CN111896999A - 震动器及振动信号控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种震动器及振动信号控制方法，该震动器包括：底板、设置在所述底板上的基座、设置在所述基座上的转轴、固定在所述转轴上的转动组件、驱动所述转轴转动以带动所述转动组件旋转的转轴电机，其中：所述转动组件包括：固定在所述转轴上的圆盘以及设置在所述圆盘上的滑块和滑块移动机构；所述滑块用于在所述滑块移动机构的驱动下在所述圆盘上移动，以改变所述转动组件的质心；所述滑块移动机构用于根据预设的滑块位置与偏心距的对应关系驱动所述滑块移动，以调节所述转动组件的偏心距。本发明解决了现有技术的由液压系统来驱动的吨位较大的可控震源难以适用于工农关系复杂的区域的技术问题。

Description

震动器及振动信号控制方法

技术领域

本发明涉及一种物探可控震源，具体而言，涉及一种震动器及振动信号控制方法。

背景技术

物探行业使用的可控震源，是目前唯一激发能量可控并符合HSE要求的震源激发设备。现有技术的物探行业使用的震动器都是由液压系统来驱动，这就使可控震源震动器的吨位较大。随着勘探的深入，城市、乡镇、人口密集地及一般道路等以前很少涉足的工农关系复杂区域，逐步被列入勘查范围之内，沿用现有的由液压系统来驱动的吨位较大的可控震源，一是对附近住房、学校、厂房、人员形成潜在的威胁；二是受限于一些桥梁、道路的通过性；三是较浅的目标层勘探使用大吨位震源成本较高。因此现有技术需要一种小吨位可控震源，来满足新的勘探需要。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种震动器及振动信号控制方法，以解决现有技术的由液压系统来驱动的吨位较大的可控震源难以适用于工农关系复杂的区域的技术问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种震动器，该震动器包括：底板、设置在所述底板上的基座、设置在所述基座上的转轴、固定在所述转轴上的转动组件、驱动所述转轴转动以带动所述转动组件旋转的转轴电机，其中：所述转动组件包括：固定在所述转轴上的圆盘以及设置在所述圆盘上的滑块和滑块移动机构；所述滑块用于在所述滑块移动机构的驱动下在所述圆盘上移动，以改变所述转动组件的质心；所述滑块移动机构用于根据预设的滑块位置与偏心距的对应关系驱动所述滑块移动，以调节所述转动组件的偏心距。

进一步的，所述震动器还包括：控制器，所述控制器用于：根据接收到的目标振动信号确定出震动器的幅值控制信号和频率控制信号；根据所述幅值控制信号和所述频率控制信号确定所述转动组件的偏心距调节信号；根据所述频率信号控制所述转轴电机转动；根据所述偏心距调节信号以及所述滑块位置与偏心距的对应关系控制所述滑块移动机构驱动所述滑块移动。

进一步的，所述滑块移动机构包括：螺杆以及驱动所述螺杆转动的螺杆电机，所述滑块设置在所述螺杆上。

进一步的，当所述滑块位于所述螺杆的一极限位置时，所述转动组件的偏心距为0。

进一步的，当所述滑块位于所述螺杆的另一极限位置时所述转动组件的偏心距最大，该偏心距最大的极限位置由预设的震动器的最大振动幅值确定。

进一步的，所述滑块位置与偏心距的对应关系包括：滑块在螺杆上的位置与偏心距的对应关系。

进一步的，所述控制器还用于：根据所述偏心距调节信号控制所述螺杆电机转动，以驱动所述滑块在所述螺杆上移动。

进一步的，所述螺杆沿所述圆盘的径向方向设置。

进一步的，所述震动器还包括：多个气囊以及压重，所述多个气囊设置在所述底板上，所述压重设置在所述多个气囊的顶部。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种振动信号控制方法，应用于上述震动器，该振动信号控制方法包括：

