DE102009010758B4

DE102009010758B4 - Vibrator for generating seismic waves, method for exciting such a vibrator or use of such a vibrator

Info

Publication number: DE102009010758B4
Application number: DE200910010758
Authority: DE
Inventors: Walter Rode
Original assignee: LEIBNIZ INST fur ANGEWANDTE GEOPHYSIK; Leibniz-Institut fur Angewandte Geophysik
Current assignee: LEIBNIZ INST fur ANGEWANDTE GEOPHYSIK; Leibniz-Institut fur Angewandte Geophysik
Priority date: 2009-02-26
Filing date: 2009-02-26
Publication date: 2014-02-13
Anticipated expiration: 2029-02-27
Also published as: DE102009010758A1

Abstract

Seismischer Vibrator zum Erzeugen seismischer Wellen mit – einem Träger (1; 1*), – einer relativ zu dem Träger (1; 1*) verstellbar gelagerten Schwingmasse (2; 2*), und – zumindest einem Magnet (3), der verstellfest zu dem Träger (1) angeordnet ist und entgegengesetzt polarisierte Endabschnitte (3a, 3b) aufweist, und einer Spulenanordnung (4), die verstellfest zu der Schwingmasse (2) angeordnet ist, oder – zumindest einer Spulenanordnung (4*), die verstellfest zu dem Träger (1*) angeordnet ist, und einem Magnet (3*), der verstellfest zu der Schwingmasse (2*) angeordnet ist und entgegengesetzt polarisierte Endabschnitte (3a*, 3b*) aufweist, – wobei die Spulenanordnung (4; 4*) aus zwei in Reihe angeordneten und zueinander gegenläufig in Reihe geschalteten oder durch eine Treiberschaltung (17) entgegengesetzt von Strom durchflossen anregbaren Spulen (4a, 4b; 4a*, 4b*) ausgebildet ist.Seismic vibrator for generating seismic waves with – a carrier (1; 1 *), - an oscillating mass (2; 2 *) adjustably mounted relative to the carrier (1; 1 *), and - at least one magnet (3) which is arranged so as to be adjustable relative to the carrier (1) and has oppositely polarized end sections (3a, 3b), and a coil arrangement (4) which is arranged fixedly to the oscillating weight (2), or - at least one coil arrangement (4 *), which is arranged in an adjustable manner relative to the carrier (1 *), and a magnet (3 *), which is arranged in an adjustable manner relative to the oscillating mass (2 *) and oppositely polarized end sections (3a *, 3b *) has, - the coil arrangement (4; 4 *) being formed from two coils (4a, 4b; 4a *, 4b *) which are arranged in series and connected in series in opposite directions or through a driver circuit (17) in opposite directions.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Vibrator zum Erzeugen seismischer Wellen mit den oberbegrifflichen Merkmalen gemäß Patentanspruch 1, auf ein Verfahren zum Anregen eines solchen Vibrators bzw. auf eine Verwendung eines solchen Vibrators.The invention relates to a vibrator for generating seismic waves with the above-conceptual features according to claim 1, to a method for exciting such a vibrator or to a use of such a vibrator.

DE 102 35 126 C1 beschreibt einen seismischen Vibrator zum Erzeugen seismischer Wellen. An einem Träger, welcher als ein Koppelelement zum Ankoppeln an ein zu untersuchendes Objekt dient, sind zwei zueinander gerichtete aber beabstandete Spulenkerne aus einem ferromagnetischen Material angeordnet. Jeder der Spulenkerne ragt in eine diesem zugeordnete Spule hinein, wobei die beiden Spulen an einem Gehäuse bzw. Schwingkörper befestigt sind. Eine aus den beiden Spulen gebildete Spulenanordnung ist verstellfest an der Schwingmasse angeordnet. Durch das Beaufschlagen der Spulen mit Wechselstrom oder elektrischen Impulsen wird der Schwingkörper relativ zu den Spulenkernen und dem Koppelelement in Schwingung versetzt. Die Schwingungen werden über die Spulenkerne und das Koppelelement letztendlich auf das zu untersuchende Objekt übertragen. Ausgehend von verschiedenartigen Anordnungen seismischer Vibratoren, welche teilweise Tauchspulensystemen ähnlich einem dynamischen Lautsprecher angelehnt sind, soll damit ein seismischer Vibrator bereitgestellt werden, welcher auch einen Geländeeinsatz ermöglichen soll. Dies wird dadurch ermöglicht, dass durch eine Treiberschaltung die beiden Spulen jeweils abwechselnd mit elektrischer Energie beaufschlagt werden. Dabei gibt die Treiberschaltung an die Spulen elektrische Schwingungen oder Impulse, insbesondere Rechteck-Impulse ab, welche gegensinnige Polung aufweisen, wobei durch eine Transistorschaltung an die eine der beiden Spulen nur die positiven elektrischen Signale und an die andere Spule nur die negativen elektrischen Signale angelegt werden. DE 102 35 126 C1 describes a seismic vibrator for generating seismic waves. On a carrier, which serves as a coupling element for coupling to an object to be examined, two mutually facing but spaced coil cores made of a ferromagnetic material are arranged. Each of the coil cores projects into a coil associated therewith, the two coils being fastened to a housing or oscillating body. A coil arrangement formed from the two coils is arranged fixedly adjustable on the oscillating mass. By applying the AC or electric pulses to the coils, the vibrating body is vibrated relative to the coil cores and the coupling element. The vibrations are finally transmitted via the coil cores and the coupling element to the object to be examined. Starting from various arrangements of seismic vibrators, which are partially based on dive coil systems similar to a dynamic loudspeaker, a seismic vibrator is thus to be provided, which should also enable off-road use. This is made possible by the fact that by a driver circuit, the two coils are alternately applied alternately with electrical energy. In this case, the driver circuit to the coils electrical vibrations or pulses, in particular rectangular pulses from having opposite polarity, which are applied by a transistor circuit to one of the two coils only the positive electrical signals and to the other coil only the negative electrical signals ,

Nachteilhaft bei einem langen Magneten, der von einer langen Spule oder einer Vielzahl in Reihe geschalteter Spulen umgeben ist, ist eine Begrenzung der Leistung der erzeugbaren und übertragbaren Schwingung. Dies ist dadurch bedingt, dass bei Anregung einer solchen Spulenanordnung mit gleichgerichtetem Magnetfeld mit höheren Frequenzen die Induktivität immer größer wird und dadurch die Impedanz zu groß wird. Dies beschränkt die Einsetzbarkeit der zu übertragenden seismischen Schwingungen bei zunehmend höheren Frequenzen auf eine abnehmend geringere Untersuchungstiefe.A disadvantage of a long magnet surrounded by a long coil or a plurality of series-connected coils is a limitation on the power of the generatable and transmittable vibration. This is due to the fact that upon excitation of such a coil arrangement with rectified magnetic field with higher frequencies, the inductance is always larger and thus the impedance is too large. This limits the applicability of the seismic vibrations to be transmitted at increasingly higher frequencies to a decreasing depth of investigation.

Ein derartig aufgebauter seismischer Vibrator ermöglicht zwar bereits einen Einsatz im Gelände zur Untersuchung eines Untergrundes, genügt aber nicht den Anforderungen an eine hohe Auflösung bei zugleich großer Eindringtiefe in den Untergrund.Although such a constructed seismic vibrator already allows use in the field for the investigation of a substrate, but does not meet the requirements for a high resolution at the same time great depth of penetration into the ground.

Diese Impedanz ist selbst durch die Verwendung langer Spulenelemente nur zu reduzieren, nicht aber zu vermeiden. Durch die dann bei einer Kaskadierung erforderliche Parallelschaltung addieren sich die Impedanzen. Dieser Nachteil ist auch bei einer Schwingungsquelle gemäß DE 10 2006 055 457 A1 sowie dessen spezieller Ausgestaltung DE 10 2007 019 103 A1 und auch bei einer Konstruktion gemäß US 4,751,688 festzustellen. DE 10 2007 019 103 A1 , US 4,751,688 und US 4,821,246 zeigen dabei Schwingungsquellen, bei denen jeweils einzelne oder parallel kaskadierte Schaltungen von Einzelspulen verwendet werden. US 4,383,591 behandelt ausschließlich eine Schwingungsquelle zur Erzeugung perkussiver Signale in einem Bohrloch. US 3,242,459 zeigt eine Schwingungsquelle nach einem klassischen elektrodynamischen Prinzip.This impedance can only be reduced by the use of long coil elements, but can not be avoided. By then required in a cascade parallel connection, the impedances add up. This disadvantage is also in a vibration source according to DE 10 2006 055 457 A1 as well as its special design DE 10 2007 019 103 A1 and also in a construction according to US 4,751,688 determine. DE 10 2007 019 103 A1 . US 4,751,688 and US 4,821,246 show vibration sources, in each case single or parallel cascaded circuits of individual coils are used. US 4,383,591 treats only one source of vibration to produce percussive signals in a borehole. US 3,242,459 shows a vibration source according to a classical electrodynamic principle.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Vibrator zum Erzeugen seismischer Wellen derart auszugestalten, dass ein günstigeres Verhältnis von Baugröße zu Leistungsgewinn erzielbar ist. Insbesondere soll ein Einsatz als Vibrator auch in Bohrlöchern ermöglicht werden. Vorteilhaft soll der Vibrator als tragbare Vorrichtung ausgestaltet sein.The object of the invention is to design a vibrator for generating seismic waves such that a more favorable ratio of size to power gain can be achieved. In particular, a use as a vibrator in wells to be made possible. Advantageously, the vibrator should be designed as a portable device.

