專利名稱：海洋電磁式淺層地震可控震源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種海洋地球物理勘探可控震源裝置，尤其是海洋電磁式淺層地 震可控震源系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
海洋震源應(yīng)用在海洋地震勘探領(lǐng)域，現(xiàn)有的海洋地球物理勘探震源包括炸 藥震源、氣槍震源和電火花震源等，炸藥震源由于具有很大的危險(xiǎn)性目前已經(jīng)很 少有人使用；氣槍震源在使用過程中對海洋生物和海洋環(huán)境具有破壞性，而且氣 槍震源具有探測深度和地震子波頻帶寬度(分辨率)之間的矛盾，最主要是氣槍
震源信號具有一致性不可控的難題，對地震勘探分辯率有較大的影響；電火花震 源的能量較弱，探測深度有限，在海洋淺層高分辨率地震勘探中對勘探結(jié)果會有 很大影響，難以滿足海底高分辨率的要求，電火花震源所激發(fā)的壓力波形受許多 因素的影響，如震源儲能、電極與邊界的距離、水的礦化度、放電電極間的距離 等，現(xiàn)有海洋震源的破壞性和信號一致性不可控等難題?？煽卣鹪茨壳爸饕獞?yīng)用 在陸地地震勘探中。如ZL 200410010711. 3公開的"相控陣列式可控震源系統(tǒng)"， 是采用波束定向的方式將能量集中向地下傳遞，但是在海洋地震勘探過程中，由 于地震勘探載體等條件約束，無法實(shí)現(xiàn)陸地地震勘探方式，無法采用相控陣列式 可控震源系統(tǒng)進(jìn)行勘探。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種海洋電磁式淺層地震 可控震源系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的是通過下述方式實(shí)現(xiàn)的
海洋電磁式淺層地震可控震源系統(tǒng)，是由主控機(jī)和激震器陣列構(gòu)成
——主控機(jī)是由CPU 9[P 3.3 ]與地震儀同步觸發(fā)單元5連接，[P3.4]與主控機(jī)狀 態(tài)顯示8連接，[P2.7/2.8 ]與參數(shù)模塊14連接，[PO]經(jīng)電平轉(zhuǎn)換模塊6、信號產(chǎn) 生模塊2、信號濾波3、功率放大模塊4和激震器陣列11連接，CPU(9)通過數(shù)據(jù) 端口與液晶顯示模塊10連接，與液晶顯示屏12連接，CPU9[P1]與鍵盤輸入模 塊13連接；
——激振器陣列11是由固定基板31通過固定支架32固定在鋼架30上，固定支 架32、磁鋼35、磁極板37、鐵芯39均與殼體38鋼性連接，動圈36是由線圈 纏繞成圓環(huán)放置于鐵芯39和磁極板37之間的工作氣隙中，固定在激震器中軸上， 通過激震器中軸連接傳動部件40和動基板41，動圈36通過一組鋁合金支架34連接到承重彈簧33上，支撐動圈36的承重彈簧33通過鉚釘固定在殼體38上， 支撐彈簧42通過螺栓與動基板41連接，支撐彈簧42通過螺栓固定在鋼架30上。 ——激震器陣列11是由固定基板31通過固定支架32固定在鋼架30上，固定支 架32、磁鋼35、磁極板37、鐵芯39均與殼體38鋼性連接，動圈36是由線圈 纏繞成圓環(huán)放置于鐵芯39和磁極板37之間的工作氣隙中，固定在激震器中軸上， 通過激震器中軸連接傳動部件40和動基板41，動圈36通過一組鋁合金支架34 連接到承重彈簧33上，支撐動圈36的承重彈簧33通過鉚釘固定在殼體38上， 支撐彈簧42通過螺栓與動基板41連接，支撐彈簧42通過螺栓固定在鋼架30上。 本發(fā)明的目的還可以是通過下述方式實(shí)現(xiàn)
功率放大模塊4是由信號調(diào)理級23經(jīng)功率推動級24、功放輸出級25，功放 輸出級25與激震器陣列11連接，功放輸出級2經(jīng)功放保護(hù)模塊22、功放控制 邏輯21與功放狀態(tài)指示20連接。