获取目标振动信号，并根据所述目标振动信号确定出震动器的幅值控制信号和频率控制信号；

根据所述幅值控制信号和所述频率控制信号确定所述转动组件的偏心距调节信号；

根据所述频率信号控制所述转轴电机转动；

根据所述偏心距调节信号以及所述滑块位置与偏心距的对应关系控制所述滑块移动机构驱动所述滑块移动。

本发明的有益效果为：本发明采用电信号取代液压系统来驱动可控震源，使可控震源震动器的体积和吨位大大减小，使震动器更好的适用于工农关系复杂的区域。此外本发明通过控制转轴电机和滑块移动机构能够实现震动器输出多种振动信号，输出振动信号的效果好且精度高，能够满足地球物理勘探要求的震源信号特性。

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，下面将对实施例或现有技术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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1是本发明实施例震动器的结构示意图；

图2是本发明实施例振动信号控制方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1是本发明实施例震动器的结构示意图，如图1所示，本发明实施例的震动器包括：底板5、设置在底板5上的基座3、设置在基座3上的转轴、固定在转轴上的转动组件、驱动转轴转动以带动转动组件旋转的转轴电机9，其中：

该转动组件包括：固定在转轴上的圆盘1以及设置在圆盘1上的滑块10和滑块移动机构。滑块10用于在滑块移动机构的驱动下在圆盘1上移动，以改变该转动组件的质心，滑块移动机构用于根据预设的滑块位置与偏心距的对应关系驱动滑块10移动，以调节转动组件的偏心距。

在如图1所示实施例中，圆盘1材质均匀，其质心在圆心，转轴穿过圆盘1的圆心，偏心距为转动组件的质心与圆盘1的圆心之间的距离。

在本发明的实施例中，滑块移动机构为驱动滑块10在圆盘1上移动的机构，可以采用多种不同的结构形式，例如如图1所示的实施例中的电机螺杆结构，在本发明的其他实施例中也可以采用例如电机带动伸缩杆、电机带动连杆机构、设置带有齿轮滑槽通过齿轮转动带动滑块运动等方式。

在本发明的实施例中，滑块10在圆盘1上移动的移动轨距也可以为多种，例如直线运动、弧线运动等，在本发明的优选实施例中滑块10的移动轨距为直线且沿着圆盘1的径向方向。

在本发明的实施例中，可以事先计算出滑块10在移动轨距的每个位置上时转动组件的偏心距，进而总结出滑块位置与偏心距的对应关系，进而根据该对应关系可以控制转动组件的偏心距。在本发明的实施例中，该对应关系也可以为滑块的移动距离与偏心距的曲线，该移动距离可以为滑块距滑块的初始位置的移动距离。

本发明的震动器的工作原理为：转轴电机9带动整个转动组件旋转，当滑块10位于在圆盘1上的初始位置时，转动组件的质心与圆盘1的圆心重合，即偏心距为0，此时转动组件的旋转没有输出振动信号。当滑块移动机驱动滑块10在圆盘1上移动时，转动组件的质心发生偏移，使转动组件产生偏心距，此时转动组件的转动将会产生偏心振动信号，进而基座3和底板5刚性连接将振动信号传入大地。

本发明的震动器结构是由于转动组件质心的偏心旋转运动产生的向心力而产生的振动信号。由于质心本身做的是圆周运动，其向心力在垂直方向的分量是一个正弦变化的力，故其产生的振动也是正弦信号。当滑块10位于在圆盘1上的初始位置时，此时转动组件的质量分布均匀，即转动组件的质心与圆盘1的圆心重合偏心距为0，因此不产生向心力，振动信号的幅值为零。当滑块10在圆盘1上移动时，转动组件的质心发生偏移，此时转动组件的旋转将产生向心力，而当滑块10到达最远端时转动组件产生的向心力最大，这时振动信号的幅值最大。所以，通过滑块移动机构控制滑块10在圆盘1上的位置就可以控制转动组件的偏心距，进而控制产生振动信号的幅值。而振动信号的频率是由转动组件的转速决定的，振动信号的频率f＝2πω，ω是转动组件的转动角速度，因此通过控制转轴电机9的转动的角速度就可以实现控制振动信号的频率。本发明的震动器在垂直方向上分量的振动信号可以用以下公式表示：