Diese Aufgabe wird durch einen Vibrator zum Erzeugen seismischer Wellen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. durch dessen Verwendung zum seismischen Untersuchen eines festen Körpers, insbesondere eines Gesteins, eines Untergrunds oder einer Bohrlochumgebung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.This object is achieved by a vibrator for generating seismic waves with the features of claim 1 or by its use for seismic examination of a solid body, in particular a rock, a subsoil or a borehole environment. Advantageous embodiments are the subject of dependent claims.

Vorteilhaft ist demgemäß ein seismischer Vibrator zum Erzeugen seismischer Wellen mit einem Träger, einer relativ zu dem Träger verstellbar gelagerten Schwingmasse. Außerdem umfasst der Vibrator gemäß einer ersten Variante zumindest einen Magneten, der verstellfest zu dem Träger angeordnet ist und entgegengesetzt polarisierte Endabschnitte aufweist, und eine Spulenanordnung, die verstellfest zu der Schwingmasse angeordnet ist. Gemäß einer zweiten Variante umfasst der Vibrator zumindest eine Spulenanordnung, die verstellfest zu dem Träger angeordnet ist, und einen Magneten, der verstellfest zu der Schwingmasse angeordnet ist und entgegengesetzt polarisierte Endabschnitte aufweist. Gemäß beider Varianten ist die Spulenanordnung aus zwei in Reihe angeordneten und zueinander gegenläufig in Reihe geschalteten oder durch eine Treiberschaltung entgegengesetzt von Strom durchflossen anregbaren Spulen ausgebildet.Accordingly, a seismic vibrator for generating seismic waves with a carrier, an oscillating mass mounted adjustably relative to the carrier, is advantageous. In addition, according to a first variant, the vibrator comprises at least one magnet, which is arranged in an adjustable manner relative to the carrier and has oppositely polarized end sections, and a coil arrangement which is arranged so as to be fixed relative to the oscillating mass. According to a second variant, the vibrator comprises at least one coil arrangement, which is arranged fixed in relation to the carrier, and a magnet which is arranged fixed in relation to the oscillating mass and has oppositely polarized end sections. According to both variants, the coil arrangement is formed from two coils arranged in series and connected in series with each other in opposite directions or by a drive circuit through which current can flow.

Unter verstellfest wird dabei verstanden, dass die beiden Komponenten derart miteinander verbunden sind, dass sie sich im Betrieb nicht oder nur für die anzuregenden und zu übertragenden Schwingungen vernachlässigbar relativ zueinander bewegen können. Unter dem Träger wird eine Komponente oder Anordnung aus Komponenten verstanden, welche in der Lage ist, durch das Verstellen der Schwingmasse erzeugte Schwingungen zu einem zu untersuchenden Objekt zu übertragen. Insbesondere kann zwischen dem Träger und dem zu untersuchenden Objekt schwingungsfest bzw. schwingungsübertragend eine Gehäusewandung eines den Vibrator nach außen abschließenden Gehäuses und/oder eine Bodenplatte als Schwingungs-Übertragungselement angeordnet sein.Under Verstellfest is understood to mean that the two components are connected to each other in such a way that they are not in operation or only for the to be stimulated and transmitted Can move vibrations negligibly relative to each other. The support is understood to mean a component or arrangement of components which is capable of transmitting vibrations generated by the adjustment of the vibration mass to an object to be examined. In particular, a housing wall of a housing terminating the vibrator to the outside and / or a floor plate as a vibration transmission element can be arranged between the support and the object to be examined in a vibration-proof or vibration-transmitting manner.

Wird an die gegenläufig gewickelten und in Reihe geschalteten bzw. entsprechend angesteuerten Spulen eine Wechselspannung angelegt, bewirkt das resultierende Magnetfeld mit der positiven Halbwelle eine Auslenkung der Schwingmasse als beweglicher Einheit in die eine Richtung, während mit der negativen Halbwelle eine Auslenkung der Schwingmasse in die entgegengesetzte Richtung erzeugt wird.If an alternating voltage is applied to the counter-wound coils connected in series or suitably driven, the resulting magnetic field with the positive half-wave causes deflection of the oscillating mass as a movable unit in one direction, while with the negative half-wave a deflection of the oscillating mass into the opposite direction Direction is generated.

Dadurch, dass die Spulen zueinander gegenläufig in Reihe geschaltet oder angeregt sind, entsteht ein gegenläufiges Magnetfeld, so dass sich die Induktivität in der Spulenanordnung bzw. zwischen den beiden Spulen der Spulenanordnung aufhebt. Dies ermöglicht vorteilhaft eine Anregung der Spulenanordnung auch mit höheren Frequenzen, da die Induktivität nicht mehr immer größer werden kann. Dadurch wird die Impedanz auch bei höheren Frequenzen nicht zu groß. Durch die gegenläufig in Reihe geschaltete oder angeregte Spulenanordnung können somit übertragbare seismische Schwingungen auch bei hohen Frequenzen mit hoher Leistung erzeugt werden. Die höheren Frequenzen ermöglichen vorteilhaft eine bessere Auflösung bei der Durchschallung eines zu untersuchenden Untergrunds bei zusätzlich größerer Eindringtiefe in den zu untersuchenden Untergrund.Due to the fact that the coils are connected or excited in series in opposite directions, an opposing magnetic field is created, so that the inductance in the coil arrangement or between the two coils of the coil arrangement is canceled out. This advantageously makes it possible to excite the coil arrangement even at higher frequencies, since the inductance can no longer become ever greater. As a result, the impedance is not too large, even at higher frequencies. By the counter-series connected or excited coil assembly thus transferable seismic vibrations can be generated even at high frequencies with high power. The higher frequencies advantageously allow a better resolution in the sound transmission of a substrate to be examined in addition to greater penetration into the substrate to be examined.

Bevorzugt ist der Magnet zumindest in einer Grundstellung mit seinen entgegengesetzt polarisierten Endabschnitten von jeweils einer der beiden Spulen umgeben. Die Ausrichtung des Magneten in dem Vibrator ist somit in einer Grundstellung anhand seiner entgegengesetzt polarisierten Endabschnitte, d. h. anhand seiner Magnetfeldausrichtung definiert. Durch die in den Spulen induzierten Magnetfelder wirkt somit im Betrieb auf beide Endabschnitte des Magneten entweder eine gleichgerichtete oder eine entgegengesetzt gerichtete Kraft. Beide Endabschnitte des Magneten werden somit durch die Spulen stets in der gleichen Richtung mit Kraft beaufschlagt.Preferably, the magnet is surrounded at least in a basic position with its opposite polarized end portions of each one of the two coils. The orientation of the magnet in the vibrator is thus in a basic position based on its opposite polarized end portions, d. H. defined by its magnetic field orientation. Thus, during operation, due to the magnetic fields induced in the coils, either a rectified or an oppositely directed force acts on both end sections of the magnet. Both end portions of the magnet are thus always acted upon by the coils in the same direction with force.

Dabei ist die Schwingmasse insbesondere durch zumindest ein Rückstellelement in Richtung der Grundstellung relativ zu dem Träger verstellbar gelagert.In this case, the oscillating mass is mounted in particular adjustable by at least one return element in the direction of the basic position relative to the carrier.

