CN114545490A - 一种用于海洋地球物理探测的组合式震源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于海洋地球物理探测的组合式震源，包括震源单元、连接架板，连接架板与漂浮架通过第一螺栓装配固定，漂浮架上安装有漂浮轴，漂浮轴上套装有浮体；连接架板还与多块第一加强板装配固定，漂浮架与多块第二加强板装配固定；震源单元包括一个换能器、以及安装此换能器的换能器座，每个震源单元的换能器座相互组合成一个整体，然后再分别与第一加强板、第二加强板装配固定。本发明利用浮体搭载刚性布置的发射换能器阵列，在定位、授时、测姿设备的支持下，按可控的数量、时间、位置激发，形成总能量大、指向性好，开角和波形可控的声脉冲信号，可在一定程度上解决传统低频震源能量密度低、指向性差、波形单一及施工不便的问题。
Description
技术领域
本发明涉及海洋地质环境调查设备，特别是涉及一种用于海洋地球物理探测的组合式震源。
背景技术
在海洋地质环境调查过程中，为了探查海底地层结构、产状，海底埋藏物，以及古河道、浅层气、海底滑坡等灾害地质因素，通常采用声学方法进行探测。具体方法是载体走航过程中，水中震源按固定的时间或距离间隔发射声信号，利用声波在不同介质或不均匀介质中传播过程会发生透射、绕射、反射的特性，声波穿透水层、海底地层，下行过程中经各层介质的滤波，遇声阻抗界面返回，最终携带有界面层信息的反射声波被接收单元接收，进行信号处理、解析，形成海床以下一定深度地层物质组成、结构特点的剖面图像，即形成声学地层图像。利用该原理的地球物理技术方法根据探测深度划分，由浅及深包括浅地层剖面探测、单道地震、多道地震。原理示意图参见图1，其中U为船速；ρ为沉积物密度；v为沉积物声速；R为反射系数；Ar为反射波振幅；Ai为入射波振幅。
目前世界范围类常用震源类型按照生成频率从高到低、频带从窄到宽依次有：压电陶瓷震源(＞3KHz)、电磁脉冲震源(几KHz到几百Hz)以及电火花震源(几十KHz到几十Hz)，相应的能量逐渐增大，从几十焦耳，到几百焦耳，再到最大几万焦耳。
传统低频震源通常采用少量激发单元，如活4联装塞式压电陶瓷换能器，同步激发的方式工作，在对底发射方面存在能量密度低、指向性差、波形单一的问题，而如果想获得更大能量，则只能使用频率更低的boomer或电火花震源，这两种震源多数只能形成球面波，对底能量密度低，且对作业船供电要求较高，存在施工不便、组合数量不可控的问题。
对于震源而言，通过换能器空间位置不同组合形成发射阵，不仅能够增大发射能量，还可以利用相位叠加提高系统指向性系数(DT)、产生更丰富的频率组合，同时在一定程度上削弱多次冲击产生的杂波。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种用于海洋地球物理探测的组合式震源，其能够将多个换能器进行自由组合以适应不同的需要。
为实现上述目的，本发明提供了一种用于海洋地球物理探测的组合式震源，包括震源单元、连接架板，所述连接架板与漂浮架通过第一螺栓装配固定，所述漂浮架上安装有漂浮轴，漂浮轴上套装有浮体；所述连接架板还与多块第一加强板装配固定，所述漂浮架与多块第二加强板装配固定，所述第一加强板、第二加强板交错设置；
所述震源单元包括一个换能器、以及安装此换能器的换能器座，每个震源单元的换能器座相互组合成一个整体，然后再分别与第一加强板、第二加强板装配固定。
作为本发明的进一步改进，还包括拖拽架，拖拽架用于和绳索连接，从而进行拖拽；拖拽架上安装有连接架板。
作为本发明的进一步改进，第一加强板、第二加强板呈90°交错安装。
