CN107167836B - 一种大能量智能可控震源 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种大能量智能可控震源，包括用于与燃气源和助燃气源相连的燃烧室，燃烧室的出口端连接有发射管，发射管内设置有发射球，发射管上设置有在受力大于设定值时允许发射球通过、在受力小于设定值时可将发射球卡在待发射位置的限位装置，发射球处于待发射位置时与燃烧室围成密闭空间。本发明的有益效果：使用时可通过快速将震源倒置，使发射球在惯性力下对限位装置施加大于其设定值的力，通过限位装置，然后再缓慢回正震源，发射球就会受限位装置作用而被卡在待发射位置，当燃烧室中混合气体燃烧***时，气流能量就可以推动发射球快速发射出去，完成一次能量激发。本发明采用发射球作为能量传递的介质，能够加大激发强度，增强激发效果。

Description

一种大能量智能可控震源

技术领域

本发明涉及一种大能量智能可控震源。

背景技术

在工程地质勘察、资源勘探、工程质量检测领域，浅层地震反射法、浅层地震折射法、垂直反射法等是常用的地球物理方法。人工震源是开展这些方法过程中必不可少的专业设备，主要用于弹性波的激发。常用的传统人工震源主要包括***、铁锤、电火花等。***震源一般采用TNT***、***等，由于材料的特殊性，需要专业技术人员采购、运输、操作，危险性大、适用范围受限。

铁锤震源是最简单的人工震源，包括铁锤和铁质砧板。使用时将砧板放置在震源位置，用铁锤用力敲击砧板，完成激发。其主要缺陷是激发效果受人为影响较大，无法定量控制，且激发能量受到人力限制，影响对深部目标体的探测效果。

电火花震源是利用电容器储电，通过控制电路，控制电能瞬间释放，激发地震波。其缺点是：配套条件要求较高，需要有固定电源或发电机等移动电源；电容器较为笨重；操作中涉及高压电，危险性较大；需要水等导电液体作为放电和能量传递介质，应用场所受限。

申请公布号为CN104570051A，申请公布日为2015.04.29的中国发明专利申请公开了一种大功率程控震源，该震源包括震源主机和发射管，发射管包括***筒、连接套、燃气进气管、氧气进气管、阀座、电容以及点火装置，其中***筒（即燃烧室）通过阀座与连接套连接，阀座上设置有两气孔和火花塞孔，两气孔分别连接燃气进气管和氧气进气管，两气孔内设有止回阀，火花塞孔内安装有火花塞，火花塞与点火装置连接，点火装置与电容连接，燃气进气管、氧气进气管、点火装置及电容通过树脂封装在连接套内，电容的连接电缆伸出连接套，与震源主机连接，燃气进气管和氧气进气管分别于燃气源和氧气源（即助燃气源）相连。

使用时，通过震源主机控制开启燃气管道和氧气管道上的电磁阀，向发射管的***筒内按一定的体积比充入燃气和氧气，根据震源所需的能量控制充气时间，关闭电磁阀，随后启动点火装置，引爆***筒内的混合气体，产生震源。

这种震源是将气体燃烧***的气流能量直接作为震源能量，对激发点进行激发，气流能量的激发强度比较弱，激发效果不好，可能需要多次激发。另外，震源的发射能量是通过控制充气时间来进行调整的，但由于***筒的容积是固定的，其调整范围必定有限，并且在需要小能量发射时，为了获得小能量的混合气体密度，需要充入的气体量较多，造成气源消耗比较快，同时充气时间也长，工作效率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大能量智能可控震源，以解决现有技术中的震源激发强度比较弱的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种大能量智能可控震源，包括用于与燃气源和助燃气源相连的燃烧室，燃烧室的出口端连接有发射管，发射管内设置有发射球，发射管上设置有在受力大于设定值时允许发射球通过、在受力小于设定值时可将发射球卡在待发射位置的限位装置，所述发射球处于待发射位置时与燃烧室围成密闭空间。

所述发射管包括发射段以及位于发射段和燃烧室之间的锥面过渡段。

所述锥面过渡段可沿燃烧室内壁移动以改变燃烧室的容积，燃烧室上设置有在锥面过渡段移动后对锥面过渡段或发射段进行限位的限位结构。

大能量智能可控震源包括缸筒，缸筒的内腔构成所述燃烧室，所述锥面过渡段位于缸筒内部并可沿缸筒内壁导向移动，所述发射段穿过缸筒的端盖伸出缸筒之外，发射段的外壁上设置有至少两个销孔，所述限位结构为设置在端盖上用于与所述销孔配合的挡销。

