一种可控震源及基于地震波矢量合成的震源设备的制作方法

本实用新型涉及地理勘探领域，更具体地，涉及一种可控震源及基于地震波矢量合成的震源设备。

背景技术：

震源是现有地理勘测邻域中地震信号的源头，其种类繁多，包括炸药震源、重锤震源、夯击震源、液压式可控震源以及电磁式可控震源等。

电磁式可控震源是在陆地和海洋的地震勘探工作中都应用的一种非炸药震源，其能够对待检测机构激发小能量的可控振动信号，利用脉冲压缩等方法达到类似炸药震源的大功率地震波激发效果。由于电磁式可控震源波形参数可控、安全环保，在地震勘探中已经得到广泛应用。

电磁式可控震源的结构主要为线圈与磁铁，现有的可控震源中，往往采用磁铁不动而线圈相对磁铁作相对运动，从而将线圈中的电信号转化为机械振动信号并以地震波的形式传入待测机构中，以上可控震源在实现线圈运动的方式上使得结构复杂。

期望对可控震源的结构作进一步优化。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本实用新型的目的在于提供一种可控震源及基于地震波矢量合成的震源设备，实现地震勘探中使用非破坏性震源替代炸药震源的目的，并且结构更加简单。

根据本实用新型的一方面，提供一种可控震源，包括：第一安装板；第二安装板；第一弹簧，所述第一弹簧将所述第一安装板和所述第二安装板连接，使得所述第二安装板能相对所述第一安装板往复运动；线圈，所述线圈与所述第一安装板固定；磁体，所述磁体的一端与所述第二安装板固定，另一端伸入所述线圈内；以及配重块，所述配重块与所述第二安装板固定。

优选地，所述第二安装板上设有通孔，所述可控震源还包括：至少一组导向结构，所述至少一组导向结构中的每组包括支杆以及直线轴承，所述直线轴承穿过所述第二安装板上的通孔固定在第二安装板上，所述支杆一端穿过所述直线轴承，另一端与所述第一安装板固定，使得所述第二安装板能沿所述支杆滑动。

优选地，所述通孔位于所述第二安装板的周边部分，所述配重块以及所述磁体位于所述第二安装板的中心部分。

优选地，所述第一弹簧的数量与所述至少一组导向结构的组数相同，所述第一弹簧对应与所述支杆同轴设置，其中所述支杆位于所述第一弹簧内。

优选地，所述第一弹簧数量为多个，并且长度相等。

优选地，所述可控震源还包括：磁钢，所述磁钢与所述磁体固定，所述磁钢与所述磁体之间具有容纳所述线圈的空隙。

优选地，所述第二安装板包括面向所述第一安装板的第一表面以及背向所述第一安装板的第二表面，所述磁体、所述磁钢位于所述第一表面，所述配重块位于所述第二表面。

优选地，所述可控震源还包括以下之中的至少一个：线圈支架，用于将所述线圈与所述第一安装板固定；弹簧支架，用于将所述第一弹簧与所述第一安装板安装。

优选地，所述线圈支架为空心柱状，所述线圈支架与所述第一安装板固定，所述线圈绕设在所述线圈支架的外周面上。

优选地，所述可控震源还包括：外壳，所述外壳罩设在所述第一安装板上，与所述第一安装板共同形成容纳所述可控震源内部结构的空间。

优选地，所述外壳包括与所述第一安装板相对的顶面以及位于所述顶面与所述第一安装板之间的侧面，所述可控震源还包括：第二弹簧，所述第二弹簧将所述第二安装板与所述外壳的所述顶面连接。

优选地，所述至少一组导向结构为两组或四组，相对于线圈的中心轴呈对称设置。

根据本实用新型的另一方面，提供一种基于地震波矢量合成的震源设备，包括：多个上述任一项的可控震源；以及可调整底座，设置在每个所述可控震源下方，所述可调整底座用于调整所述可控震源的位置以及倾斜角度和方向。

优选地，所述可调整底座设置成使多个所述可控震源在同一水平面内在同一圆周上等距分布，多个所述可控震源的中轴线相对于竖直方向的倾斜角度均相同，多个所述可控震源的中轴线的延伸方向交于一点。

