CN103270429B - 具有复合基板的地震震动器 - Google Patents

Abstract

地震震动器具有基板，所述基板至少部分地由复合材料构成。基板具有由复合材料构成的本体并且具有由金属材料构成的顶板和底板。顶板支撑隔离件，所述隔离件用于将致动器质量体和框架与基板隔离开。在内部，复合本体具有中央结构，支柱联接到该中央结构，用于支撑所述质量体和用于震动器的致动器的活塞。栅格结构包围中央结构。这种栅格结构具有从中央结构延伸的径向肋状件并且具有互连径向肋状件的径向肋状件。

Description

具有复合基板的地震震动器

相关申请的交叉引用

此为于2010年10月14日提交的序列号为61/393,129的非临时美国申请，在此将其以引用方式并入本文中并且要求其优先权。

背景技术

在地球物理测量中，地震源可通过卡车来承载并且定位在探测区域中的预定位置处。地震源可以是单轴式震动源，并且一旦联接到地球上并且在操作时可将压缩P波传到地球中。在图1A中图解了根据现有技术的震动器10并且在图1B中示意性图解了该震动器。震动器10使用基板20和反作用质量体50将力传递到地面中。

作为典型，震动器10安装在运载车辆（未示出）上，所述运载车辆使用一机构和杆12/14将震动器10下放到地面。在下放震动器10的情况下，车辆的重量保持基板20与地面接合，所以可将地震源信号传递到地球中。反作用质量体50定位于基板20的正上方并且支柱52从基板20延伸出并且延伸穿过反作用质量体50，以便稳定所述反作用质量体50。

在内部，反作用质量体50具有形成于其中的缸体56。竖直延伸的活塞60延伸通过所述缸体56，并且活塞60上的头部62将缸体56分成上部室和下部室。活塞60在其下端部处连接到下十字形件54L的衬套，并且向上延伸通过缸体56。活塞60的上端部连接到上十字形件54U上的衬套，并且所述十字形件54U-54L连接到支柱52。

为了将基板20与杆14隔离开，杆14具有支脚16，其中，隔离件40布置在支脚16与基板20之间。另外，支脚16具有张紧构件42，所述张紧构件42互连在支脚16的边缘与基板20的边缘之间。当震动器10升高以及降低到地面时，张紧构件42用于保持基板20。最后，减震器44也安装在支脚16的底部与基板20之间，以便隔离它们之间的震动。

在操作期间，如图1B所示的控制器80接收来自联接到上十字形件54U的第一传感器85的信号并且接收来自联接到反作用质量体50的第二传感器87的信号。基于来自这些传感器85/87的反馈和用于操作震动器10的期望的掠过（sweep）信号，控制器80产生驱动信号，以控制伺服阀组件82。由驱动信号驱动，伺服阀组件82使得高压液压流体经由反作用质量体50中的端口在液压流体供应源84与上缸体活塞室和下缸体活塞室之间交替地按路线行进。当液压流体交替地聚集在位于活塞头62的正上方和正下方的活塞室中时，反作用质量体50沿着活塞60的竖直方向往复震动。继而，由震动质量体50产生的力经由支柱52和活塞60传递到基板20，以使得基板20以期望的振幅和频率或者频摆震动，以产生进入到地面中的地震源信号。

当运动的反作用质量体50作用在基板20上以将地震源信号传到地球中时，信号行进通过地球，在间断面和地层处产生反射，然后向地球地表行进。在地表处，联接到地球的地震检波器接收器阵列（未示出）检测到反射信号，并且记录装置记录来自地震检波器接收器的信号。地震记录器可使用相关处理器来使得由地震源供应的计算得出的地面力与由地震检波器接收器接收的地震信号相关联。

如可看到的，震动器10的主要部件是其基板20。图2A-2C以平面图、侧视图和端部截面图示出了用于现有技术震动器10的基板20。基板20的顶部具有：用于支柱（52；图1B）的支柱座架24，和包围这些座架24的加强垫21。保持架26设置用于隔离件（40）。角部附近的长边缘具有与张紧构件（42）的端部连接的叉形悬架28，并且加强垫27设置在基板20的外侧边缘周围，用于将减震器（44）连接到基板20。

