CN205404827U - 一种用于工程勘察的能量可控电火花震源装置 - Google Patents
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Abstract
<b>本实用新型公开了一种用于工程勘察的能量可控电火花震源装置。包括储能器、放电开关、充电开关、升压电路、充电电压监测装置、放电电流监测装置、同步信号产生电路和剩余能量清零电路等。储能器输出端经放电开关与放电探头连接；储能器输入端经充电开关与升压电路输出端连接，升压电路输入端与</b><b>220</b><b>伏交流发电机连接；储能器输入端设有充电电压监测装置；储能器输出端设有放电电流监测装置、同步信号产生电路和剩余能量清零电路。本实用新型克服了现有技术的不足。具有体积小，重量轻的特点，在同等发射能量等级产品中重量减轻近一半；开关时间更短，开关次数不再受限；触发延时精确高；能量稳定，重复性好。</b>
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于工程勘察的能量可控电火花震源装置，属于工程勘探检测设备技术领域。
背景技术
工程物探中常用的震源有：炸药震源、气枪震源、电火花震源、地震车可控震源。炸药震源具有能量大、穿透力强的特点，广泛应用工程建设诸多领域。但限于国家对炸药和雷管的严格管控，审批流程繁琐，直接影响工程勘察施工的进度；其次炸药和雷管需分开运输，在运输过程中需采取防电、防撞击等特殊保护措施，增加了运输难度和运行成本；再者，在特定的情况下，炸药爆炸后会造成周围介质的破损或形成永久形变，影响下个环节的勘探工作。气枪震源一般仅限于海上勘探。地震车可控震源可以通过改变重量来实现勘探深度，但其比较笨重，使用条件具有很大的局限性。电火花震源具有能量稳定、激发频带较宽、子波稳定、重复性好、体积小、携带方便等优点，适合于特定条件下工程勘探和检测，使用范围广，操作简便、安全。
目前，电火花震源能量可以从五百焦耳到1万焦耳，甚至更高，基本上实现了能量可控、同步触发等功能，且成型产品较多，也申报多项专利技术。电火花震源的设计关键在于高能量的快速储存，以及放电瞬间能量的迅速释放和高效转换，尤以后者为重；其次是频率的范围、子波的稳定性等；再者是能量的均衡和耐久性。储能高的产品重量相对较笨重，储能低的产品体积和重量相对小些，但能同时实现上述指标又携带轻便的产品还没有报道。目前市场上的电火花震源产品能量的释放均是采用高电压放电的原理来实现。为了降低安全生产事故的发生，通常不直接采用高电压的通断来控制充、放电，而是采用弱电控制强电的方法来实现。用弱电控制强电，目前基本上还是采用继电器和晶闸管有机结合来实现的，但继电器的开关时间相对较长，开关次数也有限，直接影响电火花的使用寿命。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，提供一种用于工程勘察的能量可控电火花震源装置。以解决现有同等发射能量级别的设备能量存储慢、子波不稳定、透距小、重复性差、体积大、重量重、同步精确度差、放电开关寿命短的技术问题。
本实用新型的技术方案：
一种用于工程勘察的能量可控电火花震源装置，包括储能器、放电开关、充电开关、升压电路、充电电压监测装置、放电电流监测装置、同步信号产生电路和剩余能量清零电路；储能器输出端经放电开关与放电探头连接；储能器输入端经充电开关与升压电路输出端连接，升压电路输入端与220伏交流发电机连接；储能器输入端设有充电电压监测装置；储能器输出端设有放电电流监测装置、同步信号产生电路和剩余能量清零电路。
前述装置中，所述同步信号产生电路包括感应线圈，感应线圈缠绕在储能器输出端的输出电缆上；储能器的储能容量大于1万焦耳。
前述装置中，所述升压电路包括变压器升压电路和电容倍压滤波升压电路，变压器升压电路输入端与220伏交流发电机连接的电缆上串联有低压开关，电容倍压滤波升压电路的输出端电压大于5千伏。
前述装置中，所述储能器、放电开关、充电开关、升压电路、充电电压监测装置、放电电流监测装置、同步信号产生电路和剩余能量清零电路均安装在控制台内，控制台的控制面板上还设有放电电极输出端、同步输出端、电源输入端、充电开关、充电指示灯、放电开关、放电指示灯、清零开关等；放电电极输出端与放电探头连接，同步输出端与弹性波检测仪连接，电源输入端与220伏交流发电机连接。
