CN103605170B - 一种可控震源振动器重锤干扰振动的检测方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可控震源振动器重锤干扰振动的检测方法及设备，应用于地震勘探技术领域，该方法包括：在可控震源激发信号过程中，采集振动器重锤顶面或底面的至少三个顶点在垂直方向和水平面内两正交方向的加速度；针对所述每一顶点执行以下过程：将每一采样时刻采集到的所述垂直方向和水平面内两正交方向的加速度进行矢量合成，得到该顶点在每一采样时刻的加速度合成矢量；将该顶点在所有采样时刻的加速度合成矢量连接起来，得到该顶点的加速度变化轨迹；基于三维李萨如图形变化规律，根据该顶点的加速度变化轨迹，确定该顶点的干扰振动情况；根据所述至少三个顶点的干扰振动情况，确定所述振动器重锤的干扰振动情况。利用本发明可有效检测出振动器重锤是否满足重心、质心、中心的平衡需求，为振动器重锤加工与装配提供可靠的依据，有利于提高可控震源激发信号的频带宽度及激发精度。
Description
技术领域
本发明涉及地震勘探技术领域，具体地，涉及一种可控震源振动器重锤干扰振动的检测方法及设备。
背景技术
随着国民经济发展对环境资源的依赖，油气勘探以及其它环境资源的勘探活动从常规勘探向着高密度、高精度方向的发展，可控震源作为地震勘探中重要的激发环节，其现有的地震信号激发品质已经不能满足高精度地震勘探的需求，因此，研究人员不断探索改善激发信号输出性能的各种方法。
在油气资源的勘探开发过程中，可控震源激发地震信号的频带宽度往往标志着信号本身对地下地质目标的理论分辨率，因此，更宽激发频宽的信号意味着具有更高的分辨能力。
在研究如何拓展可控震源激发信号频带宽度的工作中发现：理想情况下，当可控震源激发信号时，振动器重锤应只在垂直方向上进行振动，且在水平面内不存在振动；但是由于振动器重锤在加工与装配过程中难以满足重心、质心、中心的平衡需求，其运动中受偏心力的影响会在水平面内产生干扰振动，这种干扰振动是制约可控震源拓展高频响应、影响提高信号激发精度的一个瓶颈。因此，在高精度可控震源研发中，降低可控震源振动器重锤的干扰振动成为提高可控震源激发性能的关键因素之一，但目前国内外还没有专门针对可控震源振动器重锤干扰振动的检测和分析方法。
发明内容
本发明实施例的主要目的在于提供一种可控震源振动器重锤干扰振动的检测方法及设备，以提供一种专门用于检测可控震源振动器重锤干扰振动的技术。
为了实现上述目的，本发明提供一种可控震源振动器重锤干扰振动的检测方法，包括：
在可控震源激发信号过程中，采集振动器重锤顶面或底面的至少三个顶点在垂直方向和水平面内两正交方向的加速度；
针对所述每一顶点执行以下过程：将每一采样时刻采集到的所述垂直方向和水平面内两正交方向的加速度进行矢量合成，得到该顶点在每一采样时刻的加速度合成矢量；将该顶点在所有采样时刻的加速度合成矢量连接起来，得到该顶点的加速度变化轨迹；基于三维李萨如图形变化规律，根据该顶点的加速度变化轨迹，确定该顶点的干扰振动情况；
根据所述至少三个顶点的干扰振动情况，确定所述振动器重锤的干扰振动情况。
相应的，本发明还提供一种可控震源振动器重锤干扰振动的检测设备，包括：
加速度采集装置，用于在可控震源激发信号过程中，采集振动器重锤顶面或底面的至少三个顶点在垂直方向和水平面内两正交方向的加速度；
矢量合成装置，用于针对所述每一顶点，将每一采样时刻采集到的所述垂直方向和水平面内两正交方向的加速度进行矢量合成，得到该顶点在每一采样时刻的加速度合成矢量；然后将该顶点在所有采样时刻的加速度合成矢量连接起来，得到该顶点的加速度变化轨迹；
顶点干扰分析装置，用于针对所述每一顶点，基于三维李萨如图形变化规律，根据该顶点的加速度变化轨迹，确定该顶点的干扰振动情况；
重锤干扰分析装置，用于根据所述至少三个顶点的干扰振动情况，确定所述振动器重锤的干扰振动情况。
