 zu vervollständigen, solange letztere stromdurch-

an seinem Ausgang Impulspaare ti, t\, ά und t\ von lässig ist.

praktisch gleich großer Amplitude erzeugt. Diese Im- . Da nun die Impulse /,', und /J von der Impulsreihe z₍'„

pulse entsprechen den'Impulsen, die an der Kathode '' /J, d und ti getrennt worden sind, ist es deutlich, daß

des Stromtors 86 erzeugt werden, mit Ausnahme der diese beiden Impulse auf einen Zeitmeßkreis gegeben'

Tatsache, daß sie gegenüber den Impulsen I₀, I₁, I₂ 60 werden können, um das Zeitintervall zu ermitteln,

und Z₃, die an dem Stromtor 86 erzeugt werden, um welches der akustische Impuls benötigt, um von dem

einen Betrag verschoben sind, der gleich der Zeitver- Wandler 28 zu dem Wandler 30 zu gelangen. Wie in

.ι zögerung bei der Übertragung-durch das Kabel ist. F i g. 2 gezeigt ist, wird der Impuls /,', an der Kathode

Diese Zeitverzögerung kann größenordnungsgemäß des Stromtors 126 des ersten Triggerkreises 124 auf

50 Mikrosekunden betragen. Da aber jeder der vier 65 den ersten bistabilen Multivibrator 134 gegeben.

Impulse über dieselbe Leitung in das Kabel 20 über- um einen Impuls mit negativem Ausschlag an dessen

tragen wird, werden die Impulse auch um denselben Ausgang zu erzeugen. Dieser Impuls an dem bistabilen

Betrag verzögert, und infolgedessen ist das Zeitintervall Multivibrator 134 ist durch das Anlegen des Impulses ή

aus dem zweiten Triggerkreis 176 begrenzt. Der Impuls mit dem negativen Ausschlag an dem Ausgang des ersten Multivibrators 134, dessen Dauer gleich der Impiilslaufzeit /₀ zwischen dem Sender 28 und dem ersten Wandler 30 ist, wird auf den ersten Generator 136 gegeben, um eine sägezahnförmige Welle zu erzeugen, deren maximale Amplitude proportional der Laufzeit des akustischen Impulses zwischen dem Sender 28 und dem Empfänger 30 ist. Das Spitzenspannungsmeßgerät 138 stellt den Spitzenwert der sägezahnförmigen Welle fest, der nach entsprechender Verstärkung durch den ersten Gleichstromverstärker 142 von dem Aufzeichnungsgerät 140 aufgezeichnet wird.

Zur-Ermittlung der Laufzeit des akustischen Impulses t₀ zwischen dem ersten und zweiten Wandler 30 und 32 wird der Impuls /J aus dem zweiten Triggerkreis 176 auf den zweiten bistabilen Multivibrator 178 des zweiten Zeitmeßkreises gegeben, um eine Schwingung mit negativem Ausschlag am Ausgang des Multivibrators 178 in Gang zu setzen. Da nun der Impuls ti gebraucht wird, um die Welle mit dem negativen Ausschlag zu beenden, wird dieser dadurch erzeugt, daß die Impulse t\, ti und /3 aus dem Ausgang des ersten Löschkreises für den ersten Impuls auf den zweiten Löschkreis 198 für den ersten Impuls gegeben werden, der nur die Impulse 4 und U in einer Weise durchläßt, wie sie in Verbindung mit der Erläuterung des ersten Löschkreises 144 beschrieben worden ist. Die Impulse t\ und /_:'₍ werden dann auf den dritten Triggerkreis 200 gegeben, an dessen Ausgang nur der Impuls 4 erscheint. Die Schwingung mit dem negativen Ausschlag am Ausgang des zweiten Multivibrators 178 hat also eine Dauer, die gleich der Laufzeit des akustischen Impulses T₀ zwischen dem ersten Wandler 30 und dem zweiten Wandler 32 ist. Der negative Impuls am Ausgang des zweiten bistabilen Multivibrators 178 wird dann auf den zweiten Generator 180 gegeben, der eine sägezahnförmige Spannung erzeugt, deren Spitzenwert proportional dem Zeitintervall zwischen den Impulsen /J und ti, ist. Das zweite Spitzenspannungsmeßgerät 182 und der zweite Gleichstromverstärker 184 dienen dazu, eine Gleichspannung zu erzeugen, die das Zeitintervall zwischen /{ und 4 anzeigen, welches in dem Aufzeichnungsgerät 186 auf ähnliche Weise aufgezeichnet werden kann, wie dies in Verbindung mit der Beschreibung des ersten Aufzeichnungskreises erläutert worden ist.

