一种横波激振源装置及其使用方法与流程

本发明属于地球物理勘探技术领域，尤其涉及一种横波激振源装置及其使用方法。

背景技术：

地震波分类纵波、横波两大类，纵波是指压缩波，即质子的振动方向与传播方向一致；横波是指剪切波，即质子的振动方向与波传播方向相垂直。横波波速是研究岩土体动力特性的一个重要参数，对今后的研究具有重要意义。

然而，现有技术中，常见的地震横波激振源主要通过人工激振或者炸药雷管两种方法产生。但上述方法存在以下缺陷：1）人工激振方法即人工手持大锤敲击震源和震源车，但人工手持大锤敲击震源存在着敲击激发能量太小无法满足勘探深度的问题、且产生能量不稳定、产生能量不可控等一系列问题；震源车虽激发能量能满足勘探深度的问题、但存在对工作条件要求较高、操作较复杂、成本高等一系列问题。2）炸药激振效果好，但在城市中使用存在诸多限制。因此，现有技术中急需一种可方便携带野外作业且激振产生能量稳定、可控的新横波激振源装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种横波激振源装置及其使用方法，在节省人力的前提下，具有携带方便、可快速实现横波激振、产生能量稳定且可控、不受场影响的优点，该装置广泛适用于地球物理勘探等技术领域。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种横波激振源装置，包括：

一底座，所述底座上转动设置一导向轮；所述导向轮上卷绕一刚性绳；所述刚性绳的一端连接一收绳构件，另一端连接一电磁铁；所述电磁铁和一电源串联；所述电磁铁和电源之间设置一控制开关；

一摆动杆，用于带动激振锤，以所述底座为基点进行摆动，所述摆动杆的一端转动安装在所述底座上，另一端连接所述激振锤；

一限位板，所述限位板的一端固定在所述底座的上表面；所述限位板水平设置并位于所述摆动杆的上方；所述限位板远离所述底座的一段开设限位孔；所述刚性绳穿过所述限位孔；所述电磁铁位于所述限位板的下方；所述摆动杆转动至水平位置时，所述摆动杆平行于所述限位板且所述限位孔与所述电磁铁配合；

一可伸缩支架，用于调节所述底座的高度，以使得所述激振锤沿水平方向锤击一锤击构件，所述可伸缩支架的上端固定在所述底座的底面上；所述锤击构件位于所述底座的正下方。

优选地，所述底座包括上下对称设置的一对底板；

每个所述底板上均开设一用于容纳所述摆动杆的竖向通槽和一用于限位所述摆动杆的半球形凹槽；一对所述底板相对的两侧面上分别开设一所述半球形凹槽；其中：

所述竖向通槽延伸至所述底板的边缘；所述摆动杆沿所述竖向通槽摆动；

所述半球形凹槽与所述竖向通槽远离所述边缘的一段槽相交；所述摆动杆的一端在一对所述半球形凹槽围成的空间内转动。

优选地，所述锤击构件为一钢板。

优选地，所述收绳构件包括一齿轮减速箱；所述齿轮减速箱的输入端连接一手轮；所述齿轮减速箱的输出端连接一轮盘；所述轮盘的外边缘卷绕所述刚性绳。

优选地，所述齿轮减速箱包括第一齿轮和与所述第一齿轮啮合的第二齿轮；所述第一齿轮的直径小于所述第二齿轮的直径；所述第一齿轮的齿轮轴上安装所述手轮。

优选地，所述可伸缩支架包括三根支架；所述支架的底部设置可固定滚轮；所述支架的长度范围1.1m~1.9m。

优选地，所述摆动杆的内部中空。

优选地，所述电磁铁的最大吸力为100kg。

本发明还提出了一种横波激振源装置的使用方法，基于所述的横波激振源装置，包括以下步骤：

（1）在横波激振点处，固定所述锤击构件；

（2）调节所述可调节支架的长度，以使得所述摆动杆转动至竖直位置时，所述激振锤沿水平方向锤击所述锤击构件；

（3）动作所述控制开关以连通所述电源和所述电磁铁；所述激振锤吸附至所述电磁铁的底部；

（4）动作所述收绳构件，所述收绳构件带动所述刚性绳移动，所述刚性绳带动所述导向轮转动，所述摆动杆以所述底座为基点向上沿一圆弧转动；

（5）当所述电磁铁与所述限位孔配合时，再次动作所述控制开关，所述电磁铁释放所述激振锤，所述激振锤和所述摆动杆沿所述圆弧向下转动，当所述摆动杆转动至竖直位置时，所述激振锤水平锤击所述锤击构件，至此，实现一次横波激振。