作为本发明的进一步改进，所述换能器座上设置有卡装孔、第一滑槽，所述卡装孔与换能器的外壁卡紧以安装换能器，所述第一滑槽与卡紧滑块卡合、密封、可滑动装配，所述卡紧滑块位于卡装孔的一侧与换能器的外壁压紧、另一侧上安装有螺套，螺套内设置有螺纹孔，螺纹孔与锁紧螺柱一端通过螺纹旋合装配装配，所述锁紧螺柱的另一端穿出换能器座且此端上设置有六棱柱，锁紧螺柱与换能器座可圆周转动、不可轴向移动、密封装配。
作为本发明的进一步改进，所述卡紧滑块与第一滑槽的内壁端面之间安装有防松弹簧。
作为本发明的进一步改进，换能器座上设置有插接槽、插接块，两个换能器座的插接槽、插接块可插接装配。
作为本发明的进一步改进，所述换能器座上还设置有第二滑槽、容纳孔，所述插接槽、第二滑槽、容纳孔依次连通，所述第二滑槽内卡合、密封、可滑动地安装有锁块，锁块与锁杆一端装配，锁杆的另一端穿出第二滑槽后进入容纳孔且锁杆此端上安装有限位环；所述锁杆位于锁块和第二滑槽顶部端面之间的部分上套装有上锁弹簧，所述上锁弹簧用于对锁块施加阻碍其上移的弹力；所述插接块上设置有锁槽，插接块插装入插接槽后锁块卡装入锁槽内。
作为本发明的进一步改进，所述插接块上还设置有调节孔，所述调节孔与锁紧螺柱正对。
作为本发明的进一步改进，所述插接块上设置有插接斜面，所述锁块上设置有锁块斜面，在插接块插装入插接槽时，接斜面与锁块斜面配合从而对锁块施加向上推动的挤压力，以使得锁块克服上锁弹簧的弹力上移。
作为本发明的进一步改进，所述换能器座位于插接槽处设置有贯穿的紧固孔，所述锁块、锁杆上分别设置有锁块孔、锁杆孔，所述锁块孔、锁杆孔、紧固孔同轴且连通，第二螺栓一端依次穿过第一加强板或第二加强板、锁块孔、锁杆孔、紧固孔后与螺母装配。
本发明的有益效果是：
本发明基于水声学原理，利用浮体搭载刚性布置的发射换能器阵列，在定位、授时、测姿设备的支持下，按可控的数量、时间、位置激发，形成总能量大、指向性好，开角和波形可控的声脉冲信号，可在一定程度上解决传统低频震源能量密度低、指向性差、波形单一及施工不便的问题。
本发明可以利用多个子阵(活塞式换能器或boomer单元)通过不同的激发位置、时序组合，利用机械波不同相位的相长干涉、相消干涉来优化震源波形，从而实现可控的编码震源。也就是，本发明中每个震源单元都是可以独立控制，使用时通过对各个震源单元进行编码控制就能实现可控的编码震源，以适应于不同的应用环境、工况。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的结构示意图。
图3是本发明的结构示意图。
图4是第二螺栓230轴线所在中心面处剖视图。
图5是图4中F1处放大图。
图6是第二螺栓230轴线所在另一中心面处剖视图。
图7是震源单元的结构示意图。
图8是震源单元的结构示意图。
图9是换能器座的锁紧螺柱260轴线所在中心面处剖视图。
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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参见图1-图9，一种用于海洋地球物理探测的组合式震源，包括拖拽架110、震源单元，拖拽架110用于和绳索连接，从而利用船拖拽本发明；拖拽架110上安装有连接架板130，所述连接架板130与漂浮架120通过第一螺栓220装配固定，所述漂浮架120上安装有漂浮轴210，漂浮轴210上套装有浮体310，浮体310可以漂浮在水面上以为整个装置提供漂浮力。
所述连接架板130还与多块第一加强板140通过第三螺栓240装配固定，所述漂浮架120通过其它第一螺栓210与多块第二加强板150装配固定，所述第一加强板140、第二加强板150交错设置，从而形成整个装置的支撑框架。本实施例中，第一加强板140、第二加强板150呈90°交错安装。
