Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
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L'invention a pour objet un échantillonneur-bloqueur perfectionné
permettant de réduire la diaphonie entre des échantillons de signaux
successivement mémorisés~
L'échantillonneur-bloqueur selon l'invention est particulièrement
adapté à mémoriser des échantillons de tension électrique successifs pourvus
d'un~ trss grande dynamique de variations comme ceux que produit un multi-
plexeur disposé en tête d'une chaîne d'acquisition de données sismiques, par
exemple.
Pour les raisons qui seront expliquées ultérieurement dans le cours
de la description, les échantillonneurs-bloqueurs couramment utilisés ne
permettent pas de mémoriser successivement deux échantillons sans qu'il
y ait interaction de l'un sur l'autre. De ce fait, la valeur mémorisée de
l'amplitude dtun échantillon n'est pas indépendante de la valeur mémorisée
de l'amplitude de l'échantillon précédent. On définit le pouvoir séparateur
dlun échantillonneur-bloqueur par le taux de diaphonie entre des échantillons
successifs. Celui-ci ne dépasse jamais_80 dB alors qu'il est souvent néces-
saire d'obtenir une valeur de-100 d~ dans les chaînes d'acquisition sismique
par exemple.
Une méthode connue permettant d'éviter les limitations de performance
dues aux échantillonneurs-bloqueurs utilisés consiste à les supprimer et à
adapter la partie de la chaine d'acquisition en aval en tenant compte du fait
que l'amplitude du signal dtentrée est constamment variable. La sortie du
multiplexeur étant connectée en permanence à l'amplificateur d'échantillons,
l'amplitude de chaque échantillon varie pendant la durée de chaque échantil-
lonnage et par conséquent il faut que le programme de gain commandant l'évolu-
tion du gain de l'amplificateur tienne compte de cette variation pour anticiper
sur sa variation probable. Il devient alors nécessaire de mesurer la dérivee
du signal ou la pente de sa courbe représentative et d'utiliser un algorithme
de choix du gain permettant de faire décro~tre celui-ci. Cet algorithme devient
néces~airement plus compliqué que ce~ui utilisable dans une cha~ne d'acquisitioncomportant un ~lément de mémorisation des échantillons où l'on ne tient compte
que d'une croissance monotone du gain. Or, cet algorithme étant traduit sous
la forme d7un ensemble câblé d'élements logiques, il en résulte que 17amplifi-
cateur d'échantillons muni de cet ensemble est nécessairement moins compact
"'''~ .
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et consomme plus d'énergie. Ces inconvenients sont particu-
lièrement gênants lorsque la chaine d'acquisition de donnees
doit être incorporee dans un espace restreint et peu accessi-
ble comme par exemple l'interieur d'une flute sismique.
L'echantillonneur-bloqueur perfectionne selon
l'invention est pourvu de moyens d'échantillonnage et de
blocage comportant un condensateur de memorisation d'echan-
tillons et des moyens pour charyer le condensateur de memo-
risation avec une tension a memoriser pendant des périodes
d'échantillonnage et pour isoler celui-ci pendant des-periodes
de blocage, un second condensateur dont une premiere borne
est connectee par intermittence a la sortie des moyens
d'echantillonnage et de blocage et dont une seconde borne est
connectee à la masse, et des moyens pour soustraire de la
tension appliquee -au condensateur de memorisation une fraction
de la tension appliquee aux bornes du second condensateur.
L'echantillonneur-bloqueur se caractérise en ce qu'il comporte
un circuit passif de compensation connecté en parallele sur
le second condensateur et adapté avec le second condensateur
a reproduire les caractéristiques réelles de fonctionnement du
condensateur de mémorisation et des moyens pour court-circuiter
par intermittence le second condensateur.
L'echantillonneur-bloqueur selon l'invention etant
adapte à reproduire et à compenser les phénomenes intervenant
au cours du fonctionnement d'un condensateur de memorisation,
permet de reduire fortement les interactions entre les tensions
successives memorisees. De ce fait, son taux de diaphonie
entre echantillons successifs augmente sensiblement pour
atteindre une valeur de -100 dB compatible avec une utilisa-
tion dans une chalne d'acquisition sismique et le recours à
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un ensemble logique de commande de gain très performant peutêtre evite.
D'autres caracteristiques et avantages de l'echan-
tillonneur-bloqueur selon l'invention apparaltront à la lecture
de la description d'un mode prefere de realisation et en se
reférant aux dessins annexes sur lesquels:
- la figure 1 représente schématiquement un échan-
tillonneur-bloqueur d~ln type connu;
- la figure 2 represente des courbes de variations
en fonction du temps des tensions à l'entrée et à la sortie
d'un échantillonneur-bloqueur d'un type connu;
- la figure 3 représente le circuit equivalent à un
condensateur reel C~
.,.~ .
