专利名称：声波发射器的电动激励装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及声波源的激励组件，该激励组件具有能受激进行振动的声波发射表面，特别是涉及地震勘探中应用的声波源的激励组件。技术领域用于在水中产生声波的源可有诸如声纳源、弯曲伸张源、及地震发送器或地震能源。本发明可很好地用于这些类型的源中，即用于在水下发射声波。当从海床和底层地质结构物反射时，生成的回波信号可借助各种类型的海洋检波器或地质检波器加以检测。
已知低频声波比高频声波能在更长的距离内通过水下和地质结构物而传送。在军事应用领域以及在石油和天然气工业的海洋部门中，长期以来对能在水下运行的强大的低频声波源一直有所需求。用于这些目的和领域的各种结构和设计的源也已存在很久。这些声波源有诸如在地震能源1968手册、Bendix、联合地球物理协会1968中，以及在法国1990年6月12-13日召开的第二届大功率声波及超声波传送器国际讨论会议论文集，传送器需要低频声纳中描述的声波源。
现今应用的大多数声波源是脉冲型的，在这类声波源中，力量主要投放于要在尽可能短的时间内发射出尽可能多的能量。这类源的频率成分只能在十分小的范围内修正，因而对于不同的勘探问题需选择不同的源。
近来已开发了形为振动器的地震能源，它们能在所谓“频率扫描”的各种频带内振动。属于此类地震能源的有应用液压装置进行运行的振动器以及应用压电或磁致伸缩材料的源。在液压振动器中，活塞由阀门设备加以控制，从而它可获得高振幅。已知的压电效应涉及对晶体材料的外表面施加电压时，其长度发生变化，相反，当材料遭受物理变形时产生电压。磁致伸缩现象意味着，当遭受磁场变化时，磁性材料的长度将改变，相反，对材料的长度进行变化将产生磁场的变化。
声波源的结构方式是多种多样的。对低频应用，当采用液压原理时，通常命名源具有圆形表面(形状为活塞)，而当应用压电或磁致伸缩材料时，则通常使源具有横截面为圆形或椭圆形的柱形形状。
在海洋振动器源，第一间隔卷6，第9期9月1988/285中描述了应用液压活塞源的概念。
此类可控源的最大问题是要去获得相当准确的和足够大的振幅。为此，或需要大的源表面，或需要具有高振幅的小的源表面。
基于液压原理的振动器(例如在海洋地震勘探法中)能提供低频下的高振幅。活塞的运动由阀门设备进行控制。但是，对这些液压活塞源的振幅连同频率的控制程度而言是有限的。
另一类声波源的工作原理与电动扬声器的相同，它具有一个能产生可控磁场的导电线圈和一个永久磁铁。当对线圈输入变化的电流时，这两个零件就相互相对运动。它们转而又使活塞进入运动，将振动传送给周围的水。活塞的直径大致与线圈的直径相同。这些源的实例可在由美国佛罗里达的海洋资源公司生产的美国海军系列J-9、J-11和J-15中发现。
这些源有许多不同的尺寸。它们具有相对平稳地频率响应，但效率低下。较大源的效率较高，但带宽较小。
挪威专利176457描述了一种声波源的激励组件，其基本结构包括一个横截面为椭圆形的柱形弹性罩套。该源在主轴线端部附近有两根柱，激励组件则放置在这两端部柱之间。
在挪威专利申请号941708(国际专利申请号PCT/NO95/00071)中描述了具有各种声波发射表面实施例的弯曲伸张源。
本发明的目的是提出一种能在很宽的频率范围内发射信号的激励组件。除地震勘探法之外，此激励组件还能用于许多不同的情况，诸如与潜水艇声波，源和声纳有关的应用。声波发射表面的形状可按照用途加以改变，且上述所有不同实施例都可应用。
为达到此目的，提出了一种激励组件，其特征如权利要求1所述。
以下将结合附图对本发明进行详细描述
