專利名稱：聲波發(fā)射器的電動(dòng)激勵(lì)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聲波源的激勵(lì)組件，該激勵(lì)組件具有能受激進(jìn)行振動(dòng)的聲波發(fā)射表面，特別是涉及地震勘探中應(yīng)用的聲波源的激勵(lì)組件。技術(shù)領(lǐng)域用于在水中產(chǎn)生聲波的源可有諸如聲納源、彎曲伸張?jiān)?、及地震發(fā)送器或地震能源。本發(fā)明可很好地用于這些類型的源中，即用于在水下發(fā)射聲波。當(dāng)從海床和底層地質(zhì)結(jié)構(gòu)物反射時(shí)，生成的回波信號(hào)可借助各種類型的海洋檢波器或地質(zhì)檢波器加以檢測(cè)。
已知低頻聲波比高頻聲波能在更長(zhǎng)的距離內(nèi)通過(guò)水下和地質(zhì)結(jié)構(gòu)物而傳送。在軍事應(yīng)用領(lǐng)域以及在石油和天然氣工業(yè)的海洋部門中，長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)能在水下運(yùn)行的強(qiáng)大的低頻聲波源一直有所需求。用于這些目的和領(lǐng)域的各種結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)的源也已存在很久。這些聲波源有諸如在地震能源1968手冊(cè)、Bendix、聯(lián)合地球物理協(xié)會(huì)1968中，以及在法國(guó)1990年6月12-13日召開的第二屆大功率聲波及超聲波傳送器國(guó)際討論會(huì)議論文集，傳送器需要低頻聲納中描述的聲波源。
現(xiàn)今應(yīng)用的大多數(shù)聲波源是脈沖型的，在這類聲波源中，力量主要投放于要在盡可能短的時(shí)間內(nèi)發(fā)射出盡可能多的能量。這類源的頻率成分只能在十分小的范圍內(nèi)修正，因而對(duì)于不同的勘探問(wèn)題需選擇不同的源。
近來(lái)已開發(fā)了形為振動(dòng)器的地震能源，它們能在所謂“頻率掃描”的各種頻帶內(nèi)振動(dòng)。屬于此類地震能源的有應(yīng)用液壓裝置進(jìn)行運(yùn)行的振動(dòng)器以及應(yīng)用壓電或磁致伸縮材料的源。在液壓振動(dòng)器中，活塞由閥門設(shè)備加以控制，從而它可獲得高振幅。已知的壓電效應(yīng)涉及對(duì)晶體材料的外表面施加電壓時(shí)，其長(zhǎng)度發(fā)生變化，相反，當(dāng)材料遭受物理變形時(shí)產(chǎn)生電壓。磁致伸縮現(xiàn)象意味著，當(dāng)遭受磁場(chǎng)變化時(shí)，磁性材料的長(zhǎng)度將改變，相反，對(duì)材料的長(zhǎng)度進(jìn)行變化將產(chǎn)生磁場(chǎng)的變化。
聲波源的結(jié)構(gòu)方式是多種多樣的。對(duì)低頻應(yīng)用，當(dāng)采用液壓原理時(shí)，通常命名源具有圓形表面(形狀為活塞)，而當(dāng)應(yīng)用壓電或磁致伸縮材料時(shí)，則通常使源具有橫截面為圓形或橢圓形的柱形形狀。
在海洋振動(dòng)器源，第一間隔卷6，第9期9月1988/285中描述了應(yīng)用液壓活塞源的概念。
此類可控源的最大問(wèn)題是要去獲得相當(dāng)準(zhǔn)確的和足夠大的振幅。為此，或需要大的源表面，或需要具有高振幅的小的源表面。
基于液壓原理的振動(dòng)器(例如在海洋地震勘探法中)能提供低頻下的高振幅。活塞的運(yùn)動(dòng)由閥門設(shè)備進(jìn)行控制。但是，對(duì)這些液壓活塞源的振幅連同頻率的控制程度而言是有限的。
另一類聲波源的工作原理與電動(dòng)揚(yáng)聲器的相同，它具有一個(gè)能產(chǎn)生可控磁場(chǎng)的導(dǎo)電線圈和一個(gè)永久磁鐵。當(dāng)對(duì)線圈輸入變化的電流時(shí)，這兩個(gè)零件就相互相對(duì)運(yùn)動(dòng)。它們轉(zhuǎn)而又使活塞進(jìn)入運(yùn)動(dòng)，將振動(dòng)傳送給周圍的水?；钊闹睆酱笾屡c線圈的直徑相同。這些源的實(shí)例可在由美國(guó)佛羅里達(dá)的海洋資源公司生產(chǎn)的美國(guó)海軍系列J-9、J-11和J-15中發(fā)現(xiàn)。