整体上，基板20的高度H₁可以为大约6.9英寸、宽度W₁为大约42英寸以及长度L₁为大约96英寸，并且板20的重量可以为大约4020磅。如在图2C的端部截面图所示的，板20具有四个沿着板的长度纵向延伸的内部管或梁30。梁30是具有矩形横截面的中空管，并且具有大约6英寸的高度、大约4英寸的宽度和大约3/8英寸的壁厚。互连间隔件32定位在各梁30之间以及在基板20的长盖壁之间。

当操作这种现有技术震动器10时，操作者面临利用震动器10和基板20准确地将期望的力传到地面中的问题。理想地，操作者希望震动器10利用基板20有效地将力传到地面中。而且，当传递地震能量时，操作者想要了解由基板20施加给地面的实际地面力。不幸的是，基板20经受可能扭曲或者干扰基板20的理想操作的大量震动和挠曲。

尽管典型的现有技术的震动器和基板可能是有效的，但是操作者不断地寻求更加高效的方式来将地震能量传到地面中，以用于地震勘测。

发明内容

地震震动器具有基板、质量体、致动器和控制器。质量体相对于基板可运动地布置，用于将震动能量传递到基板，并且致动器联接到质量体，用于使得质量体相对于基板运动。控制器通信地联接到致动器并且控制致动器的操作。

除了具有传统构造之外，基板具有由复合材料构成的芯部体并且具有由金属材料构成的顶板和底板。顶板支撑隔离件，该隔离件用于使得震动器的质量体和框架与基板隔离。在内部，复合芯部体具有中央结构，用于支撑质量体的支柱联接到该中央结构，并且用于震动器的致动器的活塞联接到所述中央结构。栅格结构包围中央结构。这种栅格结构具有从中央结构延伸的主要肋状件或径向肋状件，并且所述栅格结构具有互连所述径向肋状件的周向肋状件或互连肋状件。

轴颈布置在主体中、从顶部表面处的中央座架至底部表面。用于支撑质量体的支柱联接到这些轴颈。中央轴颈还布置在主体中，并且布置成穿过质量体的用于致动器的活塞联接到中央轴颈。

基板可具有顶部部件和底部部件，所述顶部部件和底部部件连接在一起以形成芯部体。顶部部件具有顶部表面和从该顶部表面延伸的外壁，而底部部件具有底部表面和从该底部表面延伸的内壁。顶部部件通过将外侧壁围绕内壁装配而定位在底部部件上。

最后，基板的底部表面可具有圆形周边，而顶部表面可具有矩形周边，其中，搁板延伸超出底部表面的圆形周边。然而，基板可具有任何期望的形状，包括例如圆形、正方形、矩形、多角形。

上述内容并不旨在概括本公开的每个可能实施例或者每个方面。

附图说明

图1A以透视图示出了根据现有技术的震动器；

图1B示意性图解了图1A的现有技术震动器；

图2A-2C以平面视图、侧视图和端部截面图图解了用于现有技术震动器的基板；

图3A-3D以透视图、正视图、侧视图和剖面图示出了根据本公开的震动器；

图4A-4D以透视图、透视剖视图、纵向剖视图和侧向剖视图示出了所公开的震动器的基板；

图5A-5B以透视俯视图和仰视图示出了所公开的基板的复合本体；

图6A-6B以俯视剖视图和仰视剖视图示出了所公开的基板的复合本体；

图7A-7B以俯视透视图和仰视透视图示出了所公开的基板的底部组件；

图8以上透视图示出了所公开的基板的顶板；

图9以上透视图示出了所公开的基板的底板；

图10A示出了用于所公开的基板的活塞轴颈的剖面图；

图10B示出了用于所公开的基板的支柱轴颈的剖面图；

图11A-11B示出了根据本公开的具有复合本体的另一种基板的透视图；

图12A-12B示出了根据本公开的另一种部分复合基板的分解视图和展示图；

图12C示出了复合基板的芯部体的分解图；

图12D-12E示出了复合基板的纵向截面图和侧向截面图。

具体实施方式

A.地震震动器

图3A-3D示出了根据本公开的某些教导的地震震动器100的透视图、正视图、侧视图和剖面图。震动器100具有框架110、可运动的反作用质量体150和基板200。框架110和质量体150可主要由诸如钢等的金属构造而成。与此相对照，基板200至少部分地由复合材料构成，稍后进行更加详细的描述。

