CN102288988A - 轻便小型可控震源组合装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轻便小型可控震源组合装置，涉及地质勘探技术，是至少两个震源单体固装在一个耦合板上，为一独立单元，其中，至少二激震箱体固接于耦合板上表面，激震箱经传动轴与伺服控制组连接，伺服控制组包括GPS模块、信号发生器、伺服驱动器和三相伺服异步电机，各部件重量不超过30KG，采取分步组合安装。多个独立单元构成小型可控震源组。本发明装置可对地层对地震信号的吸收作用进行补偿，进行地震勘探能得到反射能量足够，信噪比和信号分辨率满足地质勘探需要的资料，也用于金属矿勘探。本发明装置采用模块式组装，运输方便，适用地震勘探，金属矿勘探等地形复杂，车辆达不到的地方，用于野外流动观测。

Description

轻便小型可控震源组合装置

技术领域

本发明涉及地震、地质勘探技术领域，是轻便小型可控震源组合装置。

背景技术

利用可控震源人工激发地震波，是进行地质和地震勘探的重要研究方法，这种勘探方法我国在上个世纪70年代开始由国外引进，并应用于国内的地质和地震勘探中。与此同时在吸收和消化国外先进技术的同时，我国也开始依靠国内的技术力量和设备发展自主研制的可控震源。

由于可控震源的特点是信号特性可以人为控制，设计相应的扫描信号避开干扰信号，从而提高信号的分辨率，这是其他人工震源和爆炸震源难以做到的，因此利用可控震源进行地质和地震勘探可以满足勘探所需要的资料。目前随着大吨位可控震源在国外勘探中的推广和应用，近些年来，轻便小型可控震源在我国地质勘探中的应用前景也越来越广泛，因此发展一种轻便小型可控震源装置以适应实际工作环境、野外流动观测的需求，在地质勘探领域起着越来越重要的作用，轻便小型可控震源装置也将成为重要的地震勘探以及金属矿勘探的设备。

发明内容

本发明的目的是公开一种轻便小型可控震源组合装置，是通过对国内外产品技术的消化吸收设计制造而成，其改善了各项性能指标，可以满足地质与地震勘探的研究需要，同时也可用于金属矿勘探。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种轻便小型可控震源组合装置，包括至少两个可控震源单体，一个耦合板，及伺服控制组；其至少两个可控震源单体固接在耦合板上表面，为一独立单元，其中，每一可控震源单体，包括激震箱体、传动轴、伺服驱动器、三相伺服异步电机，激震箱体固接于耦合板上表面，激震箱经传动轴与三相伺服异步电机连接，三相伺服异步电机内部配有专用编码器，经编码器线与伺服驱动器电连接；

伺服控制组包括GPS模块、信号发生器，GPS模块与信号发生器电连接，信号发生器分别与各伺服驱动器电连接；GPS模块、信号发生器为公用部件，确保多个可控震源单体同步运转，实时控制其运转精度，使单元运转过程中不产生累积误差；

激震箱体、传动轴、三相伺服异步电机的重量均小于30KG，采取分步组合安装；

多个独立单元，组成可控震源组。

所述的可控震源组合装置，其所述激震箱体内有激振体，激振体为偏心轮结构，偏心轮由多个矩形块用螺栓串接固定在主轴中心位置，以使激振体在很小质量下，达到尽可能大的冲击力，同时矩形块累积安装，方便调节偏心轮的重心和质量，从而改变运转起来所产生的相对于底面的冲击力的大小，具有方便灵活的特点。

所述的可控震源组合装置，其所述传动轴包括轴管和万向节，传动轴两端分别通过法兰盘固接三相伺服异步电机输出轴与激震箱体内激振体主轴，通过伺服控制组发送脉冲指令控制三项伺服异步电机带动传动轴驱动激震箱体内激振体的偏心轮，按照预先设定方式旋转，产生离心力，对地面进行冲击，产生人工地震波。

所述的可控震源组合装置，其所述耦合板，板上均匀固接多个固定栓，固定栓为螺纹柱，有两种：激震箱体固定栓、配重板固定栓，激震箱体固定栓与激震箱体底面相适配，位于耦合板中部，配重板固定栓位于耦合板边缘，根据需要加装配重板，以使耦合板达到合理的重量要求。

本发明的轻便小型可控震源组合装置是通过伺服驱动组控制并产生工作频率。因此它的工作信号和基本特性可以人为控制，可以在设计震源扫描信号时避开干扰信号，提高自身信号的分辨率。

本发明的轻便小型可控震源组合装置采用模块式组装，运输方便，适用于地震勘探，金属矿勘探等地形复杂，车辆不易到达的地方。这种安装方式不但可以使得冲击能量加倍，同时可以进行组合安装，便于拆卸和运输。

