Источник поперечных сейсмических волн (его варианты) Советский патент 1987 года по МПК G01V1/53 

112902

Изобретение относится к технике возбуждения сейсмических сигналов невзрывным способом, применяемой в разведочной геофизике, в частности в сейсморазведке методом поперечных 5 волн.

Целью изобретения является увеличение интенсивности воздействия на грунт,

JO

На фиг.1 изображена конструктивная схема источника поперечных сейсмических волн по первому варианту; на фиг,2-5 - варианты схем включения его обмоток; на фиг 6 и 7 - временные диаграммы токов в обмотках и электромагнитных сил иллюстрирующие работу устройств; на фиг,8 - конструктивная схема источника поперечных сейсмических волн по второму варианту; на фиг,9 - схема включения его обмоток.

Источник поперечных сейсмических волн по первому варианту (фиг,1) содержит излучающий элемент, выполнен- ный, например, в виде излучающей плиты 1,.а также первый магнито- провод 2 и второй магнитопровод, состоящий из двух частей 3 и 4, размещенных по разные стороны маг- нитопровода 2, Магнитопроводы 2-4 . имеют пазы, обращенные в сторону воздушных зазоров 5 и 6 между магнитопроводами, Магнитопровод 2 укреплен на излучающей плите 1, а Магнитопроводы 3 и 4 выполнены подвижными. Возможна другая схема установки магнитопроводов 2-4, в которой Магнитопроводы 3 и 4 укреплены на излучающей плите 1, магнитопровод 2 выполнен подвижным, В пазы магнито- провода 2 уложены две обмотки 7 и 8 а в пазы магнитопроводов 3 и 4 уложены две дополнительньш обмотки 9 и 10, причем обмотки 7 и 9, а также 8 и 10 образуют две пары обмоток, уложенных в пазы, обращенные в сторону общих для каждой пары воздушных зазоров 5 и 6, На излучающей плите закреплены опорные стойки II, в которых установлены подшипники 12 скольжения, Магнитопроводы 3 и 4 закреплены на валу 13, проходящему через осевое отверстие в магнитопро- воде 2 и опирающемуся на подшип шки 12, Пружины 14 фиксируют магнитопро- воды 3 и 4 в исходном положении. К излучающей плите 1 прикреплены снизу передающие элементы 15, которые

5

0

5

0

5

0

5

0

5

19 .2

заглублены в грунт и предназначены для передачи к нему возмущающего . усилия.

Обмотки 7 и 8 магнитопровода 2 соединены между собой последовательно и подключены к источнику 16 питания (фиг,2). Обмотки 7 и 8 могут быть соединены также параллельно, по дифференциальной схеме, а могут не иметь ни одной общей точки. Источник 16 питания может быть как нереверсивным, т.е. обеспечивающим формирование импульсов тока в обмотках одной полярности, так и реверсивным, т.е. обеспечивающим формирование импульсов тока в обмотках различных полярностей,

К обмоткам 9 и 10 присоединены управляемые ключи 17 и 8. Б качестве ключей 17 и 18 могут быть использованы различные коммутирующие устройства, как управляемые, так и неуправляемые, имеющие как одностороннюю, так и двухстороннюю проводимость. Например, ключи 17 и 18 могут быть выполнены в виде полупроводниковых приборов: диодов, тиристоров, динисторов, транзисторов, оптоэлектрон1-1ых приборов и т.п., а также механических и электромеханических коммутаторов: реле, герко- нов и т.п. При использоватш в качестве ключей 17 и 18 управляемых коммутирующих устройств источник 16 питания может быть как реверсивным, так и нереверсивным, а при использовании в качестве ключей 17 и 18 неуправляемых вентилей наиболее целесообразно применение реверсивного источника 16 питания.

Кроме схемы на фиг,2 возможны и другие варианты схем включения обмоток источника поперечных ceйc мчec- ких волн. Так, в схеме на фиг.З к источнн:ку 16 питания подключены обмотки 9 и 10, а к обмоткам 7 и 8 присоер 1нены ключи 19 и 20; в схеме на фиг.4 к источнику питания 16 подключены обмотки 8 и 9, а к обмоткам 7 и О присоединены КЛЕОЧИ 21 и 22; в схеме на фиг.З к источнику 16 питания подключены обмотки 7 и 10, а к обмоткам 8 и 9 присоединены ключи 23 и 24. Все схемы на фиг.2-5 объединяет общая закономерность: в каждой паре обмоток, уложенных в пазы, обращенные в сторону общих воздущных зазоров (дпя пары обмоток

7 и 9 оби;им является воздушный зазо 5, а для пары обмоток 8 и 10 обшкм является воздушный зазор 6), одна обмотка подключена к источнику питания, а ко второй обмотке присоеди- нен ключ.

На фиг.6 и 7 кривая 25 - временная диаграмма тока в обмотках 7 и 8j кривая 26 - временная диаграмма тока в обмотке 9; кривая 27 - време ная- диаграмма электромагнитной силы отталкивания, действующей между маг нитопроводами 2 и 3; кривая 28 - временная диаграмма электромагнитной силы притяжения, действующей между магнитопроводами 2 и 4,

Источник поперечных сейсмических волн по первому варианту работает следующим образом,

В исходном состоянии под действи ем пружин 14 магнитопроводы 3 и 4 занимают среднее положение, так что воздушные зазоры 5 и 6 одинаковы.

В начальный момент времени t

(фиг.6) на обмотки 7 и 8 от источ- ника 16 питания подается напряжение например, полярностью, указанной на фиг.2, и одновременно замыкается один из ключей, например ключ 17, В обмотках 7 и 8 формируется импульс тока i, , направление.которого показано на фиг.2, а временная диаграмма - на фиг.6 (кривая 25). При это в обмотках 9 и 10 индуктируются ЭДС, полярность которых указана на фиг.2.

Индуцированная в обмотке 9 ЭДС .вызывает вторичный ток i, направле |ние которого показано на фиг.2, а временная диаграмма - на фиг.6 (кривая 26). В момент времени t, (фиг.6), когда ток i достигает нулевого значения, ключ 17 размыкается. Протекание токов i, и обмотках 7 и 9 соответственно вызыва- ет появление магнитных потоков Ф и Ф„, охватывающих указанные обмотки так, как это показано на фиг.. Взаимодействие магнитных потоков Ф и Ф с токами i и i приводит к возникновению пары электромагнитных сил F отталкивания между магнито- проводом 3 и левой половиной маг- нитопровода 2, направление действия которых показано на , а вре- менная диаграмма - на фиг.7 (кривая 27).

Индудированная в обмотке 10 ЭДС не вызывает в ней вторичного тока,

так как этому препятствует разомкну иый ключ 18. В результате протекания тока i. по обмотке 8 в правой половине магнитопровода 2 формируется магнитный поток , охватываюш 1 обмотки 8 и 10 так, как это показан на фиг.1, и вызывающий появление пары электромагнитных сил F притяжния между магнитопроводом 4 и право половины магнитопровода 2, направление действия которых показано на фиг.1, а временная диаграмма/- на фиг.7 (кривая 28).

Результирующая сила, действующая на магнитопровод 2, представляет собой сумму электромагнитных сил отталкивания F, от , магнитопровода 3 и притяжения F. к магнитопроводу 4. Результирующая сила передается жестко связанной с магнитопроводом 2 излучающей плите 1, а от нее через передающие элементы 15 грунту, в результате чего возбуждаются сейсмические волны.

Дпя изменения направления действия результирующей силы на противоположное необходимо в момент времени to (фиг.6) замкнуть ключ 18, а ключ 17 оставить разомкнутым. В этом случае между правой половиной магнитопровода 2 и магнитопроводом 4 действует электромагнитная сила отталкивания, а между левой половиной магнитопровода 2 и магнитопроводом 3 - электромагнитная сила притяжения,

При использовании в качестве ключей 17 и 18 неуправляемых вентилей изменение направления действия возмущающей силы источника поперечных сейсмических волн достигается изменением полярности напряжения источника 16 питания.

Источник поперечных сейсмических волн по первому варианту работает аналогично описанному и в тех случаях, когда магнитопроводы 3 и 4 укреплены на излучающей плите 1, а магнитопровод 2 выполнен подвижным (при этом возмущающая сила передает- ся на излучающую плиту 1 через магнитопроводы 3 и 4) или при включении обмоток 7-10 по любой из схем, приведенных на фиг.3-5.

Источник поперечных сейсмических волн по второму варианту (фиг.8) содержит излучающий элемент, выполненный, например, в виде излучающей плиты 29, а также первый магнитопро51

вод, состоящий из двух частей 30 и 31, и второй магнитопровод 325 причем м-агнитопроводы 30 и 31 размещены по разные стороны магнитопрово- да 32, Магнитопроводы 30-32 имеют пазы, обращенные в сторону обпщх воздушных зазоров 33 и 34 между магнитопроводами, Магнитопровод 32 укреплен на излучающей плите 29, а Магнитопроводы 30 и 31 выполнены под вижными. Возможна другая схема установки магнитопроводов 30-32, в которой Магнитопроводы 30 и 3I укреплены на излучающей плите 29, а магнитопровод 32 выполнен подвижным, В пазы магнитопроводов 30 и 31 уложены две обмотки 35 и 36, а в пазы магнитопровода 32 уложена дополнительная обмотка 37. На излучающей плите 29 закреплены опорные стойки 38, в которых установлены подшипники 39 скольжения. Магнитопроводы 30 и 31 закреплены на валу 40, проходящему через осевое отверстие в магни- топроводе 32 и опирающемуся на под- шипники 39. Пружины 41 фиксируют Магнитопроводы 30 и 31 в исходном положении, К излучающей плите 29 прикреплены снизу передающие элементы 42, которые заглублены в грунт и предназначены дня передачи к нему возмущающегося усилия.

Для увеличения амплитуды перемещения излучающей плиты 29 при не- дост-аточной массе подвижных магнитопроводов 30 и 31 к последним могут быть прикреплены дополнительные пригрузы (на фиг,8 не показаны)

Обмотка 37 магнитопровода 32 подключена к источнику 43 питания, а к обмоткам 35 и 36 магнитопроводов 30 и 31 присоединены управляемые ключи 44 и 45 (фиг, 9),

Источник питания 43 может быть как нереверсивным, так и реверсив- ным, В качестве ключей 44 и 45-могут быть использованы различные коммутирующие устройства как управляемые, так и неуправляемые, имеющие как одностороннюю, так и двухсторон- нюю проводимость. Например, ключи ,44 и 45 могут быть выполнены в виде полупроводниковых приборов: диодов, тиристоров, динисторов, транзисторов оптоэлектронных приборов и т,п., а также механических и электромеханических коммутаторов: реле, герконов и т,п. При использовании в качестве ключей 44 и 45 управляемых коммути

5 0

5 0 5

5

0

196

рующих устройств источник 43 питания может быть как реверсивным, так и нереверсивным, а при использовании в качестве ключей 44 и 45 неуправляемых вентилей наиболее целесообразно применение реверсивного источника 43 питания.

Источник поперечных сейсмических волн по второму варианту работает следующим образом,

В исходном состоянии под действием пружин 41 Магнитопроводы 30 и 31 занимают среднее положение, так что воздушные зазоры 33 и 34 одинаковы..

В начальный момент времени t, (фиг,6) на обмотку 37 от источника питания 43 подается напряжение, например, полярностью, указанной на фиг,9, и одновременно замыкается один из ключей, например ключ 44, В обмотке 37 формируется импульс тока i , направление которого показано на фиг,9, а временная диаграмма - на фиг,6 (кривая 25), При этом в обмотках 35 и 36 индуктируются ЭДС, полярность которых указана на фиг,9,

Индуцированная в обмотке 35 ЭДС вызывает вторичный ток i , направление которого показано на фиг,9, а временная диаграмма - на фиг,6 (кривая 26), В момент времени t (фиг.6), когда ток 2 достигает нулевого значения, 1шюч 44 размыкается, Индукти- рованн;1Я в обмотке 36 ЭДС не вызывает в вторичного тока, так как этому препятствует разомкнутый ключ 45, Б результате протекания токов i. и i в магнитопроводах формируются магнитные потоки Ф, и Ф, причем поток Ф охватывает одновременно обмотки 36 и 37, а поток Ф - только обмотку 35, Направление магнитных потоков Ф, и Ф указано на фиг,8,

Взаимодействие магнитных потоков Ф, и Ф с токами i и ij приводит к возникновению пары электромагнитных сил F отталкивания между магнитопроводами 32 и 30, направление действия которых показано на фиг,8, а временная диаграмма - на фиг,7 (кривая 27), В то же время магнитный поток .Ф вызывает появление пары электро- магнитн15 х сил F притяжения между магйитопроводами 32 и 31, направление действия которых показано на фиг,8, а временная диаграмма - на фиг,7 (кривая 28),

7 . 1

Результирующая сила, действующая на магнитопровод 32, представляет собой сумму электромагнитных сил отталкивания F от магнитопровода 30 и притяжения F к магнитопроводу 31. Результирующая сила передается жестко связанной,с магнитопроводом 32 излучающей плите 29, а от нее через передаюш 1е элементы 42 грунту, в результате чего возбуждаются сейсмичес кие волны,

Дпя изменения направления действия результирующей силы на противоположное необходимо в момент времени tp (фиг,6) замкнуть ключ 45, а ключ 44 оставить разомкнутым. Б этом случае между магнитопроводами 32 и 31 будет действовать электромагнитная сила отталкивания, а между магнитопроводами 32 и 30 - электромаг- нитная сила притяжения.