通常，震动器100使用基板200和反作用质量体150将力传递到地面，并且震动器100类似于先前参照图1A-1B详细描述的震动器进行操作。作为典型，例如，震动器100安装在载体或者车辆上（未示出）上，所述载体或者车辆使用框架110将震动器100下放到地面。在将震动器100下放的情况下，车辆的重量保持基板200与地面接合，因此在操作期间可将地震源信号传递到地球中。震动器100如何利用车辆或者其它载体联接到地面的细节在本领域中是众所周知的，在此不再详细描述。

当操作震动器100时，可运动的反作用质量体150作用在基板200上，以将地震源信号传到地面中。地震信号行进穿过地面，在间断面处和地层处反射并且朝向地表行进。联接到地面的传感器布置成与震动器100间隔开的阵列。这些传感器检测到所反射的震源信号，并且典型地容置在卡车中的记录台记录来自传感器的信号。记录台包括地震记录器并且还可包括相关处理器。这种相关处理器接收来自震动器100的表示传到地球中的震源信号的信号，以及使得所接收的信号与所记录的信号相关联。

如所示出的那样，反作用质量体150定位在基板200正上方。支撑件160从基板200延伸穿过反作用质量体150并且使得反作用质量体150稳定。典型地使用支柱162构造支撑件160，所述支柱162可以是由钢等制成的管状管或杆。这些支柱162具有附接到基板200的端部，并且从基板200向上延伸而且穿过反作用质量体150。可以由钢制成的上十字形件164联接到支柱162的顶端部，当反作用质量体150震动时向支撑件160提供稳定性。隔离件146在反作用质量体150下方设置在基板200上，用于隔离震动。

如上所述，运载汽车将其静重经由框架110施加到基板200上，以将基板200保持抵靠在地面上。但是，优选地将框架110和车辆对施加到地面上的地震合力的贡献保持为最小。因此，在框架110与基板200之间使用若干隔离件140，以将基板200与框架110和车辆的运动隔离开。

如图3A-3D所示，框架110具有竖直支撑杆114和水平杆112，所述水平杆112连接到这些竖直杆114的顶部。在竖直杆的远端处，竖直杆114连接到支脚116。继而，这些支脚116使用隔离件140、可枢转的活塞144和张紧构件142的布置方案连接到基板200。这些部件（140、142、144）的布置方案基本上将框架110与基板200和支撑在基板上的可运动质量体150隔离开。另外，这种布置方案在使允许通过框架110传回到支撑车辆的力的大小最小化的同时，允许质量体150的震动力经由基板200施加到地面。

每个竖直杆114联接到支脚116之一。活塞144可枢转地连接在这些支脚116与底板200之间并且用作减震器。张紧构件142将支脚116的外边缘连接到基板200的外边缘，并且在将震动器100提升离开地面时将板200支撑至支脚116。

对于它们的部件，隔离件140可以是本领域中已知且使用的气囊或其它隔离元件。隔离件140位于基板200的主要占地区的略微外侧。特别地，支脚116的外侧角部延伸超出基板占地区。类似地，位于基板200上的搁板218从基板边缘延伸出，以便支撑布置在这些搁板218与支脚116的延伸角部之间的隔离件140。

如图3D最好地示出的，反作用质量体150在其内部具有缸体176，所述缸体176装配到竖直延伸的活塞170上。活塞170在其下端部处连接到在基板200中的活塞轴颈236，并且向上延伸穿过缸体176。活塞的上端部连接到上十字形件164。活塞170上的头部172将缸体176分成上部室和下部室。可根据本领域中已知的技术液压致动这种活塞170和反作用质量体150，因此，在此没有对它们进行详细描述。

B.基板

在了解震动器100的情况下，现在转向讨论基板200的其它细节。图4A-4D以透视图、透视剖视图、纵向剖视图和侧向剖视图示出了所公开的震动器100的基板200。基板200具有顶板210、底部组件220和内部复合芯部体250。基板200的包括顶板210和底部组件220在内的大部分可以由诸如钢等的金属构成。然而，内部复合芯部体250由优选地具有碳纤维的复合材料构成，尽管可使用任何适当类型的复合材料。通常，复合物可是非金属的并且可具有满足具体实施要求的基材（例如，树脂、聚合物等）和加强材料（例如，纤维束、纤维网或者地面材料）。针对强度和其它因素可选择这些材料和它们的比率。

