本實用新型涉及地理勘探領(lǐng)域，更具體地，涉及一種可控震源及基于地震波矢量合成的震源設(shè)備。

背景技術(shù)：

震源是現(xiàn)有地理勘測鄰域中地震信號的源頭，其種類繁多，包括炸藥震源、重錘震源、夯擊震源、液壓式可控震源以及電磁式可控震源等。

電磁式可控震源是在陸地和海洋的地震勘探工作中都應(yīng)用的一種非炸藥震源，其能夠?qū)Υ龣z測機(jī)構(gòu)激發(fā)小能量的可控振動信號，利用脈沖壓縮等方法達(dá)到類似炸藥震源的大功率地震波激發(fā)效果。由于電磁式可控震源波形參數(shù)可控、安全環(huán)保，在地震勘探中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。

電磁式可控震源的結(jié)構(gòu)主要為線圈與磁鐵，現(xiàn)有的可控震源中，往往采用磁鐵不動而線圈相對磁鐵作相對運(yùn)動，從而將線圈中的電信號轉(zhuǎn)化為機(jī)械振動信號并以地震波的形式傳入待測機(jī)構(gòu)中，以上可控震源在實現(xiàn)線圈運(yùn)動的方式上使得結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

期望對可控震源的結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步優(yōu)化。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于上述問題，本實用新型的目的在于提供一種可控震源及基于地震波矢量合成的震源設(shè)備，實現(xiàn)地震勘探中使用非破壞性震源替代炸藥震源的目的，并且結(jié)構(gòu)更加簡單。

根據(jù)本實用新型的一方面，提供一種可控震源，包括：第一安裝板；第二安裝板；第一彈簧，所述第一彈簧將所述第一安裝板和所述第二安裝板連接，使得所述第二安裝板能相對所述第一安裝板往復(fù)運(yùn)動；線圈，所述線圈與所述第一安裝板固定；磁體，所述磁體的一端與所述第二安裝板固定，另一端伸入所述線圈內(nèi)；以及配重塊，所述配重塊與所述第二安裝板固定。

優(yōu)選地，所述第二安裝板上設(shè)有通孔，所述可控震源還包括：至少一組導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，所述至少一組導(dǎo)向結(jié)構(gòu)中的每組包括支桿以及直線軸承，所述直線軸承穿過所述第二安裝板上的通孔固定在第二安裝板上，所述支桿一端穿過所述直線軸承，另一端與所述第一安裝板固定，使得所述第二安裝板能沿所述支桿滑動。

優(yōu)選地，所述通孔位于所述第二安裝板的周邊部分，所述配重塊以及所述磁體位于所述第二安裝板的中心部分。

優(yōu)選地，所述第一彈簧的數(shù)量與所述至少一組導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的組數(shù)相同，所述第一彈簧對應(yīng)與所述支桿同軸設(shè)置，其中所述支桿位于所述第一彈簧內(nèi)。

優(yōu)選地，所述第一彈簧數(shù)量為多個，并且長度相等。

優(yōu)選地，所述可控震源還包括：磁鋼，所述磁鋼與所述磁體固定，所述磁鋼與所述磁體之間具有容納所述線圈的空隙。

優(yōu)選地，所述第二安裝板包括面向所述第一安裝板的第一表面以及背向所述第一安裝板的第二表面，所述磁體、所述磁鋼位于所述第一表面，所述配重塊位于所述第二表面。

優(yōu)選地，所述可控震源還包括以下之中的至少一個：線圈支架，用于將所述線圈與所述第一安裝板固定；彈簧支架，用于將所述第一彈簧與所述第一安裝板安裝。

優(yōu)選地，所述線圈支架為空心柱狀，所述線圈支架與所述第一安裝板固定，所述線圈繞設(shè)在所述線圈支架的外周面上。

優(yōu)選地，所述可控震源還包括：外殼，所述外殼罩設(shè)在所述第一安裝板上，與所述第一安裝板共同形成容納所述可控震源內(nèi)部結(jié)構(gòu)的空間。

優(yōu)選地，所述外殼包括與所述第一安裝板相對的頂面以及位于所述頂面與所述第一安裝板之間的側(cè)面，所述可控震源還包括：第二彈簧，所述第二彈簧將所述第二安裝板與所述外殼的所述頂面連接。