优选地，多个所述可控震源的数量为三个，多个所述可控震源的中轴线相对于竖直方向的倾斜角度均为5度。

根据本实用新型的可控震源，线圈固定，磁体相对于线圈作往复运动，将线圈中的电信号转化为机械振动信号以地震波的形式传出，实现地震勘探中使用非破坏性震源替代炸药震源的目的的同时也使震源结构更加简单，通过设置弹簧与配重块相配合使得可控震源整体的稳定性更强。

通过设置第一弹簧将第一安装板和第二安装板连接，多个第一弹簧的位置对应于多组导向结构的位置，即相对于线圈的中心轴呈对称的方式设置，从而使得第二安装板相对第一安装板的往复运动更加稳定，进而使得可控震源的工作状态更加稳定。

外壳罩设在第一安装板上，与第一安装板共同形成容纳可控震源内部结构的空间，从而为可控震源的内部结构提供更好的保护作用。

在优选的实施例中，第二安装板一方面通过第一弹簧与第一安装板相连，另一方面通过第二弹簧与外壳的顶面相连。使得第二安装板带动磁体以及磁钢作往复运动时整个可控震源的结构更加稳定。

根据本实用新型的基于地震波矢量合成的震源设备，可调整底座将可控震源固定并且使得可控震源与待测机构耦合以将机械振动信号传入待测机构中，其中可控震源为多个，可调整底座可以调节可控震源的位置以及可控震源的倾斜角度和方向。在优选的实施例中，多个所述可控震源的中轴线的延伸方向交于一点，通过控制多个可控震源输出力的大小，合成矢量输出地震波，使震源设备具有定向探测激发能力。

可调整底座可以调整可控震源的位置以及倾斜角度和方向，进而可以方便调节多个可控震源输出地震波的方向以及多个地震波的合成方式，以方便震源设备能适应对更多不同情形的待测机构的勘测。

震源设备包括的可控震源的数目可调整，并且每个可控震源的可以根据实际需要选型，通过调整震源设备包括的可控震源的数量，与上述可调节底座相配合，可以实现震源设备输出力大小和方向的多样性，通过合成矢量输出的地震波，使震源设备具有定向探测激发能力，对不同待测机构进行勘测的适应性也更强。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1、图2示出根据本实用新型第一实施例的可控震源的立体图。

图3示出根据本实用新型第一实施例的可控震源的截面图。

图4示出根据本实用新型第二实施例的可控震源的立体图。

图5示出根据本实用新型一个实施例的基于地震波矢量合成的震源设备的俯视图。

图6示出根据本实用新型一个实施例的基于地震波矢量合成的震源设备的正视图。

图7示出根据本实用新型一个实施例的基于地震波矢量合成的震源设备的立体图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本实用新型。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。在下文中描述了本实用新型的许多特定的细节，但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本实用新型。

应当理解，在描述部件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将部件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。

本实用新型提供一种可控震源，图1、图2示出根据本实用新型第一实施例的可控震源的立体图，为清楚显示可控震源100内部结构，图1和图2中将部分结构分离绘制或隐藏绘示。图3示出本本实用新型第一实施例的可控震源的截面图。

可控震源100包括：第一安装板101、第二安装板102、线圈103、磁体104、第一弹簧105以及配重块106。线圈103与第一安装板101固定，第一弹簧105将第一安装板101和第二安装板102连接，使得第二安装板102能相对第一安装板101往复运动。磁体104的一端与第二安装板102固定，另一端伸线圈103内，使得磁体104能随第二安装板102相对线圈103往复运动，从而将线圈102中的电信号转化为机械振动信号并以地震波的形式传出。配重块106与第二安装板102固定。为清楚显示可控震源100内部结构，图1中将外壳112与第一安装板适当分离绘示。为进一步清楚显示可控震源100内部结构，图2中将外壳112以及磁钢隐藏绘示。