借助于上述技术方案，本发明通过对振动器重锤顶面或者底面至少三个顶点于垂直方向和水平面内两正交方向的加速度进行矢量合成，得到该至少三个顶点的加速度变化轨迹，进一步的，基于三维李萨如图形变化规律，确定该至少三个顶点的干扰振动情况，进而可以确定振动器重锤的干扰振动情况，利用本发明可有效检测出振动器重锤是否满足重心、质心、中心的平衡需求，为振动器重锤加工与装配提供可靠的依据，有利于提高可控震源激发信号的频带宽度及激发精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的可控震源振动器重锤干扰振动的检测方法的流程示意图；
图2是本发明提供的振动器重锤顶面三个顶点处安装加速度传感器的示意图；
图3是本发明提供的三维李萨如图形为椭圆曲线的示意图；
图4是本发明提供的三维李萨如图形为8字形曲线的示意图；
图5是本发明提供的可控震源振动器重锤干扰振动的检测设备结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在实现本发明的过程中，发明人发现可控震源激发信号的过程中，振动器重锤在运动中受偏心力的影响，其顶面或者底面的每一顶点在垂直方向和水平面内两正交方向上的振动合成轨迹为三维李萨如图形。
三维李萨如图形是指沿着相互正交的三个方向的简谐振动合成的振动轨迹图形。设相互正交的三个方向分别为垂直方向z和水平面内两正交的方向x、y，这三个方向的简谐振动可通过如下方程表示：
公式1中，A1、A2、A3分别为x、y、z三个方向简谐振动的振幅；f1、f2、f3分别为x、y、z三个方向简谐振动的频率；分别为x、y、z三个方向简谐振动的相位。
当公式1中各简谐振动方程中的幅值、频率和相位变化时，这三个方向的简谐振动会在三维空间内合成不同的三维李萨如图形，即三维李萨如图形具有多种变化规律。
振动器重锤各顶点在垂直方向上的振动即为可控震源的激发振动，即振动器重锤各顶点在垂直方向上的振动是已知的，在此基础上，基于三维李萨如图形变化规律，通过获取振动器重锤顶面或者底面的每一顶点在垂直方向和水平面内两正交方向上的振动合成轨迹，即可对每一顶点在水平面内两正交方向上的振动情况进行分析，从而得出每一顶点的干扰振动情况，进而得到整个振动器重锤的干扰振动情况。
本发明提供一种可控震源振动器重锤干扰振动的检测方法，如图1所示，该方法包括：
步骤11，在可控震源激发信号过程中，采集振动器重锤顶面或底面的至少三个顶点在垂直方向和水平面内两正交方向的加速度。
具体的，步骤11可以选择振动器重锤顶面或底面的三个顶点或者四个顶点作为采集顶点，并选择适当的采样率进行采集，其中，采样率需要满足采样定理，即至少要以大于振动器重锤于垂直方向上振动频率2倍的采样率进行采集。图2所示为选择振动器重锤顶面的三个顶点作为采集加速度的顶点。
由于每一顶点在垂直方向和水平面内两正交方向的加速度变化情况即能够表示该顶点在相应方向的振动情况，因此后续步骤基于步骤11采集到的加速度就可以分析每一顶点在水平面内是否存在干扰振动的情况。
步骤12，针对所述每一顶点执行以下过程：将每一采样时刻采集到的所述垂直方向和水平面内两正交方向的加速度进行矢量合成，得到该顶点在每一采样时刻的加速度合成矢量；将该顶点在所有采样时刻的加速度合成矢量连接起来，得到该顶点的加速度变化轨迹；基于三维李萨如图形变化规律，根据该顶点的加速度变化轨迹，确定该顶点的干扰振动情况。
具体的，步骤12选择一定的采样时段，将该采样时段内每一采样时刻采集到的所述垂直方向和水平面内两正交方向的加速度进行矢量合成，得到该采样时段对应的加速度变化轨迹。
步骤12的核心在于基于已知的三维李萨如图形变化规律，根据每一顶点的干扰振动情况来确定该顶点的干扰振动情况。需要说明的是，三维李萨如图形具有多种变化规律，在实施本发明时，可以根据实际得到的加速度变化轨迹去选择合适的三维李萨如图形变化规律，以分析出各顶点在垂直方向和水平面内两正交方向上的振动情况，本发明对所采用的三维李萨如图形变化规律不作具体限定，即以下说明仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，选择其它任何三维李萨如图形变化规律均应包含在本发明的保护范围之内。