所述震源单元包括一个换能器320、以及安装此换能器320的换能器座400，本实施例中换能器采用压电陶瓷换能器。所述换能器座400上设置有卡装孔401、第一滑槽402、插接槽403、第二滑槽404、容纳孔405，所述卡装孔401与换能器320的外壁卡紧以安装换能器320，所述第一滑槽402与卡紧滑块430卡合、密封、可滑动装配，所述卡紧滑块430位于卡装孔401的一侧与换能器320的外壁压紧、另一侧上安装有螺套440，螺套440内设置有螺纹孔441，螺纹孔441与锁紧螺柱260一端通过螺纹旋合装配装配，所述锁紧螺柱260的另一端穿出换能器座400且此端上设置有六棱柱261，锁紧螺柱260与换能器座400可圆周转动、不可轴向移动、密封装配。使用时，可以通过内六角扳手卡在六棱柱261上驱动锁紧螺柱260转动，从而调节锁紧螺柱260与螺套440的旋合长度，也就可以带动卡紧滑块430相对于卡装孔401内壁的间距，从而调节卡紧滑块430对换能器320的卡紧或松开。
优选地，所述卡紧滑块430与第一滑槽402的内壁端面之间安装有防松弹簧520，所述防松弹簧520用于防止锁紧螺柱260与螺套之间非需要性松动，从而保持卡紧滑块430对换能器320的卡紧。
所述插接槽403、第二滑槽404、容纳孔405依次连通，所述第二滑槽404内卡合、密封、可滑动地安装有锁块420，锁块420与锁杆250一端装配，锁杆250的另一端穿出第二滑槽404后进入容纳孔405且锁杆250此端上安装有限位环251；所述锁杆250位于锁块420和第二滑槽404顶部端面之间的部分上套装有上锁弹簧510，所述上锁弹簧510用于对锁块420施加阻碍其上移的弹力。初始状态时，限位环不超出容纳孔405，这种设计主要是为了避免限位环影响后续的组装。
所述换能器座400上还安装有插接块410，所述插接块410上分别设置有调节孔412、锁槽413，所述调节孔412与锁紧螺柱260正对，从而可以使内六角扳手穿过调节孔412后与六棱柱261套装。所述插接块410可插装入插接槽403内，此时锁块插装入锁槽413内从而实现对插接块410的锁紧。所述插接块410上设置有插接斜面411，所述锁块420上设置有锁块斜面422，在插接块410插装入插接槽403时，接斜面411与锁块斜面422配合从而对锁块420施加向上推动的挤压力，以使得锁块克服上锁弹簧510的弹力上移，直到锁槽与锁块正对，锁块在上锁弹簧的作用下下移进入锁槽内完成上锁。
优选地，所述换能器座400位于插接槽403处设置有贯穿的紧固孔406，所述锁块420、锁杆250上分别设置有锁块孔421、锁杆孔252，所述锁块孔421、锁杆孔252、紧固孔406同轴且连通，第二螺栓230一端依次穿过第一加强板140或第二加强板150、锁块孔421、锁杆孔252、紧固孔406后与螺母装配，从而既能够实现将第一加强板140或第二加强板150与换能器座装配固定，又能够将插接块与插接槽相对固定，防止使用过程中插接块退出对应的插接槽。
在使用时，每个换能器单元的换能器座400均是一样的，然后根据需要，将下一个换能器座400的插接块插入上一个换能器座的插接槽403内，完成两个换能器320的组合，直到达到需要的平面组合形状，这种设计能够实现快速组合及保持基本形状，便于后续继续组装。再通过第二螺栓230将每块第一加强板140、第二加强板150分别安装在换能器座400上，以将各个换能器座400进一步紧固，使其形成一个整体，然后通过第一螺栓220、第三螺栓240分别将第一加强板140、第二加强板150与连接板架130、漂浮架120装配固定，再通过其它第一螺栓220与连接板架130装配固定，这样就实现了整个装置的组装。组装完成后换能器座400的底面光滑，因此对声波的干扰较小。