優(yōu)選地，所述至少一組導(dǎo)向結(jié)構(gòu)為兩組或四組，相對于線圈的中心軸呈對稱設(shè)置。

根據(jù)本實用新型的另一方面，提供一種基于地震波矢量合成的震源設(shè)備，包括：多個上述任一項的可控震源；以及可調(diào)整底座，設(shè)置在每個所述可控震源下方，所述可調(diào)整底座用于調(diào)整所述可控震源的位置以及傾斜角度和方向。

優(yōu)選地，所述可調(diào)整底座設(shè)置成使多個所述可控震源在同一水平面內(nèi)在同一圓周上等距分布，多個所述可控震源的中軸線相對于豎直方向的傾斜角度均相同，多個所述可控震源的中軸線的延伸方向交于一點(diǎn)。

優(yōu)選地，多個所述可控震源的數(shù)量為三個，多個所述可控震源的中軸線相對于豎直方向的傾斜角度均為5度。

根據(jù)本實用新型的可控震源，線圈固定，磁體相對于線圈作往復(fù)運(yùn)動，將線圈中的電信號轉(zhuǎn)化為機(jī)械振動信號以地震波的形式傳出，實現(xiàn)地震勘探中使用非破壞性震源替代炸藥震源的目的的同時也使震源結(jié)構(gòu)更加簡單，通過設(shè)置彈簧與配重塊相配合使得可控震源整體的穩(wěn)定性更強(qiáng)。

通過設(shè)置第一彈簧將第一安裝板和第二安裝板連接，多個第一彈簧的位置對應(yīng)于多組導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的位置，即相對于線圈的中心軸呈對稱的方式設(shè)置，從而使得第二安裝板相對第一安裝板的往復(fù)運(yùn)動更加穩(wěn)定，進(jìn)而使得可控震源的工作狀態(tài)更加穩(wěn)定。

外殼罩設(shè)在第一安裝板上，與第一安裝板共同形成容納可控震源內(nèi)部結(jié)構(gòu)的空間，從而為可控震源的內(nèi)部結(jié)構(gòu)提供更好的保護(hù)作用。

在優(yōu)選的實施例中，第二安裝板一方面通過第一彈簧與第一安裝板相連，另一方面通過第二彈簧與外殼的頂面相連。使得第二安裝板帶動磁體以及磁鋼作往復(fù)運(yùn)動時整個可控震源的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。

根據(jù)本實用新型的基于地震波矢量合成的震源設(shè)備，可調(diào)整底座將可控震源固定并且使得可控震源與待測機(jī)構(gòu)耦合以將機(jī)械振動信號傳入待測機(jī)構(gòu)中，其中可控震源為多個，可調(diào)整底座可以調(diào)節(jié)可控震源的位置以及可控震源的傾斜角度和方向。在優(yōu)選的實施例中，多個所述可控震源的中軸線的延伸方向交于一點(diǎn)，通過控制多個可控震源輸出力的大小，合成矢量輸出地震波，使震源設(shè)備具有定向探測激發(fā)能力。

可調(diào)整底座可以調(diào)整可控震源的位置以及傾斜角度和方向，進(jìn)而可以方便調(diào)節(jié)多個可控震源輸出地震波的方向以及多個地震波的合成方式，以方便震源設(shè)備能適應(yīng)對更多不同情形的待測機(jī)構(gòu)的勘測。

震源設(shè)備包括的可控震源的數(shù)目可調(diào)整，并且每個可控震源的可以根據(jù)實際需要選型，通過調(diào)整震源設(shè)備包括的可控震源的數(shù)量，與上述可調(diào)節(jié)底座相配合，可以實現(xiàn)震源設(shè)備輸出力大小和方向的多樣性，通過合成矢量輸出的地震波，使震源設(shè)備具有定向探測激發(fā)能力，對不同待測機(jī)構(gòu)進(jìn)行勘測的適應(yīng)性也更強(qiáng)。

附圖說明

通過以下參照附圖對本實用新型實施例的描述，本實用新型的上述以及其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將更為清楚，在附圖中：

圖1、圖2示出根據(jù)本實用新型第一實施例的可控震源的立體圖。

圖3示出根據(jù)本實用新型第一實施例的可控震源的截面圖。

圖4示出根據(jù)本實用新型第二實施例的可控震源的立體圖。

圖5示出根據(jù)本實用新型一個實施例的基于地震波矢量合成的震源設(shè)備的俯視圖。

圖6示出根據(jù)本實用新型一個實施例的基于地震波矢量合成的震源設(shè)備的正視圖。

圖7示出根據(jù)本實用新型一個實施例的基于地震波矢量合成的震源設(shè)備的立體圖。

具體實施方式

以下將參照附圖更詳細(xì)地描述本實用新型。為了清楚起見，附圖中的各個部分沒有按比例繪制。此外，可能未示出某些公知的部分。在下文中描述了本實用新型的許多特定的細(xì)節(jié)，但正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解的那樣，可以不按照這些特定的細(xì)節(jié)來實現(xiàn)本實用新型。

