用于生成和控制地球物理探测传导声波的系统和方法

专利名称：用于生成和控制地球物理探测传导声波的系统和方法
技术领域：
本发明主要地涉及用于生成和控制过压波的系统和方法。具体而言， 本发明涉及控制在管状结构内流动的燃料-氧化剂混合物的引爆以生成、 引导和聚焦过压波。本发明也涉及用于将反冲力(即过压波的生成所产生
介质内感兴趣区域的传导声波。具体而言，本发明也涉及控制在一个或者 多个管状结构内流动的燃料-氧化物混合物的引爆所引起的反冲力，以生 成和控制用于地球物理探测目的的传导声波。
背景技术：
过压波是大于周围大气压的瞬态气压(比如来自爆炸的冲击波)。这
经常使用各种方法来造成在所需方向上定向的过压波。例如，定向电 荷方法可以涉及到针对能够维持冲击的物体(例如厚的混凝土结构)布置 爆炸，使得爆炸的能量将从物体向外定向。类似地，各种'成形电荷，方法 用来造成爆炸的大部分能量在所需方向上定向。类似地，冲击屏障(如混 凝土墙或者陶制护道)经常用来将潜在爆炸的能量重定向，《吏其离开贵重 资产如建筑物。英国专利GB 1,269,123描述了在燃烧管中引爆乙烯和氧 并且将引爆波用于涂覆(coating)以驱动涡轮引擎和用于火箭推进。美国
4专利4,662,844和4,664,631描述了在燃烧室内引燃燃料和氧化剂混合物以 产生引爆燃烧波从而模拟武器效果。美国专利5，864，517描述一种用以生 成如下声波的脉冲式燃烧声波生成器，该声波可以用于针对A^控制或者 自卫的非致命失能、损伤或者停止流动、矿藏引爆、野生生物控制、声学 清洁和触发雪崩。这些方法的类似之处在于它们造成从引爆管的开放端向 外定向的过压波。于是存在用于对it^波进行定向的各种方法。
然而希望具有一种用于生成和控制针对有用目的的过压波的改进系 统和方法。
在地球物理探测系统中经常使用引入地下的地震冲击波。通常使用爆 炸或者振动耦合器将这样的地震冲击波引入或者传导到地面。将爆炸用于 这样的目的有危险、成本高并且难以精确地控制最终的冲击。振动耦合器 的运送通常需要5吨或者10吨卡车并且设置起来耗费时间。
英国专利934,749公开一种声学生成器和地震探测系统，其中开放端 接式燃烧室用来生成向水中或者在地面向下定向的声学能量脉冲，并且地 震检测器用来检测用于地震测量的脉冲反射。
美国专利3,235,026和4,043,420描述了经由底板接地的闭合引爆室， 其中氧气-燃料-氧化剂混合物的引爆产生了针对各底板及搁置该底板的 地表面施加压缩冲激的冲击波，由此将地震波引发到地表以下。该专利公 开了使引爆室中的开口排出废气开口的减震器的可选形式。
美国专利5,864,517叙述了"通过将声波引入地面并且记录它们的反 射，科学家可以确定地表以下的组成，，并且脉冲式燃烧声波生成器+艮据地 球物理探测研究"可以生成有准确间隔的精确声波以增加可以获得的信息 量"。然而这一现有技术并未教导如何可以生成此类有准确间隔的精确声 波。
由本发明的发明人良明的并且在美国专利6,360,173中描述的一种替 代的地球物理探测方式使用引爆管作为冲激地震源以生成向地球物理结 构和/或性质传播的时间编码单循环波形序列，从而造成地球物理结构和/ 或性质返回回声，并且使用用于感测代表回声的数据的感测装置。
希望具有一种出于探测目的将能量引入地面或者另一介质的改进系 统和方法
发明内容
简而言之，本发明是一种用于生成具有所需量值的过压波的改进系统 和方法。具有所需燃烧特征的燃料-氧化剂混合物在所需流速引入管状结 构中。在一个示例实施例中，管状结构包括具有指定长度和直径的引爆管。 通过在流动的燃料-氧化剂混合物内引入火花在引爆管的一端引爆流动的 燃料-氧化剂混合物。所得的引爆沖激在它引燃引爆管内余留的流动燃料-氧化剂混合物时沿着引爆管的长度行进。可以选择燃料-氧化剂混合物的 燃烧特征和流速以控制引爆沖激的能量。具有逐级(即越来越大)直径的 一个或者多个附加引爆管可以可选地与初始引爆管组合以产生逐级引爆
管组合，ilit成引爆沖激在它行进经过具有更大直径的每个相继引爆管时
在本发明的第一示例实施例之下，引爆管(或者逐级引爆管组合)具 有在所需方向上从中投射过压波的开放端。在一种布置之下，多个引爆管 (或者逐级引爆管组合)共同定位并且以各种可能配置之一分组，以造成
它们投射的it^波彼此组合。组合的投射过压波的值等于由单个引爆管投 射的过压的引爆管数目N倍。组合的投射过压波的远场组合功率是从单 个引爆管投射的功率的W倍。在一种替代布置之下，多个单独引爆管(或 者逐级引爆管组合)位于稀疏阵列中，这允许控制在各种引爆管内的引爆 定时，使得引导投射的过压波，因而它们的功率在一个或者多个所需位置 组合。这样， 一个或者多个引爆管可以用来聚焦和引导过压波以在所需位 置产生所需功率。本发明第一示例实施例的应用包括但不限于用于训练目 的的爆炸物仿真、爆炸物屏障测试、矿藏/建筑物爆破、4控制、边界
防护、动物/鸟类/昆虫控制、囚犯控制、结构强JL/完整性测试、向风车或
者涡轮提供旋转运动、用作火箭式推进的推力源、公路/跑it/机场等除尘/ 沙/雪/水、从树木/灌木/植物收获水果/蔬菜/谷物等和类似农业应用、工业 清洁(例如烟囱/沉淀剂)、物体形成(例如顺应压制/模制工艺)、灭火以 及广而言之多数任何区域禁止/安全应用。
在本发明的第二示例实施例之下，由生成的过压波的定时序列中的每
个it^波造成的反冲力耦合到目标介质如地、冰或者水以便产生可以用来 探测目标介质内感兴趣区域(例如地下石油沉积物)的传导声波序列。在 一种示例布置之下，生成的过压波的反冲力通过耦合部件耦合到目标介 质。在一个实施例中，反冲力等于从生成的过压波获得的反向动量的导数。 在一种替代示例布置之下，过压波生成器将生成的过压波的反冲力直接耦 合到目标介质。传导声波序列行进经过目标介质、从感兴趣区域反射，并 且对应反射由布置于阵列中的多个接收器件中的各器件接收。可以处理接收的反射以便产生表征感兴趣区域的三维数据集。利用这一实施例，过压 波可以可选地耦合到消声装置中，该消声装置对与过压波关联的声音进行 消声并且也在it^波释放到周围环境中之前衰减过压波。这一实施例的耦
合部件包括具有阻尼控制的弹簧式机构，其中选择耦合部件的形状和材料 以在能量变换与对系统的不利影响(即磨损)之间实现适当平衡。耦合部
阻抗板将反冲力耦合到目标介质，这产生传导声波。与第一示例实施例一 样，在一种布置之下，多个引爆管(或者逐级引爆管组合)协同定位并且 以各种可能配置之一被分组从而如上文先前描述的那样造成它们投射的 it^波彼此组合，这提供了可用于耦合到目标介质的反冲力的对应增加。 在一种示例替代布置中，多个单独引爆管(或者逐级引爆管组合)位于稀 疏阵列中，这允许控制在各种引爆管内的引爆定时。利用这一方式，控制 传导声波的定时以聚焦和引导它们，以便在目标介质内的所需位置组合。 本发明第二示例实施例的应用包括但不限于向引擎或者泵供以动力、将防
护柱/桩驱动到地下、用作填塞设备(例如用以压缩泥土)、用作强行i^yV 设备(如攻坚物)、对水体底部进行成像以及用来碾碎物体/使物体变形/ 压印金属/等。
在本发明的第三示例实施例之下，本发明的过压波生成器用来生成剪 切波。在一种布置之下，过压波生成器平行于目标介质来取向并且用来产 生过压波。它的反冲力用来生成平面剪切波。在一种替代布置之下，两个 或，，多过，波生成，平:亍于目标^质来取向p并且布置为^f吏得它们在相
本发明提供一种用于生成传导声波的方法，该方法包括以下步骤在 具有开放端的至少一个引爆管内造成至少一次引爆以生成至少一个过压
波；以及将至少一个过压波的反冲力耦合到目标介质以生成至少一个所述 引导声波。在一种布置之下，至少一个引爆管的开放端被取向成垂直于并 且背离目标介质对过压波进行定向。在另一布置之下，至少一个引爆管的
开放端被取向成平行于目标介质对it^波进行定向，由此取决于如何布置
至少一个过压波生成器而造成反冲力产生平面剪切波或者球面剪切波。 目标介质可以是地、冰或者水中的任一个。可以通过控制在所述至少
一个引爆管中的每个引爆管内流动的燃料-氧化剂混合物的引爆来生成过 压波。可以根据引爆^lt来生成过压波，该引爆^lt可以是定时码如巴克 码。可以对至少一个过压波的声音进行消声。对生成定时将声波定向到目标介质内的 感兴趣位置。
本发明提供一种用于生成传导声波的系统，该系统包括具有开放端 的至少一个引爆管，用于生成至少一个过压波；以;5L耦合部件，用于将所 述至少一个过压波的反冲力耦合到目标介质以生成至少一个所述传导声 波。该系统还可以包括向至少一个引爆管的移动提^^稳定性的稳定^。
利用一种方式，至少一个引爆管的开放端被取向成垂直于并且背离目 标介质对至少一个过压波进行定向，而稳定机构仅允许上下移动。取而代 之，至少一个引爆管的开放端被取向成平行于背离目标介质对至少一个过 压波进行定向，而稳定机构仅允许侧向移动。
通过控制在所述至少一个引爆管中的每个引爆管内流动的燃料-氧化 剂混合物的引爆来生成每个it^波。可以根据引爆参数来生成it^波，这 些引爆#可以是定时码如巴克码。
消声器可以与至少一个引爆管关联。
本发明提供一种用于生成和定向传导声波的系统，该系统包括定位 于稀疏矩阵中的多个过压波生成器，多个过压波生成器每个都包括具有开 放端并且用来生成多个过压波的至少一个引爆管，多个it^波每个都具有 反冲力；以及多个耦合部件，用于将所述多个it^波的反冲力耦合到目标 介质以生成所述引导声波，这些引导声波基于多个过压波的相对生成定时 被定向到目标介质内的感兴趣位置。


参照附图描述本发明。在附图中，相似的标号表示相同或者功能相似 的单元。此外，标号最左边的数字标识该标号首次出现的附图。
图1A图示了一个示例现有技术引爆管，该引爆管具有分离的燃料供 应和氧化剂供应以及在管已经填充之后在管的闭合端引燃燃料-氧化剂混 合物的火花塞；
图1B图示了第二示例现有技术引爆管，该引爆管具有燃料-氧化剂供 应以及在管已经填充之后在管的闭合端引燃燃料-氧化剂混合物的火花
塞；
图2A图示了本发明的一个示例引爆管，该引爆管具有从燃料-氧化剂
8混合物供应接收燃料-氧化剂混合物并且在燃料氧化剂混合物流入管中时
引燃它的引爆器；
图2B描绘了通it^气体混合物的流内产生电弧来工作的本发明引爆 器的第一实施例；
图2C描绘了与图2B中所示引爆器相似的本发明引爆器的第二实施 例，不同之处在于它包括分叉到主管中的两个导体从而使火花长度随着它 行进到主引爆管中而增加；
图3A描绘了本发明引爆器的另一实施例的端视图3B描绘了图3A的引爆器的侧视图4描绘了一个示例逐级引爆管组合，由此直径越来越大的管组合用 来放大引爆波；
图5描绘了直径跨itit大引爆波的管的长度而增加的一个示例引爆
管；
图6图示了管外围逐渐收缩、然后逐渐扩大的管；
图7A描绘了并排的第一引爆管和第二引爆管；
图7B描绘了布置为使得引爆管组合的更大引爆管相互接触的四个引 爆管组合；
图7C描绘了直径扩大的三个引爆管；
图7D描绘了布置为类似于六边形结构的七个引爆管；
图7E描绘了以圆形方式布置的十二个引爆管；
图8描绘了具有第一直径的三个引爆管连接到具有第二更大直径的 更大引爆管以放大由更小管生成的组合脉沖的侧视图9提供了单独引爆管的点燃定时如何在远场中的单点处聚焦功率 的图解；
图10描绘了引爆4个引爆管的稀疏阵列以便引导过压波使得它们在 所需位置组合；
图11描绘了引爆4组引爆管的稀疏阵列以便引导过压波使得它们在 所需位置组合；
图12图示了将7个引爆管的六边形子阵列高效打包成共计224个引爆管的组合阵列的 一个例子；
图13描绘了将本发明的过压波生成器的反冲力用于地震探测的系
统；
图14描绘了用于地震探测过程的逻辑流程图； 图15描绘了本发明的地震探测系统的阵列；
图16描绘了本发明的地震探测系统的可缩放圓形阵列模式的顶视
图17A描绘了根据本发明一个实施例的平面剪切波生成器的侧视图； 图17B描绘了平面剪切波；
图18A描绘了根据本发明一个实施例的球面剪切波生成器的平面图18B描绘了球面剪切波；图18C描绘了根据本发明另一实施例的 球面剪切波生成器的平面图；以及
图18D描绘了才艮据本发明又一实施例的球面剪切波生成器的平面图。
具体实施例方式
现在将参照其中示出本发明示例实施例的附图更完全地具体描述本 发明。然而，本发明不应理解为限于这里阐述的实施例；实际上，提供实 施例是为了使本公开将是透彻和完整的并且将向本领域技术人员完全地 传达本发明的范围。相似的标号通篇指代相似的单元。
本发明提供一种用于生成和控制也称为声波或者声脉冲的过压波的 改进系统和方法。示例过压波可以通过它们在0.1Hz到30KHz范围中的 频率来表征。该系统的^是在一端开放的管内引燃高能量、可引燃气态 或者扩散式燃料空气或者燃料氧气混合物，其中可以4吏用多种可燃燃料中 的任一种，包括乙烷、甲烷、丙烷、氩、丁烷、乙醇、乙炔、MAPP气 体、汽油和航空燃料。气体混合物在管的闭合端引爆，itit成引爆波沿着 管的长度传播，其中引爆端和引爆波作为过压波退出管的开放端。管在这 里称为引爆管，而引爆波在这里称为引爆脉沖或者冲激。
本发明第一个实施例包括至少一种引爆管装置和用于控制引爆定时 的定时控制^J。引爆管装置包括至少一个引爆管、至少一个引爆器和燃 料-氧化剂混合物供应子系统。 一个或者多个引爆器可以与给定的引爆管一起使用，而引爆器可以与多个引爆管一起4吏用。 一个或者多个火花引发 器与一个或者多个引爆器关联，其中单个火花引发器可以在可以并联或者 串联的多个引爆管中引发火花，而多个火花引发器可以在单个引爆管中引 发火花。定时控制机构控制一个或者多个引发器的定时。
火花引发器可以是高电压脉冲源。作为对高电压脉冲源的一种替代， 受触发火花隙方式可以用作火花引发器。用于火花引发器的其它替代包括 激光器和爆丝。
定时控制机构可以是简易触发机构、固定逻辑或者是更复杂的控制处 理器。控制处理器也可以用来控制燃料-氧化剂混合物供应子系统的可变 #或者这样的#可以固定。
燃料-氧化剂混合物供应子系统维持燃料-氧化剂混合物的燃料与氧 化剂的所需质量比和燃料-氧化剂混合物的所需流速。可以取决于引爆器 的长度和直径特征来选择所需燃料与氧化剂之比和流速，以实现的所需引
爆特征。例如， 一个实施例将丙烷-空气燃料-氧化剂混合物、5.5的质量 比和50升/分钟的流速用于长度为l"而直径为V4，，和由聚四氟乙烯制成、 具有第一引爆管的引爆器，该第一引爆管由不锈钢制成、长度为9"并且 直径从连接到引爆器的一端为0.8"到连接到第二引爆管的一端为0.65" 逐渐变小，该第二引爆管由钛制成、长度为32"而直径为3"。取而代之， 第一引爆管可以具有0.8，，的恒定直径。
商用质量流量控制阀技术可以用来控制燃料-氧化剂混合物的燃料与 氧化剂的质量比和燃料-氧化剂混合物的流速。取而代之，商用技术可以 用来测量进入燃料-氧化剂混合物混合装置中的氧化剂的质量流量，而精 确的氧化剂质量流量测量可以用来控制质量流量阀以调节为了实现燃料-氧化剂混合物的燃料与氧化剂的所需质量比而需要的燃料的质量流量。
在流动的燃料-IUt剂混合物内的引爆
现有技术的气体引爆系统需要长管或者高度可引爆的气体混合物如 氧气和氢气以便产生引爆。否则它们将仅为"可爆燃"，这是一个緩慢而几 乎静默的过程。对照而言，本发明的一个方面提*使用适度爆炸气体混 合物(如丙烷和空气)在长度如一英尺那样短而直径为2英寸的管内产生 短的高强度声脉冲的能力。与现有技术的系统不同，本发明的这一方面实 施于如下示例系统中，该系统使电弧穿it^其中将发生引爆的管进行填充 的气体和氧化剂混合物的流动(或者移动)流。当管基本上充满时，在管中的填充点处流动气体内引发快速火花，这触发了管内部所有气体的后续 引爆。取而代之，可以通过激光器或者通过根据本发明的任何其它适当引 燃和引爆方法来引爆流动气体。在流动气体技术内的这一引燃在与引燃非
生引爆而需要的管长度。另夕卜，根据本发明这一方面的引爆需要l焦耳级
的能量以引爆燃料-氧化剂混合物，而现有技术的系统可能需要100焦耳 到1000焦耳能量以实现引爆。这一方法的更多合乎需要的结果是在电弧
触发与声波从管的后续发射之间时间的不确定性减少以及引爆脉沖量值 的可重复性。这样，根据本发明这一方面的引爆器实现了对过压波的精确 定时和量值控制。
图1A描绘了现有技术引爆系统的侧视图。引爆管100具有在向引爆 管100填充燃料-氧化剂混合物106的填充时段中开放的分离燃料供应102 和氧化剂供应104。在填充时賴:之后，燃料供应102和氧化剂供应104闭 合，而在所需时间通过高压线108向火花塞110施加引燃燃料-氧化剂混 合物106的放电，这造成引爆波沿着引爆管100的长度传播并且退出它的 开放端112。类似地，图1B描绘了另一现有技术引爆系统的侧视图，其 中引爆管100具有在向引爆管100填充燃料-氧化剂混合物的填充时段中 开放的燃料-氧化剂混合物供应105。在填充时段后，燃料-氧化剂混合物 供应105闭合，而在所需时间通过高压线108向火花塞110施加引燃燃料 -氧化剂混合物106的放电，ilit成引爆波沿着引爆管100的长度传播并 且退出它的开放端112。
图2A描绘了经由引爆器114由燃料-混合物供应105供应的本发明过 压波生成器11的引爆管100，其中火花在燃料-氧化剂混合物106内引燃 而向引爆管100填充燃料-氧化剂混合物106，这造成引爆波沿着引爆管 100的长度传播并且退出它的开放端112。在一个实施例中，在流动的燃 料-氧化剂混合物内的引燃过程中维持适当的燃料-氧化剂混合物itil。已 经发现在相当的流量范围中流速越高则引爆波的演变越快。因此， 一个示 例实施例使用高的流速。对于给定的火花能量，某一流速限定流速的实际 上限。在一个实施例中，馈给引爆管的管道系统(tubing)在临界半径以 下以防止引爆回进到燃料供应。例如， 一个实施例使用直径为V4"的管 道系统以防止这样的回闪(flashback)而又呈现对气流的4氐阻力。例如， 具有直径为V4，，的钻孔的l，，长的引爆器可以在以50升/分钟流动的MAPP 气体-空气混合物内使用1焦耳火花来实现引爆。
12在图2A中也示出了可选的辅助燃料-氧化剂混合物供应105，。 一个 或者多个辅助燃料-氧化剂混合物供应105，可以用来加速对大型引爆管 (或者管组合)的填充。利用一种方式， 一个或者多个辅助燃料-氧化剂 混合物供应105，用来加速与(主要)燃料-氧化物混合物供应105并行的 对引爆管100的填充，使得引爆器114可以引燃在所需流速的流动燃料-氧化剂混合物。利用另一方式，燃料-氧化剂混合物供应105可以在流动 的燃料-氧化剂混合物被引燃之前以第一更高速率向引爆管供料、然后改 变成第二速率。在又一方式中，辅助燃料-氧化剂混合物供应105/将与燃 料-氧化剂混合物供应105供应到引爆器114中的燃料-氧化剂混合物106 不同的燃料-氧化剂混合物106，(在图2A中未图示)供应到引爆管100 中。
对于某些燃料，可能有必要加热燃料-氧化剂混合物以便实现引爆。 取决于引爆管的点燃速率，可能有必要冷却引爆管。在本发明第一个优选 实施例之下，燃料供应105 (和/或105，)包括与引爆管接触、工作用以将 热量从引爆管传送到燃料-氧化剂混合物的至少一个热交换装置(未图 示)。热交换装置可以釆用各种乂>知形式中的4壬何形式，比如在一端到另 一端在引爆管周围螺旋的小型管道系统，其中螺线的紧密度可以恒定或者 可以沿着引爆管的长度而变化。另一示例热交换器方式让引爆管由包封容 器(containment vessel)包围，使得在与引爆管接触的包封容器内的燃料 -氧化剂混合物从引爆管吸热。取而代之，可以使用独立于燃料供应105 的热交换器装置，在该情况下可以使用除了燃料-氧化剂混合物之外例如 液体(如水)或者硅这样的一些物质从引爆管吸热。取而代之，其它热源
可以用来加热燃料-氧化剂混合物。 一般而言，各种〃>知技术可以用来冷 却引爆管和/或加热燃料-氧化剂混合物，包括将热从引爆管传送到燃料-氧化剂混合物的方法。
图2B描绘了通过在可51爆气体混合物的流内产生电弧来工作的本发 明引爆器的第一实施例。例如图2B中所示，经由引爆器114的填充点208 将可引爆比率恰当的可燃气体和氧化剂的气体混合物106传递到引爆管 100中。当管基本上充满时，在高电压触发输入214触发高电压线108以 使火花212跨棵线210出现并且穿过流入引爆管100中的气体混合物106, 从而引发气体在引爆管100中的引爆。定时控制机构216控制对高电压触 发器的触发。
图2C描绘了也通过在可引爆气体混合物的流内产生电弧来工作的本
13发明引爆器的第二实施例。如图2C中所示，经由引爆器114的填充点208 将可引爆比率恰当的可燃气体和氧化剂的气体混合物106传递到引爆管 100中。当管基本上充满时，在高电压触发器输入214触发高电压线108 以使火花212跨棵线210出现并且穿过^X引爆管100中的气体混合物 106从而引发气体在引爆管100中的引爆。在这一变形中，在引爆器114 内引发火花、然后它通过流动气体沿着两个分叉导体快速扫入引爆管100 中，火花的长度随着它行进到引爆管100中而增加。当在小的缝隙中引发 火花时，它产生稳定的低阻抗区域，该区域能够传导同一电压电力跨过大 得多的缝隙。取而代之，线210可以并联但是一起 ML更靠近地弯曲以保 证火花在引爆器114内部开始。图3A和3B提供了本发明的it^波生成 器ll的一个示例实施例的端视图和侧视图。如图3A和3B中所示，引爆 器114包括围绕引爆器管304的绝缘汽缸302。电极306从绝缘汽缸302 的侧面插入并且连接到高电压线108。引爆器管304在填充点208连接到 燃料-氧化剂混合物供应105 (图3B中所示)而在它的相对端连接到引爆 管100。如图3B中所示，气体混合物106经由引爆器114的填充点208 传递到引爆管304中、然后到引爆管100中。当引爆管10实质上充满时， 触发高电压线108以使火花212跨电极306出现并且经过i"引爆器管 304中的气体混合物106以引发气体在引爆管100中的引爆。在图3B中 也示出了恰在引爆管100的闭合端以内的Shchelkin螺线308。 Shchelkin 螺线308作为爆燃到引爆的转变(DDT)增强器件在本领域中是公知的。 在本发明的一个示例实施例中，Shchelkin螺线308具有10匝、长度为7" 并且使用在它的基部(闭合端)抵靠引爆管100的内部紧密缠绕的#4铜 线来构造。
过压波量值控制
一般而言，可以选择引爆管的长度和内径以在所选流动燃料-氧化剂 混合物的最大所选流速实现所需的最大生成it^波量值，并且可以减少流 速以降低生成的过压波的量值。如果需要，则逐渐增大的管可以用iMt大 在更小引爆管中初始产生的引爆脉冲。一个或者多个管各自可以由一种材 料或者材料组合制成并且允许包括PVC或者各种不同化合物、金属或者 甚至混凝土以实现所需结果。在一个示例实施例中，引爆管由钛制成。在 一个示例实施例中，其中引入火花的引爆器具有小的直径、例如约V4，，的 直径。这一组件与更大的笫二引爆管的基部对准，使得引爆其中容纳的气 体。此第二引爆管然后可以与直径陆续更大的管的基部对准以引发气体混 合物在其中的引爆。以这一方式，可以用精确的定时准确度引发直径;f艮大的引爆管引爆。在图4中示出了使用直径逐渐增大的管，该示了逐级 引爆管组合400包括放大引爆脉冲的逐渐增大引爆管。在初始引爆管10A 中产生的引爆脉冲经过直径更大的51爆管100B和100C行进。 一般而言， 随着气体混合物的引爆从直径更小的引爆管转变到直径更大的引爆管，脉 冲的尺寸M大。根据本发明，直径不同的一个或者多个引爆管可以组合 成逐级引爆管组合400。在上述示例实施例中，假设引爆管(和引爆器管) 是一种外围并不沿着管的长度而变化的管。作为一种替代，引爆管(或者 引爆器管)可以开始是小的直径并且逐渐变大以便具有如针对图4中所述 放大脉沖的类似效果。在图5中示出了一个示例方式，该图描绘了直径逐 渐扩大的引爆管100的侧视图。以与图4的逐级管技^M目似的方式，变得 越来越大的引爆管的直径使脉冲随着它沿着管的长度行进而放大。如图所 示，引爆管100在一端具有比在另一端的第二直径504更小的第一直径 502。也可以组合具有扩大直径的多个管。引爆管的另一变形4吏用压缩器/ 膨胀器技术，其中管的外围逐渐变细为更小外围以压缩气体、然后膨胀为 更大外围以膨胀气体。在图6中示出了这一方式，该图描绘了基于压缩器 /膨胀器技术的引爆管100的侧视图，该引爆管具有在一端的第一直径 602、在另一端的第二直径603和在引爆管100的两端之间的第三直径604 。 第一直径602视所需压缩/膨胀特征而定可以等于或者可以不等于第二直 径603。
引爆管阵列
引爆管可以用各种方式分组以在同时被触发时产生组合脉冲。图 7A-7D描绘了可以如何组合引爆管的例子。图7A描绘了引爆管阵列702 包括并排的第一引爆管和第二引爆管。图7B描绘了引爆管阵列704包括 布置为使得引爆管组合的更大引爆管相互接触的四个引爆管组合。图7C 描绘了引爆管阵列706包括直径扩大的三个引爆管。图7D描绘了引爆管 阵列708包括布置为类似于六边形结构的七个引爆管。图7E描绘了引爆 管阵列710包括以圆形方式布置的十二个引爆管。
取而代之，也可以在不同时间触发组成此类引爆管组或者阵列的引爆 管。在一个布置之下，使用如下定时序列来引燃引爆管，该定时序列使它 们依次引爆，使得向给定的引爆管填充它的燃料-氧化剂混合物而同时其 它引爆管在生成it^波的各种状态下。利用这一方式，可以对引爆管的引 燃和填充进行定时使得装置在它将表现为连续引爆这样高的速率生成过 压波。如图8中所示，成组更小的管可以连接到更大的管，4吏得它们的组合 脉冲产生继续在更大的管中引爆的更大脉沖。图8描绘了具有第一直径的 3个更小引爆管100A的侧视图，这些更小的引爆管连接到具有更大第二 直径的更大引爆管100B以放大组合脉冲。
一般而言，可以根据本发明的这一方面使用逐级管、外围逐渐增大的 管、管阵列、连接到更大管的成组更小管和利用压缩器/膨胀器技术的管 的各种可能组合中的任何组合以生成满足具体应用要求的过压波。所有这 样的组合需要平衡由于管外围的膨胀而引起的势能与随着管外围增加由 气体的膨胀所造成的冷却。
过压波的相干聚焦和引导
如前文所述，本发明这一方面的引爆器具有在电弧触发与声脉沖从管 的后续发射之间的时间的低不确定性。引爆器也提供对所生成的声脉沖量 值的可重复精确控制。这一低不确定性(或者抖动)和精确量值控制实现 了对引爆管阵列所生成的过压波的相干聚焦和引导。这样，引爆器可以用 来生成可引导、可聚焦、高峰值脉冲功率过压波。
图9图示了单独管的点燃定时如何在远场中的单个点聚焦所生成的 过压波的功率。更早地触发更远的管以补偿为了行进更大距离而需要的更 大时间量，这使所有脉沖同时到达空间同一点。图9描绘了引爆管 100A-100E的阵列900，其中以由定时控制^J 216控制的受控定时引燃 (或者点燃)引爆管，4吏得它们生成的声脉冲同时到达空间卯2中的点。 引爆管100A-100E产生的声脉冲906分别沿着直接路径卯4A-卯4E行进。 这样，考虑到为了行进不同直接路径而需要的不同行进时间、以在点燃之 间的适当延迟按顺序100E-100A点燃它们，使得声脉冲卯6同时到达空 间卯2中的点以产生组合声脉沖908。
可以在稀疏阵列中布置单独引爆管或者成组的管。图IO描绘了在稀 疏阵列中布置的单独引爆管阵列，其中控制各管中引爆的定时以便引导过 压波使得它们在所需位置组合。图11类似地描绘了在稀疏阵列中布置的 成组管阵列，其中给定组的管同时引爆而不同组的引爆定时彼此不同，以 便引导it^波使得它们在所需位置组合。
参照图10，以由定时控制机构216控制的精确定时按相反顺序点燃 引爆管100A-100D，使得声脉冲沿着直接路径卯4A-卯4D行进并且在空 间卯2中的点组合。参照图11,由定时控制机构216控制按相反顺序点燃引爆管UOOA-llOOD，使得声脉冲沿着直接路径卯4A-904D行进并且 在空间卯2中的点组合。
在稀疏阵列实施例中使用的定时控制机构216可以包括经由有线或 者无线网络与组成阵列的过压波生成器通信的单个定时控制机构。取而代 之，各过压波生成器可以具有它自己的定时控制机构，其中已经通过某一 装置同步所述定时控制机构。
引爆管阵列的工作原理
一般而言，当以精确定时触发引爆管阵列时，产生作为窄波束在取决 于定时的方向上传播的压力波。以这一方式，它的工作类似于在雷达系统 中普遍使用的定相阵列天线。可以设计在例如每秒10个、20个、50个或 者100个脉冲这样的不同速率工作的系统，并且可以在唯一方向上瞄准各 脉冲。仅有的对重复速率的限制是管可以被重新填充的速度。在音速重新 填充速率将需要约五亳秒来重新填充五英尺长的管。由于脉冲 一旦引爆则 输出也需要五亳秒，所以限制性的重复速率为100Hz。
由于阵列的各元件发射它自己的相千能量，所以在远场中波的幅度接 近各单独管的强度的平方。以这一方式可以指引的瞬间过压因此可以接近 高电平。这样，系统拥有大的开销动态范围，该范围可以用来到达i^巨离 或者经过比如硬靶(hardtarget)这样的结构中的小孔径传播。
可以通过在由探测激光器确定的恰当时间间隔施加脉沖使小孔径背 后的结构共振，其中该探测激光器用来测量粒子在开口的多普勒移位。由 此可以确定结构的自然频率，随后在闭环模式下4吏用激光器以控制系统的 定时从而产生最大效果。由于声学Q为高，所以在这样的硬耙内部的瞬 间压力可以很大。例如，对于仅为10的Q，峰值压力可以接近1000psi。
成组引爆管可以视为更大阵列内的子阵列。图12图示了由7个引爆 管组成的32个六边形子阵列1202的一个示例实施例，其中各子阵列以 6.2，x2.5'的格式高效地打包到具有共计224个直径为3"的引爆管的阵列 1200中。这一系统的远场强度可以是一个此类3"引爆管的强度的50,000 倍以上。
这一实施例的阵列单元的点燃定时简单直接。波形长约1毫秒而相干 约束为它的波长的％或者更少。定时子系统因此将需要200微秒或者更 少的分辨率和准确度。可以用可编程计数器-定时器实现这一定时准确度 级，比如在0.1微秒的分辨率每芯片提供三个定时信道的英特尔8254PCA。
在一个实施例中，在可引导阵列中的各元件需要例如用以具有v2波 长以下的孔径使它的能量遍布整个可引导区域。对于一亳秒的波形，孔径
约为六英寸。在图12中所示示例实施例中，六边形子阵列捆(bundle) 跨距为九英寸，因而它们将不允许在完全半球之上引导，但;l将管分组成 按组点燃的六边形捆减少了硬件要求，这允许使用三十二个可编程定时信 道来引导和聚焦阵列。这样，仅以十一个8254即可满足所有定时需要。 由S叩erLogics制造的PCI板包含提供十二个可编程计数器-定时器的四 个8254，因而三个模块将够用。在另一实施例中，图12中各成捆的管可 以充分地间隔开以实现在全半球之上？ 1导并且所有管的点燃可以独立而 无需分组。
阵列的焦斑(focal spot)是阵列波长和大小的函数。在阵列正面附近 焦斑包括直径为一个波长、即一英尺的近似圆圏。在更大距离处斑将以大 直径在阵列的小直径方向上的椭圆形状逐渐展开。也就是说，椭圆就图 12中所示水平阵列而言变为竖直。当焦斑在线性域中工作直至约半个大 气压或者7psi时，可以使用波动方程易于对焦斑的形状进行建模。然而， 当在波形中的瞬间压强接近大气压时，它将为非线性并且计算有所不同。
可以用宽带声学传感器来对阵列的压力输出进行测量。它们通常具有 10Hz-20，000Hz的带宽和约ldB的准确度。在阵列的远场中以三十英尺或 者更大的距离进行的测量提供了足以在任何范围中外推(extrapolate)特 征的准确度。此类仪器的校准输出是与压力具有直接关系的声学声压电
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平、即 a。例如，180dBSPL等效于20，000Pa或者约3psi
的压强。与这一电平关联的瞬间声强为1，000,000W/m2。
用于线性介质的广义波动方程的结果是当波叠加时它们的幅度添加。 对于电磁波，这意味着如果两个相同波以相同时间和相位到达空间中的点 则它们将产生是单个波两倍的电势或者电压。
结果在声波情况下相似，但是在这一情况下电势变为压强而不是电
压 <formula>formula see original document page 18</formula>
注意由于相位相等，所以余弦等于1而压强的值等于单个源的压强的两倍。这一关系适用于N个源的相加-NAp。
倍增声波的压强将4吏它的功率变为四倍，因为功率与它的压强的平方 成比例，也就是当两个相同声波波形以相同时间和相位到达空间中的同一 点时它们的功率将变为四倍。
与电磁波类似，波形的功率或者声资与它的压强的平方成比例。
其中M是在这一情况下为空气的介质的声学阻抗值。
因此一般而言，在过压波形的主瓣中的自由空间远场功率可以计算为 单个引爆管的压强的N2。然而，当它接近地面工作时，也可以利用地波 的附加效应。当来自土地的波和自由空间波形在靶上会聚时，两个波形的 压强同样相加并且同样使功率变为四倍。
通过调节单独单元的定时使得延迟更近的单元以恰好足以让来自阵 列更远部分的波迎头赶上，实现波束引导。因此在给定的引导方向上所有 波将同时到达并且满足W功率标准。这类似于定相阵列天线，但是由于 声学波形为瞬态而不是连续波，所以时间延迟取代相位。
本发明过压波生成器的应用
本发明过压波生成器的应用包括但不限于用于训练目的的爆炸物仿 真、爆炸物屏障测试、矿藏/建筑物漆坡、A^控制、边界防护、动物/鸟
类/昆虫控制、囚犯控制、结构强;l/完整性测试、向风车或者涡^^提供旋 转运动、用作火箭式推进的推力源、公路/跑道/机场等除尘/沙/雪/水、从 树木/灌木/植物收获水果/蔬菜/谷物等和类似农业应用、工业清洁(例如烟
囱/沉淀剂)、物体形成(例如顺应按压/模制工艺)、灭火以及广而言之多 数任何区域禁止/安全应用。
将过压波的反冲力用于地震探测
可以增强上述本发明的过压波生成器以便将它的反沖力用于地震探 测目的。反冲力是过压波的引爆所产生的向后反冲或者向后力。此力等于 从过压波的引爆中获得的向后动量的导数。在根据本发明的地震探测系统
的一个实施例中，如图13中所示，地震探测系统1300包括过压波生成器 11、耦合部件1312、用于控制过压波生成器的移动的稳定机构1313、用 于控制过压波生成器11的操作的控制器1314、回声检测器1316、数据记 录器1318、图像处理器1320和显示设备1322。应当理解，尽管分离地标识了系统1300的前述单元，但是这些单元并非必须在物理上分离。 一些 单元可以被配置为驻留于同一机器上，例如控制器1314、数据记录器1318 和图像处理器1320都可以是单个计算机的部分。系统1300可以可选地包 括消声装置1324，该消声装置包括用来提供稀释气体(例如空气)的出 气口 1328,该稀释气体用来防止引爆延续到消声装置1324中。取而代之， 不使用耦合部件1312也可操作地震探测系统，在该情况下过压波生成器 11将与地1330直楱接触。
系统1300的示例过压波生成器11可以包括任何上述变形。它包括用 于产生火花的电(或者激光)源、引爆管、将流动气⑩供到引爆管中的 气体混合物源、和引爆器。为了下文的描述，过压波生成器可替代地是同 时引爆以便产生组合it^波的引爆管组。
引爆过压波生成器以生成可选地由消声器1324消声的过压波。过压 波的生成造成由耦合部件1312耦合到目标介质(如地、冰或者水)的反 沖力以产生传导声波。稳定机构1313为过压波生成器11的移动提供稳定 性，实质上仅允许上下移动。耦合部件1312可以包括弹簧或者可以包括 橡胶或者具有所需弹簧式特征和阻尼特征的一些类似化合物(如相对极性 的磁体)。耦合部件也包括具有直接接地1330以赋予传导声波的、具有所 需形状的阻抗转变i殳备1326。阻抗转变i殳备1326可以具有各类形状中的 任何形状，这些形状包括具有单个尖点、多个尖点、可以是方形、矩形、 圓形或者任何其它所需形状的平板式形状。在一个示例实施例中，阻抗转 变设备1326具有平坦圃形形状。如果目标介质为水，则耦合部件可以包 括与7jc接触的振动膜。如果目标介质为固体如地或者冰，则过压波生成器 可替代地被放置为与目标介质直捲接触，使得它的反冲力将直接耦合到目 标介质。
在本发明的一个实施例之下，以根据具有所需相关性质的定时码而定 时的序列将多个传导声波递送到地。脉冲的编码允许以如下速率发射脉 沖即该速率比通过在生成新脉冲之前等待所有回声消退所能实现的速率 更高。这样的编码由此增加了发射信号的功率并且减少为了采集给定信噪 比的图，而需要^时间。例如，巴克码具有合乎需要的自相关性质二可以
术中的任何编码技术。
如前文提到的那样，通过可引爆气态或者扩散式燃料-空气或者燃料-氧气混合物的受控和定向爆炸来生成过压波。可以使用多种可燃燃料中的任何可燃燃料，这些可燃燃料包括乙烷、甲烷、丙烷、氢、丁烷、乙醇、
乙炔、MAPP气体、汽油和航空燃料。此类可燃燃料的使用具有较固态 和/或液态爆炸物而言的显著优点，因为它们易于从各种来源获得并且成 本相对地低。根据诸如燃料-氧化剂混合物、定时码等引爆参数来生成过 压波。
另外，可燃燃料的爆炸产生更准确的结果。每单位时间向地赋予最大 能量从而造成更清晰的画面。改进的清晰度归结于非线性效应的减少。由 于耦合部件1312未压缩土壤、由此产生很大程度为线性的信号，所以明 显地减少非线性效应。此外，可以在某一时间段爆发一连串更小的爆炸， 并且合成所得的接收信号以获得任何所需程度的分辨率，并且可以通it^ 长检测时段来达到任何所需深度。
控制器1314用来控制过压波生成器11的操作。控制器1314可以是 被编程以生成对过压波生成器11进行触发的所需时间编码定时序列的《更 携式计算机或者工作站。
回声检测器1316可以由传感器阵列或者地震检波器阵列组成。这一 地震检波器阵列构成与合成孔径阵列雷ii^目似的合成孔径阵列。这一合成 孔径阵列允许以多个焦距并且实时地捕获来自地表以下的高度聚焦的清 晰图像数据而无需移动或者修改阵列配置。这允许从非定向传感器阵列获 得的数据经过随后的处理聚焦在地面的任一点。这样的处理在地球物理学 上类似于合成孔径阵列处理，这意味着可以将来自单独地震检波器的数据 相干地组合为大得多的可聚焦地震检波器的等效数据。使用这一合成孔径 阵列，以比爆炸物和振动耦合器都少得多的地震检波器完成数据收集。另 外，地震检波器阵列可以随机地分布并且无需布置于常规网格阵列中。
由回声检测器1316捕获的数据或者回声存储于数据记录器1318中供 后续处理。在本领域中公知的各类存储设备可以用作数据记录器1318。 类似地，在本领域中公知的常规设备可以用作图像处理器1320和显示设 备1322。
图14图示了根据本发明在系统1300的操作过程中采取的逻辑步骤。 在步骤1400，过压波生成器11和耦合部件1312将时间编码的传导声波 序列定向到地表以下，它们在地表以下因物理性质的地表下变量而反射和 散射。
在步骤1420,回声检测器1316即地震检波器检测返回到表面的回声
21或者波。地震检波器记录地运动的数秒内的时间历史。这些跟踪记录的幅 度、频率和相位受地表以下的各种物理性质(如弹性常数、几何形状、尺 度、无弹性和各向异性)所影响。
在步骤1440，数据记录器1318存储由地震检波器检测的土壤的响应。 数据记录器1318经由模数转换器和多路复用器与地震检波器通信，并且 将数据记录和存储于若干可选存^f^i殳备之一中以供后续处理和显示。
在步骤1460,图像处理器1320可以根据各种公知成像算法来处理所 记录的数据，然后可以通过显示设备1322来显示结果。
常规的地震数据演示是在竖直轴上绘制一连串返回幅度比对时间的 波形(波形绘图)。"摇摆"是归因于物理性质不均匀的>^射。地震检波器 阵列的布局和用以从合成孔径阵列形成图像的后续数据处理类似于合成 孔径雷达阵列。与光学透镜系统相似，如果系统必须从表面附近到表面以 下数百英尺进行成像，则固定焦距的天线阵列不会在整个所需景深都保持 对焦。因此，天线将需要大到覆盖合理的土地面积，并且实时可聚焦。
由于在天线以依次更大的延迟接收轴外反射(离轴反射)，所以它们 在所得的图像中轨迹为曲线的"点散射体"。这允许从非定向天线阵列获得 的数据经过随后的处理聚焦在土地任一点。这样的合成孔径阵列处理使得 能够将来自单独天线的数据相干地组合为大得多的可聚焦天线的等效数 据。
主数据波阵面曲线实质上被实时生成并且可以由有经验的地球物理 学家解读。可以通过使用标准的X线断层摄影图像处理来生成空间位置 和3D影像。可以通过组合随时间的连续波阵面曲线来实现更高分辨率的 地表以下辨别。
系统1300具有实时拔_供快速查看现场数据的能力。这一能力可以用 来基于现场发现的信息来指导地表下成像工作的方向，并确保获得的待分 析数据有充分保真度和信噪比以求最大效用。
取而代之，多个系统1300可以布置于稀疏阵列和定时控制方法中， 这些方法用来引导它们的传导声波使得它们在地面内的所需位置组合。这 样的引导实质上是以与如参照图9-11所述那样引导it^波的方式相似的 方式完成的，不同之处在于它是用多个时间受控传导声波实现的。图15 图示了控制多个系统1300A-1300C，使得传导声波经过直接路径 卯4A-卯4C穿过地面行进使得它们在地下1502的一点组合。本发明的聚焦和引导传导声波的能力实现了对地面内深处的特征如油层1504的精确 成像。如果目标介质为水，则波束引导可以用来为7K体底部制图。
图16描绘了可以用于波束引导目的的示例圆形阵列模式。这样的模 式可以与更大阵列一起布置以提供用来探测大区域的可缩放架构。在图 16中，地震系统1300按阵列排列于圆形子阵列1602中，这些子阵列本 身可以成为更大圆形子阵列1604等的部分以覆盖很大区域。 一般而言， 可以在位置已知并且根据本发明来使用的任何合乎需要和实用的布置中 放置本发明的地震系统1300。
使用过压波的反冲力而实现的其它应用
使用本发明的过压波的反冲力而实现的其它应用包括但不限于向引 擎或者泵供以动力、将防护柱/桩驱动到地下、用作填塞设备(例如用以 压缩泥土)、用作强行i^设备(如攻坚物)、对7jC体底部进行成像以及用 来*/使物体变形/压印金属/等。
将过压波生成器用作用于地震探测的剪切波生成器
在本发明的第三实施例中，过压波生成器11用作用于地震探测目的 的剪切波生成器。也称为S波、二次波或者弹性S波的剪切波是未命名的 两个主要类型的弹性体波之一，这是因为与表面波不同、剪切波移动经过 物体的本体。在图17A中示出了根据本发明的地震探测系统1700。地震 探测系统1700包括过压波生成器11、平面限定机构1702、耦合部件1312、 用于控制过压波生成器的移动的稳定机构1313、用于控制过压波生成器 11的操作的控制器1314、回声检测器1316、数据记录器1318、图像处理 器1320和显示设备1322。应当理解，尽管分离地标识系统1300的前述 单元，但是这些单元并非必须在物理上分离。 一些单元可以被配置用以驻 留于同一机器上，例如控制器1314、数据记录器1318和图像处理器1320 都可以是单个计算机的部分。系统1700可以可选地包括消声装置1324， 该消声装置包括用来提供稀释气体(例如空气)的出气口 1328，该稀释 气体用来防止引爆延续到消声装置1324中。取而代之，不使用耦合部件 1312也可操作地震探测系统17000，在该情况下过压波生成器11和平面 限定机构1311将与地1330直接接触。
系统1700的示例过压波生成器11可以包括任何上述变形。它包括用 于产生火花的电(或者激光)源、引爆管、将流动气体提供到引爆管中的 气体混合物来源和引爆器。为了下文的描述，过压波生成器可替代地是同时引爆以便产生组合it^波的引爆管组。
引爆过压波生成器11以生成过压波。过压波的生成4吏对应反沖力与 地平行，从而造成平面限定机构1311移动跨it^合部件1312。平面限定 机构1311与1312接触以限定跨过它的与过压波生成器11的移动垂直的 平面。耦合部件1312将剪切波耦合到目标介质以产生传导声波。稳定机 构1313向过压波生成器11的移动提供稳定性，这实质性仅允许侧向移动。 耦合部件1312可以包括弹簧或者可以包括橡胶或者具有所需弹簧式特征 和阻尼特征的 一些类似化合物。
图17B描绘了在给定系统1700的取向时产生的从左向右传播的平面 剪切波。 一般而言，由系统1700产生的平面剪切波具有与过压波生成器 11的反冲力相同的方向性。
图18A描绘了根据本发明一个实施例的球面剪切波生成器1800的平 面图。如图所示，两个平面剪切波系统1700A和1700B ^皮取向为^f吏得它 们产生的平面剪切波在相对方向上，这导致它们产生球面剪切波。
图18B描绘了在逆时针方向上移动的球面剪切波。 一般而言，由系
顺时针或者逆时针方向。
图18C描绘了根据本发明另一实施例的球面剪切波生成器1800的平 面图。如图所示，四个平面波系统1700A-1700D被取向为4吏得它们产生 的平面剪切波在相反方向上，这导致它们产生球面剪切波。
图18D描绘了根据本发明又一实施例的球面剪切波生成器1800的平 面图。如图所示，六个平面波系统1700A-1700F祐:取向为4吏得它们产生 的平面剪切波在相对方向上，这导致它们产生球面剪切波。
根据本发明第二实施例描述的各种阵列技术、编码技术等也适用于此 第三实施例。这样，此实施例也具有聚焦和引导如下传导声波，这些传导 声波实现了对土地内深处的特征如油层1504的精确成像。
提供这里描述的改进的地震探测系统作为本发明所实现的应用类型 的例子。尽管已经描述本发明的特定实施例和若干示例应用(或者实施)， 然而将理解本发明不限于此，因为本领域技术人员可以具体地按照前述教 导来做出修改。因此所附权利要求旨在于涵盖任何这样的修改，这些修改 并入了体现本发明实质和范围的那些特征或者那些改进。
权利要求
1. 一种用于生成传导声波的方法，包括以下步骤在具有开放端的至少一个引爆管内造成至少一次引爆以生成至少一个过压波；将所述至少一个过压波的反冲力耦合到目标介质以生成至少一个所述引导声波。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个引爆管的所述开 放端被取向成垂直于并且背离所述目标介质对所述至少一个过压波进行 定向。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个引爆管的所述开 放端被取向成平行于所述目标介质对所述至少一个过压波进行定向。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中所述反沖力对应于平面剪切波 或者球面剪切波之一。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中所述目标介质是地、冰或者水 中的至少一个。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中通过根据引爆M控制在所述 至少一个引爆管中的每个引爆管内流动的燃料-氧化剂混合物的引爆来生 成所述至少一个过压波中的每个过压波。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中所述引爆参数包括定时码。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中所述定时码是巴克码。
9. 根据权利要求l所述的方法，还包括以下步骤 对所述至少一个过压波的声音进行消声。
10. 根据权利要求l所述的方法，还包括以下步骤通过控制所述至少一个过压波中多个过压波的相对生成定时，将所述 至少一个耦合声波中的多个耦合声波引导到所述目标介质内的感兴趣位 置。
11. 一种用于生成传导声波的系统，包括 具有开放端的至少一个引爆管，用于生成至少一个过压波；以及 耦合部件，用于将所述至少一个过压波的反冲力耦合到目标介质以生成至少一个所述引导声波。
12. 根据权利要求ll所述的系统，其中还包括向所述至少一个引爆 管的移动提供稳定性的稳定机构。
13. 根据权利要求12所述的系统，其中所述至少一个引爆管的所述 开放端被取向成垂直于并且背离所述目标介质对所述至少一个过压波进 行定向，而所述稳定机构仅允许上下移动。
14. 根据权利要求12所述的系统，其中所述至少一个引爆管的所述 开放端被取向成平行于所述目标介质对所述至少一个过压波进行定向，而 所述稳定机构仅允许側向移动。
15. 根据权利要求11所述的系统，其中所述目标介质是地、冰或者 水中的至少一个。
16. 根据权利要求11所述的系统，其中通过根据引爆M控制在各 所述至少一个引爆管中的每个引爆管内流动的燃料-氧化剂混合物的引爆 来生成所述至少一个过压波中的每个过压波。
17. 根据权利要求16所述的系统，其中所述引爆^包括定时码。
18. 根据权利要求17所述的系统，其中所述定时码是巴克码。
19. 根据权利要求ll所述的系统，其中还包括 与所述至少一个引爆管关联的消声器。
20. —种用于生成和定向引导声波的系统，包括定位于稀疏矩阵中的多个过压波生成器，所述多个过压波生成器每个 都包括具有开放端并且用来生成多个过压波的至少一个引爆管，所述多个 过压波每个都具有反冲力；以及多个耦合部件，用于将所述多个过压波的所述反冲力耦合到目标介质 以生成所述引导声波，所述引导声波基于所述多个过压波的相对生成定时 被定向到所述目标介质内的感兴趣位置。
全文摘要
提供一种用于生成和控制地球物理探测传导声波的改进系统和方法。包括具有开放端的至少一个引爆管的至少一个过压波生成器生成多个过压波。至少一个过压波生成器被取向为使得多个过压波未直接朝着目标介质定向。在多个过压波的生成过程中出现的至少一个过压波生成器的反冲力耦合到目标介质以生成传导声波。多个过压波的生成定时可以根据定时码并且可以用来将传导声波引导到目标介质内的感兴趣位置。
文档编号G01V1/00GK101449182SQ200780017973
公开日2009年6月3日 申请日期2007年4月17日 优先权日2006年4月17日
发明者拉里·W·富勒顿 申请人:声霸技术有限公司