這些源有許多不同的尺寸。它們具有相對(duì)平穩(wěn)地頻率響應(yīng)，但效率低下。較大源的效率較高，但帶寬較小。
挪威專利176457描述了一種聲波源的激勵(lì)組件，其基本結(jié)構(gòu)包括一個(gè)橫截面為橢圓形的柱形彈性罩套。該源在主軸線端部附近有兩根柱，激勵(lì)組件則放置在這兩端部柱之間。
在挪威專利申請(qǐng)?zhí)?41708(國(guó)際專利申請(qǐng)?zhí)朠CT/NO95/00071)中描述了具有各種聲波發(fā)射表面實(shí)施例的彎曲伸張?jiān)础?br> 本發(fā)明的目的是提出一種能在很寬的頻率范圍內(nèi)發(fā)射信號(hào)的激勵(lì)組件。除地震勘探法之外，此激勵(lì)組件還能用于許多不同的情況，諸如與潛水艇聲波，源和聲納有關(guān)的應(yīng)用。聲波發(fā)射表面的形狀可按照用途加以改變，且上述所有不同實(shí)施例都可應(yīng)用。
為達(dá)到此目的，提出了一種激勵(lì)組件，其特征如權(quán)利要求1所述。
以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述

圖1是從一側(cè)察看的、本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的剖面圖；圖2表示此電磁激勵(lì)器的細(xì)節(jié)；圖3表示與圖1所示相對(duì)應(yīng)的剖面，但具有不同的電磁激勵(lì)器的實(shí)施例；圖4表示圖3中的電磁激勵(lì)器；圖5表示傳送部件的一個(gè)替代實(shí)施例；圖6表示圖1和3中框架4的前視圖。
圖1中表示了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中傳送部件5具有略為拱形的形狀，而電磁零件3、6則分別安裝在框架4和傳送部件5的中央。傳送部件5可成形成彈性板或桿，并最好可轉(zhuǎn)動(dòng)地緊固在緊固裝置2上。從傳送部件5的中央部分至緊固裝置2之間的軸線的距離遠(yuǎn)小于從中央部分至緊固裝置2的距離。從而提供了一種以相對(duì)小的力產(chǎn)生傳送部件5上的激勵(lì)零件6的大的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致以相應(yīng)較大的力產(chǎn)生緊固裝置2的小運(yùn)動(dòng)的傳送方法。此傳送將根據(jù)傳送部5的曲率不同而不同。假如傳送部件基本是一直線，則與激勵(lì)器的運(yùn)動(dòng)相比，獲得了倍頻。
在圖中所示的緊固裝置2是柱，但傳送部件5在聲波發(fā)射表面上的緊固也可制作直接緊固至聲波發(fā)射表面上。
圖1中的聲波發(fā)射表面是橢圓形的。當(dāng)傳送部件5將緊固裝置2拉向內(nèi)時(shí)，橢圓變寬，在周圍環(huán)循環(huán)中產(chǎn)生壓力波。電磁激勵(lì)器的運(yùn)動(dòng)將以此方式向外傳播，在水中造成聲波。通過(guò)橢圓偏心率的改變，激勵(lì)組件中的傳送率可適用于不同的境況。
在聲波發(fā)射表面的其它實(shí)施例中，還可選擇其它的解決方案。作為緊固裝置的一個(gè)實(shí)例，它們可直接緊固至活塞上，其中激勵(lì)器相對(duì)大的運(yùn)動(dòng)將形成活塞的小運(yùn)動(dòng)。在此實(shí)施例中，框架也可至少部分地延伸在傳送部件5之外，這樣，所述第一激勵(lì)零件就放置在另一些激勵(lì)零件6、7之外。
圖2表示了圖1中的電磁激勵(lì)器。此激勵(lì)器由兩部分構(gòu)成，其中第一激勵(lì)零件3緊固至框架4上，并由永久磁性材料構(gòu)成，而第二激勵(lì)零件則緊固至傳送部件5中的一個(gè)部件上，并由線圈構(gòu)成。當(dāng)通過(guò)線圈輸入電流時(shí)，產(chǎn)生磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)將與磁性零件的磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生零件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。合力可表示成F＝I·L·B此處I是線圈中的電流，L是導(dǎo)體的長(zhǎng)度，而B是磁通密度。
根據(jù)所要求力的不同，或可改變電磁激勵(lì)器的尺寸，或可改變每個(gè)傳送部件5上的激勵(lì)器數(shù)目。也可采用沿激勵(lì)組件的軸線放置多個(gè)傳送部件，而在每一傳送部件5上放置一個(gè)或多個(gè)激勵(lì)器。但是，假如在框架每一側(cè)的合力相對(duì)于框架軸線對(duì)稱，以使結(jié)構(gòu)物上的應(yīng)力降至最低，則是最好的。在圖1所示的結(jié)構(gòu)中，假如合力形成的向量垂直于橢圓形聲波發(fā)射表面1的主軸線，則這也是很好的。
圖3表示了與圖1相當(dāng)?shù)穆暡ㄔ矗哂辛硪环N電磁激勵(lì)器。此激勵(lì)器的細(xì)節(jié)示于圖4中。這時(shí)，激勵(lì)器由一個(gè)第一激勵(lì)零件13和兩個(gè)第二激勵(lì)零件16、17構(gòu)成，線圈放置在框架上的第一激勵(lì)零件13中，而第二激勵(lì)零件16、17則是被動(dòng)磁性部件。采用這種方式，比較容易獲得這兩個(gè)第二激勵(lì)零件的對(duì)稱運(yùn)動(dòng)。線圈13包圍著磁性材料的芯，如鐵芯，將磁場(chǎng)向外引向例如也由鐵制成的第二磁性激勵(lì)零件16、17，這樣，作用在這些零件上的力F可表示成F=N2I2γtot2μgapμ0A]]>此處N是繞組的數(shù)目，I是電流，γtot是磁阻，μgap是導(dǎo)磁率，μo是真空導(dǎo)磁率，而A則是面積。
圖5表示了傳送部件的另一個(gè)實(shí)施例，此傳送部件由相對(duì)剛性的桿組成，每根桿在一端可轉(zhuǎn)動(dòng)地緊固至第二激勵(lì)零件6上，而在另一端則可轉(zhuǎn)動(dòng)地緊固至緊固裝置2上。當(dāng)激勵(lì)零件6向外運(yùn)動(dòng)時(shí)，桿的另一端以上述傳送率被拉動(dòng)向內(nèi)。這些運(yùn)動(dòng)間的比例在此情況下等于b/a。
圖5還表示了圖2中激勵(lì)零件的另一個(gè)實(shí)施例，這里它也由一根控制桿制成，此桿通過(guò)線圈6和磁鐵3的中心而放置而以保證運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。
圖6表示了框架4的前視圖，它具有若干中心設(shè)置的用于安裝第一激勵(lì)零件3、13的孔8，以及用于將相應(yīng)的緊固裝置緊固至聲波源(未表示)的螺栓9。當(dāng)應(yīng)用一個(gè)以上的電磁激勵(lì)器時(shí)，框架可裝備有更多的緊固這些零件的孔。
權(quán)利要求
1.聲波源的激勵(lì)組件，特別是地震方法研究中應(yīng)用的聲波源的激勵(lì)組件，該激勵(lì)組件具有能進(jìn)行振動(dòng)的振動(dòng)表面(1)，且包括一個(gè)框架(4)，該框架(4)至少包含一個(gè)最好是置于中心的激勵(lì)零件(3，13)，其特征在于，所述激勵(lì)組件還包括兩個(gè)或兩個(gè)以上相對(duì)聲波發(fā)射表面(1)而安裝、并放置在框架(4)的另一側(cè)面上的緊固裝置(2)；兩個(gè)或兩個(gè)以上將緊固裝置(2)加以相互連接、并在兩個(gè)緊固裝置之間的軸線兩側(cè)延伸的彈性傳送部件(5)；兩個(gè)或兩個(gè)以上與傳送部件(5)相連接的、并與所述第一激勵(lì)零件(3，13)組合而設(shè)置以構(gòu)成電磁激勵(lì)器的第二激勵(lì)零件(6，7，16，17)，并且，每個(gè)電磁激勵(lì)器都適于保證相關(guān)激勵(lì)零件(3，6，7，16，17)在其間進(jìn)行受控振動(dòng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的激勵(lì)組件，其特征在于，至少有一個(gè)傳送部件(5)最好由彈性板組成。