Dabei ist bevorzugt das zumindest eine Rückstellelement als ein elastisches Element zwischen dem Träger und der Schwingmasse eingesetzt und/oder durch einen ersten Rückstell-Magnet an dem Träger und durch einen zweiten Rückstell-Magnet an der Schwingmasse ausgebildet, wobei der zweite Rückstell-Magnet dem ersten Rückstell-Magnet in Richtung der Grundstellung wirkend gegenüberliegend angeordnet und zum ersten Rückstell-Magnet entgegengesetzt gepolt ist. Das Rückstellelement bewirkt, dass die polarisierten Endabschnitte des Magneten zumindest in der Grundstellung innerhalb der Spulen angeordnet sind bzw. von den Spulen vollständig umgeben sind. Die Druckfedern oder Zentriermagneten als Rückstellelemente sorgen dabei dafür, dass die gesamte Bewegung der Schwingmasse bzw. Masseeinheit ohne Verzögerung an das äußere Gehäuse bzw. den Träger übertragen wird.In this case, the at least one restoring element is preferably used as an elastic element between the carrier and the oscillating mass and / or formed by a first return magnet on the carrier and by a second return magnet on the oscillating mass, wherein the second return magnet to the first Resetting magnet in the direction of the basic position acting opposite and polarized opposite to the first return magnet is polarized. The restoring element causes the polarized end portions of the magnet are arranged at least in the normal position within the coils or are completely surrounded by the coils. The compression springs or centering magnets as restoring elements ensure that the entire movement of the oscillating mass or mass unit is transmitted without delay to the outer housing or the carrier.

Insbesondere weist der Vibrator zwei oder mehr Baugruppen aus jeweils einer solchen Spulenanordnung und jeweils einem solchen Magnet auf. Dadurch wird kaskadierte Anordnung aus mehreren Baugruppen bzw. Spulenanordnungen mit jeweils einem Magnet ermöglicht. Dies bewirkt bei geringem baulichem Aufwand und bei kleinem Bauraum eine Erhöhung des Wirkungsgrads bzw. eine Leistungserhöhung des Vibrators durch Zuschalten weiterer bereits eingebauter oder durch Hinzufügen weiterer solcher Baugruppen. Insbesondere kann vorteilhaft nur eine einzige oder nur ein Teil solcher Spulenanordnungen angesteuert werden, so dass der Vibrator nicht stets mit höchst möglicher Schwingungsleistung betrieben wird. Eine bei Messungen im Betrieb derart reduzierbare Leistung erhöht im Fall eines mit einer Batterie oder einem Akkumulator betriebenen Vibrators dessen Einsatzdauer, was insbesondere bei einem Einsatz im Gelände vorteilhaft ist.In particular, the vibrator has two or more assemblies each of such a coil arrangement and each such a magnet. As a result, a cascaded arrangement of a plurality of assemblies or coil arrangements, each with a magnet is made possible. This causes an increase in the efficiency or a power increase of the vibrator by adding more already built-in or by adding more such modules with low structural complexity and in a small space. In particular, advantageously only a single or only a part of such coil arrangements can be controlled, so that the vibrator is not always operated with the highest possible oscillation power. A performance that can be reduced in measurements during operation increases its duration of use in the case of a vibrator operated with a battery or a rechargeable battery, which is advantageous in particular when used in the field.

Dabei sind die zwei oder mehr Baugruppen insbesondere mit einer durch die polarisierten Endabschnitte von deren Magneten führenden Erstreckungsrichtung in oder parallel zu einer schwingungsübertragenden Übertragungsrichtung des Trägers angeordnet. Vorzugsweise ist der Träger dabei als eine Achse ausgebildet, an welcher die Magnete insbesondere linear zueinander angeordnet befestigt sind und an welcher die Schwingmasse mit den Spulen die Magnete umgebend gelagert sind. Insbesondere sind derart in Reihe geschaltete Baugruppen effektiver als ein sich lang erstreckendes Gerät mit einem einzigen langen Magneten und zwei Polschuhen bzw. Polscheiben.In this case, the two or more assemblies are arranged in particular with a leading through the polarized end portions of the magnet extending direction in or parallel to a vibration transmitting transmission direction of the carrier. Preferably, the carrier is designed as an axis to which the magnets are mounted in particular arranged linearly to each other and on which the oscillating mass with the coils surrounding the magnets are mounted. In particular, assemblies connected in series in this way are more effective than an elongate device with a single long magnet and two pole pieces.

Alternativ dazu sind die zwei oder mehr Baugruppen vorteilhaft mit einer zur durch die polarisierten Endabschnitte der Magneten führenden Erstreckungsrichtung quer zu einer schwingungsübertragenden Übertragungsrichtung des Trägers angeordnet. Vorzugsweise ist der Träger dabei als eine Achse ausgebildet, an welcher die Spulen insbesondere linear zueinander aber mit der Magnetfeldrichtung quer zur Übertragungsrichtung angeordnet befestigt sind und an welcher die Schwingmasse mit den Magneten quer zur Übertragungsrichtung an dem Träger oder an einem mit dem Träger starr verbundenen Gehäuse gelagert sind.Alternatively, the two or more assemblies are advantageous with one leading through the polarized end portions of the magnets Extending direction arranged transversely to a vibration transmitting transmission direction of the carrier. Preferably, the carrier is formed as an axis to which the coils are mounted in particular linearly but arranged with the magnetic field direction transverse to the transmission direction and on which the oscillating mass with the magnets transverse to the transmission direction on the carrier or on a rigidly connected to the carrier housing are stored.

Die zumindest eine der Baugruppen kann mit einer durch die polarisierten Endabschnitte von deren Magnet führenden Erstreckungsrichtung in oder parallel zu einer schwingungsübertragenden Übertragungsrichtung des Trägers angeordnet sein und die zumindest eine weitere der Baugruppen kann mit einer durch die polarisierten Endabschnitte von deren Magnet führenden Erstreckungsrichtung quer zu einer schwingungsübertragenden Übertragungsrichtung des Trägers angeordnet sein. Dadurch wird eine die beiden vorstehenden Varianten kombinierende Ausgestaltung umgesetzt, welche gleichzeitig sowohl p- bzw. Kompressions-Wellen als auch s- bzw. Scher-Wellen erzeugen und an das zu untersuchende Objekt übertragen kann. Dies macht insbesondere auch die Verwendung von bisher zwei Quellen bzw. Vibratoren für zwei verschiedene Wellentypen überflüssig und erleichtert dadurch bei beispielsweise Bohrlochmessungen den logistischen Aufwand erheblich. Auch beim Einsatz im Gelände wird ein schnellerer Messfortschritt sowie das Messen unterschiedlicher seismischer Wellentypen erleichtert.The at least one of the subassemblies may be arranged with an extending through the polarized end portions of the magnet extending direction in or parallel to a vibration transmitting transmission direction of the carrier and the at least one further of the assemblies can with a leading through the polarized end portions of the magnet extending direction transverse to a be arranged vibration transmitting transmission direction of the carrier. As a result, a configuration combining the two above variants is implemented, which at the same time can generate both p waves or compression waves and s waves or shear waves and transmit them to the object to be examined. In particular, this also makes the use of two sources or vibrators for two different wave types superfluous, and thus considerably simplifies the logistical effort in the case of, for example, borehole measurements. Even when used in the field faster measuring progress and the measurement of different types of seismic waves is facilitated.

Bevorzugt weist der Magnet an seinen entgegengesetzt polarisierten Endabschnitten jeweils eine Polscheibe auf, welche zumindest in einer/der Grundstellung von jeweils einer der beiden Spulen umgeben sind. Die Polscheiben ermöglichen ein vorteilhaft dichtes Anlegen des Magnetfelds des Magneten an das durch die Spulen induzierte Magnetfeld. Daraus resultiert im Betrieb eine besonders hohe Kraft bzw. Leistung der übertragbaren Schwingungen der Anordnung.Preferably, the magnet has at its opposite polarized end portions in each case a pole disk, which are surrounded at least in a / the basic position of each one of the two coils. The pole disks allow an advantageous tight application of the magnetic field of the magnet to the magnetic field induced by the coils. This results in operation a particularly high power or performance of the transmissible vibrations of the arrangement.

Der zumindest eine Magnet ist vorteilhaft als ein Ringmagnet aus Neodynium-Eisen-Bor ausgebildet. Abweichend von bekannten elektromagnetischen Vibratoren zur Erzeugung seismischer Wellen, welche mit mechanischen oder anderen elektromechanischen Komponenten angetrieben werden, bewegen sich die Spulen dadurch um einen sehr starken Ringmagneten. Dadurch wird eine sehr kleine Abmessung der Bauform bei zugleich einer großen erzielbaren Leistung ermöglicht. Insbesondere erscheinen für Bohrlochmessungen Geräte mit einem Außendurchmesser von weniger als 10 cm möglich.The at least one magnet is advantageously designed as a ring magnet of neodynium-iron-boron. Unlike known electromagnetic vibrators for generating seismic waves, which are driven by mechanical or other electromechanical components, the coils thereby move around a very strong ring magnet. This allows a very small dimension of the design at the same time a large achievable performance. In particular, for borehole measurements devices with an outer diameter of less than 10 cm appear possible.