F＝ω²eSin(ωt) (1)

在公式(1)中，ω是转动组件的转动角速度，通过ω可以确定振动信号的频率，e是转动组件的偏心距，ω²e为振动信号的幅值。通过公式(1)可以看出，通过控制转动组件的转动角速度以及转动组件的偏心距即可控制震动器输出的振动信号。

在本发明的实施例中，该震动器还包括控制器，控制器用于：根据接收到的目标振动信号确定出震动器的幅值控制信号和频率控制信号；根据幅值控制信号和频率控制信号确定转动组件的偏心距调节信号；根据频率信号控制所述转轴电机9转动；根据偏心距调节信号以及预设的滑块位置与偏心距的对应关系控制滑块移动机构驱动滑块10移动。

在本发明的实施例中，目标振动信号为用户想要震动器输出的振动信号，该目标振动信号可以为幅值和频率一定的正弦信号，也可以为幅值和频率发生时变的振动信号。在得到目标振动信号后控制器可以分解出震动器的幅值控制信号和频率控制信号，该幅值控制信号和频率控制信号均可以为时变信号。在确定频率控制信号后可以直接控制转轴电机输出的转动角速度以实现频率控制信号。由公式(1)可以看出振动信号的幅值为ω²e，其中ω为转动角速度，振动信号的频率f＝2πω，因此可以根据幅值控制信号和频率控制信号直接计算出偏心距调节信号，具体公式如下：

E＝A/ω²，ω＝F/2π

其中，E为偏心距调节信号，A为幅值控制信号，F为频率控制信号。

在本发明的实施例中，偏心距调节信号可以为时间与偏心距的曲线，控制器可以根据偏心距调节信号以及预设的滑块位置与偏心距的对应关系，控制滑块移动机构驱动滑块10运动，以实现偏心距调节信号对应的偏心距。

在如图1所示的实施例中，转动组件上的滑块移动机构包括：螺杆11以及驱动螺杆11转动的螺杆电机6，滑块10设置在螺杆11上，当螺杆11在螺杆电机6的驱动下转动时，滑块10在螺杆11上做直线运动。在本实施例中，螺杆电机6可以正转和反转，以带动滑块10在螺杆11上向上或向下运动。在本发明的实施例中，转动组件上还设置有为螺杆电机6提供电力的电池7。

在如图1所示的实施例中，螺杆11沿圆盘1的径向方向设置，螺杆11有上下两个极限位置，螺杆11的下极限位置靠近圆盘1的圆心，当滑块10位与螺杆11的下极限位置时，此时转动组件的质量分布均匀，即转动组件的质心与圆盘1的圆心重合，偏心距为0。螺杆11的上极限位置为离圆盘1的圆心最远的位置，当滑块10位与螺杆11的上极限位置时，转动组件的偏心距最大。在本发明的实施例中，螺杆11的上极限位置由预设的震动器的最大振动幅值确定。

在本发明的实施例中，滑块位置与偏心距的对应关系也可以为滑块在螺杆上的位置与偏心距的对应关系。滑块在螺杆上的位置可以为滑块距螺杆11的下极限位置的距离。

在如图1所示的实施例中，震动器还包括多个气囊4以及压重(图中未示出)，该多个气囊4设置在底板5上，用于承载压重。压重设置在多个气囊4的顶部，用于通过气囊4将底板5压在地面上，保证工作时底板5不脱离地面。