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- la figure 4 represente un schém3 de fnnctionnement du dispositif selon
llinvention associé à un échantillonneur-bloqueur d'un type connu et,
- la figure 5 représente des courbes de variations en fonction du temps~de
tensionsen plusieurs points du dispositif de la figure 4
L'échantil.lonneur-bloqueur dlun type connu illustré à la figure 1
compnrte deux amplificateurs opérationnels A1 et A2 disposés en série, la
de préférence
sortie du premier étant connectée par un in-terrupteur I,/ électronique à
l'entrée non inverseuse du second amplificateur A2, laquelle est également
connectée à la masse par llintermédiaire d'un condensateur C. Llimpédance de
sortie du premier amplificateur A1 est faible alors que llimpédance d'entrée
du second est très élevée~ Le premier amplificateur A1 est un amplificateur d'iso-
lement à gain unité dont le signal de sortie rsproduit le signal V appliqué
à son entrée non inverseuse. A un instant to où la tension V aux bornes du
condensateur C est égale à 50 par exemple (figure 2~, on ferme l'interrupteur
électronique I et le condensateur C se charge ou se décharge rapidement
(période d'échantillonnage) de telle sorte que la tension V soit égale à la
tension V à llinstant t1 où llon ouvre l'interrupteur I. Llimpédance dlentrée
de llamplificateur A2 étant très grande~ la tension V reste pratiquement
cDnstante pendant une seconde période dite de blocage et mémorise la valeur
de lléchantillon prise à llinstant t1. On suppose que~ pendant llintervalle de
blocage (t1~ t2~ le signal dlentrée V a décru très rapidement jusqulà une
valeur sensiblement nulle (grande dynamique de variations). Dans l'intervalle
~t2~ t3) où llinterrupteur électronique I est de nouveau fermé (période d'échan-tillonnage), la tension V décro~t jusqu'à une valeur sensiblement nulle éga-
~ lement. Mais à l'instant t3 où llon ouvre de nouveau llinterrupteur I, onconstate que la tension V et par consequent la tension V à la sortie de
llamplificateur A2, au lieu de conserver la valeur Sl sensiblement nulle
atteinte à la fin de llintervalle (t2, t3)~ subit une brusque variation et se
fixe à une valeur réelle S2 qui est proportionnelle à l'amplitude 5~ mémorisée .
3D pour lléchantillon précédent.
Cet effet s'explique par le fait que le condensateur réel C est
~ équivalent (figure 3) à un condensateur théorique sans perte CO connecté enparallèle à une branche comportant une résistance R1 et un condensateur C
.
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en série, celui-ci ayant une capacité très inférieure à celle de C0. Lorsque
la tension appliquée aux bornes du condensateur C tombe pratiquement à zéro
(intervalle t2~ t3), le condensateur C0 est pratiquement en court-circuit et
le condensateur C1 se décharge à travers la résistance R1 avec une cDnstante
de temps P1 C1 suf isamment importante pour qu'il conserve une charge rési-
duelle à l'instant t3. Lorsque l'interrupteur I est de nouveau ouvert (ins-
tant t3~ le condensateur C1 finit de se déchargsr et transfère au condensateur
C0 une charge résiduelle non nulle . Il appara~t aux bornes du condensateur
C0 une tension dlerreur 52 qui dépend bien de la charge emmagasinée par le
1D cDndensateur lDrs de la périade de blDcage de l'échantillon précédent et par cnnséquent de la tenSiDn de charge S1.
L1échantillonneur-bloqueur selon l'invention (figure 4) comporte,
comme celui du type de la figure 1, un amplificateur d'isolement A1 à gain
unitaire recevant un signal V à sDn entrée non inverseuse E et dont la sortie
e de Dréférence
est connectée, par l'intermédiaire d'un interrupteur I1 ~ électrDnique, à
l1entrée non inverseuse à haute impédance.d'un amplificateur différentiel A2.
Cette m8me entrée est connectée à la masse par l'intermédiaire d'un conden-
pour l'exPlicatiDn de son fDnctionnement
sateur C~pour la mémDrisation d'échantillons,représenté~par son circuit équi-
valent cDnstitué par un condensateur C0 sans perte connecté en parallèle à une
branche constituée par un condensateur C1 connecté en série à une résis-
tance R1o
Le dispositif selon l'invention se distingue des dispositifs anté-
risurs en ce qu'il comporte un circuit passif de compensation comportant trois
branches en parallèle~ une première comportant une résistance R3 connectée
en série à un condensateur C3, une seconde comportant un condensateur C2 et
une troisième comportant un interrupteur électronique I3. Le circuit passif
de compensation est connecté à une première extrémité à la masse et à une
seconde extrémité à la sortie de l'amplificateur opérationnel A par l'inter~
de preférence 2
médiaire d'un interrupteur I2 /électronique. La seconde extrémité du circuit
passif de compensation est également connectÉe à l'entrée non inverseuse d'un
troisième amplificateur A3 de préférence à gain unitaire dont la sortie est
reliee à la masse par un potentiomètre P1. La borne intermédiaire du poten-
tiomètre P1 est connectée par l'intermédiaire d'une résistance R4 à l'entrée
inverseuse de l'amplificateur A2, laquelle est également connectée à la sortie
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.