主控機(jī)通過電纜控制三個(gè)或三個(gè)以上可控震源激震器，主控機(jī)是由液晶顯示 模塊10和鍵盤輸入模塊13通過CPU 9實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，文字顯示，CPU 9為89C58 單片機(jī)，CPU9通過數(shù)據(jù)端口與液晶顯示模塊10的數(shù)據(jù)端口相連，并以控制端 口連接液晶顯示模塊10的片選地址和數(shù)據(jù)/地址選擇命令地址，鍵盤輸入模塊13 采用4*4的行列掃描方式，由CPU9的控制端口做為行列掃描線，通過鍵盤輸入 模塊13對主控機(jī)進(jìn)行操作，CPU9的普通輸入/輸出端口分別與地震儀同步觸發(fā) 單元5和主控機(jī)狀態(tài)顯示18相連，CPU9通過電平轉(zhuǎn)換模塊6與信號產(chǎn)生模塊2 相連，晶振時(shí)鐘1通過時(shí)鐘輸入端送入到信號產(chǎn)生模塊2中，信號產(chǎn)生模塊2根 據(jù)CPU9的指令產(chǎn)生掃描信號，掃描信號經(jīng)過信號濾波3送入到功率放大模塊4 中，功率放大模塊4是由信號調(diào)離級23經(jīng)功率推動級24、功放輸出級25、功放 保護(hù)模塊22、功放控制邏輯21與功放狀態(tài)顯示20連接，功放輸出級25與激震 器陣列U連接，掃描信號經(jīng)過功率放大模塊4后送入到激振器陣列11中，信號 經(jīng)過功率放大模塊4放大后使激震器按掃描波形產(chǎn)生震動。
激震器模塊利用電磁驅(qū)動原理，采用雙自由度工作方式將可控震源能量經(jīng)海 水傳輸?shù)胶５?，固定支?2、磁鋼35、磁極板37、鐵芯39均與殼體38鋼性相 連，構(gòu)成激震器的不可動部分，激震器的不可動部分通過與固定基板31、固定 支架32固定在鋼架30之上，動圈36是由線圈纏繞成圓環(huán)放置于鐵芯39和磁極 板37之間的工作氣隙中，固定在激震器中軸上，通過激震器中軸連接傳動部件 40、動基板41，以上構(gòu)成激振器的可動部分，動圈36通過一組鋁合金支架34 連接到承重彈簧33上，支撐動圈36的承重彈簧33通過鉚釘固定在殼體38上， 保證可動部分靜態(tài)時(shí)處于平衡狀態(tài)，同時(shí)也保證動圈36在受到外力時(shí)對于激震 器不可動部分有相對位移，動基板41采用的是雙自由度方式，使得能量向海水 傳輸最大化，支撐彈簧42將動基板41穩(wěn)定在靜態(tài)平衡點(diǎn)位置。當(dāng)功率放大器供給動圈36可變頻率電流時(shí)，由電磁感應(yīng)定律，在動圈36周圍 便會產(chǎn)生對應(yīng)的交變磁場，此磁場與恒定的磁極板37磁場相互作用，促使動圈 36按給定的信號震動，在電磁場推動動圈36上下震動的同時(shí)，動圈36帶動激 震器中軸通過傳動部件40對激震器動基板41產(chǎn)生一個(gè)作用力使其連續(xù)的"推拉" 海水界面，即產(chǎn)生地震波，通過基板與海水界面將產(chǎn)生的地震波傳遞到海底。
有益效果本系統(tǒng)具有信號的掃描頻率段較高，達(dá)到1 1500Hz，信號重復(fù) 性好，激震器能量輸出最優(yōu)化，滿足海洋淺層高分辯率地震勘探的要求，解決了 海洋地震勘探載體對震源的影響。


圖1海洋電磁式淺層地震可控震源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
圖2為功率放大模塊4結(jié)構(gòu)框圖 圖3激震器結(jié)構(gòu)圖
l時(shí)鐘晶振，2信號產(chǎn)生模塊，3信號濾波，4功率放大模塊，5地震儀同步 觸發(fā)單元，6電平轉(zhuǎn)換模塊，7液晶亮度模塊，8主控機(jī)狀態(tài)顯示，9 CPU， 10 液晶顯示模塊，ll激振器陣列，12液晶顯示屏，13鍵盤輸入模塊，14參數(shù)模塊； 20功放狀態(tài)指示，21功放控制邏輯，22功放保護(hù)模塊，23信號調(diào)理級，24功 率推動級，25功放輸出級；30激振器模塊包括鋼架[，31固定基板，32固定支 架，33承重彈簧，34鋁合金支架，35磁鋼，36動圈，37磁極板，38殼體，39 鐵芯，40傳動部件，41動基板，42支撐彈簧。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)說明
海洋電磁式淺層地震可控震源系統(tǒng)，是由主控機(jī)和激震器陣列構(gòu)成 ——主控機(jī)是由CPU 9[P 3.3 ]與地震儀同步觸發(fā)單元5連接，[P3.4]與主控機(jī)狀 態(tài)顯示8連接，[P2.7/2.8]與參數(shù)模塊14連接，[P0]經(jīng)電平轉(zhuǎn)換模塊6、信號產(chǎn) 生模塊2、信號濾波3、功率放大模塊4和激震器陣列11連接，CPU(9)通過數(shù)據(jù) 端口與液晶顯示模塊10連接，與液晶顯示屏12連接，CPU 9[Pl]與鍵盤輸入 模塊13連接；
——激振器陣列11是由固定基板31通過固定支架32固定在鋼架30上，固定支 架32、磁鋼35、磁極板37、鐵芯39均與殼體38鋼性連接，動圈36是由線圈 纏繞成圓環(huán)放置于鐵芯39和磁極板37之間的工作氣隙中，固定在激震器中軸上， 通過激震器中軸連接傳動部件40和動基板41 ，動圈36通過一組鋁合金支架34 連接到承重彈簧33上，支撐動圈36的承重彈簧33通過鉚釘固定在殼體38上， 支撐彈簧42通過螺栓與動基板41連接，支撐彈簧42通過螺栓固定在鋼架30上。 ——激震器陣列11是由固定基板31通過固定支架32固定在鋼架30上，固定支 架32、磁鋼35、磁極板37、鐵芯39均與殼體38鋼性連接，動圈36是由線圈纏繞成圓環(huán)放置于鐵芯39和磁極板37之間的工作氣隙中，固定在激震器中軸上， 通過激震器中軸連接傳動部件40和動基板41，動圈36通過一組鋁合金支架34 連接到承重彈簧33上，支撐動圈36的承重彈簧33通過鉚釘固定在殼體38上， 支撐彈簧42通過螺栓與動基板41連接，支撐彈簧42通過螺栓固定在鋼架30上。
功率放大模塊4是由信號調(diào)理級23經(jīng)功率推動級24、功放輸出級25，功放 輸出級25與激震器陣列11連接，功放輸出級2經(jīng)功放保護(hù)模塊22、功放控制 邏輯21與功放狀態(tài)指示20連接。
主控機(jī)通過電纜控制三個(gè)可控震源進(jìn)行掃描，液晶顯示模塊IO和鍵盤輸入模 塊13通過CPU9實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，文字顯示，CPU 9通過數(shù)據(jù)端口與液晶顯示模 塊10的數(shù)據(jù)端口相連，并以控制端口連接液晶顯示模塊10的片選地址和數(shù)據(jù)/ 地址選擇命令地址，鍵盤輸入模塊13采用4*4的行列掃描方式，由CPU 9的控 制端口做為行列掃描線，通過鍵盤輸入模塊13對主控機(jī)進(jìn)行操作，CPU9的普 通輸入/輸出端口分別與地震儀同步觸發(fā)單元5和主控機(jī)狀態(tài)顯示18相連，CPU9 通過電平轉(zhuǎn)換模塊6與信號產(chǎn)生模塊2相連，晶振時(shí)鐘[I]通過時(shí)鐘輸入端送入 到信號產(chǎn)生模塊2中，信號產(chǎn)生模塊2根據(jù)CPU 9的指令產(chǎn)生掃描信號，掃描 信號經(jīng)過信號濾波3送入到功率放大模塊4中，功率放大模塊4包括信號調(diào)理 23，功率推動24，功放輸出25，功放保護(hù)模塊22，功放控制邏輯21，功放狀態(tài) 顯示20，掃描信號經(jīng)過功率放大模塊4后送入到激震器陣列11中，信號經(jīng)過功 率放大模塊4放大后使激震器陣列按掃描波形產(chǎn)生震動。
主控機(jī)中CPU 9控制液晶顯示模塊10人機(jī)交互界面的顯示，同時(shí)又通過對 鍵盤輸入模塊13和液晶顯示屏15的控制完成人機(jī)交互，鍵盤輸入模塊13設(shè)置 的掃描參數(shù)存入?yún)?shù)模塊14液晶顯示模塊IO和鍵盤輸入模塊13負(fù)責(zé)人機(jī)交互， 文字顯示，通過在CPU9的存儲區(qū)中建立字庫實(shí)現(xiàn)，參數(shù)模塊14采用了 12(:總線 的E2PR0M,負(fù)責(zé)參數(shù)的及時(shí)存取.
