Источник сейсмических сигналов Советский патент 1992 года по МПК G01V1/53 

Изобретение относится к устройствам для возбуждения поперечных сейсмических колебаний при геофизической сейсморазведке.

Известно устройство для возбуждения поперечных сейсмических волн, содержащее импульсный генератор двух противоположно направленных сил в виде двух электромагнитов, неподвижно закрепленных на опорной плите, и якоря, соединенного с опорной плитой и перемещающегося между электромагнитами. Каждое отдельное срабатывание источника происходит под действием одного электромагнита.

Наиболее близким к изобретению является источник сейсмических сигналов, содержащий излучающую плиту, закрепленный на ней заполненный жидкостью герметичный корпус, в котором размещен индукционный динамический двигатель двустороннего действия с индуктором, в кольцевых пазах которого уложены катушки возбуждения, и цилиндрическим якорем с короткозамкнутыми катушками, источник питания и коммутатор с блоком управления.

Недостатком источника является его малая сейсмическая эффективность, обусловленная неполным использованием электромагнитной системы двигателя, так как при срабатывании источника работает только половина электродвигателя. В источнике отсутствуют средства регулирования амплитуды, что не позволяет использовать его с

VJ

4 О СО 4 Ю

высокой эффективностью на грунтах с различными физическими свойствами.

Целью изобретения является повышение сейсмической эффективности путем регулирования длительности и амплитуды излучаемого импульса за счет включения в работу обеих катушек каждого паза через заданное время после начала движения якоря.

Цель достигается тем, что в известном источнике сейсмических сигналов, содержащем излучающую плиту, закрепленный на ней заполненный жидкостью герметический корпус, в котором размещен индукционный динамический двигатель двустороннего действия с индуктором, в кольцевых пазах которого уложены катушки возбуждения и цилиндрическим якорем с короткозамкнутыми катушками, источник питания и коммутатор с блоком управления, в каждый кольцевой паз индуктора уложена дополнительная катушка возбуждения, размещенная симметрично с основной катушкой относительно короткозамкнутой катушки якоря и подключена к источнику питания через свой коммутатор, при этом основные и дополнительные катушки чередуются вдоль оси индуктора.

На фиг.1 изображено устройство, общий вид; на фиг.2 - схема включения его катушек возбуждения; на фиг.З и 4 - временные диаграммы токов в катушках возбуждения, иллюстрирующие работу устройства.

Источник сейсмических сигналов (фиг. 1) содержит излучающую плиту 1 с заглубленными в грунт элементами 2. На излучающей плите с помощью ребер 3 закреплен герметичный корпус сейсмоисточника, состоящий из жестко соединенных между собой цилиндра 4 и двух боковин 5 и 6 с цилиндрическими направляющими 7 и 8. На направляющих 7 и 8 с возможностью перемещения вдоль них установлен индуктор 9. являющийся одновременно инертной массой. В двух кольцевых пазах индуктора размещены четыре катушки 10-13 возбуждения по две в каждом пазу, причем катушки 10 и 11 чередуются в пазу в аксиальном направлении, т.е. катушка 10 занимает левую половину паза, а катушка 11 - правую; катушки 12 и 13 также чередуются в пазу в аксиальном направлении, т.е. катушки 12 занимает левую половину паза, а катушка

13- правую. Цилиндрический якорь 14 с короткозамкнутыми кольцами 15 и 16 установлен с возможностью перемещения в обе стороны по внутренней цилиндрической поверхности индуктора 9. Индуктор 9 и якорь

14образуют с боковинами 5 и 6 две замкнутые полости 17 и 18. В нейтральном положении якорь 14 удерживается пружинами 19 и 20, а индуктор 9 - пружинами 21 и 22. Все свободное пространство внутри корпуса сейсмоисточника заполнено жидкостью, на, пример трансформаторным маслом.

Катушки возбуждения присоединены к источнику 23 питания (фиг.2) через коммутаторы 24-27. На фиг.2 показан один из возможных вариантов выполнения коммутаторов на примере коммутаторов 24 и 25. Каждый коммутатор содержит соединенные между собой с источником питания и катушкой возбуждения управляемые ключи 28- 35. В качестве управляемых ключей могут

быть использованы различные коммутирующие устройства полупроводниковые приборы - тиристоры, транзисторы, олтроны, а также механические и электромеханические устройства: реле, герконы и т.п.

На фиг.З кривые 36 и 37 - временные диаграммы тока в катушке 11 возбуждения, кривая 33 - временная диаграмма тока в катушке 10 возбуждения.

На фиг.4 кривая 39 - временные диаграмма тока в катушке 11 возбуждения, кривые 40 и 41 - временные диаграммы тока в катушке 10 возбуждения.