Insbesondere sind die Spulen ohne innenseitigen Spulenkörper ausgebildet und ein Luftspalt ist zwischen den Spulen und einem Außenumfang des darin geführten Magneten oder einer darin geführten Polscheibe kleiner 0,4 mm, insbesondere kleiner 0,1 mm schmal. Derartige Spulen, welche für sich genommen auch als Backlack-Spulen bekannt sind, ermöglichen einen besonders geringen Luftspalt zwischen Spule und einem Außenumfang des darin geführten Magneten oder einer darin geführten Polscheibe. Dadurch wird eine zur Relativbewegung von Schwingmasse und Träger bzw. Achse zueinander präzise ausgerichtete Lagerung ermöglicht, so dass der Wirkungsgrad des Vibrators erhöht wird.In particular, the coils are formed without inside bobbin and an air gap is narrow between the coils and an outer periphery of the guided therein magnet or a pole disk guided therein less than 0.4 mm, in particular less than 0.1 mm. Such coils, which in themselves are also known as baked-enamel coils, allow a particularly small air gap between the coil and an outer circumference of the magnet guided therein or a pole disk guided therein. As a result, a relative to the relative movement of the oscillating mass and carrier or axis precisely aligned storage is made possible, so that the efficiency of the vibrator is increased.

Der Vibrator weist bevorzugt eine Treiberschaltung zum Bereitstellen eines Treibersignals an die Spulen auf, wobei die Treiberschaltung zum Anlegen des Treibersignals als frequenzmoduliertem Signal oder frequenzmodulierter Spannung mit Frequenzen von 10 Hz bis zu 1000 Hz, insbesondere von 1 Hz bis zu 2000 Hz oder mehr ansteuerbar ist. Somit sind insbesondere sehr hohe Frequenzen ansteuerbar, welche eine sehr hohe Auflösung des zu untersuchenden Objektes ermöglichen.The vibrator preferably has a driver circuit for providing a drive signal to the coils, wherein the driver circuit for driving the drive signal as a frequency modulated signal or frequency modulated voltage at frequencies of 10 Hz to 1000 Hz, in particular from 1 Hz to 2000 Hz or more is controllable , Thus, in particular very high frequencies can be controlled, which enable a very high resolution of the object to be examined.

Bei dem Verfahren zum Anregen eines solchen Vibrators werden bevorzugt die beiden Spulen jeweils einer solchen Spulenanordnung gegengesetzt stromdurchflossen angesteuert.In the method for exciting such a vibrator, the two coils of such a coil arrangement are preferably each driven in countercurrent to current flow.

Erzielbar sind gemäß erster Berechnungen zur Auswertung ausreichende Messsignalenergien und Auflösungen von Strukturen bis zu Tiefen von etwa 100 m. Bevorzugt erscheinen Frequenzen von 1000 Hz oder gar 2000 Hz oder noch mehr mit einer solchen Anordnung erzielbar. Dies ermöglicht bei einer Untersuchung eine große Datenmenge bzw. eine hohe Auflösung.According to initial calculations for the evaluation, sufficient signal signal energies and resolutions of structures up to depths of about 100 m can be achieved. Preferably, frequencies of 1000 Hz or even 2000 Hz or even more can be achieved with such an arrangement. This allows for a large amount of data or a high resolution in an investigation.

Geboten wird somit ein Körperschallwandler anstelle einer bisher verwendeten Schaltquelle.What is required is a structure-borne sound transducer instead of a previously used switching source.

Vorteilhaft ist die Möglichkeit der Bereitstellung von Vibratoren mit einem geringen Gewicht, welches noch einen Transport durch Tragen seitens selbst nur einer Person ermöglicht. Bei einem beispielhaften Gesamtgewicht oder Eigengewicht des Gehäuses von z. B. 10 kg würde eine innenliegende Schwingmasse von 2 bis 4 kg ausreichende Schwingungsenergien für bereits eine Vielzahl von Anwendungsgebieten bewirken.Advantageous is the possibility of providing vibrators with a low weight, which still allows a transport by wearing even only one person. In an exemplary total weight or weight of the housing of z. B. 10 kg would cause an internal vibration mass of 2 to 4 kg sufficient vibration energy for a variety of applications.

Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei werden insbesondere in den 1 nachfolgenden Figuren im Wesentlichen nur demgegenüber verschiedene Komponenten und Funktionen beschrieben, wobei hinsichtlich gleicher oder gleich wirkender Komponenten und Funktionen auf die Ausgestaltungen zu auch den jeweils weiteren der Figuren verwiesen wird. Es zeigen:An embodiment will be explained in more detail with reference to the drawing. Here are in particular in the 1 In the following figures, essentially only different components and functions are described, with regard to identical or equivalent components and functions, reference being made to the embodiments of the respective further FIGS. Show it:

1 schematisch Komponenten eines seismischen Vibrators in einer seitlichen Schnittansicht; 1 schematically components of a seismic vibrator in a side sectional view;

2 entsprechende Komponenten einer gegenüber 1 modifizierten Ausgestaltung des seismischen Vibrators zur Erzeugung von Scher-Wellen; 2 corresponding components of one opposite 1 modified embodiment of the seismic vibrator for generating shear waves;

3 eine weitere modifizierte Anordnung des Vibrators zur Erzeugung von Longitudinal-Wellen; 3 another modified arrangement of the vibrator for generating longitudinal waves;

4 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Einflusses eines Luftspalts zwischen einer Spule und einem Magneten auf die resultierende Kraft; 4 a diagram illustrating the influence of an air gap between a coil and a magnet on the resulting force;

5 eine seitliche Schnittansicht von schematisch dargestellten Komponenten einer gegenüber der Ausgestaltung von 1 modifizierten Ausgestaltung eines seismischen Vibrators; 5 a side sectional view of schematically illustrated components one with respect to the embodiment of 1 modified embodiment of a seismic vibrator;

6 die Anordnung gemäß 5 in einer weiteren Seitenansicht; 6 the arrangement according to 5 in a further side view;

7 die Anordnung gemäß 5 und 6 in Schnittansicht; und 7 the arrangement according to 5 and 6 in sectional view; and

8 eine weiter modifizierte Anordnung eines seismischen Vibrators mit kombinierten Komponenten der Ausgestaltungen gemäß 1 und 5 bis 7. 8th a further modified arrangement of a seismic vibrator with combined components of the embodiments according to 1 and 5 to 7 ,

Wie aus 1 ersichtlich, ist in einem bevorzugten seismischen Vibrator an einem Träger 1, welcher insbesondere als eine Achse ausgebildet ist, eine Schwingmasse 2 angeordnet. Die Schwingmasse 2 ist dabei so an dem Träger 1 angeordnet, dass sie bei der Ausführungsform gemäß 1 in Richtung der Längserstreckung des Trägers 1 verschiebbar bzw. verstellbar angeordnet ist. Außerdem ist an dem Träger 1 verstellfest ein Magnet 3 angeordnet, welcher als vorzugsweise ringförmiger Neodynium-Eisen-Bor-Magnet ausgestaltet ist.How out 1 is apparent in a preferred seismic vibrator on a carrier 1 , which is designed in particular as an axle, an oscillating mass 2 arranged. The vibration mass 2 is so on the carrier 1 arranged to be in the embodiment according to 1 in the direction of the longitudinal extension of the carrier 1 is arranged displaceable or adjustable. It is also on the carrier 1 adjustable a magnet 3 arranged, which is designed as a preferably annular neodymium-iron-boron magnet.

Die Schwingmasse 2 ist vorzugsweise in Art eines zylindrischen Gehäuses um den achsenförmigen Träger 1 herum angeordnet und weist einen Innenraum auf, welcher den Magnet 3 umgibt. Der Innenraum weist dabei eine Erstreckung in Längsrichtung des Trägers 1 auf, welche ein Verstellen der Schwingmasse 2 in axialer Richtung des Trägers 1 ermöglicht, ohne an die den Magnet 3 tragende Anordnung zu stoßen. Innenseitig sind in der Schwingmasse 2 zwei Spulen 4a, 4b angeordnet. Die Spulen 4a, 4b erstrecken sich ringförmig um den Magnet 3 herum.The vibration mass 2 is preferably in the nature of a cylindrical housing about the axis-shaped carrier 1 arranged around and has an interior, which the magnet 3 surrounds. The interior has an extension in the longitudinal direction of the carrier 1 on which an adjustment of the vibration mass 2 in the axial direction of the carrier 1 allows without turning on the magnet 3 to encounter a load-bearing arrangement. Inside are in the oscillating mass 2 two coils 4a . 4b arranged. The spools 4a . 4b extend annularly around the magnet 3 around.

Insbesondere sind die beiden Spulen 4a, 4b so relativ zueinander geschaltet, dass sie ein entgegengesetzt wirkendes Magnetfeld in Richtung der Achse bzw. in Längserstreckungsrichtung des Trägers 1 erzeugen. Eine solche Ausgestaltung ist dadurch erzielbar, dass die beiden in Reihe zueinander angeordneten Spulen 4a, 4b mit entgegengesetzter Wicklungsrichtung in Reihe geschaltet angeordnet sind. Alternativ ist bei gleichsinniger Wicklungsrichtung der beiden Spulen 4a, 4b eine entsprechende Ansteuerung durch eine in 1 nicht dargestellte Treiberschaltung möglich, welche die beiden Spulen 4a, 4b mit entgegengesetzt wirkenden Treibersignalen, das heißt Treiberspannungen und/oder Treiberströmen ansteuert. Bei derart um den Magnet 3 herum angeordneten Spulen 4a, 4b entsteht zwischen den Spulen 4a, 4b ein Bereich aufgehobener Induktivität N.In particular, the two coils 4a . 4b switched so relative to each other that they have an oppositely acting magnetic field in the direction of the axis or in the longitudinal extension direction of the carrier 1 produce. Such a configuration can be achieved in that the two coils arranged in series with one another 4a . 4b are arranged in series with opposite winding direction. Alternatively, in the same direction winding direction of the two coils 4a . 4b a corresponding control by an in 1 Driver circuit not shown possible, which the two coils 4a . 4b with oppositely acting driver signals, that is driving voltages and / or drive currents drives. In such a way to the magnet 3 arranged around coils 4a . 4b arises between the coils 4a . 4b a range of canceled inductance N.

Vorzugsweise ist der Magnet 3 beidseitig in Richtung seiner polarisierten Endabschnitte 3a, 3b von jeweils einer Polscheibe 5a, 5b umgeben. Die Polscheiben 5a, 5b haben dabei vorzugsweise einen Außenumfang, welcher so groß gewählt ist, dass er bis auf einen geringst möglich verbleibenden Luftspalt 10 an den Innenumfang der Spulen 4a bzw. 4b heranragt. Eine Längserstreckung des Magnets 3 mit den Polscheiben 5a, 5b relativ zu den Längserstreckungen der Spulenanordnung 4 ist dabei so gewählt, dass in einer in 1 dargestellten Grundstellung der Magnet 3 mit seinen Polscheiben 5a, 5b in beide der Spulen 4a bzw. 4b teilweise eintaucht. Die Grundstellung entspricht dabei einer Stellung mit nicht angelegtem Treibersignal, wobei jedoch gemäß alternativer Ausführungsanordnungen bei einer Vorspannung der Schwingmasse 2 in einer seitlichen Richtung die Grundstellung auch mit einem entsprechend vorgegebenen Ansteuersignal erzielbar sein kann.Preferably, the magnet 3 on both sides in the direction of its polarized end sections 3a . 3b each of a pole disk 5a . 5b surround. The pole discs 5a . 5b In this case, they preferably have an outer circumference which is chosen to be so large that it remains air gap that is possible to the lowest possible extent 10 on the inner circumference of the coils 4a respectively. 4b zoom extends. A longitudinal extension of the magnet 3 with the pole discs 5a . 5b relative to the longitudinal extent of the coil assembly 4 is chosen so that in an in 1 illustrated basic position of the magnet 3 with his pole discs 5a . 5b in both of the coils 4a respectively. 4b partially immersed. The basic position corresponds to a position with non-applied driver signal, but according to alternative embodiments arrangements at a bias voltage of the oscillating mass 2 in a lateral direction, the basic position can also be achieved with a correspondingly predetermined drive signal.

Wesentliches Element des seismischen Vibrators ist somit eine Baugruppe 6, welche aus einer derartigen Spulenanordnung 4 mit den beiden Spulen 4a, 4b und dem Magnet 3 gebildet wird, wobei die Spulenanordnung 4 gemäß der ersten bevorzugten Ausgestaltung an der Schwingmasse befestigt oder in dieser integriert ist und verstellbar zu dem Magnet 3 an dem Träger 1 angeordnet ist.An essential element of the seismic vibrator is thus an assembly 6 which consists of such a coil arrangement 4 with the two coils 4a . 4b and the magnet 3 is formed, wherein the coil assembly 4 according to the first preferred embodiment attached to the oscillating mass or is integrated in this and adjustable to the magnet 3 on the carrier 1 is arranged.

Um eine möglichst vorteilhafte Verstellung der Schwingmasse relativ zu dem Träger zu ermöglichen, ist die Schwingmasse 2 über Linearlager 7 an dem Träger 1 gelagert.In order to enable the most advantageous adjustment of the oscillating mass relative to the carrier, the oscillating mass 2 via linear bearings 7 on the carrier 1 stored.

Um die Schwingmasse 2 relativ zu dem Träger 1 in der Grundstellung zu halten bzw. im Falle einer Auslenkung in die Grundstellung zu versetzen, ist die Schwingmasse 2 über zumindest ein Rückstellelement 9, vorzugsweise zwei Rückstellelemente 9, relativ zu dem Träger 1 gelagert. 1 zeigt beispielhaft zwei verschiedenartig aufgebaute solcher Rückstellelemente 9. Bei dem links dargestellten Rückstellelement 9 handelt es sich um ein elastisches Element 9a, welches zwischen die Schwingmasse und einen Anschlag 8 eingesetzt ist, wobei der Anschlag 8 verstellfest zu dem Träger 1 angeordnet ist oder einstückig mit dem Träger 1 ausgebildet ist. Alternativ könnte eine Fixierung des von der Schwingmasse 2 abgewandten Endes des elastischen Elements 9a auch an einer beliebigen anderen Komponente des Vibrators erfolgen, welche verstellfest zu dem Träger 1 angeordnet ist. Bei dem in 1 rechts dargestellten Rückstellelement 9 ist eine Anordnung aus zwei Rückstellmagneten 9b, 9c eingesetzt. Einer der Rückstellmagnete 9b ist dabei verstellfest an der Schwingmasse 2 angeordnet. In axialer Richtung des Trägers 1 ist davon beabstandet der zweite der Rückstellmagnete 9c verstellfest an dem Träger 1 oder relativ zu dem Träger 1 angeordnet. Die Polarisierung der beiden Rückstellmagnete 9b, 9c ist dabei entgegengesetzt, so dass sie aufeinander eine abstoßende Wirkung haben.To the oscillating mass 2 relative to the carrier 1 to hold in the normal position or to move in the case of a deflection in the basic position, is the oscillating mass 2 via at least one return element 9 , preferably two return elements 9 , relative to the carrier 1 stored. 1 shows by way of example two differently constructed such return elements 9 , In the return element shown on the left 9 it is an elastic element 9a , which is between the vibration mass and a stop 8th is used, the stop 8th adjustable to the carrier 1 is arranged or integral with the carrier 1 is trained. Alternatively, a fixation of the oscillating mass 2 opposite end of the elastic element 9a also take place at any other component of the vibrator, which adjustable to the carrier 1 is arranged. At the in 1 right reset element shown 9 is an arrangement of two reset magnets 9b . 9c used. One of the reset magnets 9b is adjustable against the vibration mass 2 arranged. In the axial direction of the carrier 1 is spaced from the second of the return magnets 9c adjustable against the carrier 1 or relative to the carrier 1 arranged. The polarization of the two reset magnets 9b . 9c is opposite, so that they have a repulsive effect on each other.

Vorzugsweise, aber nicht zwingend erforderlich, ist der Magnet 3 mittels einer Magnethalterung 11 fest an dem Träger 1 befestigt. Vorzugsweise, aber ebenfalls nicht notwendig, sind die beiden Spulen 4a, 4b mittels eines Spulenhalteelements 12 in einer entsprechenden Aufnahmeöffnung der Schwingmasse 2 fixiert.Preferably, but not mandatory, is the magnet 3 by means of a magnetic holder 11 firmly on the carrier 1 attached. Preferably, but also not necessary, the two coils 4a . 4b by means of a coil holding element 12 in a corresponding receiving opening of the oscillating mass 2 fixed.

Um die Baugruppe 6 gegenüber Umgebungseinflüssen zu schützen, ist der Träger 1 mit der Baugruppe 6 vorzugsweise in einem Gehäuse 13, 14 angeordnet. Das beispielhafte Gehäuse besteht aus einem zylindrischen Gehäuseabschnitt 14 und zwei diesen zylindrischen Gehäuseabschnitt 14 stirnseitig verschließenden kappenartigen Gehäuseabschnitten 13. Der Träger 1 ist dabei vorteilhaft fest mit den stirnseitigen Gehäuseabschnitten 13 verbunden, so dass Schwingungen des Trägers 1 über die Komponenten des Gehäuses 13, 14 auf einen benachbarten Korper übertragen werden.To the assembly 6 to protect against environmental influences is the carrier 1 with the assembly 6 preferably in a housing 13 . 14 arranged. The exemplary housing consists of a cylindrical housing portion 14 and two of these cylindrical housing portion 14 cap-side housing sections closing at the end 13 , The carrier 1 is advantageous fixed to the frontal housing sections 13 connected so that vibrations of the wearer 1 about the components of the housing 13 . 14 be transferred to an adjacent body.