CPU 9通過控制信號產(chǎn)生模塊2實(shí)現(xiàn)掃描波形的輸出，根據(jù)CPU 9中的掃描 編碼，信號產(chǎn)生模塊2的三片DDS芯片分別產(chǎn)生不同頻率段的掃描信號，并送入 功率放大模塊4進(jìn)行放大，最終送入到激震器陣列l(wèi)l中，在掃描開始時(shí)CPU9 控制地震儀同步觸發(fā)單元5，向地震波接收儀器提供有效的同步觸發(fā)協(xié)議，在掃 描期間，CPU 9控制主控機(jī)狀態(tài)顯示18指示當(dāng)前的工作狀態(tài)，在掃描過程中， CPU 9根據(jù)參數(shù)對信號產(chǎn)生模塊2進(jìn)行過程控制，產(chǎn)生需要的掃描波形,經(jīng)過信 號濾波3后送入到功放輸入23，功放驅(qū)動24和功放輸出25后再送入到激震器 陣列11中產(chǎn)生地震波.
晶振時(shí)鐘[l]通過時(shí)鐘輸入端將時(shí)鐘信號送入到信號產(chǎn)生模塊2中，CPU 9 通過電平轉(zhuǎn)換模塊6對控制信號產(chǎn)生模塊2進(jìn)行操作，由信號產(chǎn)生模塊2產(chǎn)生線 性掃描信號和多種非線性掃描信號，掃描信號的幅度,頻率，相位均可編程,可根據(jù)需要設(shè)計(jì)各種復(fù)雜掃描波形.
掃描信號經(jīng)過信號濾波3送入到功率放大模塊4中，功率放大模塊4包括信 號調(diào)理23，功率推動24，功放輸出25，功放保護(hù)模塊22，功放控制邏輯21， 功放狀態(tài)指示4,信號調(diào)理23由三片低零漂放大器構(gòu)成3級放大電路來實(shí)現(xiàn)， 有效地克服零點(diǎn)漂移，并且使靜態(tài)時(shí)中點(diǎn)電壓穩(wěn)定在OV;功放驅(qū)動級8由三級 管組成互補(bǔ)式共基極放大電路，并且通過附加電容與分壓電阻并聯(lián)設(shè)計(jì)，使驅(qū)動 級反饋網(wǎng)絡(luò)變成一個(gè)相位超前網(wǎng)絡(luò)，保證了反饋放大器的穩(wěn)定性；功放輸出25 由一系列三級管組成，采用兩類四級復(fù)合管結(jié)構(gòu)，提高了三級管的電流放大系數(shù)， 擴(kuò)大了輸出功率。掃描信號通過功率放大模塊4對信號產(chǎn)生模塊2的掃描信號進(jìn) 行放大,達(dá)到對激振器陣列11的足夠驅(qū)動力,同時(shí)為保證整個(gè)功放系統(tǒng)安全、可靠 的工作，采用了多種保護(hù)措施，在僅有信號掃描輸出時(shí)才由繼電器接通電源，掃 描結(jié)束后及時(shí)切斷電源，確保功率放大模塊4安全，當(dāng)電源異常、功放工作異常 以及功率管工作異常而瞬間發(fā)熱時(shí)通過溫度傳感器及有關(guān)電路實(shí)施過熱保護(hù)，同 時(shí)切斷功放電源，并由功放狀態(tài)指示4顯示功放狀態(tài)。
激振器陣列11包含有三個(gè)激震器，如圖3所示，激振器利用電磁驅(qū)動原理，實(shí) 現(xiàn)可控震源能量向海水的最佳傳輸，鋼架30通過固定基板31和固定支架32采 用焊接和鉚釘連接方式與三個(gè)激震器模塊固定于同一平面，使三個(gè)激震器擺放在 一個(gè)三角平面內(nèi)，在工作時(shí)以相同高度向海底傳送地震波，固定支架32、磁鋼 35、磁極板37、鐵芯39均與殼體38通過鉚釘相連，構(gòu)成激震器的不可動部分， 激震器的不可動部分通過與固定基板31、固定支架32固定在鋼架30上，動圈 36是由線圈纏繞成圓形放置于鐵芯39和磁極板37之間的工作氣隙中，固定在 激震器中軸上，通過激震器中軸連接傳動部件40、動基板41，以上構(gòu)成激振器 的可動部分，動圈36通過一組鋁合金支架34連接到承重彈簧33上，支撐動圈 36的承重彈簧[33]通過鉚釘固定在殼體38上，保證可動部分靜態(tài)時(shí)處于平衡狀 態(tài)，同時(shí)也保證動圈36在受到外力時(shí)對于激震器不可動部分有相對位移，動基 板41采用的是雙自由度方式，使得能量向海水傳輸最大化，支撐彈簧[42]將動 基板[41]穩(wěn)定在靜態(tài)平衡點(diǎn)位置，當(dāng)功率放大模塊[4]向動圈[36]送入可變頻率電 流時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，在動圈[36]周圍便會產(chǎn)生對應(yīng)的交變磁場， 根據(jù)電磁感應(yīng)定律，可以得到
