DE2111219C3

DE2111219C3 - Seismic vibrator acting on the surface of the earth

Info

Publication number: DE2111219C3
Application number: DE19712111219
Authority: DE
Inventors: Robert Andrew Tulsa OkIa Broding (V St A)
Original assignee: Seismograph Service Corp, Tulsa, OkIa (VStA)
Priority date: 1970-03-09
Filing date: 1971-03-09
Publication date: 1977-09-01

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen auf di< Erdoberfläche einwirkenden seismischen Vibrator zu η Erzeugen von akustischen Schwingungen.The present invention relates to a seismic vibrator acting on the earth's surface at η Generation of acoustic vibrations.

Die bekannten, auf die Erdoberfläche einwirkender Vibratoren zum Erzeugen von sich in die Erde ausbreitenden seismischen Schwingungen für dk Lagerstättenforschung u.dgl. können in Gegenden mi weichem Boden, wie Sumpf, praktisch nicht verwende werden. Es gibt /war seegängige seismische; Schwin gungserzeuger, diese müssen jedoch in verhältnismäßig großer Tiefe unter der Wasseroberfläche betriebe! werden, um Schwingungen ausreichender Stärke erzeugen zu können. Für flaches Wasser sind sie dahei ungeeignet. Die für die Verwendung auf trockenen Land bestimmten seismischen Vibratoren sind normalerweise an schweren Fahrzeugen montiert unc müssen gegen eine Reaktionsmasse arbeiten, die aus dem Fahrzeug oder einem anderen Körper großer Masse (siehe z. B. die US-PS 33 63 720) besteht. Solche an Lastwagen oder Anhängern montierten Vibratoren können in Gegenden, die durch gut befestigte Straßen nicht erreichbar sind oder in denen der Boden zu weich ist, um ein schweres Fahrzeug tragen zu können, nicht verwendet werden.The well-known vibrators acting on the surface of the earth for generating themselves into the earth Propagating seismic vibrations for dk deposit research and the like soft soil, such as swamp, can practically not be used. There is / was sea-going seismic; Schwin energy producers, but these must operate at a relatively great depth below the surface of the water! to generate vibrations of sufficient strength. They are there for shallow water not suitable. The seismic vibrators intended for use on dry land are usually mounted on heavy vehicles unc have to work against a reaction mass that the vehicle or another body of great mass (see, for example, US-PS 33 63 720). Such Truck- or trailer-mounted vibrators can be used in areas driven by well-paved roads cannot be reached or where the ground is too soft to carry a heavy vehicle be used.

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, einen seismischen Vibrator anzugeben, der sowohl auf festem Boden als auch auf sumpfigem Untergrund sowie auf dem Wasser betrieben werden kann und sich auch in unerschlossenen Gebieten, in denen keine Wege zur Verfügung stehen, leicht und ungehindert bewegen läßt.The present invention is accordingly based on the object of a seismic vibrator indicate, which operated both on firm ground and on marshy ground as well as on the water can be and can also be found in undeveloped areas in which no paths are available, can be moved easily and unhindered.

Diese Aufgabe wird durch einen auf die Erdoberfläche einwirkenden seismischen Vibrator zum Erzeugen von akustischen Schwingungen gelöst, der gemäß der Erfindung gekennzeichnet ist durch eine Luftkissenkammer, die mindestens eine am lioden angeordnete größere Öffnung sowie mindestens eine an einer anderen Stell·; angeordnete kleinere Öffnung aufweist; eine Anordnung zum Erzeugen von unter Druck stehender Luft in der Kammer mit einer Vorrichtung zum Erzeugen einer durch elie kleinere Öffnung in die Kammer gerichteten Luftströmung; und eine Anordnung zum Modulieren des Druckes der Luft in der Kammer.This task is generated by a seismic vibrator acting on the earth's surface solved by acoustic vibrations, which is characterized according to the invention by an air cushion chamber, the at least one larger opening arranged on the diode and at least one on one other position ·; has arranged smaller opening; an arrangement for generating under pressure standing air in the chamber with a device for creating a smaller opening through the chamber Chamber directed air flow; and an arrangement for modulating the pressure of the air in the Chamber.

Vorteilhafte Weiterbildungen ilci F.rfiiulung ererben sich uns ilen übrigen Ansprüchen.Inherit advantageous further training courses us ile other claims.

Kur/ gesagt I)CsIcIiI der vorliegende seismische Vibrator uns einer An Luftkissenfahrzeug oder Griindeifekimaschine, bei der im Weg des Lufisiroim ein l.uftstrommodulalor angeordnet ist. Dieser Modulator Steuer! den Luftstrom derart, daß sich eine diuckmociulierie Luftströmung ergibt. Die Innenseite des Fahrzeugs oder der Maschine wird so geformt, daß diese Modulationen gegen die Oberfläche des Gmndes, also die Erd- oder Wasseroberfläche, unterhalb des Fahrzeugs r;<:riclitet ist. Auf diese Weise wird eine modulierte Druckschwingung zur Einwirkung auf den Grund gebracht und über eine verhältnismäßig große Flüche verteilt. Fahrzeuge dieses Typs können selbst bei geringen llubdrücken schwer beladen werden und dementsprechend eine normale Energiemenge auf die Erdoberfläche übertragen. Das Fahrzeug kann so konstruiert werden, daß es leicht umhergefahren und von Ort zu Ort bewegt werden kann.Kur / said I) CsIcIiI the present seismic Vibrator and an air-cushion vehicle or a Griindeifeki machine, in the way of the Lufisiroim an air flow module is arranged. This modulator Tax! the air flow in such a way that a diuckmociulierie air flow results. The inside of the vehicle or machine is shaped so that these modulations against the surface of the ground, i.e. the surface of the earth or water, below the Vehicle r; <: riclitet is. That way becomes a modulated pressure oscillation brought to the bottom for action and a relatively large one Curses spread. Vehicles of this type can be heavily loaded even at low lift pressures accordingly, a normal amount of energy is transferred to the earth's surface. The vehicle can do that can be designed so that it can be easily driven around and moved from place to place.