与现有技术相比，本发明的优点为：

（1）该装置工作时，利用电磁铁产生磁力为激振锤提供向上运动的力，电磁铁断电释放激振锤，利用重力的作用使激振锤在竖直位置时沿水平方向敲击固定在地面上的钢板，完成横波激振。因此，可快速稳定实现横波激振。

（2）激振锤可拆装、尺寸可选，可够满足现阶段地震勘探的地震波能量激发，能实现激振能量可控。

（3）该装置方便拆装、便于运输，工作适用范围广，局限性小。

（4）在一次锤击过程中，激振锤重量固定、落点高度固定，可有效解决人工激振过程中能量信号参差不齐的问题。

（5）使用齿轮减速箱能够降低人工锤击钢板的工作强度。

附图说明

图1为本发明一实施例的横波激振源装置的结构图；

图2为图1中摆动杆和激振锤的结构示意图；

图3为图1中限位板的俯视图；

图4为图1中底板的立体图。

其中，1-电磁铁，2-激振锤，3-摆动杆，4-限位板，5-刚性绳，6-导向轮，7-底座，71-底板，710-半球形凹槽，711-竖向通槽，8-可伸缩支架，9-调节螺栓，10-可固定滚轮，11-锤击构件，12-齿轮减速箱，13-手轮。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

一种横波激振源装置，包括：可伸缩支架8、底座7、导向轮6、刚性绳5、收绳构件、电磁铁1、限位板4、摆动杆3、激振锤2和锤击构件11。

该装置中，锤击构件11、可伸缩支架8、底座7、导向轮6由下到上依次设置；刚性绳5用于连接收绳构件和电磁铁1；摆动杆3用于带动激振锤2进行摆动；限位板4用于限制摆动杆3的摆动幅度；电磁铁1通过改变通电状态以吸附或者释放激振锤2；激振锤2用于沿水平方向锤击锤击构件11以产生横波。该装置的具体结构如图1所示：

底座7上转动设置一用于改变刚性绳5方向的导向轮6；导向轮6上卷绕一刚性绳5；刚性绳5的一端连接一收绳构件，另一端连接一电磁铁1。优选地，刚性绳5为一钢丝绳。

电磁铁1和一直流电源串联；电磁铁1和直流电源之间设置一控制开关。通过手动动作控制开关，实现电磁铁1的通电或断电。电磁铁1通电以吸附激振锤2；电磁铁1断电以释放激振锤2。其中，电磁铁1为一盘式电磁铁，吸力最大值为100kg。

摆动杆3，用于带动激振锤2，以底座7为基点进行摆动，摆动杆3的一端转动安装在底座7上，另一端连接激振锤2。本实施例中，摆动杆3的长度应满足：当摆动杆3转动至竖直方向时，摆动杆3与放置锤击构件11的支撑面之间存在间隙且摆动杆3可沿水平方向锤击锤击构件11。

在本实施例中，激振锤2质量为5kg-75kg；激振锤2和摆动杆3上均开设对应的螺纹孔，激振锤2与摆动杆3之间通过螺栓固定。

在本实施例中，摆动杆3为一空心杆，摆动杆3的质量小且并满足支撑激振锤2的强度条件；限位板4的一端通过紧固件固定在底座7的上表面，如通过螺栓固定；限位板4水平设置并位于摆动杆3的上方；限位板4远离底座7的一段开设限位孔，限位孔的作用是：当电磁铁1失电时，电磁铁1不会随钢丝绳任意摆动，且保证钢丝绳不会脱离导向轮6，刚性绳5穿过限位孔；如图3和图1所示；电磁铁1位于限位板4的下方。当刚性绳5带动永磁铁上移至永磁铁卡设至限位孔内时（即当限位孔与电磁铁1配合时），此时永磁铁与限位板4的下端面贴合，摆动杆3转动至水平位置且摆动杆3平行于限位板4。