Anhand 2 ist eine gegenüber 1 modifizierte Ausgestaltung skizziert. Wesentlich ist dabei, dass in der Schwingmasse 2 eine Vielzahl von Spulenanordnungen angeordnet ist, welche jeweils einen Magnet umgeben. Mit anderen Worten ist die Schwingmasse 2 relativ zu dem Träger 1 mittels einer Vielzahl von in Reihe geschalteter Spulenanordnungen 6 in Schwingungen versetzbar.Based 2 is one opposite 1 modified embodiment outlined. It is essential that in the oscillating mass 2 a plurality of coil assemblies is arranged, each surrounding a magnet. In other words, the vibration mass 2 relative to the carrier 1 by means of a plurality of serially connected coil arrangements 6 vibrating.

Wie aus 2 beispielhaft ersichtlich, wird von einer Strom- oder Spannungsquelle 16 eine Spannung von vorzugsweise lediglich 12 V an die Treiberschaltung 17 angelegt. Die Treiberschaltung 17 legt das Treibersignal v entsprechend an die Spulen der Spulenanordnungen 6 so an, dass die beiden zu jeweils einer solchen Spulenanordnungen gehörenden Spulen ein zueinander entgegengesetztes Magnetfeld induzieren. Wie dem Spannungsdiagramm entnehmbar ist, wird dabei vorzugsweise, jedoch nicht notwendig, ein durch die Treiberschaltung 17 über die Zeit modifiziertes Treibersignal v an die Spulenanordnungen 6 angelegt. Dadurch wird ein so genannter Sweep erzeugt, mit welchem eine Abfolge von Schwingungen zunehmender und wieder abnehmender Frequenz in das zu untersuchende Objekt gesendet werden kann.How out 2 exemplified by a current or voltage source 16 a voltage of preferably only 12V to the driver circuit 17 created. The driver circuit 17 applies the driver signal v correspondingly to the coils of the coil assemblies 6 such that the two coils belonging to each such coil arrangement induce a mutually opposite magnetic field. As can be seen from the voltage diagram, it is preferable, but not necessary, for a drive through the driver circuit 17 time modified driver signal v to the coil assemblies 6 created. As a result, a so-called sweep is generated with which a sequence of oscillations of increasing and decreasing frequency can be sent to the object to be examined.

Zur Ankopplung an einen Untergrund bzw. das zu untersuchende Objekt dient vorzugsweise eine Bodenplatte 15, welche an dem Gehäuse 13, 14 befestigt ist. Bei der in 2 dargestellten Ausgestaltung mit der Bodenplatte 15, welche parallel zu der Längserstreckung des Trägers 1 und der Schwingungsrichtung der Schwingmasse 2 angeordnet ist, dient der Vibrator zum Erzeugen von Scher-Wellen.For coupling to a substrate or the object to be examined is preferably a bottom plate 15 , which on the housing 13 . 14 is attached. At the in 2 illustrated embodiment with the bottom plate 15 parallel to the longitudinal extent of the carrier 1 and the vibration direction of the vibration mass 2 is arranged, the vibrator is used to generate shear waves.

Gemäß 2 wird durch die Treiberschaltung 17 und entsprechende Kabel nur eine einzelne der Baugruppen 6 gemäß der zeichnerischen Darstellung angesteuert. Natürlich wird an die weiteren der Baugruppen 6 ein entsprechendes Treibersignal v angelegt.According to 2 is through the driver circuit 17 and corresponding cables only a single one of the assemblies 6 driven according to the graphic representation. Of course, to the other of the modules 6 a corresponding driver signal v applied.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist der Vibrator eine Treiberschaltung 17 auf, welche ein individuelles Anlegen des Treibersignals v an eine ausgewählte oder mehrere ausgewählte der Vielzahl der kaskadierend angeordneten Baugruppen anlegt. Dadurch kann bei nur gering erforderlicher Schwingungsleistung durch die Treiberschaltung 17 nur eine einzelne der Baugruppen 6 angesteuert werden, so dass aus der Spannungsquelle 16 nur wenig Leistung abgezogen wird. Bei einer Schwingung mit größerer erforderlicher Schwingungsleistung können hingegen durch die Treiberschaltung 17 eine oder mehrere der weiteren Baugruppen 6 zusätzlich mit dem Treibersignal v angesteuert werden, so dass der Vibrator eine höhere Schwingungsleistung erzeugt, wobei jedoch entsprechend auch mehr Leistung aus der Spannungsquelle 16 abgezogen wird.According to a particularly preferred embodiment, the vibrator has a driver circuit 17 which applies an individual application of the driver signal v to a selected one or more selected ones of the plurality of cascaded modules. As a result, with only slightly required vibration power through the driver circuit 17 just a single one of the assemblies 6 be controlled so that from the voltage source 16 only little power is deducted. On the other hand, in the case of oscillation with greater required vibration power, the driver circuit can 17 one or more of the other modules 6 additionally be driven with the driver signal v, so that the vibrator generates a higher vibration power, but also correspondingly more power from the voltage source 16 is deducted.

3 zeigt eine Anordnung mit einem Aufbau gemäß 2, wobei jedoch die Bodenplatte 15 nicht an der insbesondere zylindrischen Umfangswand des Gehäuses 14, sondern an einer der stirnseitigen Wandungen des Gehäuses 13 angeordnet ist. Entsprechend dient der Vibrator zum Erzeugen von longitudinalen Wellen, welche in das zu untersuchende Objekt gesendet werden. 3 shows an arrangement with a structure according to 2 but with the bottom plate 15 not on the particular cylindrical peripheral wall of the housing 14 but on one of the frontal walls of the housing 13 is arranged. Accordingly, the vibrator serves to generate longitudinal waves which are sent into the object to be examined.

4 zeigt beispielhaft den Einfluss einer Breite des Luftspalts 10, welcher zwischen den Umfangswandungen der Polscheiben 5a, 5b und den Innenwandungen der dazu benachbarten Spulen 4a bzw. 4b verbleibt. Erkennbar ist, dass die durch die Baugruppen 6 erzeugbare Kraft mit zunehmendem Luftspalt stark abnimmt. Vorteilhaft ist daher die vorgeschlagene Anordnung insbesondere auch, weil dadurch ein sehr geringer Luftspalt ermöglicht wird. 4 shows by way of example the influence of a width of the air gap 10 , which between the peripheral walls of the pole disks 5a . 5b and the inner walls of the coils adjacent thereto 4a respectively. 4b remains. Visible is that through the assemblies 6 producible force decreases sharply with increasing air gap. Advantageous, therefore, the proposed arrangement in particular also, because it allows a very small air gap.

5 zeigt eine gegenüber den Ausgestaltungen gemäß 1 bis 3 stark modifizierte alternative Ausgestaltung. Wesentlicher Unterschied ist dabei, dass an dem Träger 1* nicht mehr der Magnet oder die Magnete verstellfest angeordnet sind, sondern dass an dem Träger 1* eine oder mehrere Spulenanordnungen 4* mit jeweils zwei Spulen 4a*, 4b* verstellfest angeordnet sind. Die Anordnung der Spulen 4a*, 4b* in zueinander in Reihe gestalteter und ein entgegengesetzt wirkendes Magnetfeld erzeugender Ausgestaltung ist dabei so gewählt, dass die durch die Spulen 4a*, 4b* induzierten Magnetfelder nicht in Längsrichtung des Trägers 1* sondern quer zum Träger 1* induziert werden. Entsprechend weisen die Spulenanordnungen 4* einen von den Spulen 4a*, 4b* umgebenen Innenraum auf, welcher sich quer zur Längserstreckung des Trägers 1* erstreckt und eine Aufnahmeöffnung für eine Anordnung mit jeweils einem Magnet 3* ausbildet. Jeder der Magnete 3* ist auf einem Schwingmassenträger 18 verstellfest angeordnet, wobei die Schwingmassenträger 18 seitlich aus den Spulenanordnungen 4* herausragen. 5 shows a relation to the embodiments according to 1 to 3 heavily modified alternative embodiment. The main difference is that on the carrier 1* no longer the magnet or the magnets are arranged fixed in adjustment, but that on the carrier 1* one or more coil arrangements 4 * with two coils each 4a * . 4b * are arranged adjustable. The arrangement of the coils 4a * . 4b * in an arrangement designed in series with one another and generating an oppositely acting magnetic field is chosen such that the signal passing through the coils 4a * . 4b * induced magnetic fields not in the longitudinal direction of the carrier 1* but across the carrier 1* be induced. Accordingly, the coil arrangements 4 * one of the coils 4a * . 4b * Surrounded interior, which is transverse to the longitudinal extent of the carrier 1* extends and a receiving opening for an arrangement, each with a magnet 3 * formed. Each of the magnets 3 * is on a vibrating mass carrier 18 arranged adjustable, wherein the vibrating mass carrier 18 laterally from the coil arrangements 4 * protrude.

