專利名稱：通過直接探測基板運(yùn)動(dòng)控制的地震振動(dòng)器的制作方法
通過直接探測基板運(yùn)動(dòng)控制的地震振動(dòng)器對(duì)于相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考這是在2009年5月1日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)No. 61/174，786的非臨時(shí)申請(qǐng)，該臨時(shí)申請(qǐng)通過參考全部包括在這里，并且對(duì)于該臨時(shí)申請(qǐng)要求優(yōu)先權(quán)。
背景技術(shù)：
在地球物理勘測中，地震源可由卡車攜帶，并且可定位在勘探區(qū)域的預(yù)定位置處。 地震源能是單軸振動(dòng)源，并且一旦聯(lián)接到地球上并操作，就可將壓縮P-波傳遞到地球中。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的振動(dòng)器10表明在圖1A-1C中，并且圖示地表明在圖2中。振動(dòng)器 10使用基板20和反作用質(zhì)量塊50將力傳送到地面。如典型的那樣，振動(dòng)器10安裝在運(yùn)載車輛(未表示)上，該運(yùn)載車輛使用機(jī)構(gòu)和桿12/14將振動(dòng)器10降低到地面。在降低振動(dòng)器10的情況下，車輛的重量保持與地面相接合的基板20，所以可將地震源信號(hào)傳送到地球中。反作用質(zhì)量塊50直接定位在基板20上方，并且支柱52 (圖2)從基板20并穿過質(zhì)量塊50延伸，以使質(zhì)量塊50穩(wěn)定。在內(nèi)部，反作用質(zhì)量塊50具有形成在其中的缸56。豎直延伸活塞60穿過這個(gè)缸56延伸，并且在活塞60上的頭部62將缸56劃分成上部和下部腔室?；钊?0在其下部端部處連接到在下部橫梁(cross pieCe)54L中的轂盤(hub)上， 并且穿過缸56向上延伸?；钊?0的上部端部連接到在上部橫梁54U上的轂盤上，并且橫梁MU-L連接到支柱52上。為了將基板20與桿14隔離，桿14具有底腳16，該底腳16具有隔離器40，該隔離器40布置在底腳16與基板20之間。如表示的那樣，三個(gè)隔離器40布置在每個(gè)底腳16下方。另外，底腳16具有張緊(tension member)部件42，該張緊部件42互連在底腳16和基板20的邊緣之間。當(dāng)將振動(dòng)器10升高和降低到地面時(shí)，張緊部件42用來保持基板20。 最后，減震器44也安裝在底腳16的底部與基板20之間，以在它們之間隔離振動(dòng)。圖3A-3C用平面圖、側(cè)視圖、及端部剖視圖表示用于現(xiàn)有技術(shù)振動(dòng)器10的基板20。 板20的頂部具有用于支柱(52 ；圖2、的支柱固定件24，并且加強(qiáng)墊21包圍這些固定件對(duì)。 為隔離器GO)提供保持凸緣沈?？拷遣康拈L邊緣具有叉形梁托觀，張緊部件0 的端部連接到這些叉形梁托觀上；并且加強(qiáng)墊27繞板20的外邊緣提供，用來將減震器G4)連接到基板20上?？偟膩碚f，基板20可具有約6. 9英寸的高度H1、約42英寸的寬度W1、及約96英寸的長度L1,并且板20可重達(dá)近似4020磅。如在圖3C的端部截面中所示，板20具有四根內(nèi)部管或梁30，這些內(nèi)部管或梁30沿板的長度縱向延伸。梁30是具有矩形橫截面的空心管， 并且具有約6英寸的高度、約4英寸的寬度、及約3/8英寸的壁厚?；ミB墊片32定位在梁 30之間和在基板20的長帽蓋壁之間。在操作期間，如圖2所示的控制器80從聯(lián)接到上部橫梁54U上的第一傳感器85 接收信號(hào)，并且從聯(lián)接到反作用質(zhì)量塊50上的第二傳感器87接收信號(hào)。基于來自這些傳感器85/87的反饋和用來操作振動(dòng)器10的希望掃描信號(hào)，控制器80產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以控制伺服閥組件82。在由驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)時(shí)，伺服閥組件82經(jīng)在質(zhì)量塊50中的端口，在液壓流體供應(yīng)源84與上部和下部缸活塞腔室之間交替地路由高壓液壓流體。隨著液壓流體在活塞頭部62緊上方和下面布置的活塞腔室中交替地積累，反作用質(zhì)量塊50在活塞60上在豎直方向上往復(fù)地振動(dòng)。由振動(dòng)質(zhì)量塊50產(chǎn)生的力又經(jīng)支柱52和活塞60轉(zhuǎn)移到基板20，從而基板20按希望的振幅和頻率或掃描振動(dòng)，以產(chǎn)生進(jìn)入地面的地震源信號(hào)。隨著運(yùn)動(dòng)反作用質(zhì)量塊50作用在基板20上以將地震源信號(hào)傳遞到地球中，信號(hào)穿過地球傳播，在間斷點(diǎn)和結(jié)構(gòu)層處反射，及然后向地球表面?zhèn)鞑?。在表面處，?lián)接到地球上的地震檢波接收器陣列(未表示)探測反射的信號(hào)，并且記錄裝置記錄來自地震檢波接收器的信號(hào)。地震記錄器可使用相關(guān)處理器，使由地震源供給的計(jì)算地面力與由地震檢波接收器接收的地震信號(hào)相關(guān)。地震源具有液壓泵子系統(tǒng)，該液壓泵子系統(tǒng)具有液壓管線，這些液壓管線將液壓流體攜帶到伺服閥組件80 ；并且冷卻器可以存在，以冷卻液壓子系統(tǒng)。當(dāng)操作這樣一種現(xiàn)有技術(shù)振動(dòng)器10時(shí)，操作人員經(jīng)歷準(zhǔn)確地確定地面力和使振動(dòng)器的操作與產(chǎn)生的源信號(hào)準(zhǔn)確地相關(guān)的問題，振動(dòng)器10正在將該地面力施加到地球上。 理想地，操作人員很想知道當(dāng)傳遞地震能量時(shí)由基板20施加到地面上的實(shí)際地面力。不幸地，基板20經(jīng)歷大量振動(dòng)和撓曲，該振動(dòng)和撓曲使從基板20可得到的讀數(shù)失真。況且，為將基板20與支架14和底腳16隔離要求的隔離器40、減震器44、及其它元件，限制為得到加速度讀數(shù)在基板20上可得到的空閑和無妨礙空間。因?yàn)檫@些原因，本地傳感器(例如，加速度儀或地震檢波器)典型地定位在振動(dòng)器 50的上部橫梁54U上，該上部橫梁54U定位在反作用質(zhì)量塊50上方，如最清楚地圖IC所示。附加在上部橫梁54U上的位置55處時(shí)，加速度儀(85;圖幻經(jīng)支柱52聯(lián)接到基板20 上。在上部橫梁54U上的這個(gè)位置中，加速度儀(8 可避免在基板20處出現(xiàn)的撓曲、不希望噪聲、失真等，而仍然測量用于基板20的加速度。因?yàn)檫@個(gè)原因，在現(xiàn)有技術(shù)中改進(jìn)這樣一種振動(dòng)器10的性能的典型工作一直著重于優(yōu)化本地傳感器(8 在上部橫梁54U上的位置，以避免關(guān)于噪聲、撓曲的問題、和其它問題。在操作中，在圖2中表示的控制器80使用位于上部橫梁54U上的本地傳感器85、 和位于反作用質(zhì)量塊50上的傳感器87，測量傳送到地球中的信號(hào)。測量的信號(hào)傳送到相關(guān)處理器，該相關(guān)處理器也從地震檢波器或其它傳感器接收組成地震傳播的信號(hào)。相關(guān)處理器使用各種算法，將波信號(hào)數(shù)據(jù)與失真和其它亂真信號(hào)區(qū)分開。關(guān)于這種方法的問題是，原始源信號(hào)失真可能變化，使相關(guān)困難。因而，傳遞到地球中的源信號(hào)越清潔，在地震獲取過程的記錄端部處的相關(guān)越容易。而且，源信號(hào)越準(zhǔn)確，源振動(dòng)器10可傳遞到地球的能量越
^^ ο因?yàn)檎駝?dòng)器10在地球表面上工作，該表面由于沙子、巖石、植物、等等的存在可隨位置急劇地變化，所以基板20當(dāng)相對(duì)于在給定位置處的地面部署時(shí)，常常被不平地支撐。 另外，基板20將撓曲，并且在操作期間直接影響控制系統(tǒng)。作為結(jié)果，產(chǎn)生的輻射能量依據(jù)在何處部署振動(dòng)器10而隨位置變化。因此，振動(dòng)器的源特征隨位置不是相同的(或幾乎相同的)，并且在特性方面不是可重復(fù)的，這當(dāng)進(jìn)行地震分析時(shí)是希望的。當(dāng)在振動(dòng)器10處計(jì)算的地面力信號(hào)與在現(xiàn)場測量的遠(yuǎn)場信號(hào)交叉相關(guān)時(shí)，在技術(shù)中已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，將加速度儀布置在基板上可引起地震波的到達(dá)時(shí)間的誤差。在現(xiàn)有技術(shù)中為了減小由相對(duì)于來自活塞60的執(zhí)行器力在基板20的振蕩中的相位滯后引起的時(shí)移提
5出的一種理論手段建議，將加速度儀布置在基板上在板的總半徑的近似68%的半徑處。見 A. Lebedev 禾口 I. Beresnev 的"Radiation from flexural vibrations of the baseplate and their effect on the accuracy of traveltime measurements，，，Geophysical Prospecting，2005，53，543-555。可是，也已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，實(shí)際上可能難以找到為了改進(jìn)時(shí)移而用于加速儀的基板的準(zhǔn)確位置，從而較實(shí)用的解決方案會(huì)是修改基板20的諧振，從而這種諧振的有問題模式位于在地震勘測期間使用的掃描信號(hào)的上部頻率上方。盡管這種手段可能是有效的，但本公開的主題指向，克服或至少減少以上敘述的一個(gè)或多個(gè)問題的影響。

發(fā)明內(nèi)容
一種地震振動(dòng)器具有基板，該基板具有頂部表面和底部表面?？蚣苤位澹瑥亩撞勘砻婵陕?lián)接到地面上，以傳遞用于地震勘測的振動(dòng)能量。執(zhí)行器使可運(yùn)動(dòng)地布置在基板上方的質(zhì)量塊運(yùn)動(dòng)，以將振動(dòng)能量傳遞到基板。這個(gè)執(zhí)行器可包括液壓執(zhí)行器，該液壓執(zhí)行器具有伺服閥組件，該伺服閥組件控制到活塞的液壓流體，質(zhì)量塊定位在該活塞上。作為替代，執(zhí)行器可包括電動(dòng)機(jī)，如線性電機(jī)。使用例如液壓執(zhí)行器，附加到基板上的支柱穿過質(zhì)量塊延伸，并且將質(zhì)量塊支撐在基板上。第一橫梁將活塞的一個(gè)端部支撐到支柱上，并且第二橫梁將活塞的另一個(gè)端部支撐到支柱上。基板的頂部表面具有由元件不妨礙的區(qū)域，這些元件將框架和支柱聯(lián)接到基板上。具體地說，基板具有至少四個(gè)隔離器，這些隔離器將框架與基板隔離。這些隔離器的每一個(gè)布置在基板的角部位置處的架子上。這些架子布置成偏離基板的足跡，從而隔離器不妨礙基板的頂部表面。諸如加速度儀之類的第一傳感器直接布置在基板上，并且探測第一信號(hào)，這些第一信號(hào)指示傳遞到基板的加速度。類似地，第二傳感器布置在質(zhì)量塊上，并且探測第二信號(hào)，這些第二信號(hào)指示質(zhì)量塊的加速度。來自第二傳感器的第二信號(hào)往往是可靠的，并且由于質(zhì)量塊的大小、質(zhì)量值、及尺寸，準(zhǔn)確地反映質(zhì)量塊的加速度，第二傳感器布置在該質(zhì)量塊上。然而，當(dāng)基板聯(lián)接到地面上并且將振動(dòng)傳遞到它時(shí)，它往往經(jīng)歷大量彎曲和撓曲。 因?yàn)檫@個(gè)原因，基板優(yōu)選地具有增大的剛度。例如，基板的剛度能是現(xiàn)有技術(shù)的可比較額定振動(dòng)器的基板的剛度的近似2. 5倍?？墒?，基板的質(zhì)量塊能近似地與在現(xiàn)有技術(shù)的可比較額定振動(dòng)器上使用的基板的質(zhì)量塊相同。剛度和可比較質(zhì)量塊的增加，通過增加在基板中的縱向梁的高度并且給予它們減小的壁厚以減小重量而實(shí)現(xiàn)?；宓脑龃蟮膭偠葴p小它在操作期間經(jīng)歷的撓曲和彎曲量，由此使其加速度通過第一傳感器的讀數(shù)更可靠，該第一傳感器直接布置在基板上。然而，為了進(jìn)一步改進(jìn)讀數(shù)， 第一傳感器布置在基板的特定位置上，該位置在振動(dòng)期間經(jīng)歷在縱向撓曲之間的過渡。這個(gè)過渡位置往往較好地代表基板在振動(dòng)期間的實(shí)際加速度，并且避免過分增大和減小的加速度讀數(shù)，這些過分增大和減小的加速度讀數(shù)從在基板上的其它位置得到，這些位置在振動(dòng)期間經(jīng)歷撓曲或彎曲。 控制器通信地聯(lián)接到執(zhí)行器和第一和第二傳感器上?？刂破髦辽俨糠值鼗谟傻谝粋鞲衅魈綔y的第一信號(hào)，控制執(zhí)行器的操作，該第一傳感器直接布置在基板上。例如，控制器使用第一和第二信號(hào)的加速度值并且使用質(zhì)量塊和基板的質(zhì)量值，計(jì)算加權(quán)求和地面
6力。因?yàn)閬碜曰鍌鞲衅鞯募铀俣戎蹈鼫?zhǔn)確，所以控制器可避免過估計(jì)或欠估計(jì)在操作期間計(jì)算的地面力。這允許控制器更好地控制振動(dòng)器，并且允許振動(dòng)器按更好反映優(yōu)選基準(zhǔn)或?qū)ьl信號(hào)的方式，將更多能量傳遞到地面中，該優(yōu)選基準(zhǔn)或?qū)ьl信號(hào)構(gòu)造成，操作用于地震勘測的振動(dòng)器。以上概述不打算概括本公開的每個(gè)潛在實(shí)施例或每個(gè)方面。


圖1A-1C用透視圖、前視圖、及俯視圖表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的振動(dòng)器。圖2示意地表明圖1A-1C的現(xiàn)有技術(shù)振動(dòng)器。圖3A-3C用平面圖、側(cè)視圖、及端部剖視圖表明用于現(xiàn)有技術(shù)振動(dòng)器的基板。圖4A-4C用立體圖、前視圖、及俯視圖表示根據(jù)本公開的一定講授的振動(dòng)器。圖5示意地表明圖4A-4C的振動(dòng)器。圖6A-6C用平面圖、側(cè)視圖、及端部剖視圖表明用于公開振動(dòng)器的基板。圖7A-7C用展示視圖表明用于公開振動(dòng)器的基板。圖8圖示地表明在操作期間由基板經(jīng)歷的彎曲。圖9是公開基板的平面圖，表示用于附加到頂部表面上的加速度儀的優(yōu)選位置。圖10是流程圖，表明公開振動(dòng)器的操作。圖IlA是曲線圖，表示用于對(duì)現(xiàn)有技術(shù)振動(dòng)器計(jì)算的加權(quán)求和地面力的功率譜。圖IlB是曲線圖，表示從1000英尺井下深度測量的現(xiàn)有技術(shù)振動(dòng)器的實(shí)際功率
■i並曰ο圖12A是曲線圖，表示用于對(duì)根據(jù)本公開的振動(dòng)器計(jì)算的加權(quán)求和地面力的功率
■i並曰ο圖12B是曲線圖，表示從1000英尺井下深度測量的公開振動(dòng)器的實(shí)際功率譜。圖13A表示幅度比(dB)相對(duì)于頻率(Hz)的曲線圖，用于與公開振動(dòng)器相比較的現(xiàn)有技術(shù)振動(dòng)器。圖13B表示相位(度)相對(duì)于頻率(Hz)的曲線圖，用于與公開振動(dòng)器相比較的現(xiàn)有技術(shù)振動(dòng)器。圖14是曲線圖，表示與公開振動(dòng)器相比較的現(xiàn)有技術(shù)振動(dòng)器的第一頻率響應(yīng)。
具體實(shí)施例方式A.組裝/ 一般操作圖4A-4C表示根據(jù)本公開的一定講授的地震振動(dòng)器100的透視圖、前視圖、及俯視圖。公開的振動(dòng)器100也示意地表示在圖5中。振動(dòng)器100具有基板110、框架130、及可運(yùn)動(dòng)反作用質(zhì)量塊170。質(zhì)量塊170和基板110可主要由金屬建造，如由鋼或鐵建造。振動(dòng)器100使用基板110和反作用質(zhì)量塊170將力傳送到地面。如典型的那樣， 振動(dòng)器100安裝在運(yùn)載工具或車輛(未表示)上，該運(yùn)載工具或車輛使用框架130將振動(dòng)器100降低到地面。車輛可使用液壓、機(jī)械、或機(jī)電機(jī)構(gòu)將振動(dòng)器100降低到地面。在降低振動(dòng)器100的情況下，車輛的重量保持與地面相接合的基板110，所以在操作期間，可將地震源信號(hào)傳送到地球中。振動(dòng)器100借助于車輛或其它運(yùn)載工具如何聯(lián)接到地球上的其它細(xì)節(jié)在技術(shù)中是熟知的，并且這里不再詳細(xì)地說明。運(yùn)動(dòng)反作用質(zhì)量塊170作用在基板110上，以將地震源信號(hào)傳遞到地球中。地震信號(hào)穿過地球傳播，在間斷點(diǎn)和結(jié)構(gòu)層處反射，及向地球表面?zhèn)鞑?。?lián)接到地球上的傳感器按與振動(dòng)器100間隔開的陣列布置。這些傳感器探測反射的源信號(hào)，并且典型地容納在卡車中的記錄站記錄來自傳感器的信號(hào)。記錄站包括地震記錄器，并且也可包括相關(guān)處理器。 這樣一種相關(guān)處理器從振動(dòng)器100接收信號(hào)-該信號(hào)指示傳遞到地球中的實(shí)際源信號(hào)，并且使接收的信號(hào)與記錄的信號(hào)相關(guān)。如圖4A-4C所示，反作用質(zhì)量塊170直接定位在基板110上方。支架140從基板 110穿過質(zhì)量塊170延伸，并且使反作用質(zhì)量塊170穩(wěn)定。支架140典型地使用支柱142建造，這些支柱142能是管狀管或桿，這些管或桿由鋼等制成。這些支柱142具有附加到基板 110上的端部，并且從基板110和穿過反作用質(zhì)量塊170向上延伸。上部橫梁145U聯(lián)接到支柱142的頂部端部上，上部橫梁145U可以由鋼或鐵I形梁建造，并且當(dāng)質(zhì)量塊170振動(dòng)時(shí)將穩(wěn)定性提供給支架140。類似地，下部橫梁145L也聯(lián)接到在質(zhì)量塊170下面的支柱142 上。隔離器144提供在反作用質(zhì)量塊170下面的基板110上。如圖5最清楚表示的那樣，反作用質(zhì)量塊170具有在其內(nèi)部形成的缸160，該缸 160配合到豎直延伸活塞150上?；钊?50在其下部端部處連接到在下部橫梁145L中的轂盤上，并且穿過缸160向上延伸?；钊纳喜慷瞬窟B接到在上部橫梁145U中的轂盤上。在活塞150上的頭部156將缸160劃分成上部和下部腔室162/164。在操作期間，控制器200從聯(lián)接到基板110上的第一傳感器210和聯(lián)接到反作用質(zhì)量塊170上的第二傳感器220接收信號(hào)。另外的傳感器(未表示)可以聯(lián)接到運(yùn)載車輛 (未表示)上，并且聯(lián)接到地面上。本地傳感器210/220可包括但不限于，單軸或多軸加速度儀、地震檢波器、微型機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)傳感器、具有適當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換的模擬加速度儀、或其它適當(dāng)傳感器?；趤碜赃@些傳感器210/220的反饋和用來操作振動(dòng)器100的希望掃描信號(hào)，控制器200產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以控制伺服閥組件180。驅(qū)動(dòng)信號(hào)具有希望掃描信號(hào)的特性， 并且從控制器200傳送到閥的伺服馬達(dá)。閥的馬達(dá)又操作在伺服閥組件180中的導(dǎo)閥，該導(dǎo)閥聯(lián)接到在組件180中的主級(jí)閥上，該主級(jí)閥加壓和泄壓液壓通路182/184。在由控制器200驅(qū)動(dòng)時(shí)，閥180經(jīng)在質(zhì)量塊170中的端口 182/184，在液壓流體供應(yīng)源230到活塞150之間交替地路由高壓液壓流體。隨著液壓流體在活塞頭部156緊上方和下面布置的腔室162/164中交替地積累，反作用質(zhì)量塊170在活塞150上在豎直方向上往復(fù)地振動(dòng)。由振動(dòng)質(zhì)量塊170產(chǎn)生的力又經(jīng)活塞150和支架140轉(zhuǎn)移到基板110。因此， 基板110按希望的振幅和頻率振動(dòng)，以產(chǎn)生進(jìn)入地面的地震源信號(hào)。為了減少一旦反作用質(zhì)量塊170和基板110設(shè)置在運(yùn)動(dòng)中時(shí)的聲學(xué)噪聲，控制器 200可使用來自在基板110上的傳感器210和在反作用質(zhì)量塊170上的傳感器220的反饋， 控制振動(dòng)的力和相位。基于傳感器信號(hào)，控制器200然后可使用力和相位控制算法，估計(jì)基板110和質(zhì)量塊170的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)?；谡駝?dòng)器100的運(yùn)動(dòng)和希望輸出，控制器200然后可修改傳送到伺服閥組件180的控制信號(hào)，以調(diào)節(jié)抵抗反作用質(zhì)量塊170的液壓流體的流量， 并由此控制產(chǎn)生的地震信號(hào)的相位和頻率。從基板110獲得最佳的運(yùn)動(dòng)信號(hào)可改進(jìn)振動(dòng)器100的控制、和進(jìn)入地面的地震能量的輸出。因?yàn)檫@個(gè)原因和如下面討論的那樣，基板110優(yōu)選地是剛性的，并且具有增大的質(zhì)量。另外，傳感器210優(yōu)選地直接在理想位置中附加到基板100上，以實(shí)現(xiàn)這樣一種信號(hào)。B.隔離/基板結(jié)構(gòu)如以上提到的那樣，運(yùn)載車輛將其靜重經(jīng)框架130施加到基板110上，以抵靠地面保持基板110。可是，框架130和車輛對(duì)施加到地面上的生成地震力的影響，優(yōu)選地通過使用隔離器120將基板110的運(yùn)動(dòng)與框架130隔離而保持到最小。如圖4A-4C和5所示，框架130具有豎直支撐桿134和水平桿132，該水平桿132 連接到這些豎直桿134的頂部上。在它們的遠(yuǎn)側(cè)端部處，豎直桿134連接到底腳136上。這些底腳136使用隔離器120、可樞轉(zhuǎn)活塞137、及張緊部件139的布置而連接到基板110上。 這些元件(120、137、及139)的布置基本上將框架130與基板110和支撐在其上的可運(yùn)動(dòng)質(zhì)量塊170相隔離。另外，布置允許質(zhì)量塊170的振動(dòng)力經(jīng)基板110施加到地面上，同時(shí)使允許通過框架130傳送到支撐車輛上的力的量最小。每根豎直桿134聯(lián)接到底腳136之一上。四個(gè)活塞137的一個(gè)端部可樞轉(zhuǎn)地連接在這些底腳136的每個(gè)內(nèi)部角部處，而活塞137的另一個(gè)端部可樞轉(zhuǎn)地連接到基板110上。 張緊部件139將底腳136的外邊緣連接到基板110的外邊緣上，并且當(dāng)將振動(dòng)器100升離地面時(shí)，將板110支撐到底腳136上。至于它們，隔離器120能是空氣氣囊或在技術(shù)中已知和使用的其它隔離元件。隔離器120位于基板110的主足跡外側(cè)。具體地說，底腳136的外側(cè)角部超越基板的足跡延伸。類似地，在基板110上的架子118從其邊緣延伸以支撐隔離器120，這些隔離器120布置在這些架子118與底腳136的延伸的角部之間。在框架130與基板110之間的架子118 和其它特征的使用，在板的表面上創(chuàng)建特別有用量的空閑空間。圖6A-6C表示基板110的平面圖、側(cè)視圖、及端部視圖。如圖6B-6C所示，基板110 具有頂部表面112a和底部表面112b。如圖6A所示，支柱固定件113暴露在頂部表面112a 中，并且由加強(qiáng)墊111包圍。在這些墊111中的隔離器固定件115保持隔離器(144)，這些隔離器(144)配合在反作用質(zhì)量塊(170)下面。頂部表面112a的角部從板110的側(cè)面延伸出，并且具有用于隔離器(120)的保持凸緣。頂部表面的延伸角部由架子118支撐，這些架子118從基板110的側(cè)壁延伸?；?10的較短邊緣具有叉形梁托119，張緊部件(139) 的端部連接到這些叉形梁托119上；并且繞板110的外邊緣提供用于活塞(137)的連接的加強(qiáng)墊117。在隔離器(120)定位在離開基板110的主足跡的架子118上的情況下，板110的頂部表面112a在加強(qiáng)墊111、支柱固定件113、及隔離器固定件115的任一側(cè)面上具有空閑面積的巨大擴(kuò)展。這些擴(kuò)展保持暴露，并且不由用于振動(dòng)器100的互連或隔離元件妨礙。事實(shí)上，板的頂部表面112a的免于支撐元件的聯(lián)接并且免于質(zhì)量塊的足跡的區(qū)域，可限定板在其底部表面112b上的足跡的面積的約1/2至2/3的面積。如下面詳細(xì)說明的那樣，在振動(dòng)質(zhì)量塊(170)的兩側(cè)上的這樣一種自由擴(kuò)展，容許本地傳感器，如加速度儀，具體地位于基板110上在便利位置處，以在操作期間獲得板的運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)在計(jì)算加權(quán)求和地面力時(shí)使用。總的來說，基板110可具有約10. 87英寸的高度H2、約42英寸的寬度W2、及約96 英寸的長度L2。另外，基板110在一種實(shí)施中可重達(dá)近似4345磅。因而，基板110可具有是常規(guī)現(xiàn)有技術(shù)基板的重量近似1. 08倍的重量，從而基板110的重量，相對(duì)于用于在現(xiàn)有
9技術(shù)中使用的可比較額定振動(dòng)器的基板的重量相差不大。然而，基板110可具有比常規(guī)現(xiàn)有技術(shù)基板的高度大近似4英寸(或?yàn)槠?-2/3倍)的高度，從而它具有大得多的剛度。如實(shí)施的那樣，基板110呈現(xiàn)比在本公開的背景技術(shù)段中提到的現(xiàn)有技術(shù)基板顯著大的剛度。如在圖7A-7B的展示視圖所示，板110具有四根內(nèi)部管或梁114，并且具有互連墊片116，這些內(nèi)部管或梁114沿板的長度縱向延伸，這些互連墊片116定位在管114之間和在基板110的長帽蓋壁之間。角板118'或隔離器架子118從板的長側(cè)壁延伸，并且支柱固定件113定位在梁對(duì)114之間。如在圖7C的端部截面中最清楚表示的那樣，梁114是具有矩形橫截面的空心管。為了提供優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)基板的增大剛度，在公開基板114中的梁114具有較大高度，使梁114的高度是約10英寸。換句話說，每根梁114的高度(約10 英寸)，比梁114在振動(dòng)期間沿其可能彎曲的長度(約92英寸)的10%大(并且更具體地為其近似11%)。梁114也具有約4英寸的寬度。為了保持重量，這些梁114的壁厚優(yōu)選地是約5/16 英寸，從而基板110將具有與在現(xiàn)有技術(shù)中的可比較額定振動(dòng)器上使用的基板重量近似相
同的重量。C.在基板上本地傳感器的位置為了當(dāng)處理地震源信號(hào)時(shí)的最好結(jié)果，操作人員優(yōu)選地知道振動(dòng)器100已經(jīng)將什么力施加到地面上以產(chǎn)生地震源信號(hào)，從而相關(guān)過程可使產(chǎn)生的地面力與由地震檢波接收器在現(xiàn)場接收的數(shù)據(jù)相關(guān)。在實(shí)際中，振動(dòng)器100在操作期間施加到地面上的真實(shí)地面力， 不可能精確地知道，并且代之以必須至少部分地基于基板110和反作用質(zhì)量塊170的質(zhì)量和加速度計(jì)算地面力。使計(jì)算的地面力與接收的地震信號(hào)相關(guān)，使用這里未描述的已知卷積技術(shù)。本公開的振動(dòng)器100具有幾個(gè)特征，這些特征幫助更準(zhǔn)確地計(jì)算它在操作期間將什么力施加到地面上。如以前提到的那樣，基板110優(yōu)選地具有增大的厚度，該增大的厚度增大板的剛度。在一種實(shí)施中，基板110具有近似10英寸的厚度。這個(gè)厚度產(chǎn)生近似是用于現(xiàn)有技術(shù)的可比較振動(dòng)器的常規(guī)剛度2. 5倍的剛度，這些可比較振動(dòng)器典地具有約6英寸的基板厚度。板增大的剛度減小基板110的潛在撓曲，該潛在撓曲在操作期間可能產(chǎn)生通過基板加速度儀210的不希望讀數(shù)。如已知的那樣，基板110可能在所有種類的地面上操作，并且基板110可能經(jīng)歷所有種類的未知撓曲。剛度減小潛在撓曲，使剛性基板110的撓曲更加可特征化。板增大的厚度同樣將板的質(zhì)量增大到某種程度。按照同樣方式，用于反作用質(zhì)量塊170的質(zhì)量值也增大，從而其質(zhì)量是基板110的質(zhì)量的約3倍，由此將振動(dòng)器質(zhì)量塊170 與基板110的質(zhì)量比從在現(xiàn)有技術(shù)振動(dòng)器上當(dāng)前使用的常規(guī)2倍增大。更準(zhǔn)確地說，反作用質(zhì)量塊與基板的常規(guī)質(zhì)量比是約2. 02。在本振動(dòng)器100的一種實(shí)施中，在基板110和反作用質(zhì)量塊170之間的優(yōu)選質(zhì)量比增大到2. 8( S卩，約3倍)。最后，如以上提到的那樣，為將基板110與框架130隔離使用的隔離器120離開基板110的足跡布置，使在基板110上的另外表面面積空閑，以便布置加速度儀210并且減小來自隔離元件的干擾。將加速度儀210直接布置在基板110上，是為了獲得用來計(jì)算地面力的更準(zhǔn)確或 “真實(shí)”讀數(shù)，并且是為了更好地控制振動(dòng)器100的操作。在具有基板運(yùn)動(dòng)的更精確加速度
10儀讀數(shù)時(shí)，例如，控制器200可將較高頻率能量投入到地面中，為了地震成像而給予地震信號(hào)進(jìn)入地面的較大帶寬。換句話說，因?yàn)榭刂破?00使用標(biāo)準(zhǔn)加權(quán)求和算法控制質(zhì)量塊170 的振動(dòng)，所以知道基板110的更精確運(yùn)動(dòng)允許控制器200實(shí)現(xiàn)更高能量效率。加速度儀210在基板110上的優(yōu)選或理想位置使用有限元分析而確定。在這種分析中，確定在加強(qiáng)基板110上的“甜點(diǎn)(sweet point) ”或優(yōu)選位置，在該處，基板110在振動(dòng)器100的操作期間會(huì)經(jīng)歷較小不希望撓曲和噪聲。用于加速度儀210的最佳位置將典型地位于隔離器按常規(guī)布置在現(xiàn)有技術(shù)振動(dòng)器上的地方。因此，將隔離器120從常規(guī)位置運(yùn)動(dòng)到離開板的足跡的角部位置，如在公開的振動(dòng)器100中那樣，使基板表面的更大面積便于最佳地布置加速度儀210進(jìn)入。圖8圖示地表明在操作期間由加強(qiáng)基板110經(jīng)歷的彎曲運(yùn)動(dòng)?；?10沿板的縱向軸兩維地表示。因?yàn)榘?10是三維的，并且抵靠諸如地面之類的表面振動(dòng)，所以實(shí)際彎曲運(yùn)動(dòng)比表明的復(fù)雜，如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的那樣。有限元分析可用來模型化基板 110的彎曲運(yùn)動(dòng)。然而，在加強(qiáng)時(shí)，由于更加可預(yù)測的運(yùn)動(dòng)，對(duì)于有限元分析可更好地模型化基板110。為了全部實(shí)際目的，這里僅涉及縱向彎曲，并且可忽略橫向彎曲和扭曲。在向上振動(dòng)期間，當(dāng)整個(gè)板110向上平移時(shí)，基板110的中心區(qū)域A向上彎曲或撓曲，而邊緣區(qū)域B也在振動(dòng)中向上平移的同時(shí)向下彎曲或撓曲。作為結(jié)果，中心區(qū)域A將經(jīng)歷超過由基板的平移產(chǎn)生的加速度的增大的加速度，而邊緣區(qū)域B將經(jīng)歷較小加速度。在向下振動(dòng)中，當(dāng)整個(gè)板110向下平移時(shí)，中心區(qū)域A'向下彎曲或撓曲，并且經(jīng)歷增大的加速度。邊緣區(qū)域B'也在振動(dòng)中向下平移的同時(shí)向上彎曲或撓曲，并且經(jīng)歷較小加速度。然而，在板110上的區(qū)域C-C'，將經(jīng)受增大和減小的加速度的較小者，因?yàn)檫@些區(qū)域C-C'將代表在板110上在振動(dòng)期間彎曲或撓曲過渡之處。因此，區(qū)域C-C'將最好地反映基板當(dāng)向下和向下平移時(shí)的加速度，因?yàn)檫@些區(qū)域C-C'避免由彎曲引起的加速度變化的至少一些。為了定位在基板110上的優(yōu)選位置，對(duì)于剛性基板110的模型進(jìn)行有限元分析，以形成用于加速度儀210的選擇位置。然后，通過將加速度儀210定位在基板的頂部表面112a 上的選中位置處，進(jìn)行實(shí)際測試。然后使板110振動(dòng)，并且借助于用來直接測量實(shí)際力的測力傳感器(load cell)或其它傳感器，測量地面力。來自定位的加速度儀210的讀數(shù)用來計(jì)算加權(quán)求和地面力，然后使該加權(quán)求和地面力與由測力傳感器測量的實(shí)際力相關(guān)。這對(duì)于在基板110上用于加速度儀的其它位置重復(fù)。最后，測試檢驗(yàn)在基板110上用來布置加速度儀210的理想或優(yōu)選點(diǎn)，該理想或優(yōu)選點(diǎn)實(shí)現(xiàn)基板的加速度的最準(zhǔn)確或“真實(shí)”測量， 該加速度與在實(shí)驗(yàn)期間測量的實(shí)際地面力最佳地相關(guān)。在圖9的平面圖中，表明本公開的在基板110上用于加速度儀210的理想或優(yōu)選位置212。同樣，這個(gè)基板110具有10. 87〃 (H) X42" (W) X96" (L)的尺寸和4345磅的重量。從基板110的中心測量，優(yōu)選加速度儀位置212是沿基板110的長度或縱向軸離中心 C近似20英寸(士 0.5英寸)的縱向距離X。另外，優(yōu)選加速度儀位置212是沿基板110的寬度或橫向軸離中心近似0英寸(士0.5英寸)的橫向距離Y。因而，盡管距離Y實(shí)際上可能是沿基板110的寬度的任何值，只要沿板的橫向軸的彎曲或扭曲是可忽略的，優(yōu)選加速度儀位置212就沿板的縱向軸布置。在任何情況下，沿板的縱向軸的縱向距離X，是板從其中心到橫向邊緣的縱向距離(即，48"，它是板的總長度96〃的一半)的近似41至43%。換句話說，位置212的縱向距離X是基板110的整個(gè)長度的約20至21%。當(dāng)然，在基板110的中心的另一側(cè)的鏡對(duì)稱位置也是優(yōu)選的。因而，一個(gè)或多個(gè)加速度儀可以定位在基板110上在這些識(shí)別位置212的一個(gè)或兩個(gè)中。用來在這個(gè)位置處附加到基板110上的優(yōu)選加速度儀是來自Pelton Land Energy System的M5TC型加速度儀。 這種加速度儀具有4. 00" (w)X4. 25" (I)X2. 25" (h)的尺寸，并且聯(lián)接到在板的頂部表面112a中的預(yù)鉆削孔中。D.使用本地傳感器的操作給定振動(dòng)器100、基板110、及其它元件的以上描述，討論現(xiàn)在轉(zhuǎn)到公開振動(dòng)器100 的操作。圖10是流程圖，表明圖4A-4C和圖5的公開振動(dòng)器100的操作300。在操作300 期間，通過使用在卡車上的升降機(jī)構(gòu)借助于框架130將源100降低，而將地震源100聯(lián)接到地球上，從而基板110接合地面(塊302)。在基板110適當(dāng)定位的情況下，操作人員然后啟動(dòng)地震操作(塊304)。這里，控制器200將構(gòu)造用于伺服閥組件180的具有希望帶寬和掃描持續(xù)時(shí)間的控制信號(hào)，并且控制液壓流體到活塞160的供給，以產(chǎn)生質(zhì)量塊170施加到基板110和地面上的希望振動(dòng)。地震振動(dòng)器源信號(hào)典型地是具有正弦振動(dòng)的掃描信號(hào)，該正弦振動(dòng)的范圍從2Hz至IOOHz或 200Hz，并且依據(jù)地形、地下巖性等等，具有在2至20秒的量級(jí)上的持續(xù)時(shí)間。在操作期間，振動(dòng)源100產(chǎn)生地震源能量，該地震源能量傳送到地面，由地下界面反射，及由在地面處的地震檢波接收器探測。同時(shí)，控制器200從本地基板傳感器210和質(zhì)量塊傳感器220獲得讀數(shù)(塊306)。另外，控制器200可從另外的傳感器，如壓力傳感器等等，獲得讀數(shù)。質(zhì)量塊170的讀數(shù)一般是準(zhǔn)確的，因?yàn)樗捎谄浯笮?、質(zhì)量、及尺寸，不經(jīng)歷撓曲等。如以前提到的那樣，用于基板110的本地傳感器210能是加速度儀等，該加速度儀等已經(jīng)具體地布置在基板110上，以當(dāng)質(zhì)量塊170振動(dòng)并且將振動(dòng)轉(zhuǎn)移到基板110上時(shí)，獲得板 110的有利加速度讀數(shù)。如以前討論的那樣，來自在優(yōu)選位置212中的本地傳感器210的這些讀數(shù)，比從其它位置獲得的讀數(shù)更準(zhǔn)確，因?yàn)閮?yōu)選位置不由用于基板110的其它元件 (即，隔離器、張緊部件等等)妨礙。此外，來自在優(yōu)選位置中的本地傳感器210的這些讀數(shù)更準(zhǔn)確，因?yàn)閮?yōu)選位置在振動(dòng)期間經(jīng)歷在沿基板的長度的縱向撓曲之間的過渡，并因此更好地反映基板110的實(shí)際運(yùn)動(dòng)，而沒有來自基板110的撓曲和彎曲的添加運(yùn)動(dòng)。控制器200處理從傳感器210和220獲得的讀數(shù)(塊308)，并且基于這些讀數(shù)配置用于振動(dòng)器100的操作參數(shù)(塊310)。在控制振動(dòng)器100時(shí)，控制器200可以使用特定類型的鎖相(Phase lock)，該鎖相將控制器的控制信號(hào)的相位鎖定到基板110、反作用質(zhì)量塊170、地面力等的相位上。例如，控制器200使用基準(zhǔn)或?qū)ьl信號(hào)按優(yōu)選方式操作振動(dòng)器100，該優(yōu)選方式具有特定持續(xù)時(shí)間、掃描頻率、地面力等?；谠搶?dǎo)頻信號(hào)，控制器200將驅(qū)動(dòng)信號(hào)配置成，通過控制液壓執(zhí)行器操作振動(dòng)器100。將振動(dòng)器100鎖相到地面力上使用來自傳感器220的指示反作用質(zhì)量塊170的加速度的信號(hào)、和來自傳感器210的指示基板110的加速度的信號(hào)。使用這些信號(hào)，控制器200計(jì)算由振動(dòng)器100施加到地面上的加權(quán)求和地面力。這個(gè)加權(quán)求和地面力使用在現(xiàn)有技術(shù)中的標(biāo)準(zhǔn)公式而計(jì)算，該標(biāo)準(zhǔn)公式將基板110的沖力(基板UO的質(zhì)量值乘以其加速度)與反作用質(zhì)量塊170的沖力(反作用質(zhì)量塊170的質(zhì)量值
12乘以其加速度)求和。一旦配置，控制器200然后就用新配置的參數(shù)控制振動(dòng)器100 (塊312)。然后，使用地面力鎖相，控制器200使計(jì)算的地面力的相位與導(dǎo)頻信號(hào)的相位相關(guān)，以調(diào)整供給到振動(dòng)器100的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。這種相關(guān)除去或減小在地面力與先導(dǎo)信號(hào)之間的不一致，從而它們彼此同相或同步。這按這里討論的各種方式改進(jìn)振動(dòng)器100的操作、傳遞的地面力、及生成地震數(shù)據(jù)。E.曲線如以前討論的那樣，確定振動(dòng)器的加權(quán)求和地面力是否真正代表振動(dòng)器的實(shí)際地面力在可控震源(vibroseis)技術(shù)中仍然是頑固的問題。釋放在基板110上的可用空間并且特別是將加速度儀210布置在這種空閑空間中的優(yōu)選位置212處，改進(jìn)公開振動(dòng)器100 的操作、和它實(shí)現(xiàn)的結(jié)果，如以前提到的那樣。下面是這些結(jié)果的討論。為了比較，在圖1IA中的曲線圖400表示用于對(duì)現(xiàn)有技術(shù)振動(dòng)器計(jì)算的加權(quán)求和地面力的功率譜，而在圖12A中的曲線圖420表示用于對(duì)根據(jù)本公開的振動(dòng)器100計(jì)算的加權(quán)求和地面力的功率譜。這個(gè)曲線圖420基于公開的振動(dòng)器100，該振動(dòng)器100具有基板 110、優(yōu)選加速度儀位置、及這里公開的其它特征。當(dāng)比較在曲線圖400/420中用于加權(quán)求和地面力的功率譜時(shí)，似乎現(xiàn)有技術(shù)振動(dòng)器(圖11A)在高頻下比公開振動(dòng)器(圖12A)運(yùn)行得好。然而，當(dāng)檢查在1000英尺深處的井下信號(hào)時(shí)，清楚的是，用于公開振動(dòng)器100的信號(hào)更密切地相像實(shí)際上正在輸入到地面中的信號(hào)。具體地說，用于現(xiàn)有技術(shù)振動(dòng)器的實(shí)際功率譜410表示在圖IlB中，該實(shí)際功率譜410從1000英尺井下深度所測量。相反，圖12B表示用于公開振動(dòng)器的實(shí)際功率譜430 的曲線圖，該實(shí)際功率譜430從1000英尺井下深度所測量。如在這兩個(gè)曲線圖中看到的那樣，公開振動(dòng)器的譜430，如井下測量的那樣，具有比現(xiàn)有技術(shù)振動(dòng)器的譜410高的功率級(jí)。在操作期間，現(xiàn)有技術(shù)振動(dòng)器顯然在如下觀念下操作它正在進(jìn)行輸入平功率譜的足夠工作，一路到高達(dá)201Hz，如圖IlA所示。相反，公開振動(dòng)器100顯然認(rèn)識(shí)到，為了將在約150Hz以上的頻率高效地輸入到地面中已經(jīng)達(dá)到振動(dòng)器實(shí)際能力的極限，如由在圖12A 的曲線圖420中的功率譜有些下降所證實(shí)的那樣。然而，當(dāng)比較功率譜410/430時(shí)，這強(qiáng)烈地指示，公開振動(dòng)器的加權(quán)求和與實(shí)際輸入到地面中的信號(hào)，當(dāng)比較譜時(shí)，比由現(xiàn)有技術(shù)振動(dòng)器實(shí)現(xiàn)的更一致。在公開振動(dòng)器的加權(quán)求和地面力與實(shí)際地面力的更好一致最清楚地表明在圖 13A-13B中。如在圖13A的曲線圖500中所示，第一曲線510表示對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)振動(dòng)器相對(duì)于頻率(Hz)的幅度比(dB)，并且第二曲線520表示對(duì)于公開振動(dòng)器100相對(duì)于頻率(Hz) 的幅度比(dB)。這些幅度比將對(duì)于振動(dòng)器計(jì)算的加權(quán)求和地面力與在試驗(yàn)操作期間由測力傳感器測量的實(shí)際力相比較。這兩條曲線510/520的比較指示，公開振動(dòng)器在頻率范圍上產(chǎn)生更穩(wěn)定的數(shù)值比，表示貫穿頻率范圍，在操作期間計(jì)算的公開振動(dòng)器的加權(quán)求和地面力與由測力傳感器測量的實(shí)際地面力密切地相匹配。然而，現(xiàn)有技術(shù)振動(dòng)器顯然在較高頻率下經(jīng)歷其計(jì)算的加權(quán)求和地面力和實(shí)際地面力的增大不一致性。對(duì)于公開振動(dòng)器的相位比同樣如此。如在圖13B的曲線圖550中所示，第一曲線 560表示對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)振動(dòng)器相對(duì)于頻率(Hz)的相位比(度)，并且第二曲線520表示對(duì)于公開振動(dòng)器相對(duì)于頻率(Hz)的相位比(度)。這兩條曲線560/570的比較指示，在操作期間公開振動(dòng)器的相位，比由現(xiàn)有技術(shù)振動(dòng)器經(jīng)歷的相位，在頻率范圍上與實(shí)際測量的相位更密切地相匹配。同樣，這確認(rèn)，使用公開振動(dòng)器100可供給在加權(quán)求和地面力與實(shí)際地面力之間的較好一致。如以上討論的那樣，具有增大剛度的基板110、在基板110上的加速度儀210的優(yōu)選位置212、及這里公開的其它特征，幫助公開振動(dòng)器100產(chǎn)生優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)振動(dòng)器的用于地震成像的更大地面力和更大帶寬。加強(qiáng)的基板110和其它特征幫助實(shí)現(xiàn)這種改進(jìn)的操作?？墒牵词躬?dú)立地，加速度儀210在基板110上的適當(dāng)放置也可改進(jìn)操作。在圖14中，例如，曲線圖600表示用于公開振動(dòng)器100的第一功率譜610，該公開振動(dòng)器100具有基板110和這里公開的其它特征，但如在現(xiàn)有技術(shù)中進(jìn)行的那樣，具有布置在上部橫梁(145U;圖1A-1C)上的加速度儀。這個(gè)第一功率譜610表示成，與用于公開振動(dòng)器100的第二功率譜650相比較，該公開振動(dòng)器100根據(jù)本公開具有在基板110上布置在優(yōu)選位置212中的加速度儀210。用于兩種譜610/650的兩個(gè)振動(dòng)器使用掃描信號(hào)從1 至201Hz在20秒上操作。第一功率譜610表示功率(dB)隨增大的頻率的持續(xù)下降。相反，第二功率譜650 表示在中等和較高頻率下的較持續(xù)響應(yīng)。例如，第二功率譜650在652處顯示在50Hz下的 3dB，并且與第一功率譜610相比，隨增大的頻率較慢地下降。另外，第二功率譜650在654 處顯示在150Hz下的14dB，這顯著地比在這個(gè)頻率下的第一功率譜610大。這指示，將加速度儀210布置在基板110上的優(yōu)選位置212處改進(jìn)公開振動(dòng)器的功率譜，優(yōu)于如常規(guī)進(jìn)行的那樣將加速度儀定位在上部橫梁上。盡管相對(duì)于液壓起動(dòng)反作用質(zhì)量塊已經(jīng)描述了公開振動(dòng)器100，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，本公開的講授可應(yīng)用于用來使反作用質(zhì)量塊往復(fù)運(yùn)動(dòng)的其它類型執(zhí)行器。 因此，一般地，公開振動(dòng)器100可使用線性感應(yīng)電機(jī)、線性同步電機(jī)、受控液壓執(zhí)行器、或在技術(shù)中使用的任何其它執(zhí)行器，使反作用質(zhì)量塊往復(fù)運(yùn)動(dòng)。除豎直地振動(dòng)之外，公開振動(dòng)器100也可產(chǎn)生地震剪力波(“S-波”)。本公開為了簡便起見而不限制本公開的范圍， 一直集中在單軸地震源上。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，能夠?qū)和S波都傳遞到地球中的多軸振動(dòng)源可根據(jù)本公開配置。例如，與將公開振動(dòng)器10聯(lián)接到地球上相關(guān)的細(xì)節(jié)、和與用于公開振動(dòng)器100的其它執(zhí)行器相關(guān)的細(xì)節(jié)，可在美國專利公開No. 2007/0250269、 No. 2007/0240930、及No. 2009/0073807中找到，這些專利公報(bào)通過參考包括在這里。優(yōu)選和其它實(shí)施例的以上描述，不打算限制或局限由本申請(qǐng)人想到的發(fā)明概念的范圍或適用性。作為公開這里包含的發(fā)明概念的交換，本申請(qǐng)人要求由附屬權(quán)利要求書給予的全部專利權(quán)。因此，打算的是，附屬權(quán)利要求書包括全部修改和變更，到這樣的充分程度它們來到如下權(quán)利要求書或其等效物的范圍內(nèi)。
1權(quán)利要求
1.一種地震振動(dòng)器，包括 基板，具有縱向軸；質(zhì)量塊，相對(duì)于基板可運(yùn)動(dòng)地布置，用來將振動(dòng)能量傳遞到基板； 執(zhí)行器，聯(lián)接到質(zhì)量塊，用來使質(zhì)量塊相對(duì)于基板運(yùn)動(dòng)；第一傳感器，布置在基板上，并且探測指示傳遞到基板的加速度的第一信號(hào)，第一傳感器布置在基板上在基板的振動(dòng)期間經(jīng)歷在沿縱向軸的撓曲之間的過渡的位置處；及控制器，通信地聯(lián)接到執(zhí)行器和第一傳感器，控制器至少部分地基于來自第一傳感器的第一信號(hào)控制振動(dòng)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動(dòng)器，其中，第一傳感器從包括如下的組中選擇單軸加速度儀、多軸加速度儀、地震檢波器、微型機(jī)電系統(tǒng)(MEMQ傳感器、數(shù)字加速度儀及具有模數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬加速度儀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動(dòng)器，還包括第二傳感器，所述第二傳感器布置在質(zhì)量塊上，并且探測指示質(zhì)量塊的加速度的第二信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的振動(dòng)器，其中，控制器通信地聯(lián)接到第二傳感器，并且基于來自第一和第二信號(hào)的加速度值和基于用于質(zhì)量塊和基板的質(zhì)量值，計(jì)算加權(quán)求和地面力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動(dòng)器，其中，執(zhí)行器包括 伺服閥，由控制器控制，和活塞，布置在質(zhì)量塊內(nèi)，并且液壓地聯(lián)接到伺服閥。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的振動(dòng)器，其中，活塞聯(lián)接到布置在基板上的支架，支架支撐活塞和在基板上方的質(zhì)量塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的振動(dòng)器，其中，支架包括 多個(gè)支柱，附加到基板，并且穿過質(zhì)量塊延伸； 第一橫梁，將活塞的一個(gè)端部支撐到支柱；及第二橫梁，將活塞的另一個(gè)端部支撐到支柱。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動(dòng)器，其中，基板包括多個(gè)梁，所述多個(gè)梁沿縱向軸彼此平行地布置，梁的每一個(gè)具有至少等于或大于縱向長度的10%的高度，在基板的振動(dòng)期間梁沿所述縱向長度彎曲。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動(dòng)器，還包括框架，并且具有至少四個(gè)隔離器，所述框架相對(duì)于地面支撐基板，所述隔離器將框架與基板隔離。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的振動(dòng)器，其中，至少四個(gè)隔離器的每一個(gè)布置在基板的角部位置處，并且布置成偏離基板的足跡。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的振動(dòng)器，其中，基板包括支撐隔離器的多個(gè)架子，架子布置在角部位置處并且偏離足跡。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的振動(dòng)器，其中，框架包括第一和第二底腳，所述第一和第二底腳每一個(gè)布置在質(zhì)量塊的一側(cè)上并且每個(gè)由隔離器的至少兩個(gè)與基板相隔離。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的振動(dòng)器，其中，框架包括多個(gè)張緊部件，所述張緊部件布置在基板的外側(cè)橫向邊緣與第一和第二底腳的外側(cè)邊緣之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的振動(dòng)器，其中，框架包括多個(gè)減震器，所述減震器聯(lián)接在基板的頂部表面與第一和第二底腳的底部表面之間，減震器沿基板的邊緣布置。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動(dòng)器，其中，基板具有底部表面，所述底部表面限定具有第一面積的第一足跡，并且其中，基板具有頂部表面，所述頂部表面具有免于聯(lián)接到支撐元件并且免于質(zhì)量塊的第二足跡的區(qū)域，所述區(qū)域限定第二面積，所述第二面積是第一面積的從約1/2至2/3。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動(dòng)器，其中，基板具有縱向長度，并且其中，第一傳感器布置在離縱向長度的中心的縱向距離處，縱向距離是基板的縱向長度的一半的約41至43%。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的振動(dòng)器，其中，基板包括多個(gè)梁，所述多個(gè)梁沿縱向軸彼此平行地布置，梁的每一個(gè)具有至少等于或大于基板的縱向長度的10%的高度。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的振動(dòng)器，其中，第一傳感器布置在通過基板的中心的縱向軸上。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振動(dòng)器，其中，用于質(zhì)量塊的第一質(zhì)量值是用于基板的第二質(zhì)量值的近似三倍。
20.一種地震振動(dòng)器，包括基板，具有頂部表面和底部表面，并且具有縱向軸，底部表面可聯(lián)接到地面； 框架，相對(duì)于地面支撐基板，并且具有至少四個(gè)隔離器，所述隔離器將框架與基板隔離，至少四個(gè)隔離器的每一個(gè)布置在基板的角部位置處并且布置成偏離基板的底部表面的第一足跡；質(zhì)量塊，可運(yùn)動(dòng)地布置在基板上方，并且將振動(dòng)能量傳遞到基板； 執(zhí)行器，聯(lián)接到質(zhì)量塊，并且使質(zhì)量塊相對(duì)于基板運(yùn)動(dòng)；第一傳感器，布置在基板上，并且探測指示傳遞到基板的加速度的第一信號(hào)，第一傳感器布置在基板的在基板的振動(dòng)期間經(jīng)歷在沿縱向軸的撓曲之間的過渡的位置處；及控制器，通信地聯(lián)接到執(zhí)行器和第一傳感器，控制器至少部分地基于來自第一傳感器的第一信號(hào)控制振動(dòng)器的操作。
21.一種地震源信號(hào)產(chǎn)生方法，包括通過起動(dòng)執(zhí)行器，將反作用質(zhì)量塊相對(duì)于基板運(yùn)動(dòng)； 通過將振動(dòng)能量從質(zhì)量塊傳遞到基板，將地震能量從基板傳遞到地面； 從布置在基板上的第一傳感器獲得第一加速度讀數(shù)，第一傳感器布置在基板的在基板的振動(dòng)期間經(jīng)歷在沿基板的縱向軸的撓曲之間的過渡的位置處；及至少部分地基于第一加速度讀數(shù)，控制執(zhí)行器。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，還包括從布置在反作用質(zhì)量塊上的第二傳感器獲得第二加速度讀數(shù)；和基于第一和第二加速度讀數(shù)，控制執(zhí)行器。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，控制執(zhí)行器包括，基于第一和第二加速度讀數(shù)并基于用于反作用質(zhì)量塊和基板的質(zhì)量值而計(jì)算加權(quán)求和地面力。
全文摘要
一種地震振動(dòng)器，具有基板，該基板具有至少四個(gè)隔離器，這些隔離器將框架與基板隔離。這些隔離器的每一個(gè)偏離在架子上的板的足跡，以釋放在板的頂部表面上的面積。直接布置在基板上的加速度儀探測傳遞到板的加速度。為了減小撓曲和彎曲，板具有增大的剛度、和與用于可比較額定振動(dòng)器的板近似相同的質(zhì)量。加速度儀布置在板的特定位置處，該特定位置經(jīng)歷在沿板的長度的縱向撓曲之間的過渡。這個(gè)過渡位置更好地代表板在振動(dòng)期間的實(shí)際加速度，并且避免過分增大和減小的加速度讀數(shù)，這樣的加速度讀數(shù)將從在板上的其它位置獲得。
文檔編號(hào)G01V1/00GK102460217SQ201080025801
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月1日
發(fā)明者魏周宏 申請(qǐng)人:英洛瓦有限公司