顶板210装配在复合芯部体250的顶部上并且用作用于将基板200联接到震动器（100）的其它部件的多种联接件的表面。底部组件220还围绕复合芯部体250装配，在操作期间用作基板200与地面之间的接触面。底部组件220具有中央座架230、底板240和外壳元件222。

在图8中以单独的透视图示出的顶板210优选地由钢构成并且限定了中央开口212和其表面上的多种特征件。顶板210的角部从基板200的侧部延伸出来并且具有用于隔离件（140）的保持架214。顶板210具有用于将活塞（144）连接在板210的外侧边缘附近的加强垫217。另外，顶板210的较短边缘可具有与张紧构件（142）的端部连接的叉形悬架（未示出）。其它保持架216设置用于装配在反作用质量体（150）下方的隔离件（146）。

如图4A-4D中的每一幅图所示的，底板中央座架230在顶板210的中央开口212中暴露出。中央座架230具有中央活塞轴颈236，用于连接到震动器活塞（170）的端部（图10A示出了活塞轴颈236的详细剖面）。活塞轴颈236装配在座架230的中央开口中，并且活塞（170）的端部利用紧固件附接在活塞轴颈236中。以这种方式，在震动器（100）操作期间，施加到活塞（170）上的力与基板200的座架230和复合芯部体250相关联。

如图4A最好地示出的，在这个活塞轴颈236周围，中央座架230具有用于连接到震动器支柱（162）的端部的支柱轴颈234。如在图7A最好地示出的，支柱轴颈234延伸至底部组件220的底板240（图10B示出了支柱轴颈234之一的详细剖视图）。支柱（162）的端部附接至这些轴颈234，以被支撑至基板200。

对其一部分，底部组件220的如图4C-4D所示的底板240装配在复合芯部体250的下方，并且可使用紧固件和其它装置附接至复合芯部体（在图9中提供了底板240的独立的透视图）。底板240中的开口242设置成用于附接到支柱轴颈234。外壳元件222围绕复合芯部体250的侧部装配并且可整体作为保护件。

如果给定总体矩形构造，则基板200可具有大约42英寸的宽度W以及大约92英寸的长度L，从而表面面积为大约3864平方英寸。基板200的圆形形状可以具有针对相当面积的尺寸。另外，在一种实施情况中，基板200可具有大约12英寸的高度H并且可具有大约2500磅的重量。因此，基板200的重量可以比传统现有技术基板的重量小大约38%。但是，如下文详细所述的，基板200可具有远远大于传统基板的刚度（几乎是4倍）。然而，这些尺寸仅仅是示例性的，所公开的基板200根据实施情况可具有其它尺寸。

C.复合本体

图5A-5B以透视图和仰视图示出了所公开的基板（200）的复合芯部体250。如上所述，复合芯部体250由复合材料构成。可使用各种类型的材料。优选地，芯部体250由碳纤维材料构成。可针对具体实施情况并且根据所应用的碳纤维制造技术的详情来构造所述使用的树脂、织物类型、强度与重量之比以及碳纤维材料的其它参数。用于芯部体250的碳纤维复合材料也可承受压缩，这适合于将力施加到地面中的震动器震动运动。碳纤维材料不能很好地处理剪切力或摩擦力，使得基板200和芯部体250的构造试图缓解所述问题。

如图5A所示，芯部体250具有顶部表面部件260和底部表面部件270，所述顶部表面部件260和底部表面部件270优选地分别形成并且然后在组装期间结合在一起。在一种实施情况中，两个部件260/270由诸如具有碳纤维的复合材料构成。可替代地，部件260/270中的一个，诸如顶部部件260，可由包括其它复合材料乃至金属的不同材料构成。

顶部表面部件260具有光滑面262，顶板（210）定位在所述光滑面262上。顶板（210）可使用适当的紧固机构（诸如，环氧树脂、紧固件等）简单地搁置抵靠在光滑面262上或者可附接到光滑面262上。中央开口266设置用于中央活塞轴颈（236），而周围开口264设置用于支柱轴颈（234）。顶部表面部件260的相对的边缘形成用于如先前所述的使得基板200的顶部表面延伸超出其占地区的搁板268。角撑板265可从光滑面262向下延伸至与光滑面262连接的侧壁263。