Prinzipiell können bereits die Schwingmassenträger 18 als Schwingmasse ausgebildet sein, welche relativ zum Träger 1* in Schwingung versetzbar angeordnet ist. Um eine besonders genaue Führung und damit einen möglichst schmalen Luftspalt. zwischen Polscheiben der Magnete 3* und den Spulen 4a*, 4b* zu ermöglichen, sind die Schwingmassenträger 18 außenseitig durch zwei als Schwingmasse 2* dienende Körper miteinander verbunden. Außerdem führen vorzugsweise zwei derartige Schwingmassenträger 18 nicht durch die Magnete 3, sondern durch Linearlager 7, welche eine moglichst genaue Führung der beiden Schwingmassen 2* in seitlicher Richtung bzw. quer zu dem Träger 1* ermöglichen. Die Rückstellelemente 9 sind entsprechend vorzugsweise zwischen den beiden als Schwingmasse 2* dienenden Körpern und dem Träger 1* angeordnet, so dass die Magnete 3* durch die Rückstellelemente 9 wiederum in eine Grundstellung relativ zu den jeweils gegenüberliegenden Spulen 4a*, 4b* gestellt werden.In principle, the vibrating mass carrier can already 18 be designed as an oscillating mass, which relative to the carrier 1* is arranged in vibration displaceable. For a particularly accurate guidance and thus the narrowest possible air gap. between pole discs of the magnets 3 * and the coils 4a * . 4b * to enable, are the vibrating mass carrier 18 on the outside by two as oscillating mass 2 * serving bodies connected to each other. In addition, preferably two such oscillating mass carriers 18 not by the magnets 3 but by linear bearings 7 , Which a most accurate guidance of the two oscillating masses 2 * in the lateral direction or transversely to the carrier 1* enable. The reset elements 9 are accordingly preferably between the two as oscillating mass 2 * serving bodies and the carrier 1* arranged so that the magnets 3 * through the reset elements 9 again in a basic position relative to the respective opposite coils 4a * . 4b * be put.

Bei der anhand der 5 bis 7 dargestellten Ausgestaltung handelt es sich bevorzugt um einen als Bohrlochsonde ausgestalteten Vibrator.When using the 5 to 7 illustrated embodiment is preferably designed as a borehole probe vibrator.

8 zeigt eine noch weiter modifizierte Ausgestaltung, welche Baukomponenten aus den Ausgestaltungen gemäß sowohl 1 als auch gemäß 5 bis 7 aufweist. An einer zentral durch das Gehäuse 13, 14 führenden Achse, welche wiederum als Träger 1 dient, ist mittig eine Baugruppe 6 mit einem Aufbau gemäß 1 angeordnet. Außenseitig dazu sind zwei Baugruppen mit einer Ausgestaltung gemäß 5 bis 7 angeordnet, wobei diese beiden weiteren Baugruppen 6 zueinander um 90° verdreht sind. Eine solche Anordnung eines Vibrators ermöglicht das Aussenden von seismischen Schwingungen bzw. Wellen, welche in beliebigen Raumkomponenten erzeugt und abgestrahlt werden können. Natürlich ist auch eine solche Ausgestaltung mit einer kaskadierenden Anordnung von Baugruppen gemäß beispielsweise 2, 3 oder 6 umsetzbar, um mehr Leistung in den Untergrund senden zu können. 8th shows a still further modified embodiment, which construction components of the embodiments according to both 1 as well as according to 5 to 7 having. At a central point through the housing 13 . 14 leading axis, which in turn as a carrier 1 serves, is a module in the middle 6 with a structure according to 1 arranged. On the outside are two modules with a design according to 5 to 7 arranged, these two other modules 6 rotated by 90 ° to each other. Such an arrangement of a vibrator enables the emission of seismic oscillations or waves, which can be generated and emitted in any spatial components. Of course, such a configuration with a cascading arrangement of modules according to, for example 2 . 3 or 6 can be implemented to send more power into the underground.

Somit wird eine Vielzahl von Ausführungsformen sowie durch Kombination und Modifikation dieser eine noch größere erzielbare Anzahl an Ausführungsformen eines Vibrators bereitgestellt, welcher als ein elektrisches, vorteilhaft kaskadierbares Vibratorsystem zur Erzeugung von seismischen Kompressions- und Scher-Wellen dient.Thus, a variety of embodiments as well as combination and modification of these provide an even greater achievable number of embodiments of a vibrator which serves as an electric, advantageously cascadable vibrator system for generating seismic compression and shear waves.

Beispielhafte Modifikationen sind die Verwendung eines nichtzylindrisch rohrförmigen Gehäuses, d. h. auch eines Gehäuses mit beliebigem anderem Außenumfang als in den dargestellten Ausführungsformen. Auch weitere Komponenten können andere Formen aufweisen, beispielsweise der Träger 1, welcher gemäß der ersten Ausgestaltung zylindrisch ist, bzw. der modifizierte Träger 1*, welcher gemäß 5 bis 7 einen eckigen Querschnitt aufweist.Exemplary modifications are the use of a non-cylindrical tubular housing, ie also a housing with any other outer circumference than in the illustrated embodiments. Other components may also have other shapes, for example the carrier 1 , which is cylindrical according to the first embodiment, or the modified carrier 1* , which according to 5 to 7 has a square cross-section.

Um eine einfache Montage zu ermöglichen, wird auf dem achsenförmigen Träger 1 eine Kunststoffhülse, auf welcher die beiden den Magnet 3 umgebenden Polscheiben 5a, 5b sitzen, aufgesetzt und mittels beispielsweise zwei Stellringen in Form der Magnethalterungen 11 fixiert. In axialer Richtung beabstandet ist um diese Anordnung herum in der vorzugsweise Mitte des Trägers auf den Gleit- bzw. Linearlagern 7 als bewegliches Teil die Schwingmasse 2 mit den als Spulengehäuse dienenden Spulenhalteelementen 12 und der Spulenanordnung 4 gelagert. Die eigentliche Schwingmasse 2 besteht vorzugsweise aus zwei Komponenten, welche von den beiden Enden des Trägers 1 her aufgeschoben werden können, um die Anordnung mit dem Magnet 3 umschließend aufnehmen zu können. In dem aufeinander zugewandten Verbindungsbereich der beiden Komponenten der Schwingmasse 2 sitzt die Spulenanordnung 4 in dem Spulenhalteelement 12. Nachfolgend werden die Zentrier- bzw. Rückstellelemente 9 an dem Träger 1 montiert, um die Schwingmasse 2 mit den daran befestigten Komponenten in eine gewünschte Position relativ zu der Anordnung mit dem Magnet 3 zu bringen. Nach einer Verkabelung der Spulen 4a, 4b der Spulenanordnung 4 mit der Treiberschaltung 17 wird die Anordnung dann in dem Gehäuse 13, 14 eingesetzt, indem beispielsweise zuerst die hülsenförmige bzw. zylinderförmige Gehäusewandung übergestülpt wird und dann die beiden offenen Endabschnitte von dieser mit den stirnseitigen Gehäuseteilen 13 verschlossen werden. Vorzugsweise werden die stirnseitigen Gehäuseteile 13 durch Verschrauben an dem Träger 1 befestigt und spannen dabei die zylinderförmige Gehäusewandung 14 fest ein.To allow easy installation, is on the axle-shaped support 1 a plastic sleeve on which the two the magnet 3 surrounding pole discs 5a . 5b sit, put on and, for example, two collars in the form of magnet mounts 11 fixed. Spaced in the axial direction is around this arrangement in the preferably center of the carrier on the sliding or linear bearings 7 as moving part the oscillating mass 2 with the bobbin housing serving as coil holding elements 12 and the coil assembly 4 stored. The actual oscillating mass 2 preferably consists of two components, which from the two ends of the carrier 1 can be deferred to the arrangement with the magnet 3 to be able to record comprehensively. In the mutually facing connection region of the two components of the oscillating mass 2 sits the coil assembly 4 in the coil holding member 12 , The following are the centering or restoring elements 9 on the carrier 1 mounted to the vibration mass 2 with the components attached thereto in a desired position relative to the arrangement with the magnet 3 bring to. After a wiring of the coils 4a . 4b the coil arrangement 4 with the driver circuit 17 the arrangement is then in the housing 13 . 14 used, for example, by first slipped over the sleeve-shaped or cylindrical housing wall and then the two open end portions of this with the front-side housing parts 13 be closed. Preferably, the front-side housing parts 13 by screwing on the carrier 1 attached and stretch while the cylindrical housing wall 14 firmly on.