de celui-ci par une r~sistance R5. On choisit les valeurs de R3 et de C3 de
manière que la valeur de leur produit R~ C3 (con~tante de temps du circuit)
soit sensîblement égale à R1 C1- Dn peut donner au cDndensateur C2 une capaci-
-. . .té de valeur quelconque~du même ardre de grandeur que celle de C3 par exemple.
Le dispositif fonctlonne de la manière suivante :
- à un instant to (figure 5) on ferme les interrupteurs I1 et I3 tout en
laissant ouvert l'interrupteur I2 Le condensateur C se charge ou se décharge
et la tension à ses bornes évolue dlune valeur initiale 50 jusqu'à une valeur
correspondant à celle du signal, et le condensateur C2 se décharge.
- A un instant t1 on ouvre les interrupteurs I1 et I3 en maintenant ouvert
ltinterrupteur Iz et le condensateur C mémorise la valeur 51 de la tension à
~es bornes qui est disponible à la sor~ie S de ltéchanti1lonneur-bloqueur.
- A un instant t 1~ postérieur à t1~ les interrupteurs I1 et I3 étant main-
tenus ouverts, on ferme l'interrupteur I2 et la tension V5 est appliquée aux
bornes du circuit passif (C2, R3, C3~ provDquant la charye du condensateur C2.
Du fait de la fermeture de l'interrupteur I2, une partie faible de la tension
de sortie de l'amplificateur A2 est appliquée à llentrée inverseuse de celui~ci
par l'intermédiaire de l'amplificateur A3 et du potentiomètre P1 provoquant
une légère modification de la tension de sortie qui passe de la valeur 51 à
une valeur légèrement inférieure 5~1~ Cette modification n'a d'ailleurs aucune
cGnséouence pratique si ltintervalle de temps de blocage (t1~ t 1) suffit aux
~léments en aval de la chaine dtacquisition pour exploiter la valeur mémorisée.
- - A un instant t2 ultérieur, on ferme de nouveau l'interrupteur I1 pour
procéder à un nouvel échantillonnage du signal d'entréeO On suppose également,
pour mieux mettre 1E phénomène de diaphonie en évidence, que pendant l'inter-
valle (t1~ t2~ de blocage1le signal d'entrée a subi une brusque variation de
niveau et que son amplitude est devenue très faible. La tension V aux bornes
pu condensateur C (et par conséquent la tension V5)évolue de nouveau sensible-
~ ment jusqu'à la valeur de la tension dtentrée V , La tension aux bornes du
condensateur C2 va également suivre les variations de la tension V .
- A un instant t3 on ouvre de nouveau l'interrupteur I1 pour mémoriser une
nouvelle valeur d'échantillon ainsi que l'interrupteur I2. Comme il a déjà été
expliqué plus haut, la charge rés_duelle du condensateur C1 à l'instant t3 est
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transférée à travers la résistance R1 dans le condensateur C0 et engendre aux
bornes de celui-ci une tension d'erreurO Mais, dans le m~eme temps, l~interrup-
teur I3 étant ouvert, la charge résiduelle contenue à ltinstant t3 dans le
condensateur C3 du circuit passif de compensation se décharge à travers la
résistance R3 dans le condensateur C2, engendrant ds ce fait une tension
dlerreur dont une fraction est introduite en contre-réaction à l~entrée inver-
seuse de llamplificateur A2 par l~intermédiaire de llamplificateur A3 et du
potentiomètre P1. Par un réglage approprié du potentiomètre P1 on peut doser
la valeur de la tension appliquée en contre réaction, de manière qu~elle
1~ devienne sensiblement égale à la tension résiduelle introduite à llentrée non
inverseuse de llamplificateur A2 et par conséquent, provoquer une annulation
de la tension dlrrreur qui apparaissait antérieurement à la sortie des échan_
tillonneurs-bloqueurs d~un type connu.
En résumé, le processus précédent consiste à recréer sur le circuit
passiF de compensation les phénomènes intervenant dans le fonctionnement du
condensateur de mémorisation C et à soustraire l'une de llautre les tensions
parasites apparaissant)en conséquence de ces phénomènes)aux bornes du conden-
sateur et du circuit passif de compensationO.
La séquence dlopérations se reproduit à partir d~un instant t4 où
l'on ferme les interrupteurs I1 et I3 et en maintenant ouvert l'interrup-
teur I2.
~ ,