底部表面部件270限定了圆周部并且具有如图5B所示的底面272，基板底板（240）附接至底面272，用于将力施加到地面中。如在此所论述的，除了其它益处之外，具有圆形接触面在利用基板200支撑反作用质量体（150）并且处理与基板200有关的弯曲和剪切应力时也具有益处。

分别在图6A-6B中以俯视剖视图和仰视剖视图图解了芯部体250的内部结构。如先前所述的，顶部表面部件260具有如图6A所示的侧壁263。当结合在一起时，侧壁263围绕底部表面部件270的一部分装配。角撑板265从侧壁263的相对的端部延伸，用于支撑至顶部表面部件260的顶面262。

底部表面部件270具有中央结构272，所述中央结构272具有用于支柱轴颈（234）和用于活塞轴颈（236）的开口274和开口276。栅格结构280在这种中央结构272的周围延伸并且包括通过周向或互连肋状件284互连的主要或径向肋状件282，所述径向肋状件282限定了凹穴286。这种栅格结构280增加了芯部体250的刚度并且阻止横向弯曲。

如所示出的，栅格结构280优选地是圆形的，以使得主要肋状件282径向延伸而互连肋状件284周向延伸。如果基板200具有不同形状，诸如矩形，则主要肋状件282可以纵向延伸，而互连肋状件284侧向延伸。根据基板200的总体形状，这些和其它变体是可能的。

D.基板与复合本体的操作

在操作期间，给定基板的接触区域在向下冲程与向上冲程之间发生改变。诸如在图2A-2C所示的为矩形的典型的现有技术基板随着活塞在中心处提供了上下作用力而具有作用在端部上的向下力。这种运动趋于使得现有技术的基板与地面分离，从而导致能量传递不充分。

理想地，用在地震源上的基板可将所传递的力从反作用质量体均匀地分布到地面。为了辅助这种均匀性，所公开的基板200是大体环形的，所述环形具有用于接合地面的圆形占地区。由于是对称的，所公开的基板200可更加均匀地分布力并且避免某些降低能量传递的分离。

对称的基板200可产生第2阶和第4阶谐波。芯部体250的复合碳纤维材料的刚度可有助于分布所施加的对震动器（100）的地面力的作用力。另外，在基板200中使用复合芯部体250可因利用震动器（100）的上冲程和下冲程更为均匀地分布力来减小第2阶谐波。而且，震动器（100）可能需要用于操作的较小能量，原因在于震动器信号将经受较小的衰减。

所公开的基板200的其它性能有助于提高其传递性能。通常，复合芯部体250的杨氏模数、刚度、强度和低密度有助于提高基板200的传递性能。特别地，结构设计优选地具有相对于结构所经受的任何震动的较高的谐振频率。通常，针对结构设计的谐振频率可由以下方程来描述：

${\mathrm{\ω}}_n=\sqrt{K/M}$

在感兴趣的震动器（100）和基板200的背景下，可用方程描述谐振频率：

${\mathrm{\ω}}_n=\sqrt{K/M_{\mathrm{bp}}}$

在此，K是基板200与地面的联接刚度，而M_bp是基板200的质量。基板200的质量M_bp可以是已知的，并且通过基板200的杨氏模数和形状几何结构来控制针对联接刚度K的值，其是可限定的。

在基板200的操作中，在使用过程中，谐振频率通常可利用基板200来限制可实现的带宽。因此，较之通常所实现的带宽，具有较高谐振频率的基板200可具有较大的带宽。根据针对上述结构设计的谐振频率方程，减小基板质量M_bp可如通常期望的那样增加谐振频率。因为复合芯部体250是由复合碳纤维材料构成，所述复合碳纤维材料可具有接近通常所使用的钢的密度的1/4的密度，所公开的基板200因其较高的谐振频率可具有提高的传递性能和较高的可实现的带宽。

E.可替代的基板

图11A-11B示出了根据本公开的另一种基板300。基板300具有复合本体350、搁板310、突台320和底板340。而且，复合本体350由复合材料构成。尽管可使用各种类型的材料，但是复合本体350再次优选地由碳纤维材料构成。

在图11B中以独立的视图示出的复合本体350具有中央衬套370，所述中央衬套370限定了用于活塞轴颈362的中央开口。周围开口保持支柱轴颈364。从中央衬套370延伸出来的复合本体350具有栅格结构380，所述栅格结构380具有径向肋状件382和互连所述径向肋状件382的周向肋状件384，并且限定了凹穴386。复合本体350的外侧圆周部具有外边沿388。