根据本实施例的可控震源100，还可以包括：至少一组导向结构，而至少一组导向结构中的每组包括支杆107以及直线轴承108，第二安装板102上设有通孔，直线轴承108穿过第二安装板102上的通孔固定在第二安装板102上，支杆107一端穿过直线轴承108，另一端与第一安装板101固定，使得第二安装板102能沿支杆107滑动。本实施例中直线轴承108为法兰型直线轴承，通过其包括的法兰与第二安装板102固定，可以理解的是，直线轴承108也可以采用直筒型等其他形式的直线轴承。

第二安装板102可以分为中心部分和周边部分，上述通孔可以位于第二安装板102的周边部分，配重块106以及磁体104可以位于第二安装板102的中心部分。本实施例中，至少一组导向结构可以是两组，两组导向结构相对于线圈103的中心轴以对称的方式设置，对应地，本实施例包含两个支杆107以及两个直线轴承108，并且对应地，第二安装板102上需要开设两个所述通孔。可以理解的是，导向结构可以不限于两组，在其他实施例中，也可以是三组、四组等其他数量。

进一步地，第一弹簧105数量为多个，并且长度相等。第一弹簧105的数量可以与上述至少一组导向结构的组数相同，本实施例中第一弹簧105也为对应的两个。每个第一弹簧105对应与支杆107同轴设置，其中第一弹簧105的口径大于支杆107的外径，支杆107位于第一弹簧105内。

可控震源100还可以包括磁钢111，其与磁体104固定，磁钢111与磁体104之间具有容纳线圈103的空隙。磁钢111导磁性较强，由于磁体104的存在，使得磁钢111也具有磁性，所述空隙即磁隙，磁隙间存在恒定磁场，磁体104、磁钢111以及线圈103共同构成磁路结构。图2中为清楚显示可控震源100内部结构，将外壳112以及磁钢111隐藏绘示。

本实施例中，第一安装板101与第二安装板102为圆形板，当然在其他实施例中也可以是其他形状，优选第一安装板101、第二安装板102均为轴对称形状。支杆107与第一安装板101垂直，支杆107也与第二安装板102垂直，使得第二安装板102与第一安装板101平行。第二安装板102包括面向第一安装板101的第一表面以及背向第一安装板101的第二表面，磁体104、磁钢111位于所述第一表面，而配重块106位于所述第二表面。利用第一弹簧105、配重块106、支杆107以及直线轴承108的配合，使得第二安装板102可以作平面始终与第一安装板101平行，而运动方向与第一安装板101垂直的往复直线运动，进而带动磁体104以及磁钢111作同样的运动。

本实施例的可控震源100还可以包括：线圈支架109以及弹簧支架110。线圈支架109用于将线圈103与第一安装板101固定，弹簧支架110用于将第一弹簧105与第一安装板101安装。本实施例的线圈支架109为空心柱状，线圈支架109与第一安装板101固定，线圈103绕设在线圈支架109为外周面上。弹簧支架110的数量与第一弹簧105对应，本实施例中也为两个，每个弹簧支架110与第一安装板101固定，第一弹簧105的一端与弹簧支架110连接，另一端与第二安装板102连接。本实施例的磁体104为圆柱状，磁钢为圆筒状，磁体104与磁钢111之间形成环状空隙。磁体104与线圈103同轴设置，可以设置在第一安装板101、第二安装板102共同的中轴线上，并且所述磁体104的运动方向平行于线圈103的轴线方向。

磁体104、磁钢111与线圈103之间进行周期性的往复运动，从而产生正弦输出力，通过控制流过线圈103中电流和驱动信号的频率即可控制可控震源100的输出力。

需要说明的是，在上述可控震源100示例性说明中，对可控震源100及其包括部件的形状和构造进行了较为详细的说明，可控震源100及其包括部件的形状和构造可以不限于上述情形，例如第一安装板101也可以是方形板等其他形状，外壳112对应为方形筒等其他形状。

根据本实用新型的可控震源100，线圈103固定，磁体104相对于线圈103作往复运动，将线圈103中的电信号转化为机械振动信号以地震波的形式传出，实现地震勘探中使用非破坏性震源替代炸药震源的目的的同时也使震源结构更加简单。

通过设置第一弹簧105将第一安装板101和第二安装板102连接，多个第一弹簧105的位置对应于多组导向结构的位置，即相对于线圈103的中心轴呈对称的方式设置，从而使得第二安装板102相对第一安装板101的往复运动更加稳定，进而使得可控震源100的工作状态更加稳定。