Zwecks Ermittlung der Laufzeit des akustischen Impulses zwischen dem ersten Wandler 30 und dem dritten Wandler 24 werden die Impulse t\ und t\ auf den bistabilen Multivibrator 188 gegeben. Der Impuls /3 wird am Ausgang des zweiten Löschkreises 198 für den ersten Impuls von dem Impuls 4 durch Anlegen dieser Impulse t\ und t\ an den dritten Löschkreis 202 getrennt. Auf diese Weise kann die Laufzeit des akustischen Impulses von dem ersten Wandler 30 zu dem dritten Wandler 34 bequem mit Hilfe des dritten Aufzeichnungskreises aufgezeichnet werden, der seinerseits den bistabilen Multivibrator 188, den Generator 190, das Spitzenspannungsmeßgerät 192, den Gleichstromverstärker 194 und das dritte Aufzeichnungsgerät 196 enthält.

Bei der Vorrichtung zur Messung akustischer Geschwindigkeiten werden also zur Tiefenmessung Impulse, weiche die Zeitpunkte verkörpern, zu denen ein akustischer Impuls an einem bestimmten Schwingungswandler vorhanden ist, in einem Untersuchungsgerät erzeugt, in diesem gesammelt und dann über einen einzigen Kanal zur Erdoberfläche übertragen werden, wo sie voneinander getrennt und auf unterschiedliche Aufzeichnungskreise gegeben werden. Selbstverständlich können weitere Aufzeichnungskreise an der Erdoberfläche verwendet werden, um jede beliebige Kombination von Impulsen zu.erzeugen.-Außerdem können an das Untersuchungsgerät 18 zusätzliche Empfänger angeschlossen werden, und es können auch die Abstände der Wandler voneinander und von dem Sender geändert werden, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektrische Schaltungsanordnung zum gleichzeitigen Aufzeichen und Ermitteln des Zeitraumes zwischen Paaren von Impulsen, zum Bestimmen akustischer Geschwindigkeiten durch eine unterirdische Gesteinsformation, bei welcher die Impulse einer Impulsreihe über eine einzige Übertragungsleitung empfangen werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eingang einer Reihenschaltung von Löschkreisen (144, 198, 202) für den ersten Impuls mit der genannten Übertragungsleitung (22) verbunden ist und daß Aufzeichnungsgeräte (134 bis 140; 178 bis 186; 188 bis 196) mit ihren Eingangsklemmen mit verschiedenen Punkten längs der genannten Reihenschaltung (144, 198, 202) verbunden sind, so daß jedem Aufzeichnungsgerät ein verschiedenes Im₇ pulspaar (t^[ ₀, t\; t\, ti; t\, /_:\) zugeführt wird, um den Zeitraum zwischen den dieses Impulspaar bildenden Impulsen (ti, t\; t\, 4; '!, f_:') zu messen.

2. Elektrische Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige der Eingangsklemmen der Aufzeichnungsgeräte (134 bis 140; 178 bis 186; 188 bis 196) über Kreise (124, 176, 200) für erste Impulse mit den genannten verschiedenen Punkten längs der erwähnten Reihenschaltung (144,198,202) verbunden sind.

3. Elektrische Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreise für den ersten Impuls Trigger-Stromtore (124, 176, 200) sind, die nur einen Ausgangsimpuls beim Empfang einer Reihe von Impulsen (/,",, t\, ti, /·,) während eines gegebenen Zeitintervalls erzeugen.

4. Elektrische Schaltungsanordnung-nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Löschkreis (144) für den ersten Impuls aus einem monostabilen Multivibrator (146) besteht, dessen Ausgang mit einer Diode (164) verbunden ist, um die Diode für eine vorherbestimmte, dem Empfang eines ersten Impulses (4) einer Impulsreihe (ti, t\, ti, /3) seitens der Diode folgende Zeitperiode zu sperren.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen