Электродинамическое приводное устройство для акустических излучателей

Изобретение относится к приводному узлу для акустических источников, имеющих излучающие поверхности, которые могут быть приведены в вибрационное движение, в частности,для использования в сейсмической разведке.Источники, используемые для генерации звуковых волн в воде, могут быть, например,тидроакустическими источниками, источниками упругого напряжения, сейсморазведочными передатчиками или источниками энергии. Изобретение наиболее успешно может быть использовано для источников таких тршов, т.е. источников для испускания звуковых волн под водой. После отражения от морского дна и нижележащих геологических формаций результирующие отраженные сигналы могут быть обнаружены с помощью гидрофонов или сейсмоприемников различных типов.Хорошо известно, что звуковые волны низкой частоты могут передаваться через воду и геологические структуры на большие расстояния, чем звуковые волны высокой частоты. В военном деле, а также в области добычи нефти и газа в море уже в течение долгого времени существует потребность в мощных источниках звука низкой частоты, способных работать под водой. В течение долгого времени в этих областях техники использовались источники различных конструкций. Такие акустические источники описаны, например, в Зейзппс Епегу Зопгсез 1968 НапбЬооК, Вепсйх, Пппеа СеорЬу 1 са 1 Согрогайоп 1968, и в Тгапзбпсег Ыееаз от ЬошРгечиепсу Зопаг, Ргосеебптз 01 1116 Зесопа тегпаг 1 опа 1 Шог 111 ор оп Рошег Тгапзбпсегз Бог Зопйс апа Пшазогпс, Ргапсе, июнь 12-13, 1990.Большинство используемых в настоящее время акустических источников является импульсными источниками, в которых делаются попытки получить максимальную энергию излучения за максимально короткий промежуток времени. Частоту таких источников можно изменять лишь в очень малых пределах, поэтому для различных исследований выбирают различные источники.В последнее время разработаны источники энергии для сейсмической разведки в виде вибраторов, которые могут колебаться с частотой в пределах разных частотных полос, так назь 1 ваемые устройства "качающейся частоты". К этой группе относятся вибраторы, которые работают с применением гидравлических устройств, и источники, использующие пьезоэлектрические или магнитострикционные материалы. В гидравлических вибраторах поршнем управляют с помощью клапанов, что позволяет получить высокие амплитуды колебаний. Как известно, в результате пьезоэлектрического эффекта, при подаче электрического напряжения к наружным поверхностям кристаллического материала его длина изменяется, и наоборот, при деформировании материала генерируется электрическое напряжение. Магнитострикция означает изме 000282НСНИС ДЛРШЫ МЗГНИТНОГО материала, ПОМСЩСНного в переменное магнитное поле, и наоборот,изменение магнитного поля в результате измеНСНИЯ ДЛИНЪ 1 МЗГНИТНОГО материала.Существуют различные конструкции акустических источников. Обычно в конструкциях,ОСНОВЗННЬПХ на гидравлическом ПрИНЦИПС, НИЗкочастотные источники имеют, как правило,круглую поверхность (в форме поршня), а в КОНСТрУКЦИЯХ, ОСНОВЗННЫХ на ИСПОЛЬЗОВЗНИИ ПЪСЗОЗЛСКТРИЧССКИХ И магнитострикционных материалов, источники имеют цилиндрическую форму с круглым или эллиптическим поперечным сечением.Концепция использования гидравлического поршневого источника описана в Т 11 е МаппеГлавной проблемой в управляемых источНИКЗХ ЭТОГО типа ЯВЛЯСТСЯ ПОПУЧСНИС ЧСТКО ОПределенной и достаточно большой амплитуды колебаний. Для ее решения необходимы или большая поверхность источника или малая поверхность источника, колеблющаяся с большими амплитудами.Вибраторы, основанные на гидравлическом принципе (например, для морской сейсмической разведки), обеспечивают большую амплитуду на низких частотах. Движением поршня управляют с помощью клапанов. Однако УПРЗВЛЯСМОСТЬ ТЗКИХ гидравлических ПОрШНСвых источников по амплитуде и частоте ограничена.Другой тип акустических источников работает так же, как электродинамические громкоговорители с электропроводящей катушкой,создающей управляемое магнитное поле, и постоянным магнитом. Когда на катушку подается изменяющийся электрический ток, две указанные части устройства перемещаются друг относительно друга. Это, в свою очередь, приводит в движение поршень, который передает колебания окружающей воде. Поршень имеет приблизительно такой же диаметр, как катушка. Примеры таких источников можно найти в серии 19, .Т-11 и .Т-15, изготавливаемой Маппе Кезоигсез во Флориде для морского флота США.ЭТИ ЗКУСТИЧССКИС ИСТОЧНИКИ МОГУТ ИМСТЬ различные размеры. Они имеют относительно плоскую амплитудно-частотную характеристику, но малую эффективность. Большие источники имеют большую эффективность, но меньшую полосу частот.