Вибрационный источник сейсмических сигналов Советский патент 1983 года по МПК G01V1/155 

Изобретение относится к источникам сейсмических сигналов вибрацион- ного действия, применяекым в сейсморазведке при поиске нефтяных, газовых и рудных месторождений.

Известны вибрационные источники сейсмических сигналов, содержащие блок управления и возбудитель вибрации электрогидравлического типа, состоящий из электрогидравлического преобразователя и гидравлического исполнительного механизма, включающего в себя гидроцилиндр, образованный реактивной массой и штоком, соединенным с расположенной на грунте излучающей (опорной плитой.

Блок управления вырабатывает электрический управляющий сигнал, который поступает на вход электрогидравлического преобразователя, подключенного к гидроцилиндру гидравлического исполнительного механизма. Электрогидравлический преобразователь в соответствии с упргшляющим электрическим сигналом поочередно подает . рабочую жидкость в полости гидроци.линдра гидравлического исполнительного механизма, в результате чего возникает переменное силовое воздействие, которое, с одной стороны.

через опорную плиту прикладьшается к грунту, возбуждая в нем , ческую волну, а с другой стороны, прикладывается к реактивной массе, вызывая ее возвратно-поступательное движение 1.

Недостатком данных источников является низкий КПД из-за несоглассованности выходного сопротивления источника с сопротивлением грунта в широком диапазоне рабочих частот.

Повышение КПД вибрационных источнико:в может быть достигнуто путем использования резонансных схем с перестраиваемой частотой резонанса. Резонансные схемы обеспечивают наиболеё полную передачу мощности источни-ка в грунт, а возможность перестройyf. jKH частоты резонанса обеспечивает та- кой режим в широком диапазоне рабочих частот.

Известен -также вибрационный источник сейсмических сигналов, который для обеспечения резонансного режима работы содержит пружину с регулируемой жесткостью, включенную между опорной плитой и реактивной массой, а в качестве источника CHJTH используется индуктор. Индуктор с системой управленяя образует автоколебательный контур, обеспечивающий режим незатухающих колебаний резонансной системы источник - грунт, резонансная частота которой определяется массой источника характеристиками грунта, а также величиной регулируемой жесткости. Устройство управления.регулирует величину этой жесткости так, чтобы час тота автоколебаний системы совпадала с частотой опорного сигнала. Таким образом, на любой из частот рабочего диапазона система источник грунт находится в состоянии резонанса, что, во-первых, обеспечивает согласование сопротивлений источника и .грунта, а во-вторых, увеличивает амплитуду силового воздействия на грунт 2. . Недостатком данного источника является сложность, небольшая выходная мощность и низкая надежность, обусловленная применением в качестве источника силы индуктора, работающего в импульсном режиме. При таком режиме работы энергия системы по полняется лишь в момент прохождения импульса тока через обмотку- индуктора, а в остальное время находится в состоянии свободного движения. Поэтому для создания достаточно боль шой амплитуды силового воздействия на грунт требуются мощные импульсы тока, что накладывает повышенные требования к прочности обмоток индук тора и приводит к усложнению конструкции источника. Кроме того, импульсный характер возбуждающей силы сбздает побочные гармоники, ухудшающие качество излучаемой сейсмической волны. Наиболее близким к изобретению техническим решением является вибрационный источник сейсмических сигналов, содержащий механическую резонан сную систему, состоящую из основной реактивной массы, излучающей плиты и гидроцилиндра, полости которого соединены с выходными каналами элек трогидравлического преобразователя, выход которого подключен к выходу блока управления резонансной.частотой, уст ановленный на основной реак тивной массе соосно гидроцилиндру источник переменной силы, вход кото рого подключен через второй электро гидравлический преобразователь к выходу генератора рабочего сигнала, управляющий выход которого соединен с входом блока управления резонансной частотой. Электрический сигнал с выхода ге нерг/гора рабочего сигнала системы управления поступает на вход второг электрогидравлического преобразоват ля, который в соответствии с этим сигн лом переключает поток рабочей жидкости поД давлением то в одну, то в другую полости второго гид оцилиндра. Возникающее при этом силовое воздействие, с одной стороны, прикладывается через излучайщую плиту к грунту и возбуждает в нем сейсмическую волну, а с другой стороны, прикладывается к реактивной массе, вызывая ее колебательное движение. Первый ГИДРОЦИ.ЛИНДР, выполняющий роль пружины с регулируемой жесткостью, осуществляет изменение резонансной частоты источника. Регулирование жидкости такой пружины производится путем смещения плунжера гидроцилиндра из центрального положения к одному из крайних. Устройство управления резонансной частотой устанавливают с помощью первого гидроцилиндра в соответствии со значением частоты рабочего сигнала на такую величину, при которой обеспечивается резонанс механической системы на частоте рабочего сигнала Гз . Недостатком известного источника является низкая добротность резонансной системы и узкий диапазон изменения жесткости, что вызвано параллельным включением первого и второго гидроцилиндров. При таком подключении жесткость второго гидроцилиндра входит в общую жесткость резонансной системы и отрицательно влияет на ее характеристики. Для того, чтобы второй Гидроцилиндр был способен развивать достаточное толкающее усилие на возможно большей рабочей частоте, он должен иметь минимально возможный объем жидкости в полостях и подводящих каналах, соединяющих его с электрогидравлическим усилителем, чтобы сократить расход жидкости на ее сжатие. Но при этом из-за малого объема полостей жесткость такого гидроусилителя будет относительно большой и станет оказывать определяющее влияние на разонансную ча.стоту системы, снизив |при этом возможности ее регулировки с помощью первого гидроцилиндра. К тому же малые объемы полостей не позволят развивать большую .амплитуду колебаний, что необходимо при возбуждении низкочастотной. ( ниже 810 Гц ) сейсмической волны. ГидроцилиНДР источника переменной силы при таком его включении шунтирует механическую резонансную систему, снижая не только диапазон изменения резонансной частоты, но и {добротность резонанса. Целью изобретения является повышение сейсмической эффективности путем расширения диапазона -перестройки резонансной частоты и повышения доб-, ротности резонансной система. Поетевленная цель достигается тем, что вибрационный источник сейс мических сигналов, содержащий механическую резонансную систему, состо ящую из основной реактивной массы, излучающей плиты и гидроцилиндра, полости которого соединены с выходн ми каналами первого электрогидравлического преобразователя, вход которого подключен к выходу блока управления резонансной частотой,установленный на основной реактивной массесоосно гидроцилиндру источник переменной силы, вход которого подключен через второй электрогидравлический преобразователь к выходу генератора рабочего сигнала, управляющий выход которого соединен с входом блока управления резонансной частотой, снабжен дополнительной реактивной массой, связанной с осно ной реактивной массой посредством источника переменной силы. На чертеже представлена предлагаемая схема источника. Источник содержит систему 1 упра ления, в состав которой входят гене ратор 2 рабочего сигнала, управляющий вход которого подключен к входу устройства 3 управления резонансной частотой. Исполнительный механизм содержит механическую резонансную систему, образованную излучающей плитой 4, реактивной массой 5 и гид роцилиндром б, полости которого сое динены с выходами электрогцдравлического преобразователя 7, вход которого соединен с выходом устройств 3 управления резонансной частотой. Источник переменной силы выполнен в виде второго гидррцилиндра 8, один конец которого соединен с реак тивной массой 5, другой конец - с дополнительной реактивной массой 9, а полости соединены с выходами второго электрогидравлического преобра зователя 10, вход которого подключе к выходу генератора 2 рабочего сигНсша. В исходном положении система 1 у равления с помощью устройства 3 управления резонансной частотой устанавливает гидроцилиндр 7 в положени при котором его жесткость обеспечит резонансную частоту системы, равную начальному значению частоты рабочег сигнала. При работе источника рабочий сигнал с выхода генератора 2 поступает на вход второго злактрогидравлического преобразователя 10, при-. водящего в действие ги-дроцилиндр 8 возбудителя вибрации. Возникающее при этом силовое воздействие прикладывается, с одной стороны,.к дополнительной реактивной массе 9, а .с другой - к реактивной массе 5 механической резонансной системл. возбуждая ее колебания. Усиленное за .счет резонансного эффекта силовое воздействие прикладывается через излучаквдую плиту 4 к грунту 1И. возбуждает в нем сейсмическую волну. При изменении частоты рабочего сигнсьла устройство 3. управления резонансной частотой смещает плунжер гидроцилиндра 6 на новое положение, при котором будет выполняться условие резонанса для нового значения частоты. Таким образом, благодаря связи генератора 2 с устройством 3 управления, 11еханическая резонансная система возбудителя вибрации всегда оказывается настроенной на частоту рабочего сигнала. Поскольку источник переменной силы не шунтирует гидроцилиндр 6 механической резонансной системы, то частота и добротность резонанса определяется в основном характеристиками гидроцилиндра 6. Например, если величину дополнительной массы 9 установить в 3-5 раз меньше реактивной массы 5, а также обеспечить жесткость.дополнительного гидроцилиндра 8 в несколько раз больше жесткости гидроцилиндра б, то система из двух реактивных масс 5 и 9 и соединяющего их гидроцилиндра 8 будет вести себя как одна реактивная масса, равная по величине сумме двух реактивных масс, а резонансная частота системы будет определяться жесткостью гидроцилиндра 6. Устранение шунтирующего влияния источника переменной силы на резонансную систему повышает ее добротность и расширяет диапазон перестройки резонансной частоты, что в конечном итоге приводит к увеличению мощности возбуждаемой сейсмической волны в широком диапазоне рабочих частот и, следовательно, к повышению сейсмической эффективности источника. Предлагаемый источник сейсмических сигналов, благодаря наличию резонансной систеки, значительно повысит КПД источника с электрогидравлическим приводом и позволит возбуждать сейсмические волны большой интенсивности, необходимые для сейсмических -и фундаментальных сейсмологических исследований. Формула изобретения Вибрационный источник сейсмичес;ких сигналов, содержащий механическую резонансную систему, состоящую из основной реактивной массы, излучающей- плиты и гидроцилиндра, полости которого соединены с выходными каналами первого электрогидравлического преобразователя, вход которого

подключен к выходу блока управления резонансной частотой, установленный на основной реактивной массе соосно гидроцилиндру источник переменной силы, вход которого подключен через второй электрогидравлический преобразователь к выходу генератора рабочего сигнала, управляющий выход которого соединен с входом блока управления резонансной частотой, о т л и чающийся тем, что, с целью. повышения сейсмической эффективности путем расширения диапазона перестроит ки резонансной частоты и повышения добротности резонансной системы, он снабжен дополнительной реактивной

массой, связанной с основной реактйв ной массой посредством источника переменной силы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Патент США 3159233, кл. 181-0,5, опублик. 1964.

2,Авторское свидетельство СССР W 721789, кл.б 01 V 1/02, 1974.

3,Шагинян А.С. Создание вибрационных источников большой мощности для глубинного зондирования Земли. В кн.: Ilpo6net№i вибргщионного просвечивания Земли. Под,ред. А.В.Нико. лаева, М., Наука :, 1977, с. 1285 136 (прототип).