图1是从一侧察看的、本发明一个实施例的剖面图；图2表示此电磁激励器的细节；图3表示与图1所示相对应的剖面，但具有不同的电磁激励器的实施例；图4表示图3中的电磁激励器；图5表示传送部件的一个替代实施例；图6表示图1和3中框架4的前视图。
图1中表示了本发明的一个实施例，其中传送部件5具有略为拱形的形状，而电磁零件3、6则分别安装在框架4和传送部件5的中央。传送部件5可成形成弹性板或杆，并最好可转动地紧固在紧固装置2上。从传送部件5的中央部分至紧固装置2之间的轴线的距离远小于从中央部分至紧固装置2的距离。从而提供了一种以相对小的力产生传送部件5上的激励零件6的大的运动导致以相应较大的力产生紧固装置2的小运动的传送方法。此传送将根据传送部5的曲率不同而不同。假如传送部件基本是一直线，则与激励器的运动相比，获得了倍频。
在图中所示的紧固装置2是柱，但传送部件5在声波发射表面上的紧固也可制作直接紧固至声波发射表面上。
图1中的声波发射表面是椭圆形的。当传送部件5将紧固装置2拉向内时，椭圆变宽，在周围环循环中产生压力波。电磁激励器的运动将以此方式向外传播，在水中造成声波。通过椭圆偏心率的改变，激励组件中的传送率可适用于不同的境况。
在声波发射表面的其它实施例中，还可选择其它的解决方案。作为紧固装置的一个实例，它们可直接紧固至活塞上，其中激励器相对大的运动将形成活塞的小运动。在此实施例中，框架也可至少部分地延伸在传送部件5之外，这样，所述第一激励零件就放置在另一些激励零件6、7之外。
图2表示了图1中的电磁激励器。此激励器由两部分构成，其中第一激励零件3紧固至框架4上，并由永久磁性材料构成，而第二激励零件则紧固至传送部件5中的一个部件上，并由线圈构成。当通过线圈输入电流时，产生磁场。该磁场将与磁性零件的磁场相互作用，产生零件的相对运动。合力可表示成F＝I·L·B此处I是线圈中的电流，L是导体的长度，而B是磁通密度。
根据所要求力的不同，或可改变电磁激励器的尺寸，或可改变每个传送部件5上的激励器数目。也可采用沿激励组件的轴线放置多个传送部件，而在每一传送部件5上放置一个或多个激励器。但是，假如在框架每一侧的合力相对于框架轴线对称，以使结构物上的应力降至最低，则是最好的。在图1所示的结构中，假如合力形成的向量垂直于椭圆形声波发射表面1的主轴线，则这也是很好的。
图3表示了与图1相当的声波源，但具有另一种电磁激励器。此激励器的细节示于图4中。这时，激励器由一个第一激励零件13和两个第二激励零件16、17构成，线圈放置在框架上的第一激励零件13中，而第二激励零件16、17则是被动磁性部件。采用这种方式，比较容易获得这两个第二激励零件的对称运动。线圈13包围着磁性材料的芯，如铁芯，将磁场向外引向例如也由铁制成的第二磁性激励零件16、17，这样，作用在这些零件上的力F可表示成F=N2I2γtot2μgapμ0A]]>此处N是绕组的数目，I是电流，γtot是磁阻，μgap是导磁率，μo是真空导磁率，而A则是面积。
图5表示了传送部件的另一个实施例，此传送部件由相对刚性的杆组成，每根杆在一端可转动地紧固至第二激励零件6上，而在另一端则可转动地紧固至紧固装置2上。当激励零件6向外运动时，杆的另一端以上述传送率被拉动向内。这些运动间的比例在此情况下等于b/a。
图5还表示了图2中激励零件的另一个实施例，这里它也由一根控制杆制成，此杆通过线圈6和磁铁3的中心而放置而以保证运动平稳。
图6表示了框架4的前视图，它具有若干中心设置的用于安装第一激励零件3、13的孔8，以及用于将相应的紧固装置紧固至声波源(未表示)的螺栓9。当应用一个以上的电磁激励器时，框架可装备有更多的紧固这些零件的孔。