應(yīng)當(dāng)理解，在描述部件的結(jié)構(gòu)時，當(dāng)將一層、一個區(qū)域稱為位于另一層、另一個區(qū)域“上面”或“上方”時，可以指直接位于另一層、另一個區(qū)域上面，或者在其與另一層、另一個區(qū)域之間還包含其它的層或區(qū)域。并且，如果將部件翻轉(zhuǎn)，該一層、一個區(qū)域?qū)⑽挥诹硪粚?、另一個區(qū)域“下面”或“下方”。

本實用新型提供一種可控震源，圖1、圖2示出根據(jù)本實用新型第一實施例的可控震源的立體圖，為清楚顯示可控震源100內(nèi)部結(jié)構(gòu)，圖1和圖2中將部分結(jié)構(gòu)分離繪制或隱藏繪示。圖3示出本本實用新型第一實施例的可控震源的截面圖。

可控震源100包括：第一安裝板101、第二安裝板102、線圈103、磁體104、第一彈簧105以及配重塊106。線圈103與第一安裝板101固定，第一彈簧105將第一安裝板101和第二安裝板102連接，使得第二安裝板102能相對第一安裝板101往復(fù)運(yùn)動。磁體104的一端與第二安裝板102固定，另一端伸線圈103內(nèi)，使得磁體104能隨第二安裝板102相對線圈103往復(fù)運(yùn)動，從而將線圈102中的電信號轉(zhuǎn)化為機(jī)械振動信號并以地震波的形式傳出。配重塊106與第二安裝板102固定。為清楚顯示可控震源100內(nèi)部結(jié)構(gòu)，圖1中將外殼112與第一安裝板適當(dāng)分離繪示。為進(jìn)一步清楚顯示可控震源100內(nèi)部結(jié)構(gòu)，圖2中將外殼112以及磁鋼隱藏繪示。

根據(jù)本實施例的可控震源100，還可以包括：至少一組導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，而至少一組導(dǎo)向結(jié)構(gòu)中的每組包括支桿107以及直線軸承108，第二安裝板102上設(shè)有通孔，直線軸承108穿過第二安裝板102上的通孔固定在第二安裝板102上，支桿107一端穿過直線軸承108，另一端與第一安裝板101固定，使得第二安裝板102能沿支桿107滑動。本實施例中直線軸承108為法蘭型直線軸承，通過其包括的法蘭與第二安裝板102固定，可以理解的是，直線軸承108也可以采用直筒型等其他形式的直線軸承。

第二安裝板102可以分為中心部分和周邊部分，上述通孔可以位于第二安裝板102的周邊部分，配重塊106以及磁體104可以位于第二安裝板102的中心部分。本實施例中，至少一組導(dǎo)向結(jié)構(gòu)可以是兩組，兩組導(dǎo)向結(jié)構(gòu)相對于線圈103的中心軸以對稱的方式設(shè)置，對應(yīng)地，本實施例包含兩個支桿107以及兩個直線軸承108，并且對應(yīng)地，第二安裝板102上需要開設(shè)兩個所述通孔?？梢岳斫獾氖牵瑢?dǎo)向結(jié)構(gòu)可以不限于兩組，在其他實施例中，也可以是三組、四組等其他數(shù)量。

進(jìn)一步地，第一彈簧105數(shù)量為多個，并且長度相等。第一彈簧105的數(shù)量可以與上述至少一組導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的組數(shù)相同，本實施例中第一彈簧105也為對應(yīng)的兩個。每個第一彈簧105對應(yīng)與支桿107同軸設(shè)置，其中第一彈簧105的口徑大于支桿107的外徑，支桿107位于第一彈簧105內(nèi)。

可控震源100還可以包括磁鋼111，其與磁體104固定，磁鋼111與磁體104之間具有容納線圈103的空隙。磁鋼111導(dǎo)磁性較強(qiáng)，由于磁體104的存在，使得磁鋼111也具有磁性，所述空隙即磁隙，磁隙間存在恒定磁場，磁體104、磁鋼111以及線圈103共同構(gòu)成磁路結(jié)構(gòu)。圖2中為清楚顯示可控震源100內(nèi)部結(jié)構(gòu)，將外殼112以及磁鋼111隱藏繪示。