Im folgenden werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren naher erläutert, es zeigtIn the following some exemplary embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the figures, it shows

Fig. 1 eine teilweise geschnittene, perspektivische Ansicht eines seismischen Vibrators,Fig. 1 is a partially sectioned, perspective view of a seismic vibrator,

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Ansicht des Vibrators gemäß Fig. I, während dieser über der Erdoberfläche schwebt,Fig. 2 is a partially sectioned view of the vibrator of FIG The surface of the earth is floating,

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Luftkissenfahrzeugs, das zwei oder mehr seismische Vibratoren gemäß Fig. I sowie eine Vorrichtung zur Fortbev egiing und ein Steuerpult enthält,Fig. 3 is a partially sectioned side view of a Hovercraft, the two or more seismic vibrators according to FIG. I and a device for Fortbev egiing and contains a control panel,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines vereinfachten Ausführungsbeis'piels eines seismischen Vibrators (eine Ecke ist dabei weggebrochen gezeichnet, um den im Inneren befindlichen Mechanismus sichtbar zu machen),4 is a perspective view of a simplified Exemplary embodiment of a seismic vibrator (one corner is shown broken away, around which to make the mechanism inside visible),

Fig. 5 eine geschnittene Seitenansicht des Vibrators gemäß F i g. 4, gesehen in einer Ebene 5-5 der F i g. 4,Fig. 5 is a sectional side view of the vibrator according to FIG. 4, seen in a plane 5-5 of FIG. 4,

Fig. 6 eine geschnittene, schematische Seitenansicht einer bekannten Luftkissenmaschine,6 is a sectional, schematic side view a well-known air cushion machine,

Fig. 7 eine schematische, geschnittene Seitenansicht eines Vibrators in Form einer l.uftkissenmaschine, bei der die Drehzahl des Gebläses zur Modulation der Luftströmung änderbar ist,7 shows a schematic, sectional side view of a vibrator in the form of an air cushion machine which the speed of the fan can be changed to modulate the air flow,

Fig. 8 eine schematische, geschnittene Seitenansicht eines Vibrators in Form einer Liiftkisscpmasehine, bei der der Anstellwinkel der Gebläseschaufel zur Modulation der I .uftslrömung verstellbar ist,8 is a schematic, sectional side view a vibrator in the form of a Liiftkisscpmasehine which the angle of incidence of the fan blade can be adjusted to modulate the air flow,

Fig.9 eine schematische, geschnittene Seitenansicht eines Vibrators in Form einer Luftkissenmaschine, die zur Modulation der Luftströmung Klappen enthält, die vor dem Gebläse angeordnet sind, und9 is a schematic, sectional side view of a vibrator in the form of an air cushion machine, the for modulating the air flow contains flaps which are arranged in front of the fan, and

F i g. 10 eine schematische, geschnittene Seitenansicht eines Vibrators in Form einer Luftkissenmaschine, bei der die zur Modulation der Luftströmung dienenden Klappen hinter dem Gebläse angeordnet sind.F i g. 10 shows a schematic, sectional side view of a vibrator in the form of an air cushion machine which are used to modulate the air flow flaps are arranged behind the fan.

Fig. 6 zeigt ein bekanntes Luftkissen- oder Grundeffektfahrzeug 20 im Schnitt. Das Fahrzeug 20 enthält einen Gebläselader 22, der in einem Strömungskanal 23 angeordnet und mit einem geeigneten Antrieb 24 verbunden ist. \~)cr Gebläselader 22 fördert Luft in eine AufnahmekamnuT 25, die an ihrem einen Ende durch die nahe benachbarte Erdoberfläche 26 im wesentlichen geschlossen ist. Wenn der Gebläselader 22 läuft, baut sich in der Kammer 25 ein Druck auf. Dieser Druck wächst so lange, bis die Kraft, die der Druck der Luft in der Kammer 25 gegen die Oberseite 27 der Kammer ausübt, erößer wird als die vom Gewicht des FahrzeugsFig. 6 shows a known air cushion or basic effect vehicle 20 in section. The vehicle 20 contains a blower loader 22 which is arranged in a flow channel 23 and is connected to a suitable drive 24. The blower loader 22 conveys air into a receiving chamber 25 which is essentially closed at one end by the closely adjacent surface 26 of the earth. When the blower loader 22 is running, pressure builds up in the chamber 25. This pressure increases until the force exerted by the pressure of the air in the chamber 25 against the upper side 27 of the chamber becomes greater than that from the weight of the vehicle

20 herrührende, narh linien gerichiele Kraft. Meistens ist nur ein sehr kleiner Druck nötig, um das Fahrzeug 20 /U heben. Wenn die Kammer 25 /.. Ii. einen Durchmesser von etwa im hai und der Gebläselader 22 in der Kammer 25 einen Druck erzeugt, der etwa 0,1 kp/em·' größer ist als der Aiil.lendruck, kann ein Fahrzeug mit einem Gewicht von etwa 8 Mp vom Boden gehoben werden. Wenn sich das Fahrzeug hebt, entsteht ein Luftspalt 28 zwischen eiern Rand der Kammer 25 und der Erdoberfläche 26. Durch diesen Luftspalt kann dann Luft aus der Kammer 25 austreten und der Druck in der Kammer sinkt dann dementsprechend ab. Um diesen Luftverlust so klein wie möglich /ti halten, können z. IJ. nicht dargestellte, vorhangartige Abschlußvorriclitungen u.dgl. vorgesehen sein. Der Gebläseläufer 22 muß genügend Luft in die Kammer 25 fördern, um den Luftvcrlust durch den Spalt 28 zu kompensieren.20 originating, narh lines of gerichiele force. Mostly only a very small amount of pressure is required to move the vehicle 20 / U lift. If the board 25 / .. ii. a diameter of about in the shark and the fan loader 22 in the Chamber 25 generates a pressure which is about 0.1 kp / em · 'greater than the oil pressure, a vehicle can with a weight of about 8 Mp from the ground. When the vehicle rises, there is a Air gap 28 between an edge of the chamber 25 and the surface of the earth 26. This air gap can then Air escape from the chamber 25 and the pressure in the chamber then drops accordingly. To this one Keeping air loss as small as possible / ti IJ. Curtain-like closing devices and the like, not shown, may be provided. The fan rotor 22 must Convey enough air into the chamber 25 to compensate for the air loss through the gap 28.

Mit dem Vibrator gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Luftströmung so mudulierbar, daß Druckwellen gegen die Erdoberfläche (dieser Begriff soll auch eine Wasseroberfläche und die Oberfläche eines Sumpfes umfassen) gerichtet und dieser akustische Schwingungen zugeführt werden. In den Fig. 7 bis H) sind beispielsweise vier Möglichkeiten dargestellt, wee dies in der Praxis durchgeführt werden kann.With the vibrator according to the present invention, the air flow can be modulated so that pressure waves against the surface of the earth (this term is also intended to mean a water surface and the surface of a swamp include) directed and this acoustic vibrations are fed. In Figs. 7 to H) are for example, four ways are shown how this can be done in practice.

Fig. 7 zeigt eine Luftkissenmaschine mit einem Gebläseantrieb 24, dessen Drehzahl mit akustischer Rate änderbar ist. Die Modulationsinformation wird durch Funk übertragen, von einem Hochfrequenzempfänger .13 empfangen und einem Leistungssteiler 34 zugeführt. Der Leistungsstcller 34 liefert dann modulierte Leistung an den Antrieb 24. Der Antrieb 24 kann /.. IJ. aus einem Wechselstrom-Synchronmotor bestehen und als Leistungssteller 34 kann dann ein Gleichstrom/ Wechselstrom-Umsetzer verwendet werden, dessen Ausgangsfrequenz sich mit dem Modulationssignal ändert. Für ein solches System wird ein Gebläselader 22 kleiner Trägheit benötigt, wenn es einwandfrei arbeiten soll. Wenn der Antrieb 24 aus einem Benzinmotor besteht und der Gebläselader 22 ein hohes Trägheitsmoment hat, läßt sich das angegebene System nur für Untersuchungen mit sein- niedrigen Frequenzen verwenden. 7 shows an air cushion machine with a fan drive 24, the speed of which can be changed at an acoustic rate. The modulation information is transmitted by radio, received by a high-frequency receiver 13 and fed to a power divider 34. The power controller 34 then supplies modulated power to the drive 24. The drive 24 can / .. IJ. consist of an AC synchronous motor and a DC / AC converter can then be used as the power controller 34, the output frequency of which changes with the modulation signal. A low inertia fan loader 22 is required for such a system if it is to work properly. If the drive 24 consists of a gasoline engine and the fan loader 22 has a high moment of inertia, the specified system can only be used for investigations with its low frequencies.

In F i g. 3 ist ein Luftkissenfahrzeug 30 dargestellt, das einen Gebläseläufer 32 enthält, bei dem der Anstellwinkel der Läuferschaufel verstellbar ist. Die drahtlos übertragene und vom Hochfrequenzempfänger 33 empfangene Modulationsinformation wird hier einer Stellvorrichtung 36 zugeführt, die den Anstellwinkel der Gebläseschaufeln entsprechend dem Modulationssignal verstellt.In Fig. 3, a hovercraft 30 is shown which contains a fan rotor 32, in which the angle of attack of the rotor blade is adjustable. The wireless Modulation information transmitted and received by the high frequency receiver 33 becomes one here Adjusting device 36 supplied, which adjusts the angle of attack of the fan blades according to the modulation signal adjusted.

In den F i g. 9 und 10 sind entsprechende Anordnungen dargestellt, bei denen Verschlüsse in Form von Klappen 35 verwendet werden, um den Luftdurchsatz eines Gebläses 37 zu verändern. Die Klappen 35 werden durch eine Stellvorrichtung 38 entsprechend dem vom Hochfrequenzempfänger 33 empfangenen Signal verstellt. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 9 befindet' sich die Klappen auf der Ansaugseitc, bei dei Ausführungsform gemäß Fig. 10 auf der Austrittsseiu des Gebläses 37.In the F i g. 9 and 10 are corresponding arrangements shown, in which closures in the form of flaps 35 are used to the air flow a fan 37 to change. The flaps 35 are by an adjusting device 38 according to the from High frequency receiver 33 adjusted received signal. In the embodiment according to FIG. 9, ' the flaps on the suction side, at dei Embodiment according to FIG. 10 on the outlet line of the fan 37.

Bei den in den 1 ■'i g. 7 bis 10 dargestellten Ausfüh rungsbeispielen hat die Oberseite 27' eier Kammer 25 einen ungefähr exponeniiellen Verlauf, so daß dit Kammer 25' eiwa die Form der Mündung eine Trompete oder Posaune aufweist. Diese Formgebung hat den /weck, die akustische Welle gleichmäßig auf dii Oberfläche des Grundes /u verteilen. Bei einenIn the case of the in the 1 ■ 'i g. 7 to 10 shown execution The upper side 27 'has a chamber 25 for example has an approximately exponential course, so that the chamber 25 'has about the shape of the mouth Has trumpet or trombone. This shape has the / wake, the acoustic wave evenly on dii Spread the surface of the ground / u. With one

normalen Luftkissenfahrzeug ist die Form der Druckkammer, z.B. der Kammer 25 in F ig. 6, praktisch beliebig. Wenn jedoch das Luflkissenprinzip für seismische Untersuchungen nutzbar gemacht werden soll, kann sich die Kammer stetig von der die Luftströmung modulierenden Vorrichtung (Modulator) zur Erdoberfläche hin erweitern. Durch einen solchen Verlauf, insbesondere nach Art eines Exponentialtrichters, werden Reflexionen und Impedanzfchlanpassun gen in der Druckkammer vermieden, und es wird gewährleistet, daß die ganze akustische Energie auf die Erdoberfläche übertragen wird. Außerdem wird die akustische Welle gleichförmig auf eine große Fläche verteilt und die Kopplung zwischen dem Modulator und der Erde dementsprechend verbessert. Da zwischen der Erdoberfläche und der Luft in der Druckkammer eine Fchlanpassung b> steht, ist es wichtig, die fläche, auf der die akustische Welle zur Einwirkung gebracht wird, möglichst groß zu machen.normal hovercraft is the shape of the pressure chamber, e.g. chamber 25 in Fig. 6, practical any. However, if the air cushion principle can be used for seismic investigations should, the chamber can continuously move away from the device (modulator) that modulates the air flow. extend towards the surface of the earth. Through such a course, especially in the manner of an exponential funnel, reflections and impedance adaptations in the pressure chamber are avoided and it becomes ensures that all acoustic energy is transmitted to the surface of the earth. In addition, the acoustic wave uniformly distributed over a large area and the coupling between the modulator and the earth accordingly improved. Since between the surface of the earth and the air in the pressure chamber there is a When it is stated, it is important to select the area on which the acoustic wave is brought into action, to make it as large as possible.

Die F i g. 4 und 5 dienen dazu, um die Grundprinzipien des seismischen Vibrators zu erläutern. Zur Modulation der Luftströmung dient ein einfacher Verschluß aus zwei konzentrischen Zylindern 42 und 44, die jeweils eine Anzahl entsprechender vertikaler (axialer) Schlitze 54 aufweisen. Der innere Zylinder 42 kann durch eine Welle 43 gedreht werden, die über ein 90"-Umlenkgetriebe 46 mit einem Elektromotor 45 verbunden ist. Der äußere Zylinder 44 steht fest. Wenn sich die Schlitze 54 des inneren und äußeren Zylinders 42 bzw. 44 decken, kann die Luft im wesentlichen frei von einem oberen Raum 47 in eine Druckkammer 48 strömen. Wenn dagegen die Zylinder 42 und 44 so gegeneinander verdreht sind, daß die vertikalen Schlitze 54 undurchbrochenen Teilen der Zylinder 42 und 44 gegenüberstehen, wird die Luftströmung vom Raum 47 in die Kammer 48 unterbrochen. Ein durch einen Motor 50 angetriebenes Gebläse 49 fördert normalerweise Luft durch die Zylinder 42 und 44 in die Kammer 48, Dw Motor 45 wird durch ein Modulalionssigiial gesteuert, so daß eine modulierte Wellenlront in die Kammer 48 eintritt und durch diese nach unten in den Grund wandert. Die auf diese Weise erzeugten Schallwellen werden durch Ablcnkvorrichlungen 51 und 52 nach linien zur Oberfläche des Grundes gelenkt, um den Wirkungsgrad der Einrichtung /ti erhöhen. Die Ablenkvorrichtiingeu 51 und 52 stellen eine eiste Näherung für eine e\poncniionelle kopplung (ΙΆρυιι eiilialtnehler) /wischen der modulierten Liill(|uelle und dem Grund dar.The F i g. 4 and 5 serve to explain the basic principles of the seismic vibrator. A simple closure made up of two concentric cylinders 42 and 44, each of which has a number of corresponding vertical (axial) slots 54, is used to modulate the air flow. The inner cylinder 42 can be rotated by a shaft 43 which is connected to an electric motor 45 via a 90 "deflection gear 46. The outer cylinder 44 is stationary. When the slots 54 of the inner and outer cylinders 42 and 44, respectively, coincide, the air can flow essentially freely from an upper space 47 into a pressure chamber 48. On the other hand, when the cylinders 42 and 44 are rotated relative to one another so that the vertical slots 54 face uninterrupted parts of the cylinders 42 and 44, the air flow from the space 47 in the chamber 48 is interrupted. a by a motor 50 driven fan 49 normally delivers air through the cylinders 42 and 44 into the chamber 48, Dw motor 45 is controlled by a Modulalionssigiial so that a modulated Wellenlront enters the chamber 48 and through this to The sound waves generated in this way are deflected by deflection devices 51 and 52 in lines to the surface of the ground, and the like m increase the efficiency of the facility / ti. The deflection devices 51 and 52 represent an approximation for an e \ poncniionelle coupling (ΙΆρυιι eiilialtnehler) / between the modulated Liill (| uelle and the ground.

Naeli den Fig. I und .' erlolgi die Modulation durch eine Sirene, die zwei benachbarte, gesehlii/ie Plallen 62 und 64 enthüll, Die untere Platte 64 steht lest und ist an den Kündern eines I,tillkanals 65 angebracht, Die obere NaIIe 62 licgl iminiltclbar aiii der unleren PIaIIe 64 aiii und wird durch einen Modulaiionsmoioi 66 gedrchl.Naeli Figs. I and. ' Erlolgi through the modulation a siren, the two adjacent, gesehlii / ie plallen 62 and 64 reveals, the lower plate 64 stands and is attached to the end of a channel 65, the upper NaIIe 62 licgl iminiltclbar aiii of our lower PIaIIe 64 aiii and is rotated by a Modulaiionsmoioi 66.

erweitert sich im wesentlichen exponentiell von dei unteren Platte 64 des Modulators zum Hand 78 des Fahrzeugs, so daß sich die bestmögliche akustische Kopplung zwischen der Luftströmung von den Platten 62 und 64 des Modulators und der Oberfläche der Erde 82(F ig. 2) ergibt.widens essentially exponentially from the lower plate 64 of the modulator to the hand 78 of the Vehicle so that the best possible acoustic coupling between the air flow from the panels 62 and 64 of the modulator and the surface of the earth 82 (Fig. 2) results.

I ig. 3 zeigt ein Grundeffektfahrzeug 92, das zwe oder mehr Vibratoren 60 gemäß Fig. 1 und 2 enthält Die Antriebsleistung für die Gebläse der Vibratoren 6t und für einen schwenkbaren Fortbewegungspropellei 86, der am vorderen oder hinteren Ende des Fahrzeug: angebracht sein kann, wird durch einen einzigen Motoi 84 erzeugt. Am einen Ende des Fahrzeugs ist außerdem ein Sitz 88 und ein Steuerpull 90 für das Bcdienungsper sonal vorgesehen. Das Fahrzeug ist so konstruiert, dal: es sich über trockenes Land, über die offene See unc auch über sumpfiges Land, wo konventionelle Fahrzcu gc versagen, fortbewegen kann. Das Fahrzeug kam schwer beladen sein, so daß es ein massives Widerlagci für die Vibratoren bildet.I ig. 3 shows a basic effects vehicle 92 that includes two or more vibrators 60 as shown in FIGS. 1 and 2 The drive power for the blowers of the vibrators 6t and for a swiveling propeller 86, which can be attached to the front or rear of the vehicle: is supported by a single motoi 84 generated. At one end of the vehicle is also a seat 88 and a control pull 90 for the operator provided by staff. The vehicle is designed so that: it is over dry land, over the open sea and also over swampy land, where conventional vehicles gc fail, can move. The vehicle came to be heavily loaded, so that there was a massive abutment for the vibrators.

Die Einkopplung von akustischer Energie in Erde oder Wasser mi'tcls einer Luftsäule ist ein akustische: Impedanzanpassungsproblem. In der Akustik ist die akustische Impedanz als Produkt aus Dichte um Fortpflanzungsgeschwindigkeit definiert. Luft hat eini mittlere Dichte von 0,00129 g/cm' und die normale Schallgeschwindigkeit in Luft beträgt 331 m/scc. Die akustische Impedanz /₍ der Luft beträgt dementspre chend 42,8b g/cm' see Wasser (Dichte: 1 g/cm¹; Schall geschwindigkeit etwa l^r)()() m/sec) hat dagegen citn akustische Impedanz /» von ungefähr 150(K)Og, cm^: · see. Für Erde kann man eine typische Dichte voi etwa 2 g/cm¹ und eine Schallgeschwindigkeit zwischei 1500 und W)OO m/sec annehmen, man erhält dann eiiu akustische Impedanz // /wischen etwa J ■ \(Y' um 1,5 ■ H)'¹ g/cm-' · see. Der Übertragiingskoeffi/ieni <\,fii; die Leistungsübertragung von der Luft in der l.uflkis sen-Kammer eines Luftkissenfahrzeug!, auf einei Wasserkörper auf der Erdoberfläche isi durch dii GleichungThe coupling of acoustic energy into earth or water with a column of air is an acoustic: impedance matching problem. In acoustics, acoustic impedance is defined as the product of density and speed of propagation. Air has an average density of 0.00129 g / cm 'and the normal speed of sound in air is 331 m / scc. The acoustic impedance / ₍ the air is accordingly 42.8 g / cm 'see water (density: 1 g / cm ¹ ; speed of sound about 1 ^r ) () () m / sec), on the other hand, has an acoustic impedance / »of about 150 (K) Og, cm ^: · see. For earth, one can assume a typical density of about 2 g / cm ¹ and a speed of sound between 1500 and W) 00 m / sec, one then obtains an acoustic impedance between about J I \ (Y ' by 1.5 I H) ' ¹ g / cm-' see. The transfer coefficient ieni <\, fii; The power transfer from the air in the air cushion chamber of a hovercraft to a body of water on the earth's surface is given by the equation

I..I ..

(^:v ^ if( ^: v ^ if

A\ial oder kugellager vorgesehen sein, Direkt oberhalb der beiden Hallen 62 und M belindel sich ein (iebläscläulcr (18, der mil einem Antrieb 70 versehen ist, Wenn die beiden Nullen (i2 und 64 so gegeneinander verdreht sind, dull sie den Lullkiuüi! verschließen, erzeugt der Gebläselader 68 oberhalb der Platten 62 und 64 einen verhältnismäßig hohen Druck. Weiden die Plallen 62 und 64 dann so gegeneinander gedreht, dall sich ihre Sehlil/e decken und der l.iillkaiial dadurch !!Coline! wird, so kann die unter Druck stehende LuIt entweichen und in eine sieh erweiternde Driickkaininei 72 eintreten. Die Seitenwand 74 der Druckkammer 72 V/, A \ ial or ball bearings can be provided, directly above the two halls 62 and M belindel (iebläscläulcr (18, which is provided with a drive 70, If the two zeros (i2 and 64 are so twisted against each other, they dull the Lullkiuüi! close, the fan loader 68 generates a relatively high pressure above the plates 62 and 64. If the plates 62 and 64 are then rotated against one another in such a way that their slides coincide and the lower part becomes !! Coline! pressurized air escape and enter a widening pressure chamber 72. The side wall 74 of the pressure chamber 72 V /,

gegeben. Sei/i man in diese Gleichung typische Wein ein, so erhält man Im ilen Überlraguiigskoelli/ienten \ einen Wert in der Größenordnung von IO '. Dn kopplung /wischen der l.ullkissen Kammer und den unter ihr befindlichen Hoden isi also sehr genug um mau wird daher Maßnahmen Hellen, um die Energie iibcriragung in die Erde möglichst groß /u machen.given. Let / i be a typical wine in this equation one, then one obtains in ilen Überlraguiigskoelli / ienten \ a value on the order of IO '. Dn coupling / wiping the left cushion chamber and the The testicles under her are therefore very enough We must therefore take measures to make the energy transfer into the earth as large as possible.

Line erste Möglichkeil für die Verbesserung de Kopplung /wischen der Lull und dem Grund besieh ilaiin. eine Resonanz l.iilikaniiuei als Anpitssiingsgliei /ü w ί «enden. Die kammer kann so liemcssen werdet daß sie bei der Modulalionslreiiiicn/ schwing!, und mal kann ihr eine solche Form verleihen, daß l.iihhc-wi'giin gen beim Modulator, die bei niedrigen Drücket ablaulen und sieh über größere Abstünde erstrecken, ii I ulibcwcgiiiigen hoher Drücke und kür/er Abstünde ai der I rdobeiMäche inngescl/i werden. Line solchi Anordnung lielerl sein gute Ergebnisse bei seisinisehei Untersuchungen, die mit einer cin/ig.en, konstanlei licquen/ durchgeführt werden, /,Ii. bei holograph) scheu seismischen Verniessungsverhihren. Eine Reso iiiiii/kammcr dürllc sich jedoch nichl IiIi seismisch! Veilahicn eignen, bei denen mil Heilender licdiien,Line first opportunity for improvement de Coupling / wiping the lull and the ground be see ilaiin. a resonance l.iilikaniiuei as Anpitssiingsgliei / ü w ί «end. The chamber can be liemcssen that it vibrates when modulating! and sometimes can give it such a form that l.iihhc-wi'giin genes in the modulator which decay at low pressures and extend over greater distances, ii I tolerate high pressures and shorter distances ai to be innocent of the I rdo. Line such Arrangement would be good results at seisinisehei Investigations that are carried out with a cin / ig.en, konstanlei licquen /, /, Ii. at holograph) shy seismic Verniessungsverhihren. A reso iiiiii / combi can not be seismic! Veilahicn are suitable for which with healing licdiien,

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(Frequenzmodulation) gearbeitet wird, da die Frequenzänderung bei solchen Verfahren normalerweise zwei Oktaven umfaßt. Die Konstruktion einer Resonanzkammer, die in einem Frequenzbereich von zwei Oktaven schwingungsfähig bleibt, dürfte nämlich ein schwieriges, wenn nicht unlösbares Problem darstellen.(Frequency modulation) is worked because the frequency change typically two octaves in such procedures. The construction of a resonance chamber, which remains able to oscillate in a frequency range of two octaves should be a difficult, if not pose an unsolvable problem.

[Zinc Abwandlung des Kopplungskonzcptes für die Resonanzkammer besteht in der Verwendung eines Exponential-Horncs oder -Trichters zur Kopplung des Modulators mit der Erdoberfläche. F i g. 2 zeigt, wie ein Exponentialtrichter in einer üblichen Bodeneffektmaschine vorgesehen werden kann. Die Wand 74 (oder die entsprechenden Wandteile bei einer nichtrotationssymmetrischen Struktur) der Kammer 72 ist. mehr oder weniger exponentiell gekrümmt, so daß ihre Form wenigstens annähernd der Trichterform eines Blasinstrumentes entspricht. Der enge Hals des Trichters befindet sich bei den Platten 62 und 64 des Luftstrommodulators während der erweiterte Teil des Trichters an den Grund 82 angrenzt. Durch eine solche Anordnung wird die Kopplung zwischen den Planten 62 und 64 des Modulators und dem Grund 82 wesentlich verbessert. Die exponentiell Kopplung gewährleistet, daß die ganze Luft in der Kammer moduliert wird. Da man hinsichtlich der Fehlanpassung zwischen der Luft in der Kammer 72 und dem Grund 82 nichts machen kann, ist es das zweckmäßigste, die der Erdoberfläche benachbarte Kammeröffiumg so groß zu machen, wie es praktisch möglich ist. Die größtmögliche Energieübertragung in die Erde wird also dadurch erreicht, daß man die Fläche, auf die die modulierte Schallschwingung verteilt wird, so groß wie möglich macht.[Zinc modification of the coupling concept for the Resonance chamber consists of the use of an exponential horn or funnel to couple the Modulator with the earth's surface. F i g. Figure 2 shows how an exponential funnel is used in a conventional floor effect machine can be provided. The wall 74 (or the corresponding wall parts in the case of a non-rotationally symmetrical one Structure) of the chamber 72 is. more or less exponentially curved so that their shape at least approximately corresponds to the funnel shape of a wind instrument. The narrow neck of the funnel located at panels 62 and 64 of the airflow modulator during the extended portion of the Funnel is adjacent to the base 82. By such an arrangement, the coupling between the planets 62 and 64 of the modulator and base 82 are significantly improved. The exponential coupling ensures that all the air in the chamber is modulated. Because of the mismatch between the air in the chamber 72 and the ground 82 cannot do anything, the most expedient is that of the surface of the earth To make adjacent chamber openings as large as is practically possible. The greatest possible energy transfer into the earth is achieved by the fact that the surface on which the modulated sound oscillation distributed as large as possible.

Die sich exponentiell erweiternde l.uftkammer kann als Breitband-Transformator angeschen werden, durch den der Modulator mit der Luft oberhalb des Grundes gekoppelt ist. Die I lornhalsimpedan/. (beim Modulator) ist gleich tier akustischen Impedanz der Luft geteilt durch die I lalsfläche .V/ und aui.ierdem geteilt durch das Verhältnis der übertragenen Frequenz zur Schallgeschwindigkeit in Luft. Die Gren/frequcnz des Horns ist gleich einem Formfaktor in multipliziert mil der Schallgeschwindigkeit und geteilt durch Ί ,τ. Der Formfaktor m ist durch die folgende Gleichung definiert:The exponentially expanding air chamber can be connected as a broadband transformer, through which the modulator is coupled with the air above the ground. The I lornhalsimpedan /. (with the modulator) is equal to the acoustic impedance of the air divided by the area of the air and also divided by the ratio of the transmitted frequency to the speed of sound in air. The Gren / frequcnz of the horn is equal to a form factor multiplied mil and the speed of sound divided by Ί, τ. The form factor m is defined by the following equation:

I lict/u I dabei bedeutetI lict / u I means

.S'/ = Fläche bei der Erdoberfläche. Si = I lalsflache beim Modulator, > \ - Höhe der l.uf(kissen-oder Druckkammer..S '/ = area at the surface of the earth. Si = I lalsflache at the modulator,> \ - height of the l.uf (pillow or pressure chamber.

Man muß also versuchen, die Mündung tie Druckkammer so groß wie möglich zu machen um trotzdem eine gute Impedanzanpassung /wischen denSo you have to try to make the mouth of the pressure chamber as large as possible still a good impedance matching / wipe the

ρ Modulator und dem Horn aufrechtzuerhalten. Di Ausgangsimpedan/ ties Modulators hängt von tlesse Konstruktion ab und wird am besten empirisc bestimmt.ρ modulator and the horn to maintain. Tuesday Output impedance modulator depends on the design and is best empirical definitely.

In erster Näherung ist die Modulaiorimpedanz gleicl der Druckänderung, die durch eine Änderung um ein Einheit der Gesamtströmung verursacht wird. Die Gesamtströmung ist als Produkt der Halsfläche de Modulators und d»m Luftdurchsatz pro Flächencinhei und Zeiteinheit definiert. Der Druck am Modulator, deAs a first approximation, the module impedance is the same the change in pressure caused by a change of one unit in the total flow. the Total flow is the product of the throat area of the modulator and the air throughput per unit area and time unit defined. The pressure on the modulator, de

ο erforderlich ist um einen vorgegebenen Absolutwcr des Durchsatzes aufrechtzuerhalten, ist gleich de Hälfte der Impedanz der Luft multipliziert mit den Quadrat des Soll-Durchsatzes. Die Impedanz de Modulators ist also gleich der Hälfte der Impedanz de Luft multipliziert mit der Gesamtströmung und dividier durch das Quadrat der Modulatorhalsfläche.ο is required to maintain a given absolute value of the throughput is equal to de Half the impedance of the air multiplied by the square of the target flow rate. The impedance de Modulator is therefore equal to half the impedance of the air multiplied by the total flow and dividing by the square of the modulator neck area.

Im allgemeinen wird man mit Frequenzen unterhalb der Resonanzfrequenz der Luftkissen-Kammer arbeiten, so daß ein breites Frequenzband übertragen werdenIn general, one will work with frequencies below the resonance frequency of the air cushion chamber, so that a wide frequency band can be transmitted

ο kann. Wenn die Untersuchungen mit ein und derselben Frequenz durchgeführt werden, kann man die ganz Luftkissenkammcr bei einer vorgegebenen Frequenz schwingen lassen und dadurch die Schallübcrtragung verbessern. Wie bei der induktiven Frequenzanhebungο can. If the investigations with one and the same Frequency can be carried out, the whole Luftkissenkammcr at a given frequency let it vibrate and thereby improve the sound transmission. As with the inductive frequency increase

;s in einer elektrischen Schaltungsanordnung kann di Resonanz der Luftkissen-Kammer auch zur Erweite rung des Bereiches der übertragbaren Frcqucn verwendet werden, indem man das niederfrequent^ und/oder hochfrequente Ende der Frequenzkcnnlini'; s in an electrical circuit arrangement can di Resonance of the air cushion chamber also to expand the range of transmittable Frcqucn be used by removing the low-frequency and / or high-frequency end of the frequency line

ic des Systems anhebt. Wenn man bei der Auswertung tie empfangenen Signale mit Korrelationsverfahren arbei let, können Verzerrungen und Unregelmäßigkeiten tie Sendeschwingung infolge von Unregelmäßigkeiten it der l'requenzübcrtragung durch entsprechende Äntlcic of the system. If you tie in the evaluation If the received signals work with correlation methods, distortions and irregularities can tie Transmission oscillation as a result of irregularities in the sequence transmission by appropriate Äntlc

h rung tier Korrelationsfunktion kompensiert werden.The correlation function can be compensated for.

/cichnuiiucii/ cichnuiiucii

Claims

21 Il PalciiiiiMsprchu:

1. Seismic vibrator acting on the earth's surface to generate acoustic vibrations-> gen, g e k e η η ζ eich η e t el u r c h an air cushion chamber (25 '; 48; 72), elie at least one larger opening arranged on the bottom and at least has a smaller opening arranged at a different location; an arrangement (22; 32; 37; 68) m for generating pressurized air in the chamber with a device for generating a air flow directed into the chamber through the smaller opening; and an arrangement (62, 64, 66 in FIG. I and 2; 42, 44, 45 in FIG. 4 and 5; 24, ι p 33, 34 in Fig. 7; 32, .13, 36 in Fig. 8th; 33, 35, 38 in FIG. '·) And 10) for modulating the pressure of the air in the chamber.

2. Vibrator according to claim I, characterized in that the modulating arrangement on the air: o acts before it reaches the chamber.

3. Vibrator according to claim 2, characterized in that the modulating arrangement contains a flow valve (35; 42, 44, 54; 62, 64) arranged in the path of the air flow, and the air flow i> with a predetermined modulation frequency alternately obstructs and releases.

4. Vibrator according to claim 3, characterized in that the flow valve (35 in F i g. K); 42, 44, 54 in FIG. 5; 62, 64 in FIG. 2) between the o} air flow generating device (37; 49; 68) and the chamber (25 ';48; 72) is arranged.

5. Vibrator according to claim 2, characterized in that the modulating arrangement is blades contains a fan (32) arranged in the air stream, the angle of attack of which with a predetermined Modulation frequency is changeable (Fig. 8).

6. Vibrator according to claim 3 or 4, characterized in that two elas flow valve adjacently arranged, openwork surfaces 4c chen (42, 44; 62, 64) comprises, each up to the The edges of the flow path are sufficient so that the air must flow through the openings, and that a device (45; 66) for rotating the perforated surfaces with respect to one another is provided.

7. Vibrator according to claim 2, 3 or 6, characterized in that the modulating arrangement at least contains a siren whose speed corresponds to the specified modulation frequency is controllable.

8. Vibrator according to claim 6, characterized in that the perforated surfaces through coaxially arranged cylinders (42, 44 in Fig. 5) are formed.

9. Vibrator according to claim 6, characterized in that the perforated surfaces circular disks (62,64 in Fig. 1) arranged side by side.

K). Vibrator according to Claim 1 or 2, characterized in that <«j characterized in that the modulating arrangement comprises a motor (24) which is driven by an Air flow arranged fan (22) is coupled and provided with a speed control (34), the elie motor speed can be changed with a predefined fts modulation speed (Fig. 7).

II. Vibrator according to one of the preceding claims, characterized in that the chew nier (72) between the small opening or dt small openings and the large opening or the large openings at least approximately exponei lid! runs (Fig. 2).

12. Vibrator according to one of the preceding claims, characterized by several chews kidneys, each connected to an associated small opening through at least one channel are, which each have a device for conveying air into the chamber and a modulating anore tion for modulating the air flowing through with a given modulation speed contains (Fig. J).