前述装置中，所述放电开关采用MOS管开关元件制成。
前述装置中，所述放电探头包括外壳，外壳为绝缘管结构，外壳内设有放电正极和放电负极，放电正极为圆柱状，位于外壳的中轴线上，放电负极为管状套，在放电正极外，放电正极与放电负极之间设有绝缘层；放电正极和放电负极与放电电缆连接，放电电缆经固定装置与外壳一端连接，外壳另一端设有带孔胶皮套，带孔胶皮套内设有易溶于水的离子化合物。
与现有技术相比，本实用新型的升压电路采用了变压器升压和电容倍压滤波电路相结合的设计思想，较于完全使用变压器升压重量上可以减轻很多，整套震源设备除去线缆重量外仅有24.5kg，在同类产品中重量减轻近一半；采用MOS管代替继电器，开关时间更短，开关次数不再受限；采用电磁感应定律制成同步触发信号，放电电极瞬间放电，在释放能量产生冲击波的同时，放电电缆中的电流会瞬间变化产生磁变，感应线圈将产生感应电流，可以通过设计的电路将其转换为电压信号，同步输送给弹性波检测仪，因此，触发延时误差可以达到微秒级范围内，确保计时精确；放电能量可以通过监测充电电压来控制，最大充电电压可达到5千伏以上，最大储能可达到1万焦以上，经过工程实践证明，在较完整基岩中，最大跨孔透距可达60m以上。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是放电探头的结构示意图；
图3是本实用新型的应用示意图；
图4是控制台的面板示意图。
图中的标记为：1-外壳、2-放电正极、3-放电负极、4-绝缘层、5-放电电缆、6-固定装置、7-带孔胶皮套、8-易溶于水的离子化合物、9-220伏交流发电机、10-控制台、11-水、12-放电探头、13-弹性波感应器、14-弹性波检测仪、15-同步触发信号电缆。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明，但不作为对本实用新型的任何限制。
一种用于工程勘察的能量可控电火花震源装置，如图1所示。包括储能器、放电开关、充电开关、升压电路、充电电压监测装置、放电电流监测装置、同步信号产生电路和剩余能量清零电路等。储能器输出端经放电开关与放电探头12连接；储能器输入端经充电开关与升压电路输出端连接，升压电路输入端与220伏交流发电机9连接；储能器输入端设有充电电压监测装置；储能器输出端设有放电电流监测装置、同步信号产生电路和剩余能量清零电路。同步信号产生电路包括感应线圈，感应线圈缠绕在储能器输出端的输出电缆上；储能器的储能容量大于1万焦耳；储能器的储能容量大于1万焦耳。升压电路包括变压器升压电路和电容倍压滤波升压电路，变压器升压电路输入端与220伏交流发电机连接的电缆上串联有低压开关，电容倍压滤波升压电路的输出端电压大于5千伏。储能器、放电开关、充电开关、升压电路、充电电压监测装置、放电电流监测装置、同步信号产生电路和剩余能量清零电路均安装在控制台10内，控制台10的控制面板上还设有放电电极输出端、同步输出端、电源输入端、充电开关、充电指示灯、放电开关、放电指示灯、清零开关等；放电电极输出端与放电探头连接，同步输出端与弹性波检测仪14连接，电源输入端与220伏交流发电机9连接。放电开关采用MOS管开关元件制成。
如图2所示：所述放电探头12包括外壳1，外壳1为绝缘管结构，外壳1内设有放电正极2和放电负极3，放电正极2为圆柱状，位于外壳1的中轴线上，放电负极3为管状套，在放电正极2外，放电正极2与放电负极3之间设有绝缘层4；放电正极2和放电负极3与放电电缆5连接，放电电缆5经固定装置6与外壳1一端连接，外壳1另一端设有带孔胶皮套7，带孔胶皮套7内设有易溶于水的离子化合物8。
实施例
本例在结构上主要由两部分组成：控制台和放电探头。控制台面板如图4所示，控制台内设有升压电路、储能器、监测装置、同步触发信号产生电路、剩余能量清零电路、控制面板六部分。能量存储、释放的实现机制为：按下充电开关，升压电路包含变压器升压和电容倍压滤波升压两部分，逐渐将220v交流电抬升至几千伏的高电压，为储能器提供储能电压，用户观察监测装置，一旦储能器存储能量达到一定程度后，关闭充电开关，打开放电开关，通过放电探头瞬间释放能量，使周围介质汽化，形成高温高压区，产生冲击波。为实现对能量的有效控制，在电火花装置中添加监测装置，对充电电压、放电电流进行实时监控；由电磁感应定律可知，放电时电流瞬间变化会导致磁变，感应线圈将产生感应电流，利用这一特性设计了同步触发电路，极大提高了同步触发信号的精度；为提高开关的精确度与寿命，采用MOS管代替继电器作为控制开关，MOS管的开关时间相对较短，开关次数不受限；由于储能器采用大电容储能的方式来设计，放电时能量不可能完全释放掉，为避免搬运过程中接触这部分能量而造成事故，设计了剩余能量清零电路，并在控制面板上提供了相应开关。放电探头部分由电极固定装置、铜棒、多孔胶皮套组成。电极固定装置采用耐高温、耐腐蚀、耐高压的聚合物制作而成，铜棒作为放电电极固定在装置内，同时为提高水的导电能力，采用在电极固定装置外添加多孔胶皮套，套内添加易溶于水的离子化合物，如：食盐等。
图3是本实用新型的应用示意图，由图3可见，在进行工程勘察时，需要在工程现场打两眼深井，两口深井内都需要注满水11，然后将放电探头12通过放电电缆5放进其中一口注有水11的井内，放电电缆5另一端连接在控制台10工作面板上的放电电极输出端，连接时应区别正负电极的极性。再将控制台10工作面板上的电源输入与220伏交流发电机9连接。另外将一组弹性波感应器13通过电缆放入另一口井内，电缆另一端与弹性波检测仪14连接。同时将控制台10上的同步触发信号电缆与弹性波检测仪14连接好后，打开工作面板上的低压开关和充电开关，为控制台10内的储能器充电。充电时注意观察充电指示灯和充电电压指示。当充电电压达到预定值后，关闭充电开关做好放电准备。然后打开放电开关，将储能器内储存的电能通过放电探头瞬间释放，产生电火花，放电时应注意观察工作面板上的放电指示灯和放电电流指示。放电时产生的电火花发出的声波，由另一口深井内的一组弹性波感应器13接收，并传送至弹性波检测仪14。弹性波检测仪14与控制台10工作面板上的同步输出信号连接。
勘测结束后关闭控制台10工作面板上的低压开关，切断220v交流电源，接着按压控制台10工作面板上的清零开关，将储能器内的电量放空，然后拆除设备转移至另一勘测工地。
Claims (6)
1.一种用于工程勘察的能量可控电火花震源装置，其特征在于：包括储能器、放电开关、充电开关、升压电路、充电电压监测装置、放电电流监测装置、同步信号产生电路和剩余能量清零电路；储能器输出端经放电开关与放电探头连接；储能器输入端经充电开关与升压电路输出端连接，升压电路输入端与220伏交流发电机连接；储能器输入端设有充电电压监测装置；储能器输出端设有放电电流监测装置、同步信号产生电路和剩余能量清零电路。
2.根据权利要求1所述装置，其特征在于：所述同步信号产生电路包括感应线圈，感应线圈缠绕在储能器输出端的输出电缆上；储能器的储能容量大于1万焦耳。
3.根据权利要求1所述装置，其特征在于：所述升压电路包括变压器升压电路和电容倍压滤波升压电路，变压器升压电路输入端与220伏交流发电机连接的电缆上串联有低压开关，电容倍压滤波升压电路的输出端电压大于5千伏。
4.根据权利要求1所述装置，其特征在于：所述储能器、放电开关、充电开关、升压电路、充电电压监测装置、放电电流监测装置、同步信号产生电路和剩余能量清零电路均安装在控制台内，控制台的控制面板上还设有放电电极输出端、同步输出端、电源输入端、充电开关、充电指示灯、放电开关、放电指示灯、清零开关；放电电极输出端与放电探头连接，同步输出端与弹性波检测仪连接，电源输入端与220伏交流发电机连接。
5.根据权利要求1所述装置，其特征在于：所述放电开关采用MOS管开关元件制成。
6.根据权利要求1所述装置，其特征在于：所述放电探头包括外壳（1），外壳（1）为绝缘管结构，外壳（1）内设有放电正极（2）和放电负极（3），放电正极（2）为圆柱状，位于外壳（1）的中轴线上，放电负极（3）为管状套，在放电正极（2）外，放电正极（2）与放电负极（3）之间设有绝缘层（4）；放电正极（2）和放电负极（3）与放电电缆（5）连接，放电电缆（5）经固定装置（6）与外壳（1）一端连接，外壳（1）另一端设有带孔胶皮套（7），带孔胶皮套（7）内设有易溶于水的离子化合物（8）。
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