本實施例中，第一安裝板101與第二安裝板102為圓形板，當(dāng)然在其他實施例中也可以是其他形狀，優(yōu)選第一安裝板101、第二安裝板102均為軸對稱形狀。支桿107與第一安裝板101垂直，支桿107也與第二安裝板102垂直，使得第二安裝板102與第一安裝板101平行。第二安裝板102包括面向第一安裝板101的第一表面以及背向第一安裝板101的第二表面，磁體104、磁鋼111位于所述第一表面，而配重塊106位于所述第二表面。利用第一彈簧105、配重塊106、支桿107以及直線軸承108的配合，使得第二安裝板102可以作平面始終與第一安裝板101平行，而運(yùn)動方向與第一安裝板101垂直的往復(fù)直線運(yùn)動，進(jìn)而帶動磁體104以及磁鋼111作同樣的運(yùn)動。

本實施例的可控震源100還可以包括：線圈支架109以及彈簧支架110。線圈支架109用于將線圈103與第一安裝板101固定，彈簧支架110用于將第一彈簧105與第一安裝板101安裝。本實施例的線圈支架109為空心柱狀，線圈支架109與第一安裝板101固定，線圈103繞設(shè)在線圈支架109為外周面上。彈簧支架110的數(shù)量與第一彈簧105對應(yīng)，本實施例中也為兩個，每個彈簧支架110與第一安裝板101固定，第一彈簧105的一端與彈簧支架110連接，另一端與第二安裝板102連接。本實施例的磁體104為圓柱狀，磁鋼為圓筒狀，磁體104與磁鋼111之間形成環(huán)狀空隙。磁體104與線圈103同軸設(shè)置，可以設(shè)置在第一安裝板101、第二安裝板102共同的中軸線上，并且所述磁體104的運(yùn)動方向平行于線圈103的軸線方向。

磁體104、磁鋼111與線圈103之間進(jìn)行周期性的往復(fù)運(yùn)動，從而產(chǎn)生正弦輸出力，通過控制流過線圈103中電流和驅(qū)動信號的頻率即可控制可控震源100的輸出力。

需要說明的是，在上述可控震源100示例性說明中，對可控震源100及其包括部件的形狀和構(gòu)造進(jìn)行了較為詳細(xì)的說明，可控震源100及其包括部件的形狀和構(gòu)造可以不限于上述情形，例如第一安裝板101也可以是方形板等其他形狀，外殼112對應(yīng)為方形筒等其他形狀。

根據(jù)本實用新型的可控震源100，線圈103固定，磁體104相對于線圈103作往復(fù)運(yùn)動，將線圈103中的電信號轉(zhuǎn)化為機(jī)械振動信號以地震波的形式傳出，實現(xiàn)地震勘探中使用非破壞性震源替代炸藥震源的目的的同時也使震源結(jié)構(gòu)更加簡單。

通過設(shè)置第一彈簧105將第一安裝板101和第二安裝板102連接，多個第一彈簧105的位置對應(yīng)于多組導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的位置，即相對于線圈103的中心軸呈對稱的方式設(shè)置，從而使得第二安裝板102相對第一安裝板101的往復(fù)運(yùn)動更加穩(wěn)定，進(jìn)而使得可控震源100的工作狀態(tài)更加穩(wěn)定。

外殼112罩設(shè)在第一安裝板101上，與第一安裝板101共同形成容納可控震源100內(nèi)部結(jié)構(gòu)的空間，從而為可控震源100的內(nèi)部結(jié)構(gòu)提供更好的保護(hù)作用。

圖4示出根據(jù)本實用新型第二實施例的可控震源的立體圖，第二實施例的可控震源200包括第一安裝板201、第二安裝板202、線圈、磁體、第一彈簧205以及配重塊206，上述結(jié)構(gòu)的設(shè)置方式可以與第一實施例相同，在此不再詳述。可控震源200還可以包括：外殼212、磁鋼211、線圈支架209、彈簧支架210以及至少一組導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，每組導(dǎo)向結(jié)構(gòu)包括支桿207以及直線軸承208，上述結(jié)構(gòu)的設(shè)置方式也可以與第一實施例相同，在此不再詳述。圖中為清楚顯示可控震源200內(nèi)部結(jié)構(gòu)，將外殼212與第一安裝板201分離繪制。

外殼212包括與第一安裝板201相對的頂面2121以及位于該頂面2121與第一安裝板之間的側(cè)面2122。與第一實施例不同的是，本實施例的可控震源200還包括第二彈簧213，第二彈簧213將第二安裝板202與外殼212的所述頂面2121連接。優(yōu)選地，第二彈簧213的數(shù)量與導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的組數(shù)對應(yīng)，本實施例中為兩個，每個第二彈簧213對應(yīng)與支桿207同軸設(shè)置，其中第二彈簧213的口徑大于支桿207的外徑，并且大于直線軸承208的外徑，支桿207位于第二彈簧213內(nèi)。

根據(jù)本實施例的可控震源200，第二安裝板202一方面通過第一彈簧205與第一安裝板201相連，另一方面通過第二彈簧213與外殼212的頂面2121相連。使得第二安裝板202帶動磁體以及磁鋼作往復(fù)運(yùn)動時整個可控震源200的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。

本實用新型實施例還提供一種基于地震波矢量合成的震源設(shè)備，圖4至圖6示出本實用新型一個實施例的震源設(shè)備的俯視圖、正視圖以及立體圖，該震源設(shè)備包括多個上述第一實施例的可控震源100，以及可調(diào)整底座300，可調(diào)整底座300設(shè)置在每個可控震源100下方，可調(diào)整底座300用于調(diào)整可控震源100的位置以及傾斜角度和方向。震源設(shè)備也可以是包括其他實施例的可控震源，例如是本實用新型第二實施例的可控震源200。

本實施例中優(yōu)選可控震源100的數(shù)量為三個。如圖4所示俯視圖中，可調(diào)整底座300設(shè)置成使多個可控震源100在同一水平面內(nèi)在同一圓周上等距分布，圖中以虛線示出所述水平圓周，三個可控震源100的中心均位于該水平圓周上，并且三個可控震源100的相互距離D1＝D2＝D3。如圖5所示正視圖中，多個可控震源100的中軸線相對于豎直方向的傾斜角度均相同，其中取其中一個可控震源100的中軸線和豎直線以虛線示出，優(yōu)選地，多個可控震源100的中軸線相對于豎直方向的傾斜角度R均為5度。如圖6所示立體圖中，以虛線示出多個可控震源100的中軸線，優(yōu)選地，多個可控震源100的中軸線的延伸方向交于一點(diǎn)。

根據(jù)本實用新型的基于地震波矢量合成的震源設(shè)備，可調(diào)整底座300將可控震源100固定并且使得可控震源100與待測機(jī)構(gòu)耦合以將地震波傳入待測機(jī)構(gòu)中，待測機(jī)構(gòu)可以是地面，坑道，橋梁或道路等。其中可控震源100為多個，可調(diào)整底座300可以調(diào)節(jié)可控震源100的位置以及可控震源100的傾斜角度和方向。在優(yōu)選的實施例中，多個所述可控震源100的中軸線的延伸方向交于一點(diǎn)，通過控制多個可控震源100輸出力的大小，合成矢量輸出地震波，使震源設(shè)備具有定向探測激發(fā)能力。

可調(diào)整底座300可以調(diào)整可控震源100的位置以及傾斜角度和方向，進(jìn)而可以方便調(diào)節(jié)多個可控震源100輸出地震波的方向以及多個地震波的合成方式，以方便震源設(shè)備能適應(yīng)對更多不同情形的待測機(jī)構(gòu)的勘測。

震源設(shè)備包括的可控震源的數(shù)目可調(diào)整，并且每個可控震源的可以根據(jù)實際需要選型，通過調(diào)整震源設(shè)備包括的可控震源的數(shù)量，與上述可調(diào)節(jié)底座相配合，可以實現(xiàn)震源設(shè)備輸出力大小和方向的多樣性，通過合成矢量輸出的地震波，使震源設(shè)備具有定向探測激發(fā)能力，對不同待測機(jī)構(gòu)進(jìn)行勘測的適應(yīng)性也更強(qiáng)。

應(yīng)當(dāng)說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

依照本實用新型的實施例如上文所述，這些實施例并沒有詳盡敘述所有的細(xì)節(jié)，也不限制該實用新型僅為所述的具體實施例。顯然，根據(jù)以上描述，可作很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本實用新型的原理和實際應(yīng)用，從而使所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員能很好地利用本實用新型以及在本實用新型基礎(chǔ)上的修改使用。本實用新型僅受權(quán)利要求書及其全部范圍和等效物的限制。