在探测时，通过多个换能器在的不同组合方式，结合控制激发个数和时序，可形成不同能量、开角和脉冲波形的声信号，从而可适用于滩浅海、近浅海地层剖面探测。而本实施例利用线性波在水中相长干涉的现象，将若干个可独立控制的活塞式压电换能器与浮体、支撑框架集成为一个拖体式震源，通过控制各换能器的激发时间和是否激发，可形成能量密度高、指向性好、开角和波形可控的声脉冲信号，形成一种适合滩浅海、近浅海使用的模块化编码震源。
本发明未详述之处，均为本领域技术人员的公知技术。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种用于海洋地球物理探测的组合式震源，其特征在于，包括震源单元、连接架板，所述连接架板与漂浮架通过第一螺栓装配固定，所述漂浮架上安装有漂浮轴，漂浮轴上套装有浮体；所述连接架板还与多块第一加强板装配固定，所述漂浮架与多块第二加强板装配固定，所述第一加强板、第二加强板交错设置；
所述震源单元包括一个换能器、以及安装此换能器的换能器座，每个震源单元的换能器座相互组合成一个整体，然后再分别与第一加强板、第二加强板装配固定。
2.如权利要求1所述的组合式震源，其特征在于，还包括拖拽架，拖拽架用于和绳索连接，从而进行拖拽；拖拽架上安装有连接架板。
3.如权利要求1所述的组合式震源，其特征在于，第一加强板、第二加强板呈90°交错安装。
4.如权利要求1所述的组合式震源，其特征在于，所述换能器座上设置有卡装孔、第一滑槽，所述卡装孔与换能器的外壁卡紧以安装换能器，所述第一滑槽与卡紧滑块卡合、密封、可滑动装配，所述卡紧滑块位于卡装孔的一侧与换能器的外壁压紧、另一侧上安装有螺套，螺套内设置有螺纹孔，螺纹孔与锁紧螺柱一端通过螺纹旋合装配装配，所述锁紧螺柱的另一端穿出换能器座且此端上设置有六棱柱，锁紧螺柱与换能器座可圆周转动、不可轴向移动、密封装配。
5.如权利要求4所述的组合式震源，其特征在于，所述卡紧滑块与第一滑槽的内壁端面之间安装有防松弹簧。
6.如权利要求1所述的组合式震源，其特征在于，换能器座上设置有插接槽、插接块，两个换能器座的插接槽、插接块可插接装配。
7.如权利要求6所述的组合式震源，其特征在于，所述换能器座上还设置有第二滑槽、容纳孔，所述插接槽、第二滑槽、容纳孔依次连通，所述第二滑槽内卡合、密封、可滑动地安装有锁块，锁块与锁杆一端装配，锁杆的另一端穿出第二滑槽后进入容纳孔且锁杆此端上安装有限位环；所述锁杆位于锁块和第二滑槽顶部端面之间的部分上套装有上锁弹簧，所述上锁弹簧用于对锁块施加阻碍其上移的弹力；所述插接块上设置有锁槽，插接块插装入插接槽后锁块卡装入锁槽内。
8.如权利要求7所述的组合式震源，其特征在于，所述插接块上还设置有调节孔，所述调节孔与锁紧螺柱正对。
9.如权利要求7所述的组合式震源，其特征在于，所述插接块上设置有插接斜面，所述锁块上设置有锁块斜面，在插接块插装入插接槽时，接斜面与锁块斜面配合从而对锁块施加向上推动的挤压力，以使得锁块克服上锁弹簧的弹力上移。
10.如权利要求7所述的组合式震源，其特征在于，所述换能器座位于插接槽处设置有贯穿的紧固孔，所述锁块、锁杆上分别设置有锁块孔、锁杆孔，所述锁块孔、锁杆孔、紧固孔同轴且连通，第二螺栓一端依次穿过第一加强板或第二加强板、锁块孔、锁杆孔、紧固孔后与螺母装配。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |