一種大能量智能可控震源的製作方法

2023-06-16 09:18:21

本發明涉及一種大能量智能可控震源。

背景技術：

在工程地質勘察、資源勘探、工程質量檢測領域，淺層地震反射法、淺層地震折射法、垂直反射法等是常用的地球物理方法。人工震源是開展這些方法過程中必不可少的專業設備，主要用於彈性波的激發。常用的傳統人工震源主要包括炸藥、鐵錘、電火花等。炸藥震源一般採用tnt炸藥、雷管等，由於材料的特殊性，需要專業技術人員採購、運輸、操作，危險性大、適用範圍受限。

鐵錘震源是最簡單的人工震源，包括鐵錘和鐵質砧板。使用時將砧板放置在震源位置，用鐵錘用力敲擊砧板，完成激發。其主要缺陷是激發效果受人為影響較大，無法定量控制，且激發能量受到人力限制，影響對深部目標體的探測效果。

電火花震源是利用電容器儲電，通過控制電路，控制電能瞬間釋放，激發地震波。其缺點是：配套條件要求較高，需要有固定電源或發電機等移動電源；電容器較為笨重；操作中涉及高壓電，危險性較大；需要水等導電液體作為放電和能量傳遞介質，應用場所受限。

申請公布號為cn104570051a，申請公布日為2015.04.29的中國發明專利申請公開了一種大功率程控震源，該震源包括震源主機和發射管，發射管包括爆炸筒、連接套、燃氣進氣管、氧氣進氣管、閥座、電容以及點火裝置，其中爆炸筒（即燃燒室）通過閥座與連接套連接，閥座上設置有兩氣孔和火花塞孔，兩氣孔分別連接燃氣進氣管和氧氣進氣管，兩氣孔內設有止回閥，火花塞孔內安裝有火花塞，火花塞與點火裝置連接，點火裝置與電容連接，燃氣進氣管、氧氣進氣管、點火裝置及電容通過樹脂封裝在連接套內，電容的連接電纜伸出連接套，與震源主機連接，燃氣進氣管和氧氣進氣管分別於燃氣源和氧氣源（即助燃氣源）相連。

使用時，通過震源主機控制開啟燃氣管道和氧氣管道上的電磁閥，向發射管的爆炸筒內按一定的體積比充入燃氣和氧氣，根據震源所需的能量控制充氣時間，關閉電磁閥，隨後啟動點火裝置，引爆爆炸筒內的混合氣體，產生震源。

這種震源是將氣體燃燒爆炸的氣流能量直接作為震源能量，對激發點進行激發，氣流能量的激發強度比較弱，激發效果不好，可能需要多次激發。另外，震源的發射能量是通過控制充氣時間來進行調整的，但由於爆炸筒的容積是固定的，其調整範圍必定有限，並且在需要小能量發射時，為了獲得小能量的混合氣體密度，需要充入的氣體量較多，造成氣源消耗比較快，同時充氣時間也長，工作效率低。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種大能量智能可控震源，以解決現有技術中的震源激發強度比較弱的問題。

為了解決上述技術問題，本發明採用如下技術方案：

一種大能量智能可控震源，包括用於與燃氣源和助燃氣源相連的燃燒室，燃燒室的出口端連接有發射管，發射管內設置有發射球，發射管上設置有在受力大於設定值時允許發射球通過、在受力小於設定值時可將發射球卡在待發射位置的限位裝置，所述發射球處於待發射位置時與燃燒室圍成密閉空間。

所述發射管包括發射段以及位於發射段和燃燒室之間的錐面過渡段。

所述錐面過渡段可沿燃燒室內壁移動以改變燃燒室的容積，燃燒室上設置有在錐面過渡段移動後對錐面過渡段或發射段進行限位的限位結構。

大能量智能可控震源包括缸筒，缸筒的內腔構成所述燃燒室，所述錐面過渡段位於缸筒內部並可沿缸筒內壁導向移動，所述發射段穿過缸筒的端蓋伸出缸筒之外，發射段的外壁上設置有至少兩個銷孔，所述限位結構為設置在端蓋上用於與所述銷孔配合的擋銷。

所述端蓋呈錐形。

發射管的出口端設置有砧板。

所述砧板通過套設在發射管出口端的錐形罩固定在發射管上，發射管出口端以及錐形罩上均設置有排氣孔。

發射管的出口端設置有安全洩壓閥。

大能量智能可控震源包括缸筒，缸筒的內腔構成所述燃燒室，缸筒的與發射管相對的一端固定有殼體，殼體中設置有燃料氣瓶和氧化劑氣瓶，燃料氣瓶和氧化劑氣瓶的出口端分別連接有閥門，各閥門的出口均與燃燒室連通，殼體中還設置有用於控制各閥門開閉以及開啟時間的主控電路板，主控電路板還與設置在燃燒室內的點火器控制相連。

缸筒上設置有用於掛接配重物的配重掛鈎。

本發明的有益效果在於：在燃燒室的出口端連接發射管，在發射管中設置發射球，並且在發射管上設置有限位裝置，由於該限位裝置在受力大於設定值時允許發射球通過、在受力小於設定值時可將發射球卡在待發射位置，這樣在使用時，就可以通過快速將震源倒置過來，從而使發射球在慣性力作用下對限位裝置施加大於其設定值的力，進而使發射球通過限位裝置，然後再緩慢回正震源，發射球就可以滾動到待發射位置並且受限位裝置作用而被卡在待發射位置，同時由於發射球處於待發射位置時與燃燒室圍成密閉空間，這樣當燃燒室中的混合氣體燃燒爆炸時，氣流能量就可以推動發射球克服限位裝置的限制，快速發射出去，完成一次能量激發。本發明的大能量智能可控震源，採用發射球作為能量傳遞的介質，相比現有技術中單純靠氣流能量而言，能夠加大激發強度，增強激發效果。

附圖說明

圖1為本發明中大能量智能可控震源的一個實施例的結構示意圖；

圖2為大能量智能可控震源的另一個實施例中限位裝置的結構示意圖。

圖中：1.主控電路板；2.燃料氣瓶；3.燃料閥門；4.點火器；5.燃燒室；6.錐面過渡段；7.擋止環；8.彈性卡片；9.限位結構；10.發射球；11.安全洩壓閥；12.錐形罩；13.砧板；14.排氣孔；15.配重掛鈎；16.缸筒；17.氧化劑閥門；18.殼體；19.氧化劑氣瓶；20.發射段；21.端蓋；22.彈簧；23.卡球。

具體實施方式

大能量智能可控震源的一個實施例如圖1所示，包括上下設置且密閉隔開的殼體18和缸筒16，殼體18中設置有用於儲存燃氣源的燃料氣瓶2、用於儲存助燃氣源的氧化劑氣瓶19，燃料氣瓶2的出口端連接有燃料閥門3，氧化劑氣瓶19的出口端連接有氧化劑閥門17，殼體18中還設置有主控電路板1，主控電路板1與燃料閥門3和氧化劑閥門17相連，並能控制兩個閥門的開閉以及開啟時間。

缸筒16內連接有發射管，該發射管包括可沿缸筒內壁上下移動的錐面過渡段6，錐面過渡段6與缸筒內壁圍成燃燒室5，燃料閥門3和氧化劑閥門17的出口端均與燃燒室5連通，從而可以向燃燒室5中充入可燃混合氣體，燃燒室5內還設置有點火器4，該點火器4也與主控電路板1相連，由主控電路板1控制其是否點火，從而可點燃燃燒室5內的混合氣體。

錐面過渡段6的底端連接有內徑小於燃燒室內徑的發射段20，該發射段20與錐面過渡段6組成整個發射管，發射段20向下延伸並穿過缸筒16的端蓋21，發射段20可隨錐面過渡段6一起上下移動，從而調節燃燒室5的容積，相適應的，端蓋21也呈錐形。端蓋21上設置有用於在發射段20和錐面過渡段6上下移動後對其進行限位的限位結構9，在該實施例中，限位結構9是設置在端蓋21上的擋銷，相應的發射段20的外壁上沿上下方向設置有多個銷孔，當發射段20移動到某一位置後，將擋銷插入銷孔中，即可限定發射管的位置。當然在其他實施例中，限位結構9也可以是內螺紋孔，此時發射段20上設置有外螺紋，發射段20與端蓋21為螺紋連接，此時需要轉動發射管，方可使其沿缸筒上下移動。

發射段20內設置有發射球10，發射段20的上端內壁上設置有在受力大於設定值時允許發射球通過、在受力小於設定值時可將發射球卡在待發射位置的限位裝置，在本實施例中，所述限位裝置為彈性卡片8，發射段20的內壁上且位於彈性卡片8的上方設置有擋止結構，在本實施例中，所述擋止結構為擋環7，當然為了不影響氣體燃燒能量的發射，擋環7隻是稍凸出於發射管的內壁，其具有一個比較大的內孔可以方便氣流能量的通過。

彈性卡片8有兩個，當快速將整個大能量智能可控震源倒置時，發射球10就會快速下落到彈性卡片8上，由於發射管具有一定的長度，一般為1m左右，在慣性力作用下，在發射球10接觸到彈性卡片8的瞬間會對其產生比較大的作用力，從而能夠使彈性卡片8克服自身彈力發生充分的變形，這時發射球10就可以穿過兩個彈性卡片，而擋環7則會阻止其掉入燃燒室5中，從而將發射球10限制在由擋環7和彈性卡片8組成的容納空間中，使其保持在待發射位置。

兩個彈性卡片8均是朝上延伸的，這樣當倒置大能量智能可控震源時，發射球10比較容易能夠穿過彈性卡片從而進入容納空間中，然後將大能量智能可控震源再緩慢倒置回來，朝上延伸的兩個彈性卡片8就能很容易的阻止發射球10下落，使其很好的限制在待發射位置，等待一次能量的發射。並且當發射球10處於待發射位置時，發射球10、錐面過渡段6以及缸筒16的內壁之間會形成一個密閉空間，這樣更有利於混合氣體的充分燃燒，當混合氣體燃燒爆炸時，氣流能量就可以推動發射球10克服彈性卡片8的限制，快速發射出去。