本发明的轻便小型可控震源组合装置的电机与激震箱体间采用传动轴连接的方式大大减少了电机与激震箱体震动时的互相干扰，提高了信号的分辨率。

本发明的轻便小型可控震源组合装置的激振体在很小质量前提下，达到尽可能大的冲击力，同时这种矩形块累积的安装方式可以有效调节偏心轮运转起来所产生的相对于底面的冲击力的大小，当增加矩形块的同时，既调节了偏心距大小同时也可以增加偏心轮的质量，这样离心力的大小可以方便的进行调节，具有方便灵活的特点。

本发明的轻便小型可控震源组合装置，较之大吨位的可控震源车或吨级的大型震源装置更适用于山区等地形崎岖的复杂地带，易于移动和运输。

附图说明

图1为本发明的轻便小型可控震源组合装置的整体分解图；

图2为本发明的轻便小型可控震源组合装置的小型可控震源单体的剖视图；

图3为本发明的轻便小型可控震源组合装置的耦合板安装示意图；

图4为本发明组合装置的可控震源单体的工作流程框图。

具体实施方式

请参阅图1、图2和图3所示，为本发明的轻便小型可控震源组合装置的结构示意图。其中，传动轴1、三相伺服异步电机2、伺服驱动器3、编码器线4、激震箱体5、主轴6、前轴承盘7、矩形块8、后轴承盘9、耦合板10、轴承内环11、法兰盘12、前立板13、轴承14、螺栓15、油封挡圈16、长螺栓17、主轴锁紧环18、防尘罩线19、机箱底板20、机箱上盖21、信号发生器22、GPS模块23、M8螺母24、配重板25、激震箱体固定栓26、配重板固定栓27。

本发明的轻便小型可控震源组合装置主要由伺服控制组、传动轴1、激震箱体和耦合板10四部分组成，其中伺服控制组是由GPS模块23、信号发生器22、伺服驱动器3、编码器线4和三相伺服步进电机2组成的；激震箱体5的主要构成部分是矩形块8组成的偏心轮、主轴6、前轴承盘7和后轴承盘9等相关部件。

一种轻便小型可控震源组合装置，采用两组小型可控震源单体通过螺栓固定，安装在同一块耦合板上组成的轻便小型可控震源组合装置。小型可控震源单体的工作流程(见图4)：由外接GPS模块的信号发生器(我们选择的是美国安捷伦公司生产的33250A 80MHZ的任意波形发生器)给出预想的脉冲序列发送给伺服控制器，伺服控制器控制一台1.5KW的三相伺服异步电机带动激震箱体内的偏心轮装置按指定方向做线性扫频运动，信号发生器每发送10000个脉冲，电机轴转动一圈，运转的同时三相伺服异步电机自带的编码器可以实时反馈给伺服驱动器当前电机运转的情况，如有丢步现象出现时，伺服驱动器接到反馈发出报警。由于轻便小型可控震源组合装置是通过伺服驱动组控制并产生工作频率。因此它的工作信号和基本特性可以人为控制，可以在设计震源扫描信号时避开干扰信号，提高自身信号的分辨率。

一、伺服控制器组：

伺服控制器组是由GPS模块23、信号发生器22、伺服驱动器3、编码器线4和三相伺服步进电机2组成的，它是小型可控震源单体的控制部分，把信号发生器内部预设的脉冲序列经过GPS模块同步，分别发送给两个伺服驱动器，每发送10000个脉冲，电机轴转一圈，运转过程中电机内部编码器反馈给伺服驱动器电机当前运转的情况，是否出现丢步等现象，配合伺服驱动器做出报警提示，完成互相校正检测的功能。

由于轻便小型可控震源组合装置是由两组小型可控震源震源单体安装在同一个耦合板上组成的，那么需要给两组小型可控震源发送同样的脉冲序列，以偏心轮在重力作用下的位置作为转动起点，按照相反方向同时旋转，两组小型可控震源产生对地面的冲击力的合力，实现人工震源激发。

二、激震箱体：

见图2，激震箱体主要由主轴6支撑在前后轴承板上，前后轴承板中间装有圆锥滚子轴承，圆锥滚子轴承可以承受大的径向载荷和轴向载荷。有三个矩形块8通过长螺栓17贯穿，安装在主轴6中间的缺口处，通过减少矩形块的数量调整偏心轮的重心和质量。系统运转过程中偏心轮由电机轴带动，做线性扫频运动，产生离心力，反作用于地面，对地面进行冲击，实现人工震源激发。

三、传动轴：

见图2，传动轴1是由轴管和万向节组成的，传动轴1两端通过法兰盘12用螺钉连接三相伺服异步电机2与激震箱体5，这种三相伺服异步电机2与激震箱体5间采用传动轴连接的方式大大减少了三相伺服异步电机2与激震箱体5震动时的互相干扰，提高了信号的分辨率。