При использовании в качестве ключей 44 и 45 неуправляемых вентилей изменение направления действия возмущающей силы источника поперечных сейсмических волн достигается изменением полярности напряжения источника 43 питания.

Источник поперечных сейсмических волн по второму варианту работает аналогично, описанному и в том случае, когда магнитопроводы 30 и 31 укрепле№1 на излучающей плите 29, а магнитопровод 32 выполнен подвижным; при этом возмущающая сила передается на излучающую плиту 29 через магнитопроводы 30 и 31.

Использование изобретения позволяет повысить интенсивность воздействия на грунт без увеличения габа- ритов маг штопроводов, что увеличивает интенсивность возбул даемых сейсмических волн и тем самым поднимает сейсмическую эффективность источника.

Источник поперечных сейсмических волн по второму варианту по сравнению с первым вариантом позволяет снизить расход меди, так как содержит не четыре, а три обмотки, и расход электротехнической стали, иду- щей на из готовяei-ше среднего магнитопровода. В то же время источник по первому варианту имеет более широкий диапазон регулирования выходных характеристик, чем второй вадиант, за счет возможности варьирования схем Бктпочения обмоток

5

2

5

5

О

5 0 5

0

198

Формула изобретения

1.Источник поперечных сейсмических волн, содержащий излyчaюau й элемент, а также два магнитопровода, центральный и боковой, с пазами, об- ращенными в сторону общих воздушных зазоров между магнитопроводами, причем боковой магнитопровод выполнен из двух частей, размещенных по разные стороны центрального магни- т.опровода, один из магнитопроводов укреплен на излучающем элементе, а другод выполнен подвижным, в пазы одного из магнитопроводов уложены две обмотки, и блок управления, о т- личающийся тем, что, с целью увеличения интенсивности воздействия на грунт, обе части бокового магнитопровода поджаты к центральному магнитопроводу, в пазы которого уложены две дополнительные обмотки, в каждой паре обмоток, уложенных в пазы, обращенных в сторону общих воздущных зазоров, одна обмотка подключена к источнику питания, а к второй обмотке присоединен ключ, при этом ключи разных обмоток подключены с возможностью попеременного замыкания цепей своих обмоток,

2, Источник поперечных сейсмических волн, содержащий излучающий элемент , а также центральный и боковой магнитопроводы с пазами, обращенными в сторону общих воздушных зазоров между магнитопроводами, причем боковой магнитопровод выполнен из двух частей, размещенных по разные стороны центрального магнитопровода, один из магнитопроводов укреплен на излучающем элементе, а другой выполнен подвижным, в пазы каждой части бокового магнитопровода уложена обмотка, и блок управления, о.тличаю- щ и и с я тем, что, с целью увеличения интенсивности воздействия на грунт, обе части бокового магнитопровода поджаты к центральному магнитопроводу, в пазы которого уложена дополнительная обмотка, подключенная к источнику питания, а к каждой обмотке бокового магнитопровода присоединен ключ, при этом ключи разных обмоток подключены с возможностью попеременного замыкания цепей своих обмоток.

П

-j4-e.

3 7

2

W

8} СШ

Фиг. 2

Изобретение относится к технике возбуждения сейсмических сигналов для цепей сейсморазведки методом поперечных волн. Цепь изобретения - увеличение интенсивности воздействия на грунт. На излучающей плите 1 закреплены опорные стойки 11 с валом 13, на котором установлены неподвижный первый магнитопровод 2 с обмотками 7 и 8 и подвижный второй магнитопровод, состоящий из двух подвижных частей 3 и 4 с обмотками 9 и 10. Обмотки 7 и 8 соединены последовательно и подключены к источнику питания. К обмоткам 9 и 10 присоединены ключи. При подаче от источника питания с полярностью напряжения от обоих пар магнитопроводов возникают силы, действующие на магнитопровод 2 в одном направлении. Меняя полярность, меняют направление действующей силы. Таким образом удается увеличить амплитуду силы, а с ней интенсивность воздействия на грунт, не увеличивая габаритов магнитопроводов. 2с.п. ф-лы, 9 ил. С б (Л ч W 15 ////////7 Д /w Х/ /// /А /////// /////X у7//// /// S 7 2 86 Ю 4. rsd ;о

5

3 L7 6

j . II

J сI I:

Ш

.3

8 J (70 Z2

22

c/ff.

(fjue.ff

25

26

ера.6

to

.7

J5 33 J2 37 36

o, ,./- ... - j

38

Редактор Н.Горват

Составитель Райкова

Техред А.Кравчук Корректор А. Обручар.

Заказ 7896/42 Тираж 752Подписное

ВНИИПИ Государственного комР1тета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород ул. Проектная, 4