在本实施例中，限位板4的固定端和摆动杆3连接底座7的一端平齐；限位孔距底座7的距离等于摆动杆3的长度，以确保摆动杆3转动至水平位置时，摆动杆3平行于限位板4且磁铁卡设至限位孔内。

可伸缩支架8，用于调节底座7的高度，以使得激振锤2沿水平方向锤击一锤击构件11，可伸缩支架8的上端面通过螺栓固定在底座7的底面上；锤击构件11位于底座7的下方。优选地，可伸缩支架8包括三根支架；支架的底部设置可固定滚轮10，当可调节支架的长度调节工序完成后，固定该可固定滚轮10，确保可伸缩支架8的稳定性；支架的长度范围1.1m~1.9m。

如图1所示，每根支架均包括2调节杆和一套筒；一调节杆的一端套设在另一调节杆内；套筒套设在调节杆的重叠部位，两调节杆和套筒上均设置对应的螺纹孔；通过一调节螺栓9将套筒固定在两调节杆上。该可伸缩支架8进行长度调节的步骤为：松动安装在套筒上的调节螺栓9，之后将直径较小的调节杆抽出或者缩回直径较大的调节杆内一段后，拧紧调节螺栓9即可。

在本实施例中，如图1、图2和图4所示，底座7优选结构设计如下：底座7包括上下对称设置的一对底板71；底板71的横截面为一圆形；底板71之间固定设置形成该底座7。每个底板71上均开设一用于容纳摆动杆3的竖向通槽711和一用于限位摆动杆3的半球形凹槽710；一对底板71相对的两侧面上分别开设一半球形凹槽710；其中：竖向通槽711延伸至底板71的边缘；摆动杆3沿竖向通槽711摆动；半球形凹槽710与竖向通槽711远离边缘的一段槽相交，即半球形凹槽710与竖向通槽711相交的部分为中空结构，以保证摆动杆3顺利沿竖向通槽711进行90度（由水平位置转动到竖直位置）范围内的摆动；摆动杆3的一端在一对半球形凹槽710围成的空间内转动。

鉴于底板71的以上结构设计，该摆动杆3的结构设计如下：该摆动杆3的一端为球形部，该球形部限制在一对半球形凹槽710围成的空间内；该摆动杆3的杆件部分沿竖向通槽711摆动；该摆动件的另一端伸出该底座7并连接激振锤2。

在本实施例中，收绳构件包括一齿轮减速箱12；齿轮减速箱12的输入端连接一手轮13；齿轮减速箱12的输出端连接一轮盘；轮盘的外边缘卷绕刚性绳5。齿轮减速箱12包括第一齿轮和与第一齿轮啮合的第二齿轮；第一齿轮的直径小于第二齿轮的直径；第一齿轮的齿轮轴上安装手轮13，可节省人力，降低人工工作强度。

本实施例中还提出了一种横波激振源装置的使用方法，包括步骤（1）~（5），具体如下：

（1）在横波激振点处，固定钢板；

（2）通过动作调节螺栓9和两调节杆，完成可调节支架的长度调节，以使得当摆动杆3转动至竖直位置时，激振锤2沿水平方向锤击钢板；

（3）动作控制开关以连通电源和电磁铁1；电磁铁1得电，激振锤2被吸附至电磁铁1的底部；

（4）动作手轮13，齿轮减速箱12处的轮盘带动钢丝绳移动，钢丝绳带动导向轮6转动，摆动杆3以底座7为基点向上沿一圆弧转动；

（5）当电磁铁1卡设在限位孔内时，再次动作控制开关，电磁铁1失电，电磁铁1释放激振锤2，激振锤2和摆动杆3沿圆弧向下转动，当摆动杆3转动至竖直位置时，激振锤2沿水平方向水平锤击钢板。至此，实现一次横波激振。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。