發射段20的下端外部套設有一個錐形罩12，錐形罩12的底部固定有砧板13，從容納空間中發射出來的發射球10會首先撞擊在砧板13上，然後由砧板13將激發能量傳遞到激發點上，完成一次激發。發射段20的下端、錐形罩12上均設置有排氣孔14，用於將發射後的高壓氣體排出。此外，發射段20的下端還設置有安全洩壓閥11，當發射管內氣體壓力比較大，排氣孔14無法及時洩壓時，安全洩壓閥11就會自動打開，起到二次保護的作用。

另外，為了保證整個設備使用過程中的穩定可靠，在缸筒16上還設置有配重掛鈎15，用於掛接配重物。

大能量智能可控震源的工作原理是：使用時，將震源搬運至激發點位置，倒置震源，使發射球10依靠自身重力和慣性進入容納空間中，然後回正震源，發射球10被彈性卡片限制住，處於待發射位置。然後根據激發能量的要求調整燃燒室5的大小，調整時使發射段20和錐面過渡段6上下移動，調整完成後利用限位結構9固定好發射管。然後將震源豎立於激發點位置，根據需要選擇和安裝配重物，設置激發能量，這時可採用與主控電路板1信號相連的遙控器設定設備狀態和發射能量，主控電路板1接收到信號後，將自動控制燃料閥門3和氧化劑閥門17打開，向燃燒室5中充入混合氣體，一定時間後，主控電路板1控制燃料閥門3和氧化劑閥門17關閉，然後再控制點火器4點火，燃燒室5內的混合氣體燃燒時產生的高壓能量推動發射球10從待發射位置發射到砧板13上，完成一次激發。

本發明的大能量智能可控震源，以燃燒劑和氧化劑混合燃燒作為能量源，通過智能控制電路自動根據設定要求完成混合配比，控制激發能量。本發明採用一種全新的能量發射方式，在燃燒室的下端設置發射管，這樣混合氣體的燃燒能量就可以被集中利用，實現了大能量激發，激發效果顯著提高。同時，錐面過渡段的設置可以使燃燒室的能量更容易被導入發射管中，進一步提高了能量集中利用的效果。而在發射管中設置發射球，利用發射球和砧板作為能量傳遞的介質，保證了震源能量向探測目標體的傳遞效率和激發彈性波的高頻成分，並且最大程度的模擬了傳統錘擊震源的效果，相比現有技術中單純靠氣流能量而言，能夠加大激發強度，增強激發效果。

本發明震源的燃燒室容積可調，再結合燃燒劑和氧化劑的充入量也可調，這樣就大大增加了激發能量的調整範圍，可控性更好，尤其是在需要小能量發射時，可以事先將燃燒室容積調小，然後再充入混合氣體，這樣就可以快速達到所需要的混合氣體密度，從而能夠節省充氣時間、提高工作效率，同時還能夠節約氣源的消耗，降低成本。

另外，本發明的震源上還設置有配重掛鈎和安全洩壓閥等保護裝置，保證了工程勘察和工程質量檢測工作的安全可靠開展。本發明震源的安全可靠性優於炸藥和電火花震源；能量發射能力和可控性優於錘擊震源；輕便性優於電火花震源，由於本裝置集成了燃料氣瓶、氧化劑氣瓶、主控電路板以及燃燒室等部件，結構緊湊，攜帶和操作都很方便。

在大能量智能可控震源的其他實施例中：彈性卡片也可以不朝上，比如是平的；限位裝置也可以不是彈性卡片，如圖2所示，限位裝置是對稱設置在發射段20內壁上的彈簧22和卡球23，當發射球10快速通過卡球23時，卡球受力較大，縮回內壁中，發射球10就可以通過，然後緩慢倒置回正震源，卡球會將發射球限制在待發射位置；缸筒上也可以不設置配重掛鈎；缸筒的上端可以不設置殼體，此時燃料氣瓶、氧化劑氣瓶、主控電路板等並沒有集成在缸筒上，而是獨立設置；發射管上也可以不設置安全洩壓閥；砧板也可以直接固定在發射管的出口端，此時不再設置錐形罩；發射管的出口端也可以不設置砧板，此時砧板是獨立于震源之外的部件，使用時將其放置在發射管的出口端；發射段內壁上的擋止結構也可以是擋銷；發射段內壁上可以不設置擋止結構，這時在倒置震源時，發射球會先掉入燃燒室中，當回正震源時，發射球會滾動到發射段中；缸筒的端蓋也可以不是錐形，而是平的；燃燒室的容積也可以是不可調的，此時發射管的錐面過渡段與燃燒室缸筒直接焊接固定；發射管可以只包括發射段，此時錐面過渡段是燃燒室缸筒的一部分。