[发明专利]电磁地震勘测振动器系统和方法

说明书

相关申请的相互引用

本申请要求享有于2009年3月16日提交的美国临时专利申请No.61/160,405的利益和优先权，该申请通过引用方式被完全纳入本文，并且构成本文的一部分。

背景技术

如本领域已知的，连续振动法(vibroseis)是在探测地震学(exploration seismology)中使用的方法，用来在一个持续时间段内将能量信号传播进大地，与由冲击源(诸如爆炸物或重物下落卡车)提供的近似瞬时能量不同。以这种方式记录的数据可被关联，以将持续的源信号转化为脉冲。通常，所述信号由安装在一个移动基底单元上的伺服控制的液压振动器或振动机单元产生。

使用地震波来探测石油储量或其他地质结构和/或地球的异常现象的技术正变得相当复杂。这项工作的关键是需要一个力、频率和相位能够得到准确控制的高保真度的地面振动机。目前，液压振动机在该行业占主导地位。这些设备可被安装在卡车上以获得移动性。通常，对于液压振动机，小的机械致动器控制高压力的液压流体流动，以向基板(base plate)施加正弦压缩力。使用这样的设计，可实现大的力。然而，液压振动机存在一些缺点。使用液压流体会在泄漏和溢出方面引起环境问题。此外，液压振动机相对响应缓慢，这会导致降低输入信号的保真度。

因此，期望有能够克服本领域中的挑战(其中一些如上所述)的系统和方法。

发明内容

本文描述了电磁系统的实施方案，所述电磁系统可用于替代致动物块(mass)运动的传统液压油系统。本文所述的实施方案提供了宽频率范围工作、具有高保真度的地面力(ground force)应用以及小的环境影响。本文描述的实施方案可用于地震探测及连续振动应用，还有其他用途。

附加优点将在以下的说明中部分给出，或者可通过实践得知。这些优点将通过尤其在随附权利要求中指出的元件和其组合被实现和获得。应理解，上文的总体说明和下文的详细说明仅是示例和解释性的，不像权利要求是限制性的。

附图说明

包含在本说明书中且构成本说明书一部分的附图示出了一些实施方案，并且与说明书一起用于解释所述方法和系统的原理。

图1示出了安装在卡车上的电磁振动器(vibrator)系统的一个实施方案，包括电源、控制系统和换能器(transducer)；

图2示出了换能器的一个示例实施方案；

图3是换能器的一个实施方案的截面图；

图4进一步示出了导致换能器的一个实施方案运动的磁力；

图5示出了逆变器方案的电学示意图的一个实施方案，该逆变器方案可用于产生AC电能以及控制电磁振动器系统的一个实施方案；

图6示出了来自逆变器的脉冲宽度调制信号可与锯齿波结合以产生期望的正弦波；

图7A和7B示出了来自如图5中所示的逆变器的实施方案的仿真输出和实际输出；

图8A-8C示出了仿真模型的一个示意图；

图8D示出了一个控制示意图；

图8E示出了一个扫描力(sweep force)控制图；

图8F示出了振动器电学波形；

图8G是谱功率密度(spectral power density)的一个图表；

图8H是反应块(reaction mass)运动的一个图表；

图8I和8J是随机相位地面力(ground force)比较的图表；

图8K和8L是随机相位谱功率比较的例示图；

图8M和8N是随机振幅地面力比较的例示图；

图8O和8P是随机振幅谱功率比较的例示图；

图8Q、8R和8S是针对固定频率扫描的谱功率图的例示图；

图9A是适于大冲程的电磁振动机(shaker)的一个例示图；

图9B是反并联连接两个线圈与两个线圈中的一个短路相比将在较高频率下产生较大电感的一个例示图；

图9C是用于从钢结构上的固定场绕组产生提升力的几何结构(geometry)的一个例示图；

图9D是对于沿图10-4中的突出显示部分的各个位置当电流形成提升力时产生的力的一个例示图；

图9E是对于沿图10-5中的突出显示部分的各个位置当电流形成向下力时产生的力的一个例示图；

图9F是对于恒定电流，力随位移变化的一个例示图；

图9G是基准设计几何结构的一个例示图；

图9H是对优化过程中干扰的变量的一个例示图；