В патенте Норвегии Мг 176457 описан приводной узел для акустических источников на основе конструкции, содержащей эластичный кожух цилиндрической формы с эллиптическим ПОПСрСЧНЫМ ССЧСНИСМ. ИСТОЧНИК СОДСРЭКИТ два стержня, расположенных около концов главной оси, а приводной узел расположен между этими КОНЦСВЫМИ СТСрЯП-[ЯМИ.В заявке Норвегии Мг 941708 (международная заявка РСТ/ЫО 95/00071 ) описаны источники, использующие упругое напряжет-Ше, с различными вариантами ВЫПОЛНСНИЯ ЗВУКОИЗлучающих поверхностей.Целью настоящего изобретения является создание приводного узла, способного излучать сигналы в широком диапазоне частот. Приводной узел может использоваться для различных задач помимо сейсмической разведки, например В ЗКУСТИЧССКИХ ИСТОЧНИКЗХ ДЛЯ ПОДВОДНЫХ ЛОдок и гидролокаторов. Форма звукоизлучающих ПОВСРХНОСТСЙ МОЖСТ МСНЯТЬСЯ В ЗШЗИСИМОСТИ ОТ применения, при этом могут быть использованы ВСС УКЗЗЗНЪПЯС ВЫШС ВЗРИЗНТЬТ ВЫПОЛНСНИЯ.Для решения указанной цели предлагается приводной узел, описанньтй в п.1 формулы изобретения.Ниже изобретение описано подробно со ссылками на прилагаемые чертежи, где:на фиг.1 показан разрез варианта выполнения изобретения, вид сбоку;на фиг.2 - более подробно электромагнитный привод;на фиг.3 - разрез, соответствующий изображенному на фиг.1, для другого варианта вЬ 1 полнения электромагнитного привода;на фиг.4 - электромагнитный привод согласно фиг.3;на фиг.5 - альтернативный вариант вЬ 1 полнения передающих элементов;на фиг.6 - вид спереди рамы 4 согласно фиг.1 и 3.На фиг.1 показан вариант выполнения изобретения, в котором передающие элементы 5 слегка изогнуты по дуге, а части 3 и 6 электромагнитного привода расположены в центре относительно рамы 4 и передающих элементов 5. Передающие элементы могут быть выполнены в виде гибких пластин или стержней и прикреплены к устройствам 2 крепления предпочтительно с возможностью поворота. Расстояние от центральной части передающих элементов 5 до оси, проходящей между устройствами 2 крепления намного меньше, чем расстояние от центральной части до устройств 2 крепления. Таким образом, обеспечивается передача, при которой большое перемещение приводной части 6 на передающем элементе 5, но при относительно небольшой силе, приводит к небольшому перемещению устройств 2 крепления, но с соответственно большей силой. Передача будет заВИССТЬ ОТ КрИВИЗНЫ передающих ЭЛСМСНТОВ Если передающие элементы по существу прямые, то имеет место удвоение частоты по сравнению с перемещениями привода.На фиг.1 устройства 2 крепления показаны в виде стержней, однако передающие элементы 5 могут быть прикреплены к звукоизлучающим поверхностям непосредственно.Когда передающие элементы толкают устройства 2 крепления внутрь, эллтшс расширяется,создавая в окружающей среде волну сжатия. Таким образом, электромагнитные приводы перемещаются наружу, что создает в воде звуковые волны. Изменяя эксцентриситет эллипса и скорость передачи в приводном узле, его можно приспособить к различным условиям.В других вариантах выполнения звукоизлучающих поверхностей могут быть выбраны другие решения. Например, устройства крепления могут крегШться непосредственно к поршням, в результате чего относительно большое перемещение приводов приводит к малому перемещению поршней. В этом примере рама может также выступать, по меньшей мере, частично за передающие элементы 5, так что указанНЪТС ПСрВЫС ПрИВОДНЫС части расположены ВНС других приводных частей 6 и 7.На фиг.2 показан электромагнитный привод, изображенный на фиг.1. Привод состоит из двух частей, из которых первая приводная часть 3 прикреплена к раме 4 и вьтполнена из материала, являющегося постоянным магнитом, а вторая приводная часть прикреплена к одному из передающих элементов 5 и содержит катушку. Когда через катушку течет ток, создается магнитное поле. Это магнитное поле взаимодействует с полем от приводной части в виде постоянного магнита и вызывает относительное перемещение приводных частей. Результирующая сила может быть выражена как:В зависимости от требуемой силы можно изменять или размер электромагнитного привода, или число приводов на каждом передающем элементе 5. Кроме того, может быть использовано несколько передающих элементов, установленных вдоль оси приводного узла, с одним или более приводами на каждом передающем элементе 5. Однако для уменьшения механических напряжет-Шй в конструкции предпочтительно, чтобы сумма сил, действующих с обеих сторон рамы, была симметрична относительно ее оси. Кроме того, в конструкции, показанной на фиг. 1, целесообразно, чтобы сумма сил представляла собой вектор, перпендикулярный к главной оси эллиптических звукоизлучающих поверхностей 1.На фиг. 3 показан акустический источник,соответствующий изображенному на фиг.1, с другим электромагнитным приводом. Более подробно привод показан на фиг.4. Привод содержит первую приводную часть 13, две вторых приводных части 16 и 17, причем катушка расположена в первой приводной части 13 в раме, а вторые приводные части 16, 17 являются пасСИВНЬТМИ МЗГНИТНЫМИ ЗЛСМСНТЗМИ. В ЭТОМ СЛУчае легче обеспечить симметричное перемещение двух вторых приводных частей. Катушка 13имеет сердечник из магнитного материала, например железа, направляющий магнитное поле наружу через вторые магнитные приводные части 16, 17, например, также выполненные из железа. Таким образом, на вторые приводные части действует сила Р, которая может бытьггтас дэар доА где Ы - число витков, 1 - ток, тю, - магнитное сопротивление, 1182, - проницаемость, до - проницаемость вакуума и А - площадь.На фиг. 5 показан альтернативный вариант выполнения изобретения, в котором передаюЩИС ЗЛСМСНГЫ ВЫПОЛНСНЫ В ВИДС ОТНОСИТСЛЬНО жестких стержней, один конец каждого из которых прикреплен ко вторым приводным частям 6 с возможностью поворота, а второй конец - к устройствам 2 крепления. Когда приводные части 6 перемещаются наружу, вторые концы стержней втягиваются внутрь со скоростью передачи, как описано выше. В данном случае отношение между этими перемещениями будет равно Ь/а.На фиг. 5 показан еще один вариант выполнения приводной части, изображенной на фиг.2, который дополнительно содержит управляющий стержень, проходящий через катушку б и магнит 3 по их центру, для обеспечения плавного перемещения.На фиг. 6 показан вид сверху рамы 4, в центре которой выполнены отверстия 8 для установки первых приводных частей 3, 13 и которая шиеет винты 9 для прикрепления соответствующих устройств крепления к акустическому источнику (не показан). При использовании нескольких электромагнитных приводов рама будет иметь больше отверстий для их крепления.1. Приводной узел для акустических источников для использования преимущественно в сейсмических исследованиях, имеющих вибрационные элементы (1), способные совершать вибрационное движение, содержащий раму (4), отличающийся тем, что на раме (4), предпочтительно в ее середине, установлены, по меньшей мере, два электромагнитных привода (3, 6, 7, 13, 16, 17),подвижные элементы (6, 7, 16, 17) которых прикреплены, по меньшей мере, к двум гибким передающим элементам (5), предпочтительно к их серединам, при этом концы гибких передающихэлементов (5) попарно прикреплены к вибрационным элементам (1) с помощью устройств (2) крепления, установленных с противоположных сторон рамы (4).2. Приводной узел по п.1, отличающийся тем,что, по меньшей мере, один из передающих элементов (5) состоит из предпочтительно гибких пласттш.3. Приводной узел по п.1, отличающийся тем,что, по меньшей мере, один из передающих элементов (5) состоит из гибких стержней.3. Приводной узел по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что передающие элементы (5) имеют изогнутую форму.5. Приводной узел по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один передающий элемент (5) состоит из стержней, один конец каждого из которых прикреплен с возможностью поворота к подвижному элементу привода, а второй конец - к указанным устройствам (2) крепления.6. Приводной узел по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что каждый электромагнитный привод (3, 6, 7, 13, 16, 17) состоит из электрической катушки (6, 7, 13),взаимодействующей, по меньшей мере, с одним ПОСТОЯННЫМ МЗГНИТОМ.7. Приводной узел по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что электромагнитные приводы (3, 6, 7, 13, 16, 17) установЛСНЫ МСЖДУ ГИбКИМИ ПСРСДЗЮЩИМИ ЗЛСМСНТЗМИ(5) 8. Приводной узел по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что электромагнитные приводы (3, 6, 7, 13, 16, 17) расположены симметрично относительно оси, проходящей между устройствами (2) крепления.9. Приводной узел по п.8, отличающийся тем,что неподвижные (3, 13) и подвижные (6, 7, 16,17) элементы приводов установлены соответственно на равном расстоянии от устройств (2) крепления, а направление колебательного движения подвижных элементов (6, 7, 16, 17) приводов по существу перпендикулярно к оси, проходящей между устройствами (2) крепления.10. Приводной узел по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что расстояние между устройствами (2) крепления значительно превышает удвоенное расстояние меЪКДУ точками КрСПЛСНИЯ ПОДВШКНЫХ ЗЛСМСНТОВ(6, 7, 16, 17) приводов на передающих элементах (5) и осью, проходящей между устройствами