在如图1所示的实施例中，震动器还包括与转轴配合使用的轴承(图中未示出)、用于承载轴承的轴承座8、轴承端盖2。

由以上描述可以看出，本发明采用电信号取代液压系统来驱动可控震源，使可控震源震动器的体积和吨位大大减小，使震动器更好的适用于工农关系复杂的区域。此外本发明通过控制转轴电机和滑块移动机构能够实现震动器输出多种振动信号，输出振动信号的效果好且精度高，能够满足地球物理勘探要求的震源信号特性。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种振动信号控制方法，应用于上述实施例所描述的震动器，如下面的实施例所述。由于振动信号控制方法解决问题的原理与震动器相似，因此振动信号控制方法的实施例可以参见震动器的实施例，重复之处不再赘述。

图2是本发明实施例振动信号控制方法的流程图，如图2所示，本发明实施例的振动信号控制方法包括步骤S101至步骤S104。

步骤S101，获取目标振动信号，并根据所述目标振动信号确定出震动器的幅值控制信号和频率控制信号。

步骤S102，获取目标振动信号，并根据所述目标振动信号确定出震动器的幅值控制信号和频率控制信号。

步骤S103，根据所述频率信号控制所述转轴电机转动。

步骤S104，根据所述偏心距调节信号以及所述滑块位置与偏心距的对应关系控制所述滑块移动机构驱动所述滑块移动。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种震动器，其特征在于，包括：底板、设置在所述底板上的基座、设置在所述基座上的转轴、固定在所述转轴上的转动组件、驱动所述转轴转动以带动所述转动组件旋转的转轴电机，其中：

所述转动组件包括：固定在所述转轴上的圆盘以及设置在所述圆盘上的滑块和滑块移动机构；所述滑块用于在所述滑块移动机构的驱动下在所述圆盘上移动，以改变所述转动组件的质心；所述滑块移动机构用于根据预设的滑块位置与偏心距的对应关系驱动所述滑块移动，以调节所述转动组件的偏心距。

2.根据权利要求1所述的震动器，其特征在于，所述震动器还包括：控制器，所述控制器用于：根据接收到的目标振动信号确定出震动器的幅值控制信号和频率控制信号；根据所述幅值控制信号和所述频率控制信号确定所述转动组件的偏心距调节信号；根据所述频率信号控制所述转轴电机转动；根据所述偏心距调节信号以及所述滑块位置与偏心距的对应关系控制所述滑块移动机构驱动所述滑块移动。

3.根据权利要求2所述的震动器，其特征在于，所述滑块移动机构包括：螺杆以及驱动所述螺杆转动的螺杆电机，所述滑块设置在所述螺杆上。

4.根据权利要求3所述的震动器，其特征在于，当所述滑块位于所述螺杆的一极限位置时，所述转动组件的偏心距为0。

5.根据权利要求4所述的震动器，其特征在于，当所述滑块位于所述螺杆的另一极限位置时所述转动组件的偏心距最大，该偏心距最大的极限位置由预设的震动器的最大振动幅值确定。

6.根据权利要求3所述的震动器，其特征在于，所述滑块位置与偏心距的对应关系包括：滑块在螺杆上的位置与偏心距的对应关系。

7.根据权利要求3所述的震动器，其特征在于，所述控制器还用于：根据所述偏心距调节信号控制所述螺杆电机转动，以驱动所述滑块在所述螺杆上移动。

8.根据权利要求3所述的震动器，其特征在于，所述螺杆沿所述圆盘的径向方向设置。

9.根据权利要求1所述的震动器，其特征在于，所述震动器还包括：多个气囊以及压重，所述多个气囊设置在所述底板上，所述压重设置在所述多个气囊的顶部。

10.一种振动信号控制方法，应用于如权利要求1-9任意之一所述的震动器，其特征在于，包括：

获取目标振动信号，并根据所述目标振动信号确定出震动器的幅值控制信号和频率控制信号；

根据所述幅值控制信号和所述频率控制信号确定所述转动组件的偏心距调节信号；

根据所述频率信号控制所述转轴电机转动；

根据所述偏心距调节信号以及所述滑块位置与偏心距的对应关系控制所述滑块移动机构驱动所述滑块移动。

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