四、耦合板：

轻便小型可控震源组合装置，采用两组小型可控震源震源单体安装在同一个耦合板上组成的轻便小型可控震源组合装置。耦合板10与两组小型可控震源单体的箱体底板20通过螺栓相连接。

见图3，耦合板的材质，重量和面积是决定激震箱体与地面耦合状态好坏的重要因素。耦合板上焊接有固定螺栓，可以通过加装配重板调节耦合板的重量。考虑到它的工作性质，即要适应野外流动观测，我们选择不锈钢板作为加工原料，可以满足其作为工作基座的刚度和硬度，以抵抗震动过程中引起的形变。在可控震源工作时，耦合板与地面接触，由偏心轮所产生反作用力带动耦合板以及耦合板以下的部分地面泥土振动，其间耦合板不能脱离地面。

使用动态过程：

选择好测试地点，连接信号发生器与伺服驱动器，把三相伺服异步电机与激震箱体用螺栓与传动轴相连接，组装好两台小型可控震源单体，再将两台小型可控震源单体用螺栓固定在耦合板上，用编码器线连接伺服驱动器与三相伺服异步电机，组装工作完成后，启动GPS模块，伺服驱动器上电，启动信号发生器，带动电机轴驱动偏心轮做线性扫频运动。

(1)组合式安装方式

该轻便小型可控震源组合装置，采用两台小型可控震源单体通过螺栓固接在同一块耦合板上组成的轻便小型可控震源组合装置，同时轻便小型可控震源组合装置又可作为独立单元，多个独立单元形成一个小型可控震源组。这种安装方式不但可以使得冲击能量加倍，同时可以进行组合安装，便于拆卸和运输。

(2)轻便小型，易于运输

该轻便小型可控震源组合装置主要由伺服控制组、传动轴、激震箱体和耦合板构成，各个模块均可拆卸，安装方式简单，适合野外勘探用。其中各个部分的重量均不超过30KG，并采取分步组合安装的方式。较之以往的大吨位可控震源，这种小型可控震源使得野外施工更轻便化和实用化。

(3)外接GPS模块

GPS时钟控制运转精度，防止产生累积误差。

(4)采用异步伺服电机控制

具有连续工作的特点，且转动惯量大，不易出现震荡和丢步等优势。

(5)传动轴

三相伺服异步电机与激震箱体之间采用传动轴连接，这种结构的使用大大减少了三相伺服异步电机与激震箱体震动时的互相干扰，提高了信号的分辨率。

(6)偏心轮

偏心轮是由多个矩形块用螺栓串接固定的方式，可以通过加减矩形块的数量调节偏心轮的重心和质量，从而改变运转起来所产生的相对于底面的冲击力的大小。

(7)耦合板

耦合板设计成重量可以调节，且方便安装的结构。

Claims (4)

1.一种轻便小型可控震源组合装置，包括至少两个可控震源单体，一个耦合板，及伺服控制组；其特征在于：至少两个可控震源单体固接在耦合板上表面，为一独立单元，其中，每一可控震源单体，包括激震箱体、传动轴、伺服驱动器、三相伺服异步电机，激震箱体固接于耦合板上表面，激震箱经传动轴与三相伺服异步电机连接，三相伺服异步电机内部配有专用编码器，经编码器线与伺服驱动器电连接；

伺服控制组包括GPS模块、信号发生器，GPS模块与信号发生器电连接，信号发生器分别与各伺服驱动器电连接；GPS模块、信号发生器为公用部件，确保多个可控震源单体同步运转，实时控制其运转精度，使单元运转过程中不产生累积误差；

激震箱体、传动轴、三相伺服异步电机的重量均小于30KG，采取分步组合安装；

多个独立单元，组成可控震源组。

2.如权利要求1所述的可控震源组合装置，其特征在于：所述激震箱体内有激振体，激振体为偏心轮结构，偏心轮由多个矩形块用螺栓串接固定在主轴中心位置，以使激振体在很小质量下，达到尽可能大的冲击力，同时矩形块累积安装，方便调节偏心轮的重心和质量，从而改变运转起来所产生的相对于底面的冲击力的大小，具有方便灵活的特点。

3.如权利要求1所述的可控震源组合装置，其特征在于：所述传动轴包括轴管和万向节，传动轴两端分别通过法兰盘固接三相伺服异步电机输出轴与激震箱体内激振体主轴，通过伺服控制组发送脉冲指令控制三项伺服异步电机带动传动轴驱动激震箱体内激振体的偏心轮，按照预先设定方式旋转，产生离心力，对地面进行冲击，产生人工地震波。

4.如权利要求1所述的可控震源组合装置，其特征在于：所述耦合板，板上均匀固接多个固定栓，固定栓为螺纹柱，有两种：激震箱体固定栓、配重板固定栓，激震箱体固定栓与激震箱体底面相适配，位于耦合板中部，配重板固定栓位于耦合板边缘，根据需要加装配重板，以使耦合板达到合理的重量要求。

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