如图11A所示，底板340附接到复合本体350的底部。底板340可由金属等构成，并且可利用紧固件等附连到复合本体350的平坦底部。复合本体350的顶部可从中央衬套370向下倾斜到边沿388。

如图11A所示，搁板310附接在边沿388的两个端部上，用于支撑未示出但先前描述过的震动器（100）的隔离件（140）、减震器（142）和张紧构件（144）。角撑板315可将搁板310支撑在附接到复合本体边沿388的侧壁上。搁板310和角撑板315可由复合材料构成，并且可使用在本领域中可获得的技术附接到复合本体。可替代地，搁板310和角撑板315可由金属构成。

从搁板310偏离地，两个突台320装配在复合本体栅格380的凹穴376中。这些突台320容纳用于反作用质量体（150）的隔离件（146）（其未示出但在先前描述过）。为了包封复合本体350和其它部件，基板200的外侧可具有各种外壳元件（未示出）。

尽管图3A-3D的所公开的震动器100已经描述为具有液压致动的反作用质量体150，但是本领域的技术人员将意识到本公开的教导可应用于其它类型的用于使得反作用质量体往复运动的致动器。因此，通常，所公开的震动器100可使用直线感应马达、直线同步马达、受控的液压致动器或者在本领域中使用的任何其它致动器来使得反作用质量体150往复运动。无论哪一种方式，震动器100可使用任何类型的致动器，以利用所公开的基板200将能量传到地面中。

除了施加压缩波（“P-波”）的竖直震动，所公开的震动器100还可产生地震剪波（“S-波”）。而且，出于简单而不限制本公开的范围的目的，本公开已经关注了单轴式地震源。本领域的技术人员将承认多轴式震动源能够根据本公开构造将P和S波传到地球中的多轴式震动源。在序列号为2007/0250269、2007/0240930和2009/0073807的美国专利申请中可发现关于将所公开的震动器100联接到地面的细节和关于用于所公开的震动器100的其它致动器的细节,在此通过引用的方式将这些美国专利申请的全部内容并入本文中。

尽管具有复合本体250/350的基板200/300被描述为环形或圆形的，但是应当意识到的是，本公开的优点在于所公开的基板200/300的相当结构可采用用于根据本公开的震动器基板的正方形、矩形、多边形或其它形状。例如，相对于图5A至图6B的内部复合本体250而言，本公开的教导可应用到用于震动器的矩形或其它形状的基板。

作为另一个示例，根据本公开的基板可具有与图2A-2C的传统基板20类似的形状和部件。如图12A-12B所示，例如，以分解视图和展示视图示出了另一种复合基板400。这种基板400的总体形状与序列号为2010/0276224的美国专利申请中所公开的总体形状类似，在此通过引用的方式将该美国专利申请的全部内容并入本文中。

基板400具有顶板410、底部组件420和芯部体430。芯部体430装配到底部组件420中并且顶板410布置在芯部体430上，以形成基板400。图12C示出了复合基板400的芯部体430的分解视图。图12D-12E示出了复合基板的纵向截面图和侧向截面图。

着眼于顶板410，顶板410为了挠性限定了多个开口，并且具有加强垫411以及支柱安装孔415和隔离件安装凹部417。安装孔415允许震动器的支柱（未示出）联接到布置在芯部体430中的支柱座架413。安装凹部417保持用于震动器反作用质量体（未示出）的隔离件（未示出）。顶板410的角部从基板400的侧部延伸出，并且具有用于震动器框架（未示出）的其它隔离件（未示出）的保持架412。最后，顶板410可具有其它特征件，诸如，通常使用的用于张紧构件（未示出）的悬架（未示出）和用于活塞（未示出）的加强垫（未示出）。

如图12A最好地示出的，底部组件420具有底板422，所述底板422具有围绕板边缘向上延伸的端壁424和长侧壁426。隔离件搁板428和角撑板428′从底部组件的长侧壁426延伸并且支撑用于隔离件（未示出）的顶部表面的延伸角部。座架413的下端部可装配在底板422内的孔中。