所述端盖呈锥形。

发射管的出口端设置有砧板。

所述砧板通过套设在发射管出口端的锥形罩固定在发射管上，发射管出口端以及锥形罩上均设置有排气孔。

发射管的出口端设置有安全泄压阀。

大能量智能可控震源包括缸筒，缸筒的内腔构成所述燃烧室，缸筒的与发射管相对的一端固定有壳体，壳体中设置有燃料气瓶和氧化剂气瓶，燃料气瓶和氧化剂气瓶的出口端分别连接有阀门，各阀门的出口均与燃烧室连通，壳体中还设置有用于控制各阀门开闭以及开启时间的主控电路板，主控电路板还与设置在燃烧室内的点火器控制相连。

缸筒上设置有用于挂接配重物的配重挂钩。

本发明的有益效果在于：在燃烧室的出口端连接发射管，在发射管中设置发射球，并且在发射管上设置有限位装置，由于该限位装置在受力大于设定值时允许发射球通过、在受力小于设定值时可将发射球卡在待发射位置，这样在使用时，就可以通过快速将震源倒置过来，从而使发射球在惯性力作用下对限位装置施加大于其设定值的力，进而使发射球通过限位装置，然后再缓慢回正震源，发射球就可以滚动到待发射位置并且受限位装置作用而被卡在待发射位置，同时由于发射球处于待发射位置时与燃烧室围成密闭空间，这样当燃烧室中的混合气体燃烧***时，气流能量就可以推动发射球克服限位装置的限制，快速发射出去，完成一次能量激发。本发明的大能量智能可控震源，采用发射球作为能量传递的介质，相比现有技术中单纯靠气流能量而言，能够加大激发强度，增强激发效果。

附图说明

图1为本发明中大能量智能可控震源的一个实施例的结构示意图；

图2为大能量智能可控震源的另一个实施例中限位装置的结构示意图。

图中：1.主控电路板；2.燃料气瓶；3.燃料阀门；4.点火器；5.燃烧室；6.锥面过渡段；7.挡止环；8.弹性卡片；9.限位结构；10.发射球；11.安全泄压阀；12.锥形罩；13.砧板；14.排气孔；15.配重挂钩；16.缸筒；17.氧化剂阀门；18.壳体；19.氧化剂气瓶；20.发射段；21.端盖；22.弹簧；23.卡球。

具体实施方式

大能量智能可控震源的一个实施例如图1所示，包括上下设置且密闭隔开的壳体18和缸筒16，壳体18中设置有用于储存燃气源的燃料气瓶2、用于储存助燃气源的氧化剂气瓶19，燃料气瓶2的出口端连接有燃料阀门3，氧化剂气瓶19的出口端连接有氧化剂阀门17，壳体18中还设置有主控电路板1，主控电路板1与燃料阀门3和氧化剂阀门17相连，并能控制两个阀门的开闭以及开启时间。

缸筒16内连接有发射管，该发射管包括可沿缸筒内壁上下移动的锥面过渡段6，锥面过渡段6与缸筒内壁围成燃烧室5，燃料阀门3和氧化剂阀门17的出口端均与燃烧室5连通，从而可以向燃烧室5中充入可燃混合气体，燃烧室5内还设置有点火器4，该点火器4也与主控电路板1相连，由主控电路板1控制其是否点火，从而可点燃燃烧室5内的混合气体。

锥面过渡段6的底端连接有内径小于燃烧室内径的发射段20，该发射段20与锥面过渡段6组成整个发射管，发射段20向下延伸并穿过缸筒16的端盖21，发射段20可随锥面过渡段6一起上下移动，从而调节燃烧室5的容积，相适应的，端盖21也呈锥形。端盖21上设置有用于在发射段20和锥面过渡段6上下移动后对其进行限位的限位结构9，在该实施例中，限位结构9是设置在端盖21上的挡销，相应的发射段20的外壁上沿上下方向设置有多个销孔，当发射段20移动到某一位置后，将挡销***销孔中，即可限定发射管的位置。当然在其他实施例中，限位结构9也可以是内螺纹孔，此时发射段20上设置有外螺纹，发射段20与端盖21为螺纹连接，此时需要转动发射管，方可使其沿缸筒上下移动。

发射段20内设置有发射球10，发射段20的上端内壁上设置有在受力大于设定值时允许发射球通过、在受力小于设定值时可将发射球卡在待发射位置的限位装置，在本实施例中，所述限位装置为弹性卡片8，发射段20的内壁上且位于弹性卡片8的上方设置有挡止结构，在本实施例中，所述挡止结构为挡环7，当然为了不影响气体燃烧能量的发射，挡环7只是稍凸出于发射管的内壁，其具有一个比较大的内孔可以方便气流能量的通过。