外壳112罩设在第一安装板101上，与第一安装板101共同形成容纳可控震源100内部结构的空间，从而为可控震源100的内部结构提供更好的保护作用。

图4示出根据本实用新型第二实施例的可控震源的立体图，第二实施例的可控震源200包括第一安装板201、第二安装板202、线圈、磁体、第一弹簧205以及配重块206，上述结构的设置方式可以与第一实施例相同，在此不再详述。可控震源200还可以包括：外壳212、磁钢211、线圈支架209、弹簧支架210以及至少一组导向结构，每组导向结构包括支杆207以及直线轴承208，上述结构的设置方式也可以与第一实施例相同，在此不再详述。图中为清楚显示可控震源200内部结构，将外壳212与第一安装板201分离绘制。

外壳212包括与第一安装板201相对的顶面2121以及位于该顶面2121与第一安装板之间的侧面2122。与第一实施例不同的是，本实施例的可控震源200还包括第二弹簧213，第二弹簧213将第二安装板202与外壳212的所述顶面2121连接。优选地，第二弹簧213的数量与导向结构的组数对应，本实施例中为两个，每个第二弹簧213对应与支杆207同轴设置，其中第二弹簧213的口径大于支杆207的外径，并且大于直线轴承208的外径，支杆207位于第二弹簧213内。

根据本实施例的可控震源200，第二安装板202一方面通过第一弹簧205与第一安装板201相连，另一方面通过第二弹簧213与外壳212的顶面2121相连。使得第二安装板202带动磁体以及磁钢作往复运动时整个可控震源200的结构更加稳定。

本实用新型实施例还提供一种基于地震波矢量合成的震源设备，图4至图6示出本实用新型一个实施例的震源设备的俯视图、正视图以及立体图，该震源设备包括多个上述第一实施例的可控震源100，以及可调整底座300，可调整底座300设置在每个可控震源100下方，可调整底座300用于调整可控震源100的位置以及倾斜角度和方向。震源设备也可以是包括其他实施例的可控震源，例如是本实用新型第二实施例的可控震源200。

本实施例中优选可控震源100的数量为三个。如图4所示俯视图中，可调整底座300设置成使多个可控震源100在同一水平面内在同一圆周上等距分布，图中以虚线示出所述水平圆周，三个可控震源100的中心均位于该水平圆周上，并且三个可控震源100的相互距离D1＝D2＝D3。如图5所示正视图中，多个可控震源100的中轴线相对于竖直方向的倾斜角度均相同，其中取其中一个可控震源100的中轴线和竖直线以虚线示出，优选地，多个可控震源100的中轴线相对于竖直方向的倾斜角度R均为5度。如图6所示立体图中，以虚线示出多个可控震源100的中轴线，优选地，多个可控震源100的中轴线的延伸方向交于一点。

根据本实用新型的基于地震波矢量合成的震源设备，可调整底座300将可控震源100固定并且使得可控震源100与待测机构耦合以将地震波传入待测机构中，待测机构可以是地面，坑道，桥梁或道路等。其中可控震源100为多个，可调整底座300可以调节可控震源100的位置以及可控震源100的倾斜角度和方向。在优选的实施例中，多个所述可控震源100的中轴线的延伸方向交于一点，通过控制多个可控震源100输出力的大小，合成矢量输出地震波，使震源设备具有定向探测激发能力。

可调整底座300可以调整可控震源100的位置以及倾斜角度和方向，进而可以方便调节多个可控震源100输出地震波的方向以及多个地震波的合成方式，以方便震源设备能适应对更多不同情形的待测机构的勘测。

震源设备包括的可控震源的数目可调整，并且每个可控震源的可以根据实际需要选型，通过调整震源设备包括的可控震源的数量，与上述可调节底座相配合，可以实现震源设备输出力大小和方向的多样性，通过合成矢量输出的地震波，使震源设备具有定向探测激发能力，对不同待测机构进行勘测的适应性也更强。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

依照本实用新型的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本实用新型以及在本实用新型基础上的修改使用。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。