F=0.102BLIxl(T4 (1) F0=0.102BLI0xl(T4 (2) 式中F為電磁感應(yīng)力(牛頓)，即通常所謂的激振力；
FO為激振力F的幅值(牛頓)，即所謂的最大激振力；
B為工作氣隙中平均磁感應(yīng)強(qiáng)度(高斯)；
I為功率放大器供給的電流瞬時(shí)值(安培)；Io為電流I的幅值(安培)；
L為切割磁力線的線圈的導(dǎo)線的有效長度(米)。 由(1) (2)可得到
a=F/I=F0/I0=0.102BLxlO-4 (3) 對于激振器而言，B、 L均為常數(shù)，故oc即為定值，通常稱a為激振器的力常<formula>formula see original document page 8</formula>數(shù)。
此時(shí)在動圈36周圍便會產(chǎn)生對應(yīng)的交變磁場與恒定的磁極板37磁場相互作用， 根據(jù)式(1) (2)產(chǎn)生相應(yīng)的作用力，在電磁場推動動圈36上下震動的同時(shí)，動 圈36通過激震器中軸帶動傳動部件40使得激震器動基板41產(chǎn)生一個(gè)作用力使 其連續(xù)的"推拉"海水界面，即產(chǎn)生地震波，通過動基板41與海水界面之間相 互耦合將產(chǎn)生的地震波傳遞到海底,實(shí)現(xiàn)了電能和機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)化
權(quán)利要求
1. 一種海洋電磁式淺層地震可控震源系統(tǒng)，其特征在于，是由主控機(jī)和激震器陣列構(gòu)成——主控機(jī)是由CPU(9)[P3.3]與地震儀同步觸發(fā)單元(5)連接，[P3.4]與主控機(jī)狀態(tài)顯示(8)連接，[P2.7/2.8]與參數(shù)模塊(14)連接，CPU(9)[P0]經(jīng)電平轉(zhuǎn)換模塊(6)、信號產(chǎn)生模塊(2)、信號濾波(3)、功率放大模塊(4)和激震器陣列(11)連接，CPU(9)通過數(shù)據(jù)端口與液晶顯示模塊(10)連接，與液晶顯示屏(12)連接，CPU(9)[P1]與鍵盤輸入模塊(13)連接；——激振器陣列(11)是由固定基板(31)通過固定支架(32)固定在鋼架(30)上，固定支架(32)、磁鋼(35)、磁極板(37)、鐵芯(39)均與殼體(38)鋼性連接，動圈(36)是由線圈纏繞成圓環(huán)放置于鐵芯(39)和磁極板(37)之間的工作氣隙中，固定在激震器中軸上，通過激震器中軸連接傳動部件(40)和動基板(41)，動圈(36)通過一組鋁合金支架(34)連接到承重彈簧(33)上，支撐動圈(36)的承重彈簧(33)通過鉚釘固定在殼體(38)上，支撐彈簧(42)通過螺栓與動基板(41)連接，支撐彈簧(42)通過螺栓固定在鋼架(30)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種海洋地球物理勘探可控震源裝置，尤其是海洋電磁式淺層地震可控震源系統(tǒng)。是由主控機(jī)和激震器陣列構(gòu)成，主控機(jī)是由CPU、地震儀同步觸發(fā)單元、參數(shù)模塊、電平轉(zhuǎn)換模塊、信號產(chǎn)生模塊、功率放大模塊構(gòu)成，激震器陣列是由固定基板固定在鋼架上，固定支架、磁鋼、磁極板、鐵芯均與殼體鋼性連接，動圈固定在激震器中軸上，激震器中軸連接動基板，動圈鋁合連接承重彈簧上，承重彈簧通過鉚釘固定在殼體上，支撐彈簧通過螺栓與動基板連接，支撐彈簧通過螺栓固定在鋼架上。具有信號的掃描頻率段較高，達(dá)到1～1500Hz，信號重復(fù)性好，激震器能量輸出最優(yōu)化，滿足海洋淺層高分辯率地震勘探的要求，解決了海洋地震勘探載體對震源的影響。
文檔編號G01V1/02GK101285891SQ200810050779
公開日2008年10月15日 申請日期2008年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月3日
發(fā)明者鋒 孫, 張林行, 君 林, 陳祖斌 申請人:吉林大學(xué)