弹性卡片8有两个，当快速将整个大能量智能可控震源倒置时，发射球10就会快速下落到弹性卡片8上，由于发射管具有一定的长度，一般为1m左右，在惯性力作用下，在发射球10接触到弹性卡片8的瞬间会对其产生比较大的作用力，从而能够使弹性卡片8克服自身弹力发生充分的变形，这时发射球10就可以穿过两个弹性卡片，而挡环7则会阻止其掉入燃烧室5中，从而将发射球10限制在由挡环7和弹性卡片8组成的容纳空间中，使其保持在待发射位置。

两个弹性卡片8均是朝上延伸的，这样当倒置大能量智能可控震源时，发射球10比较容易能够穿过弹性卡片从而进入容纳空间中，然后将大能量智能可控震源再缓慢倒置回来，朝上延伸的两个弹性卡片8就能很容易的阻止发射球10下落，使其很好的限制在待发射位置，等待一次能量的发射。并且当发射球10处于待发射位置时，发射球10、锥面过渡段6以及缸筒16的内壁之间会形成一个密闭空间，这样更有利于混合气体的充分燃烧，当混合气体燃烧***时，气流能量就可以推动发射球10克服弹性卡片8的限制，快速发射出去。

发射段20的下端外部套设有一个锥形罩12，锥形罩12的底部固定有砧板13，从容纳空间中发射出来的发射球10会首先撞击在砧板13上，然后由砧板13将激发能量传递到激发点上，完成一次激发。发射段20的下端、锥形罩12上均设置有排气孔14，用于将发射后的高压气体排出。此外，发射段20的下端还设置有安全泄压阀11，当发射管内气体压力比较大，排气孔14无法及时泄压时，安全泄压阀11就会自动打开，起到二次保护的作用。

另外，为了保证整个设备使用过程中的稳定可靠，在缸筒16上还设置有配重挂钩15，用于挂接配重物。

大能量智能可控震源的工作原理是：使用时，将震源搬运至激发点位置，倒置震源，使发射球10依靠自身重力和惯性进入容纳空间中，然后回正震源，发射球10被弹性卡片限制住，处于待发射位置。然后根据激发能量的要求调整燃烧室5的大小，调整时使发射段20和锥面过渡段6上下移动，调整完成后利用限位结构9固定好发射管。然后将震源竖立于激发点位置，根据需要选择和安装配重物，设置激发能量，这时可采用与主控电路板1信号相连的遥控器设定设备状态和发射能量，主控电路板1接收到信号后，将自动控制燃料阀门3和氧化剂阀门17打开，向燃烧室5中充入混合气体，一定时间后，主控电路板1控制燃料阀门3和氧化剂阀门17关闭，然后再控制点火器4点火，燃烧室5内的混合气体燃烧时产生的高压能量推动发射球10从待发射位置发射到砧板13上，完成一次激发。

本发明的大能量智能可控震源，以燃烧剂和氧化剂混合燃烧作为能量源，通过智能控制电路自动根据设定要求完成混合配比，控制激发能量。本发明采用一种全新的能量发射方式，在燃烧室的下端设置发射管，这样混合气体的燃烧能量就可以被集中利用，实现了大能量激发，激发效果显著提高。同时，锥面过渡段的设置可以使燃烧室的能量更容易被导入发射管中，进一步提高了能量集中利用的效果。而在发射管中设置发射球，利用发射球和砧板作为能量传递的介质，保证了震源能量向探测目标体的传递效率和激发弹性波的高频成分，并且最大程度的模拟了传统锤击震源的效果，相比现有技术中单纯靠气流能量而言，能够加大激发强度，增强激发效果。

本发明震源的燃烧室容积可调，再结合燃烧剂和氧化剂的充入量也可调，这样就大大增加了激发能量的调整范围，可控性更好，尤其是在需要小能量发射时，可以事先将燃烧室容积调小，然后再充入混合气体，这样就可以快速达到所需要的混合气体密度，从而能够节省充气时间、提高工作效率，同时还能够节约气源的消耗，降低成本。

另外，本发明的震源上还设置有配重挂钩和安全泄压阀等保护装置，保证了工程勘察和工程质量检测工作的安全可靠开展。本发明震源的安全可靠性优于***和电火花震源；能量发射能力和可控性优于锤击震源；轻便性优于电火花震源，由于本装置集成了燃料气瓶、氧化剂气瓶、主控电路板以及燃烧室等部件，结构紧凑，携带和操作都很方便。

在大能量智能可控震源的其他实施例中：弹性卡片也可以不朝上，比如是平的；限位装置也可以不是弹性卡片，如图2所示，限位装置是对称设置在发射段20内壁上的弹簧22和卡球23，当发射球10快速通过卡球23时，卡球受力较大，缩回内壁中，发射球10就可以通过，然后缓慢倒置回正震源，卡球会将发射球限制在待发射位置；缸筒上也可以不设置配重挂钩；缸筒的上端可以不设置壳体，此时燃料气瓶、氧化剂气瓶、主控电路板等并没有集成在缸筒上，而是独立设置；发射管上也可以不设置安全泄压阀；砧板也可以直接固定在发射管的出口端，此时不再设置锥形罩；发射管的出口端也可以不设置砧板，此时砧板是独立于震源之外的部件，使用时将其放置在发射管的出口端；发射段内壁上的挡止结构也可以是挡销；发射段内壁上可以不设置挡止结构，这时在倒置震源时，发射球会先掉入燃烧室中，当回正震源时，发射球会滚动到发射段中；缸筒的端盖也可以不是锥形，而是平的；燃烧室的容积也可以是不可调的，此时发射管的锥面过渡段与燃烧室缸筒直接焊接固定；发射管可以只包括发射段，此时锥面过渡段是燃烧室缸筒的一部分。

Claims (8)

1.一种大能量智能可控震源，包括用于与燃气源和助燃气源相连的燃烧室，其特征在于：燃烧室的出口端连接有发射管，发射管内设置有发射球，发射管上设置有在受力大于设定值时允许发射球通过、在受力小于设定值时可将发射球卡在待发射位置的限位装置，所述发射球处于待发射位置时与燃烧室围成密闭空间，大能量智能可控震源包括缸筒，缸筒的内腔构成所述燃烧室，发射管的出口端设置有砧板，所述发射管包括发射段以及位于发射段和燃烧室之间的锥面过渡段，所述限位装置为弹性卡片，发射段的内壁上且位于弹性卡片的上方设置有挡止结构，所述挡止结构为挡环，弹性卡片的一端连接在发射段的内壁上、另一端朝向挡环延伸，当将整个大能量智能可控震源倒置时，发射球就会下落到弹性卡片上，在惯性力作用下，在发射球接触到弹性卡片时会对其产生作用力，从而能够使弹性卡片克服自身弹力发生充分的变形，这时发射球就可以穿过弹性卡片，而挡环则会阻止其掉入燃烧室中，从而将发射球限制在由挡环和弹性卡片组成的容纳空间中，使其保持在待发射位置，并且当发射球处于待发射位置时，发射球、锥面过渡段以及缸筒的内壁之间会形成一个密闭空间，这样更有利于混合气体的充分燃烧，当混合气体燃烧***时，气流能量就可以推动发射球克服弹性卡片的限制发射出去，发射球从待发射位置发射到砧板上，完成一次激发。

2.根据权利要求1所述的大能量智能可控震源，其特征在于：所述锥面过渡段可沿燃烧室内壁移动以改变燃烧室的容积，燃烧室上设置有在锥面过渡段移动后对锥面过渡段或发射段进行限位的限位结构。

3.根据权利要求2所述的大能量智能可控震源，其特征在于：所述锥面过渡段位于缸筒内部并可沿缸筒内壁导向移动，所述发射段穿过缸筒的端盖伸出缸筒之外，发射段的外壁上设置有至少两个销孔，所述限位结构为设置在端盖上用于与所述销孔配合的挡销。

4.根据权利要求3所述的大能量智能可控震源，其特征在于：所述端盖呈锥形。

5.根据权利要求1~4任意一项所述的大能量智能可控震源，其特征在于：所述砧板通过套设在发射管出口端的锥形罩固定在发射管上，发射管出口端以及锥形罩上均设置有排气孔。

6.根据权利要求1~3任意一项所述的大能量智能可控震源，其特征在于：发射管的出口端设置有安全泄压阀。

7.根据权利要求1或2所述的大能量智能可控震源，其特征在于：缸筒的与发射管相对的一端固定有壳体，壳体中设置有燃料气瓶和氧化剂气瓶，燃料气瓶和氧化剂气瓶的出口端分别连接有阀门，各阀门的出口均与燃烧室连通，壳体中还设置有用于控制各阀门开闭以及开启时间的主控电路板，主控电路板还与设置在燃烧室内的点火器控制相连。

8.根据权利要求7所述的大能量智能可控震源，其特征在于：缸筒上设置有用于挂接配重物的配重挂钩。