在一种较佳的实施例中，该步骤针对所述每一顶点，基于三维李萨如图形变化规律，根据该顶点的加速度变化轨迹，确定该顶点的干扰振动情况，具体为：若该顶点的加速度变化轨迹是所述垂直方向上的直线，则确定该顶点不存在干扰振动，否则确定该顶点存在干扰振动。
由于理想情况下，当可控震源激发信号时，振动器重锤应只在垂直方向上进行振动，而在水平面内不存在振动，也就是说，理想情况下步骤12得到的顶点加速度变化轨迹应为垂直方向上的直线，因此，若步骤12得到的顶点加速度变化轨迹不为直线，则说明该顶点存在干扰振动。
以相互正交的X、Y、Z三轴定义的三维空间为例，目前已知三维李萨如图形具有（包括但不限于）如下变化规律：
A，当x、y方向简谐振动的频率与z方向简谐振动的频率相同，且x方向和y方向简谐振动的相位不同，即f1=f2=f3且时，这三个方向简谐振动合成的三维李萨如图形为如图3所示的椭圆曲线；
B，当x、y方向简谐振动的频率是z方向简谐振动的频率的2倍时，这三个方向简谐振动合成的三维李萨如图形为如图4所示的8字形曲线。
基于上述变化规律，进一步的，在一种较佳的实施例中，该步骤针对所述每一顶点，确定该顶点存在干扰振动，具体为：若该顶点的加速度变化轨迹为8字形，则确定该顶点在所述水平面内两正交方向上存在2倍频于所述垂直方向的振动的干扰振动；若该顶点的加速度变化轨迹为椭圆形，则确定该顶点在所述水平面内两正交方向上存在与所述垂直方向的振动相同频率的干扰振动。
步骤13，根据所述至少三个顶点的干扰振动情况，确定所述振动器重锤的干扰振动情况。
具体的，步骤13通过对所测各顶点的干扰振动情况进行综合分析，即可确定整个振动器重锤的干扰振动情况。例如该步骤可以通过对比各顶点的干扰振动强度来分析振动器重锤的干扰振动更偏向哪个顶点，进而确定出振动器重锤是否满足重心、质心、中心的平衡需求。
本发明通过对振动器重锤顶面或者底面至少三个顶点于垂直方向和水平面内两正交方向的加速度进行矢量合成，得到该至少三个顶点的加速度变化轨迹，进一步的，基于三维李萨如图形变化规律，确定该至少三个顶点的干扰振动情况，进而可以确定振动器重锤的干扰振动情况，利用本发明可有效检测出振动器重锤是否满足重心、质心、中心的平衡需求，为振动器重锤加工与装配提供可靠的依据，有利于提高可控震源激发信号的频带宽度及激发精度。
相应的，本发明还提供一种可控震源振动器重锤干扰振动的检测设备，如图5所示，该设备包括：
加速度采集装置501，用于在可控震源激发信号过程中，采集振动器重锤顶面或底面的至少三个顶点在垂直方向和水平面内两正交方向的加速度；
矢量合成装置502，用于针对所述每一顶点，将每一采样时刻采集到的所述垂直方向和水平面内两正交方向的加速度进行矢量合成，得到该顶点在每一采样时刻的加速度合成矢量；然后将该顶点在所有采样时刻的加速度合成矢量连接起来，得到该顶点的加速度变化轨迹；
顶点干扰分析装置503，用于针对所述每一顶点，基于三维李萨如图形变化规律，根据该顶点的加速度变化轨迹，确定该顶点的干扰振动情况；
重锤干扰分析装置504，用于根据所述至少三个顶点的干扰振动情况，确定所述振动器重锤的干扰振动情况。
其中顶点干扰分析装置503具体用于：针对所述每一顶点，若该顶点的加速度变化轨迹是所述垂直方向上的直线，则确定该顶点不存在干扰振动，否则确定该顶点存在干扰振动。
顶点干扰分析装置503进一步具体用于：若该顶点的加速度变化轨迹为8字形，则确定该顶点在所述水平面内两正交方向上存在2倍频于所述垂直方向的振动的干扰振动；若该顶点的加速度变化轨迹为椭圆形，则确定该顶点在所述水平面内两正交方向上存在与所述垂直方向的振动相同频率的干扰振动。
图5所示的可控震源振动器重锤干扰振动的检测设备与图1所示的可控震源振动器重锤干扰振动的检测方法基于相同的发明思想实现，其具体实施方式可参照前述对可控震源振动器重锤干扰振动的检测方法的介绍，此处不再赘述。