权利要求
1.声波源的激励组件，特别是地震方法研究中应用的声波源的激励组件，该激励组件具有能进行振动的振动表面(1)，且包括一个框架(4)，该框架(4)至少包含一个最好是置于中心的激励零件(3，13)，其特征在于，所述激励组件还包括两个或两个以上相对声波发射表面(1)而安装、并放置在框架(4)的另一侧面上的紧固装置(2)；两个或两个以上将紧固装置(2)加以相互连接、并在两个紧固装置之间的轴线两侧延伸的弹性传送部件(5)；两个或两个以上与传送部件(5)相连接的、并与所述第一激励零件(3，13)组合而设置以构成电磁激励器的第二激励零件(6，7，16，17)，并且，每个电磁激励器都适于保证相关激励零件(3，6，7，16，17)在其间进行受控振动相对运动。
2.如权利要求1所述的激励组件，其特征在于，至少有一个传送部件(5)最好由弹性板组成。
3.如权利要求1所述的激励组件，其特征在于，至少有一个传送部件(5)是由弹性杆组成的。
4.如前述权利要求之一所述的激励组件，其特征在于，传送部件(5)具有曲线形状。
5.如前述权利要求之一所述的激励组件，其特征在于，一个或多个电磁激励器是相对于每一传送部件(5)安装的。
6.如前述权利要求之一所述的激励组件，其特征在于，传送部件中至少有一个是由杆构成的，每根杆的一端可转动地紧固至所述第二激励零件上，而另一端则可转动地紧固至所述紧固装置(2)上。
7.如前述权利要求之一所述的激励组件，其特征在于，每一电磁激励器(3，6，7，13，16，17)由一个电流线圈(6，7，13)及一个或两个磁性材料零件(3，16，17)构成。
8.如前述权利要求之一所述的激励组件，其特征在于，设置在框架(4)上的激励零件(一些激励零件)(3，13)的位置比所述第二激励零件(6，7，16，17)更靠近紧固装置(2)之间的轴线。
9.如前述权利要求之一所述的激励组件，其特征在于，电磁激励器(3，6，7，13，16，17)相对于紧固装置(2)之间的轴线对称地进行设置。
10.如权利要求9所述的激励组件，其特征在于，所述第一(3，13)和第二(6，7，16，17)激励零件与两个紧固装置(2)相隔相同的距离，分别安装在框架(4)和传送部件上，而且第一(3，13)和第二(6，7，16，17)激励零件之间的相对振动运动的方向基本与紧固装置(2)之间的轴线垂直。
11.如前述权利要求之一所述的激励组件，其特征在于，紧固装置(2)之间的距离要远大于所述第二激励零件(6，7，16，17)在传送部件(5)上的连接点至紧固装置(2)之间轴线的距离的两部。
全文摘要
声波源的激励组件,特别是地震方法研究中应用的声波源的激励组件,该激励组件具有能进行振动的振动表面(1),且包括一个框架(4),该框架至少包含一个最好是位于中心的激励零件(3,13)。此激励组件还包括:两个或两个以上相对声波发射表面(1)而安装、并放置在框架(4)的背面上紧固装置(2);两个或两个以上将紧固装置(2)加以相互连接、并在两个紧固装置之间的轴线两侧延伸的弹性传送部件(5);两个或两个以上与传送部件(5)相连接的、并与所述第一激励零件(3,13)组合而设置以构成电磁器的第二激励零件(6,7,16,17);且每个电磁激励器都适于保证相关激励零件(3,6,7,16,17)在其间进行受控振动相对运动。
文档编号G01V1/02GK1188548SQ96194993
公开日1998年7月22日 申请日期1996年5月28日 优先权日1996年5月28日
发明者鲁内·滕格哈姆, 芒努斯·塞特隆德 申请人:尤娜克系统公司