针对其一部分，在图12C中最好地示出的芯部体430可具有底部外薄板432、侧部外薄板434、端部外薄板436和顶部外薄板438，以便将芯部体的内部部件保持在一起。可以不需要外薄板中的一个或多个元件。支柱座架413装配在开口中、在底部外薄板或者剪力面板432中。座架413还在顶部外薄板或者剪力面板438上方暴露出并且与顶板410中的安装孔415对准。薄板434和436可以是加劲梁，所述加劲梁向芯部体430提供了刚度。

在内部，如图12B-12E所示，芯部体430具有沿着基板长度纵向延伸的纵向肋状件或者梁440。示出了四根梁440，但是根据实施情况可使用更多或更少的梁。互连的间隔件或者肋状件450侧向定位在梁440之间并且沿着底部组件420的长盖壁426。支柱座架413在芯部体430的中央结构处定位在内部成对梁440之间。

梁440可以是具有矩形横截面的中空管或者实心管，或者梁440可以为工字梁或者其它部件。如在图12C和12E中可看到的，梁440可夹在间隔条或加强件442之间。为了提供增大的刚度，梁440可具有增大的高度，但是所使用的具体高度取决于期望的刚度和所使用的材料。当中空时，为了保持对于梁440的重量和刚度，可适当构造梁440的壁厚，并且实际的厚度可取决于基板400的期望的刚度和重量以及梁440所用的材料。

根据实施情况，基板400的所有部分或者至少一部分可由复合材料构成。例如，纵向梁440可由具有碳纤维等的复合材料构成。在这种布置方案中，梁440可以是或者可以不是中空的。定位在梁440之间的互连肋状件450可由复合材料或者金属构成，并且可与梁440是独立的或者与梁440成一体。实际上，整个芯部体430可由复合材料构成。

另外，芯部体430的外部薄板432、434、436和438可由金属构成。同样的，顶板410和底部组件420可由金属构成。然而，如根据本公开的益处所意识到的，梁440优选地由复合材料制成，而其它部件中的任意一个（例如，顶板410、底部组件420、肋状件450、座架413等）可由金属构成。基板400的尺寸和重量可与通常在现有基板上使用的尺寸和重量相当，因此，根据实施情况，基板400可大体为10英寸高、42英寸宽以及96英寸长并且可以具有超过4000磅的重量。

优选实施例和其它实施例的前述描述并不旨在限制或者约束由本申请人所设想的本发明构思的范围或者适用性。作为公开在此所包含的发明构思的交换，本申请人要求由所附权利要求所给予的所有专利权利。

因此，旨在所附权利要求最大程度地包括落入在所附权利要求及其等效物的范围内的所有修改和改变。

Claims (19)

1.一种地震震动器，所述地震震动器包括：

基板，所述基板具有谐振频率，所述基板包括:

至少部分地由复合材料构成的芯部体；

联接到芯部体的底部表面的底板；和

联接到芯部体的顶部表面的顶板；

反作用质量体，所述反作用质量体相对于所述基板可动地布置，并且构造成将震动能量传到所述基板；

致动器，所述致动器联接到所述反作用质量体，并且构造成使得所述反作用质量体相对于所述基板运动以用于将震动能量传到所述基板；和

控制器，所述控制器通信地联接到所述致动器，并且构造成产生用于控制所述致动器的操作的驱动信号，其中，所述基板以期望的振幅和频率震动，以产生用于通过地面传播的地震源信号，其中所述复合材料选择成所具有的刚度和密度使得基板的谐振频率高于基板在产生地震源信号时震动的期望频率。

2.根据权利要求1所述的地震震动器，其中，所述复合材料是非金属的，并且包括在树脂或聚合物基材中的碳纤维。

3.根据权利要求1所述的地震震动器，其中，所述地震震动器还包括框架，所述框架构造成承载所述地震震动器，所述基板包括：

底部表面，所述底部表面具有限定出地震震动器的占地区的圆形周边，和

顶部表面，所述顶部表面具有矩形周边，其中，搁板延伸超出所述底部表面的圆形周边，所述搁板构造成支撑设置在基板与框架之间的隔离件，所述隔离件进一步位于所述占地区外部。