在一种较佳的实施例中，加速度采集装置501包括设置于所述至少三个顶点上的多个加速度传感器；所述每一顶点上的加速度传感器分别用于采集该顶点在所述垂直方向和水平面内两正交方向的加速度。
如图2所示，在振动器重锤顶面所选择的每个顶点，按照两两正交的方向安装三个加速度传感器。为了提高采集精确度，加速度传感器应在安装前进行标定，例如，标定误差不大于2%。所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，选择其它任何合适的器件来实现加速度采集装置的功能均应包含在本发明的保护范围之内。
本发明通过对振动器重锤顶面或者底面至少三个顶点于垂直方向和水平面内两正交方向的加速度进行矢量合成，得到该至少三个顶点的加速度变化轨迹，进一步的，基于三维李萨如图形变化规律，确定该至少三个顶点的干扰振动情况，进而可以确定振动器重锤的干扰振动情况，利用本发明可有效检测出振动器重锤是否满足重心、质心、中心的平衡需求，为振动器重锤加工与装配提供可靠的依据，有利于提高可控震源激发信号的频带宽度及激发精度。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种可控震源振动器重锤干扰振动的检测方法，其特征在于，包括：
在可控震源激发信号过程中，采集振动器重锤顶面或底面的至少三个顶点在垂直方向和水平面内两正交方向的加速度；
针对所述每一顶点执行以下过程：将每一采样时刻采集到的所述垂直方向和水平面内两正交方向的加速度进行矢量合成，得到该顶点在每一采样时刻的加速度合成矢量；将该顶点在所有采样时刻的加速度合成矢量连接起来，得到该顶点的加速度变化轨迹；基于三维李萨如图形变化规律，根据该顶点的加速度变化轨迹，确定该顶点的干扰振动情况；
根据所述至少三个顶点的干扰振动情况，确定所述振动器重锤的干扰振动情况；
其中，针对所述每一顶点，基于三维李萨如图形变化规律，根据该顶点的加速度变化轨迹，确定该顶点的干扰振动情况，具体为：若该顶点的加速度变化轨迹是所述垂直方向上的直线，则确定该顶点不存在干扰振动，否则确定该顶点存在干扰振动；
以及，针对所述每一顶点，确定该顶点存在干扰振动，具体为：若该顶点的加速度变化轨迹为8字形，则确定该顶点在所述水平面内两正交方向上存在2倍频于所述垂直方向的振动的干扰振动；若该顶点的加速度变化轨迹为椭圆形，则确定该顶点在所述水平面内两正交方向上存在与所述垂直方向的振动相同频率的干扰振动。
2.一种可控震源振动器重锤干扰振动的检测设备，其特征在于，包括：
加速度采集装置，用于在可控震源激发信号过程中，采集振动器重锤顶面或底面的至少三个顶点在垂直方向和水平面内两正交方向的加速度；
矢量合成装置，用于针对所述每一顶点，将每一采样时刻采集到的所述垂直方向和水平面内两正交方向的加速度进行矢量合成，得到该顶点在每一采样时刻的加速度合成矢量；然后将该顶点在所有采样时刻的加速度合成矢量连接起来，得到该顶点的加速度变化轨迹；
顶点干扰分析装置，用于针对所述每一顶点，基于三维李萨如图形变化规律，根据该顶点的加速度变化轨迹，确定该顶点的干扰振动情况；
重锤干扰分析装置，用于根据所述至少三个顶点的干扰振动情况，确定所述振动器重锤的干扰振动情况；
其中，所述加速度采集装置包括：设置于所述至少三个顶点上的多个加速度传感器；所述每一顶点上的加速度传感器分别用于采集该顶点在所述垂直方向和水平面内两正交方向的加速度；
所述顶点干扰分析装置，具体用于：针对所述每一顶点，若该顶点的加速度变化轨迹是所述垂直方向上的直线，则确定该顶点不存在干扰振动，否则确定该顶点存在干扰振动；
所述顶点干扰分析装置进一步具体用于：若该顶点的加速度变化轨迹为8字形，则确定该顶点在所述水平面内两正交方向上存在2倍频于所述垂直方向的振动的干扰振动；若该顶点的加速度变化轨迹为椭圆形，则确定该顶点在所述水平面内两正交方向上存在与所述垂直方向的振动相同频率的干扰振动。
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