Lediglich beispielhafte Leistungswerte erster versuchsweise montierter Vibratoren liegen beim Einsatz einer Baugruppe 6 bei ca. 250 Watt und bei Einsatz von vier kaskadierend angeordneten Baugruppen bei einer Leistung von ca. 1000 Watt. Erzielbar ist dabei eine Frequenzbandbreite der erzeugten seismischen Wellen in einem Spektrum von 1 bis 1000 Hz, wobei auch deutlich höhere Frequenzwerte erzielbar sind. Erste Versuchsanordnungen haben einen Gehäusedurchmesser von nur ca. 90 mm, was bereits die Ermöglichung kleiner und gut tragbarer Bauformen bei der Erzeugung zugleich hoher Leistungswerte bei zudem hohen Frequenzen ermöglicht.Only exemplary performance values of first experimentally mounted vibrators are when using an assembly 6 at about 250 watts and when using four cascaded assemblies at a power of about 1000 watts. A frequency bandwidth of the generated seismic waves in a spectrum of 1 to 1000 Hz can be achieved, although significantly higher frequency values can also be achieved. First test arrangements have a housing diameter of only about 90 mm, which already allows the possibility of small and easily portable designs while generating high power values at high frequencies.

Während viele Halteelemente und Verbindungselemente vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt sind, sind die Schwingmasse 2, die Schwingmassenträger 18 und die Träger 1, 1* vorzugsweise aus Metall, insbesondere Flachstahl ausgebildet.While many holding elements and connecting elements are preferably made of plastic, the oscillating mass 2 , the vibrating mass carrier 18 and the carriers 1 . 1* preferably formed of metal, in particular flat steel.

Die Lagerung erfolgt vorzugsweise über ein Linearlager bzw. Kugellager, es sind aber auch andere Lager, z. B. Gleitlager einsetzbar.The storage is preferably via a linear bearing or ball bearings, but there are also other bearings, eg. B. plain bearings used.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1, 1*1, 1 *: Träger, insbesondere AchseCarrier, in particular axle
2, 2*2, 2 *: Schwingmasseoscillating weight
3, 3*3, 3 *: Magnetmagnet
3a, 3b3a, 3b: polarisierte Endabschnittepolarized end sections
4, 4*4, 4 *: Spulenanordnungcoil assembly
4a, 4b; 4a*, 4b*4a, 4b; 4a *, 4b *: SpulenDo the washing up
5a, 5b5a, 5b: Polscheibenpole discs
66: Baugruppe aus einer Spulenanordnung und einem MagnetAssembly of a coil assembly and a magnet
77: Linearlagerlinear bearings
88th: Anschlagattack
99: RückstellelementReturn element
9a9a: elastisches Elementelastic element
9b, 9c9b, 9c: Rückstell-MagneteReset Magnets
1010: Luftspaltair gap
1111: Magnethalterungmagnetic holder
1212: SpulenhalteelementCoil holding element
13, 1413, 14: Gehäusecasing
1515: Bodenplatte als Schwingungs-ÜbertragungselementBase plate as a vibration transmission element
1616: Spannungsquellevoltage source
1717: Treiberschaltungdriver circuit
1818: SchwingmassenträgerOscillating weight support
NN: Bereich aufgehobener InduktivitätRange of canceled inductance
vv: Treibersignaldrive signal

Claims

Seismic vibrator for generating seismic waves with - a carrier ( 1 ; 1* ), - relative to the carrier (1; 1* ) adjustably mounted oscillating mass ( 2 ; 2 * ), and - at least one magnet ( 3 ) which is adjustable in relation to the carrier ( 1 ) and oppositely polarized end portions ( 3a . 3b ), and a coil arrangement ( 4 ), the adjustable to the vibration mass ( 2 ), or - at least one coil arrangement ( 4 * ) which are adjustable in relation to the carrier ( 1* ), and a magnet ( 3 * ), the adjustable to the vibration mass ( 2 * ) and oppositely polarized end portions ( 3a * . 3b * ), wherein the coil arrangement ( 4 ; 4 * ) arranged in series and connected in series in opposite directions or by a driver circuit ( 17 ) opposite to current through excitable coils ( 4a . 4b ; 4a * . 4b * ) is trained.

Vibrator according to claim 1, in which the magnet ( 3 ; 3 * ) at least in a basic position with its opposite polarized end portions ( 3a . 3b ; 3a * . 3b * ) of one of the two coils ( 4a . 4b ; 4a * . 4b * ) is surrounded.

Vibrator according to Claim 2, in which the oscillating mass ( 2 ; 2 * ) by at least one return element ( 9 ) in the direction of the basic position relative to the carrier ( 1 ; 1* ) is adjustably mounted.

Vibrator according to Claim 3, in which the at least one restoring element ( 9 ) as an elastic element ( 9a ) between the carrier ( 1 ; 1* ) and the oscillating mass ( 2 ; 2 * ) is inserted and / or by a first reset magnet ( 9b ) on the carrier ( 1 ; 1* ) and by a second reset magnet ( 9c ) on the oscillating mass ( 2 ; 2 * ), wherein the second return magnet ( 9c ) the first return magnet ( 9b ) acting in the direction of the basic position opposite and arranged to the first return magnet ( 9b ) is oppositely poled.

A vibrator according to any preceding claim, comprising two or more assemblies ( 6 ) from in each case one such coil arrangement ( 4 . 4 ; 4 * . 4 * ; 4 . 4 * ) and one such magnet ( 3 . 3 ; 3 * . 3 * . 3 . 3 * ) having.

A vibrator according to claim 5, wherein the two or more assemblies ( 6 ) with a through the polarized end sections ( 3a . 3b ) of their magnets ( 3 ) extending direction in or parallel to a vibration transmitting transmission direction of the carrier ( 1 ) are arranged.

A vibrator according to claim 5, wherein the two or more assemblies ( 6 ) with a through the polarized end sections ( 3a * . 3b * ) of magnets ( 3 * ) extending span direction transverse to a vibration transmitting transmission direction of the carrier ( 1* ) are arranged.

A vibrator according to claim 5, wherein - the at least one of the assemblies ( 6 ) with one through the polarized end sections ( 3a . 3b ) of their magnet ( 3 ) extending direction in or parallel to a vibration transmitting transmission direction of the carrier ( 1 ) is arranged and - at least one further of the assemblies ( 6 ) with one through the polarized end sections ( 3a * . 3b * ) of their magnet ( 3 * ) extending span direction transverse to a vibration transmitting transmission direction of the carrier ( 1* ) is arranged.

Vibrator according to any preceding claim, wherein the magnet ( 3 ; 3 * ) at its oppositely polarized end portions ( 3a . 3b ; 3a * . 3b * ) each a pole disk ( 5a . 5b ), which at least in a / the basic position of each one of the two coils ( 4a . 4b ; 4a * . 4b * ) are surrounded.

A vibrator according to any preceding claim, wherein the at least one magnet ( 3 ; 3 * ) is formed as a ring magnet of neodynium-iron-boron.

Vibrator according to any preceding claim, wherein the coils ( 4a . 4b ; 4a * . 4b * ) are formed without an inside bobbin and an air gap ( 10 ) between the coil ( 4a . 4b ; 4a * . 4b * ) and an outer periphery of the guided therein magnet ( 3 ; 3 * ) or a pole disk guided therein ( 5 . 5a ) is less than 0.4 mm.

Vibrator according to one of claims 1 to 10, in which the coils ( 4a . 4b ; 4a * . 4b * ) are formed without an inside bobbin and an air gap ( 10 ) between the coils ( 4a . 4b ; 4a * . 4b * ) and an outer periphery of the guided therein magnet ( 3 ; 3 * ) or a pole disk guided therein ( 5 . 5a ) is less than 0.1 mm.

A vibrator as claimed in any preceding claim, comprising a driver circuit ( 17 ) for providing a drive signal (v) to the coils ( 4a . 4b ; 4a * . 4b * ), wherein the driver circuit ( 17 ) for applying the driver signal (v) as a frequency modulated signal or frequency modulated voltage with frequencies up to 1000 Hz can be controlled.

Vibrator according to one of claims 1 to 12, which comprises a driver circuit ( 17 ) for providing a drive signal (v) to the coils ( 4a . 4b ; 4a * . 4b * ), wherein the driver circuit ( 17 ) for applying the driver signal (v) as a frequency modulated signal or frequency modulated voltage having frequencies up to 2000 Hz or more is controllable.

Method for exciting a vibrator according to any preceding claim, in which the two coils ( 4a . 4b ; 4a * . 4b * ) each of such a coil arrangement ( 4 ; 4 * ) are opposite in current flowing through.

Use of a vibrator according to any one of claims 1-14 for seismic surveying of a solid body, in particular a rock, a subsoil or a borehole environment as an object to be examined.

Use of a method according to claim 15 for seismic examination of a solid body, in particular a rock, a subsoil or a borehole environment as an object to be examined.