4.根据权利要求1所述的地震震动器，其中，所述顶板由密度比复合材料的密度大的金属材料构成。

5.根据权利要求1所述的地震震动器，其中，所述底板由密度比复合材料的密度大的金属材料构成。

6.根据权利要求1所述的地震震动器，其中，所述底板还包括多个壁，所述多个壁在所述芯部体的侧部周围延伸。

7.根据权利要求1所述的地震震动器，其中，所述基板包括：

顶部部件，所述顶部部件包括所述顶板并且具有顶部表面和从所述顶部表面延伸的外壁；和

底部部件，所述底部部件包括所述底板并且具有底部表面和从所述底部表面延伸的内壁，

其中，所述顶部部件通过将所述外壁围绕所述内壁装配而联接至所述底部部件。

8.根据权利要求1所述的地震震动器，其中，所述芯部体包括：

中央轴颈结构，所述中央轴颈结构构造成附接至反作用质量体；和

栅格结构，所述栅格结构包围所述中央轴颈结构，所述栅格结构具有从所述中央轴颈结构延伸的主要肋状件，并且具有互连所述主要肋状件的互连肋状件。

9.根据权利要求8所述的地震震动器，其中，所述芯部体是圆形的，所述主要肋状件从所述中央轴颈结构径向延伸，并且其中，所述互连肋状件在所述主要肋状件之间周向延伸。

10.根据权利要求9所述的地震震动器，其中，所述芯部体的复合材料的刚性连同所述主要肋状件和所述互连肋状件选择成在地震震动器操作以产生地震源信号期间降低基板中的第二阶谐波并且抑制基板的横向弯曲。

11.根据权利要求1所述的地震震动器，其中，

基板的底部部分是圆形的，并且限定出地震震动器的构造用于接合地面的占地区；

基板的顶部部分是非圆形的并且延伸超出所述占地区。

12.一种用于地震震动器的基板，所述基板包括：

顶板，所述顶板由金属材料构成并且联接到芯部体的顶部表面；

底板，所述底板由金属材料构成并且联接到所述芯部体的底部表面，所述底部表面构造成接合地面；以及

芯部体，所述芯部体构造成联接至地震震动器的反作用质量体，所述芯部体由复合材料构成并且包括：

中央结构，所述中央结构构造成接收用于联接到所述反作用质量体的轴颈；和

栅格结构，所述栅格结构包围所述中央结构，所述栅格结构具有从所述中央结构延伸的主要肋状件，并且具有互连所述主要肋状件的互连肋状件；

其中所述复合材料选择成所具有的刚度和密度使得基板的谐振频率高于在所述反作用质量体被致动时基板产生通过地面传播的地震源信号所经历的震动频率。

13.根据权利要求12所述的基板，其中所述顶板构造成支撑所述地震震动器的框架部件。

14.根据权利要求13所述的基板，所述底板联接至所述芯部体的底部表面，所述底部表面限定出圆形占地区，在所述圆形占地区的外部支撑所述框架部件。

15.根据权利要求12所述的基板，其中，所述复合材料的密度低于金属材料的密度。

16.一种基板，包括：

由复合材料构成的芯部体，

圆形的底部部分，所述底部部分包括联接到芯部体的底板，并且限定出构造成接合地面的占地区；

顶部部分，所述顶部部分包括联接到芯部体的顶板，并且具有与所述圆形的底部部分不同的形状，所述顶部部分包括搁板，所述搁板延伸超出所述圆形的底部部分的周边；所述顶部部分构造成联接至地震震动器的反作用质量体，用来产生通过地面传播的地震源信号，其中所述复合材料选择成所具有的刚度和密度使得基板的谐振频率高于在产生地震源信号时基板所经历的任何震动频率。

17.根据权利要求16所述的基板，其中，所述芯部体包括非金属的碳纤维复合材料。

18.一种基板，所述基板包括：

芯部体，所述芯部体至少部分地由非金属复合材料构成，所述芯部体包括中央结构，所述中央结构构造成将轴颈联接至地震震动器的反作用质量体，以产生通过地面传播的地震源信号；

顶部部分，所述顶部部分包括顶板，所述顶板由金属材料构成并且联接到芯部体的顶部表面；和

底部部分，所述底部部分包括底板，所述底板由金属材料构成并且联接到芯部体的底部表面，所述底部部分限定出构造成接合地面的一部分的占地区；其中所述复合材料选择成所具有的刚度和密度使得基板的谐振频率高于在产生地震源信号时基板所经历的任何震动频率。

19.根据权利要求18所述的基板，所述芯部体包括从中央轴颈结构延伸的多个径向肋状件和多个互连所述径向肋状件的周向肋状件，其中非金属复合材料的密度低于金属材料的密度。