Вибрационный источник сейсмических колебаний
VIBRATION SOURCE OF SEISMIC VIBRATIONS

Вибрационный источник сейсмических колебаний (далее изобретение, техническое решение) относится к области геофизического исследования земной коры, а именно к устройствам вибрационного и импульсного возбуждения сейсмических волн в диапазоне частот 50-500 Гц при наземных сейсморазведочных работах.
В настоящее время из уровня техники известен вибрационный источник сейсмических колебаний, взятый за прототип (патент US 6338394). К числу недостатков прототипа можно отнести недостаточную характеристику направленности, а также сложность конструкции устройства.
Технической целью (задачей) заявляемого изобретения является устранение вышеуказанных недостатков, а его техническим результатом - создание устройства для наземных сейсморазведочных работ, конструктивно способного к одновременной работе с сигналами двух частот, при более простой конструкции и с улучшенной характеристикой направленности (сигнал разностной частоты образуется не на контакте устройства с грунтом, а на некоторой глубине, что заметно снижает уровень поверхностных волн, обычно возникающих при работе).
Поставленная задача достигается тем, что заявляемое техническое решение содержит излучающую платформу, инерционную массу и пьезокерамический преобразователь электрических сигналов в механические колебания, который конструктивно состоит из заданного количества пьезокерамических шайб, при этом нечетные пьезокерамические шайбы электрически соединены параллельно в одну электрически независимую секцию, а четные пьезокерамические шайбы электрически соединены параллельно в другую электрически независимую секцию (жирным выделены существенные признаки изобретения, отличающие его от прототипа). Именно вышеуказанная совокупность признаков обеспечивает получение изобретением заявленного технического результата.
Изобретение, в своих частных случаях выполнения, характеризуется признаками, указанными в предыдущем абзаце, в совокупности с тем, что пьезокерамические шайбы склеены между собой.
На схеме (Фиг.) приведен общий вид конструктивной схемы технического решения.
Вибрационный источник сейсмических колебаний включает в себя следующие элементы: излучающую платформу 1, инерционную массу 2, пьезокерамический преобразователь электрических сигналов в механические колебания 3, армирующий болт (условно не показан).
Излучающая платформа 1 - металлическая, жестко стянутая с пьезокерамическим преобразователем электрических сигналов в механические колебания 3 армирующим болтом (условно не показан). Предназначена для возбуждения в грунте механических колебаний, посредством их передачи от пьезокерамического преобразователя электрических сигналов в механические колебания 3. Геометрические размеры и конфигурация определяется частотным диапазоном технического решения и физическими характеристиками излучающей среды.
Инерционная масса 2 - металлическая, жестко стянутая с пьезокерамическим преобразователем электрических сигналов в механические колебания 3 армирующим болтом (условно не показан). Предназначена для создания давления (нагрузки) на всю конструкцию в целом. Геометрические размеры и конфигурация определяется частотным диапазоном технического решения и физическими характеристиками излучающей среды.
Пьезокерамический преобразователь электрических сигналов в механические колебания 3 состоит из склеенных между собой пьезокерамических шайб общеизвестной конструкции, которые конструктивно образуют две одинаковые и электрически независимые секции (пьезопакеты 4, 5). Пьезокерамические шайбы электрически соединены в каждой из секций между собой параллельно. Пьезокерамический преобразователь электрических сигналов в механические колебания 3 расположен между инерционной массой и излучающей платформой и жестко с ними стянут армирующим болтом (условно не показан). Геометрические размеры и конфигурация определяется частотным диапазоном технического решения и физическими характеристиками излучающей среды.
1
2
1
2
1
1
2
Заявляемое изобретение работает следующим образом: при подаче электрического напряжения от двух внешних электрогенераторов на секции пьезокерамического преобразователя электрических сигналов в механические колебания 3 электрическая энергия преобразуется пьезокерамикой в механические колебания за счет продольного пьезоэффекта. Возникшие механические колебания передаются на излучающую платформу 1, которая возбуждает в грунте механические колебания двух частот одновременно, образуя классические биения. Если одну из частот фиксировать ƒ=const, а другую ƒ сделать отличной от ƒ на некоторую величину Δƒ(ƒ=ƒ+Δƒ) и Δƒ менять в нужном диапазоне частот, то в облучаемой среде вследствие нелинейности на некотором расстоянии от излучающей платформы 1 образуются колебания разностной частоты Δƒ, которые будут распространяться в среде благодаря низкочастотности, а непосредственно возбуждаемые излучающей платформой 1 высокие частоты ƒ и ƒ, вследствие затухания в среде, на некотором расстоянии от данной платформы полностью исчезнут.
Разностная частота Δƒ может меняться во времени в нужном диапазоне частот, как по обычно применяемому в наземных сейсморазведочных работах линейному закону, так и по какому-либо другому, например экспоненциальному, чтобы компенсировать увеличивающееся в высокочастотной области затухание. Сигнал, принимаемый на расстоянии от источника, коррелируется с сигналом разностной частоты Δƒ.
При подаче напряжения от одного внешнего электрического генератора на весь пьезокерамический преобразователь электрических сигналов в механические колебания 3 в диапазоне частот Δƒ с линейной или экспоненциальной разверткой частоты во времени будет осуществляться вибрационное возбуждение среды, как в обычном вибросеансе. Если на пьезокерамический преобразователь электрических сигналов в механические колебания 3 от электрического генератора подавать напряжение импульсной формы с большой скважностью, то предлагаемое изобретение может быть использовано в режиме синхронного накопления импульсных сигналов (подобно кувалде или падающему грузу). При этом длительность импульсов может задаваться весьма короткой, что повысит верхнюю граничную частоту возбуждаемых колебаний.
Таким образом, заявляемое техническое решение способно работать в нескольких режимах:
1) в обычном общепринятом режиме работы вибрационных источников сейсмических колебаний;
2) как источник для синхронного накопления импульсных сигналов.