Источник сейсмических сигналов работает следующим образом.

В исходном положении короткозамкну- тые кольца 15 и 16 располагаются напротив центров пазов индуктора 9, что обеспечивает симметрию сейсмических воздействий, направленных влево и вправо; катушки 1013 возбуждения обесточены.

Для возбуждения сейсмического воздействия, направленного влево в момент . времени Т0 (фиг.З), замыкаются ключи 33 и 34 коммутатора 25. Напряжение источника

23 питания подается на катушку 11 возбуждения и формирует в ней импульс тока Гц, направление которого показано на фиг.2, а временная диаграмма - на фиг.З (кривая 36). Одновременно аналогичный импульс тока

I i3 (фиг.2) формируется в катушке 13 возбуждения. Между катушкой 11 и кольцом 15, а также между катушкой 13 и кольцом 16 возникают электромагнитные силы, направленные в одну сторону, которые перемещают якорь 14 влево, а индуктор - вправо. В полости 17 возникает давление жидкости, под действием которого корпус источника с излучающей-плитой 1 смещается влево, формируя сейсмическую волну в

5 грунте.

В момент времени Ti i (фиг. 3} размыкаются ключи 33 и 34 коммутатора 25, и ток в катушке 11 возбуждения прерывается. Аналогично прерывается ток и в катушке 13 возбуждения.

В момент временит Та (фиг.З) замыкаются ключи 29 и 30 коммутатора 24 и ключи 32 и 35 коммутатора 25. Напряжение источника 23 питания подается одновременно на катушки 10 и 11 возбуждения. В катушке 10 возбуждения формируется импульс тока Гю, направление которого показано на фиг.2, а временная диаграмма - на фиг.З (кривая 38). В катушке 11 возбуждения формируется импульс тока Гц, направление которого показано на фиг.2, а временная диаграмма - на фиг.З (кривая 37). Одновременно аналогичные импульсы тока и (фиг.2) формируются в катушках 12 и 13 возбуждения.

Так как в момент Т2 короткозамкнутые кольца 15 и 16 смещены влево относительно центров пазов индуктора, протекание токов в катушках 10-13 возбуждения сопровождается действием на якорь 14 и индуктор 9 электромагнитных сил, вызывающих дальнейшее смещение якоря влево, а индуктора - вправо. При этом продолжается формирование сейсмического воздействия на грунт, направленного влево.

В момент времени Тз (фиг.З) все ключи коммутаторов 24-27 размыкаются, и токи в катушках возбуждения прерываются. В дальнейшем все части источника сейсмических сигналов возвращаются в исходное положение под действием пружин 19-22 и упругих сил грунта.

Для возбуждения сейсмического воздействия, направленного вправо, в момент времени Т0 (фиг.4) замыкаются ключи,28 и 31 коммутатора 24. Напряжение источника 23 питания подается на катушку 10 возбуждения и формирует в ней импульс тока Гю, направление которого показано на фиг.2, а временная диаграмма - на фиг.4 (кривая 40). Одновременно аналогичный импульс тока Г12 (фиг.2) формируется в катушке 12 возбуждения. Между катушкой 10 и кольцом 15, а также между катушкой 12 и кольцом 16 возникают электромагнитные силы, направленные в одну сторону, которые перемещают якорь 14 вправо, а индуктор - влево. В полости 18 возрастает давление жидкости, под действием которого корпус источника с излучающей плитой 1 смещается вправо, формируя сейсмическую волну в грунте.

В момент времени TI (фиг.4) размыкаются ключи 28 и 31 коммутаторы 24, и ток в катушке 10 возбуждения прерывается. Аналогично прерывается ток в катушке 12 возбуждения.

В момент времени Т2 (фиг.4) замыкаются ключи 29 и 30 коммутатора 24 и ключи 32 и 35 коммутатора 25. Напряжение источника 23 питания подается одновременно на

катушки 10 и 11 возбуждения. В катушке 10 возбуждения формируется импульс тока Г ю, направление которого показано на фиг.2, а временная диаграмма - на фиг.4 5 (кривая 41). В катушке 11 возбуждения формируется импульс тока , направление которого показано на фиг.2, а временно диаграмма- на фиг.4 (кривая 39). Одновременно аналогичные импульсы тока

0 (фиг.2) формируются в катушках 12 и 13 возбуждения.

Так как в момент Т2 короткозамкнутые кольца 15 и 16 смещены вправо относительно центров пазов индуктора, протекание то5 ков в катушках 10-13 возбуждения сопровождается действием на якорь 14 и индуктор 9 электромагнитных сил. вызывающих дальнейшее смещение якоря вправо, а индуктора влево. При этом продолжается

0 формирование сейсмического воздействия на грунт, направленного вправо.

В момент времени Тз (фиг.4) все ключи коммутаторов 24-27 размыкаются, и токи в катушках возбуждения прерываются. В

5 дальнейшем все части источника сейсмических сигналов возвращаются в исходное положение под действием пружин 19-22 и упругих сил грунта.

Благодаря тому, что катушки возбужде0 ния, лежащие в одном пазу индуктора, чередуются в аксиальном направлении, электромагнитная сила, действующая на ко- роткозамкнутое кольцо якоря, расположенное напротив этого паза, может быть

5 сформировано направленной как в одну, так и в другую сторону в зависимости от того, на какую из катушек возбуждения паза подается напряжение. При любом направлении воздействия электромагнитная сила, дейст0 вующая на якорь, складывается из одинаково направленных сил, действующих на каждое короткозамкнутое кольцо.

Интервал времени Д Т Т2 - Т0 (фиг.З и 4), задаваемый блоком управления, отличен

5 от нуля, но не превышает времени, в течение которого якорь 14 совершает рабочий ход. Последний связан с начальным зазором 42, показанным на фиг. 1, и превосходит его примерно в 1,1-1,2 раза. Интервал вре0 мени ДТ может быть экспериментально подобран таким, что обеспечивается наибольшая эффективность работы сейсмо- источника. Для грунтов с различными физико-механическими характеристиками

5 оптимальные значения интервала Д Т различны и поэтому возможность его регулирования позволит обеспечить эффективную работу источника сейсмических сигналов на различных грунтах.

Для эффективной работы сейсмоисточ- ника существенно то, что в интервале времени Т2 - Тз токи в катушках возбуждения одного паза текут согласно (фиг.2). Это обеспечивает суммирование возбуждаемых ими магнитных потоков и увеличение электромагнитной силы.

Реверс направления тока в катушках возбуждения (на фиг.2 показано, что противоположны направления токов Ради Г ю, 1 п и Г 11. 112 и . и Via) повышает КПД индукционно-динамического двигателя за счет того, что его магнитопровод работает с перемагничиванием.

Повышение сейсмической эффективности в предлагаемом устройстве достигается, во-первых, увеличением суммарной электромагнитной силы, так как в формировании единичного сейсмического воздействия участвует вся электромагнитная система индукционно-динамического двигателя. При одинаковых размерах магнитопроводов индуктора и якоря электромагнитная сила, развиваемая двигателем в предлагаемом устройстве, может быть увеличена в два раза. Во-вторых, возможность регулирования интервала времени ДТ между подключениями к источнику питания соседних катушек возбуждения одного паза позволит обеспечить эффективную работу устройства на

грунтах с различными физико-механическими характеристиками. В-третьих, реверс направления тока в катушках возбуждения позволит повысить КПД индукционно-динамического двигателя и тем самым повысить эффективность работы устройства. Формула изобретения Источник сейсмических сигналов, содержащий излучающую плиту, закрепленный на ней заполненный жидкостью герметичный корпус, в котором размещен индукционно-динамический двигатель двустороннего действия с индуктором, в кольцевых пазах которого уложены катушки

возбуждения, и цилиндрическим якорем с короткозамкнутыми катушками, источник питания, коммутатор и блок управления, о т- личающийся тем, что, с целью повышения сейсмической эффективности

путем регулирования длительности и амплитуды излучаемого импульса за счет включения в работу обеих катушек каждого паза через заданное время после начала движения якоря, в каждый кольцевой паз индуктора уложена дополнительная катушка возбуждения, размещенная симметрично с основной катушкой относительно коротко- замкнутой катушки якоря и подключенная к источнику питания через свой коммутатор,

при этом основные и дополнительные катушки чередуются вдоль оси индуктора.

Изобретение относится к устройствам для возбуждения поперечных сейсмических колебаний при геофизической сейсморазведке. Цель изобретения - .повышение сейсмической эффективности путем регулирования длительности и амплитуды излучаемого импульса за счет включения в работу обеих катушек каждого паза через заданное время после начала движения якоря. Устройство содержит цилиндрический индуктор, в кольцевые пазы которого симметрично уложены по две катушки возбуждения. В кольцевой расточке индуктора расположен цилиндрический якорь с корот- козамкнутыми катушками. Каждая из пары катушек, расположенных в одном пазу индуктора, подключена к источнику питания через свой коммутатор. Для начала движения якоря ток подают только в одну катушку из двух, расположенных в пазу индуктора. В заданный момент рабочего хода якоря коммутаторы позволяют включать вторую катушку и менять направление тока в обеих катушках. 4 ил. w fe

/т 15 Ю 11 Ч

V

11 13 J6 9 I I I

V Г

Фиг. /

At Л - Г

Ф«г.2

4f

Фиг4