3.如權(quán)利要求1所述的激勵(lì)組件，其特征在于，至少有一個(gè)傳送部件(5)是由彈性桿組成的。
4.如前述權(quán)利要求之一所述的激勵(lì)組件，其特征在于，傳送部件(5)具有曲線形狀。
5.如前述權(quán)利要求之一所述的激勵(lì)組件，其特征在于，一個(gè)或多個(gè)電磁激勵(lì)器是相對(duì)于每一傳送部件(5)安裝的。
6.如前述權(quán)利要求之一所述的激勵(lì)組件，其特征在于，傳送部件中至少有一個(gè)是由桿構(gòu)成的，每根桿的一端可轉(zhuǎn)動(dòng)地緊固至所述第二激勵(lì)零件上，而另一端則可轉(zhuǎn)動(dòng)地緊固至所述緊固裝置(2)上。
7.如前述權(quán)利要求之一所述的激勵(lì)組件，其特征在于，每一電磁激勵(lì)器(3，6，7，13，16，17)由一個(gè)電流線圈(6，7，13)及一個(gè)或兩個(gè)磁性材料零件(3，16，17)構(gòu)成。
8.如前述權(quán)利要求之一所述的激勵(lì)組件，其特征在于，設(shè)置在框架(4)上的激勵(lì)零件(一些激勵(lì)零件)(3，13)的位置比所述第二激勵(lì)零件(6，7，16，17)更靠近緊固裝置(2)之間的軸線。
9.如前述權(quán)利要求之一所述的激勵(lì)組件，其特征在于，電磁激勵(lì)器(3，6，7，13，16，17)相對(duì)于緊固裝置(2)之間的軸線對(duì)稱地進(jìn)行設(shè)置。
10.如權(quán)利要求9所述的激勵(lì)組件，其特征在于，所述第一(3，13)和第二(6，7，16，17)激勵(lì)零件與兩個(gè)緊固裝置(2)相隔相同的距離，分別安裝在框架(4)和傳送部件上，而且第一(3，13)和第二(6，7，16，17)激勵(lì)零件之間的相對(duì)振動(dòng)運(yùn)動(dòng)的方向基本與緊固裝置(2)之間的軸線垂直。
11.如前述權(quán)利要求之一所述的激勵(lì)組件，其特征在于，緊固裝置(2)之間的距離要遠(yuǎn)大于所述第二激勵(lì)零件(6，7，16，17)在傳送部件(5)上的連接點(diǎn)至緊固裝置(2)之間軸線的距離的兩部。
全文摘要
聲波源的激勵(lì)組件,特別是地震方法研究中應(yīng)用的聲波源的激勵(lì)組件,該激勵(lì)組件具有能進(jìn)行振動(dòng)的振動(dòng)表面(1),且包括一個(gè)框架(4),該框架至少包含一個(gè)最好是位于中心的激勵(lì)零件(3,13)。此激勵(lì)組件還包括:兩個(gè)或兩個(gè)以上相對(duì)聲波發(fā)射表面(1)而安裝、并放置在框架(4)的背面上緊固裝置(2);兩個(gè)或兩個(gè)以上將緊固裝置(2)加以相互連接、并在兩個(gè)緊固裝置之間的軸線兩側(cè)延伸的彈性傳送部件(5);兩個(gè)或兩個(gè)以上與傳送部件(5)相連接的、并與所述第一激勵(lì)零件(3,13)組合而設(shè)置以構(gòu)成電磁器的第二激勵(lì)零件(6,7,16,17);且每個(gè)電磁激勵(lì)器都適于保證相關(guān)激勵(lì)零件(3,6,7,16,17)在其間進(jìn)行受控振動(dòng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
文檔編號(hào)G01V1/02GK1188548SQ96194993
公開日1998年7月22日 申請(qǐng)日期1996年5月28日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月28日
發(fā)明者魯內(nèi)·滕格哈姆, 芒努斯·塞特隆德 申請(qǐng)人:尤娜克系統(tǒng)公司