Привод джерел акустичних сигналів

1. Привод источников акустических сигналов, имеющих звукоизлучающие поверхности, выполненные с возможностью приведения в колебательное движение, в частности, для использования в сейсмических исследованиях, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что он содержит вращающий электродвигатель и связанную с ним ось с по меньшей мере одним некруглым по внешнему контуру поперечного сечения участком, который предпочтительно плавно округлен и имеет форму, например, овала, и ряд толкателей, установленных радиально относительно оси с возможностью воздействия на их внутренние концы в радиальном направлении указанным некруглым участком оси при ее вращении, при котором внешние концы толкателей способны возбуждать колебательное движение звукоизлучающих поверхностей. 2. Привод по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что вращающий электродвига тель снабжен системой регулирования скорости вращения. 3. Привод по п.1 или 2, о т л и ч аю щ и й с я тем, что некруглый участок оси имеет также конусность, а привод включает установленное с возможностью перемещения вдоль оси средство типа упоров для преобразования вращательного движения указанного участка оси в поступательное движение толкателей в продольном направлении, предпочтительно с использованием линейного электродвигателя для смещения упоров вдоль оси. 4. Привод по п.З, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что упоры снабжены роликами, перекатывающимися по указанному участку оси, и оси этих роликов предпочтительно по существу параллельны оси вращающего двигателя. 5. Привод по п.1 или 2, о т л и ч аю щ и й с я тем, что некруглый участок оси цилиндричен. 6. Привод по любому из пп.1-5, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что некруглый участок оси имеет поперечное сечение с одним или несколькими выступающими по контуру элементами или волнообразными формами для формирования желаемого состава частот возбуждения звукоизлучающих поверхностей толкателями. 7. Привод попп.1-6, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что толкатели снабжены устройством смещения на основе регулятора их длины. 8. Привод по любому из пп.1-7, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что толкатели снабжены возбуждающими элементами на основе, например, магнитострикционного з с Os О 26463 или пьезоэлектрического эффекта, для дополнительного или накладывающегося возбуждения звукоизлучающих поверхностей. 9. Привод по любому из пп.1-8, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что он выполнен с возможностью размещения по существу внутри связанного с ним акустического источника и в основном окруженным этим источником, тогда как вращающий двигатель выполнен с возможностью размещения вне акустического источника. 10. Привод по любому из пп.1-9, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что он содержит одну или несколько предпочтительно параллельных осей, каждая из которых имеет взаимодействующий с ним набор толкателей. 11. Привод по любому из пп. 1,2,6-10, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что некруглый участок оси имеет также конусность и выполнен в виде отдельной части с возможностью перемещения вдоль оси и зафиксирован от проворота относительно нее, а толкатели установлены с возможностью воздействия на них, предпочтительно непосредственно на их внутренние концы, этого участка оси при вращении. Изобретение относится к приводам таких источников акустических сигналов, которые имеют звукоизлучающие поверхности и предназначены, например, для решения задач сейсморазведки. Чаше всего используют акустические источники в виде упругой мембраны или оболочки цилиндрической формы с эллиптическим поперечным сечением и приводом с использованием высокомагнитострикционного материала [1] и [2]. Такой наиболее близкий к предлагаемому по технической сущности привод выполнен на основе пары стержней, которые размещены внутри упомянутой оболочки параллельно геометрической оси цилиндра, сцеплены с оболочкой, в поперечном сечении симметрично зеркально отображают ее относительно короткой оси эллипса и ограничены частью оболочки, которая обращена к концу длинной оси, и линией, параллельной короткой оси эллипса. Между стержнями в сцеплении с их параллельными торцами установлен электрически управляемый генератор колебаний в виде штока, геометрическая ось которого совпадает с длинной осью эллипса в поперечном сечении и равноудалена от торцов источника. При использовании магнитострикторов шток по меньшей мере на части длины состоит из магнетика, предпочтительно из высокомагнитострикционного материала, намагничиваемого электрической обмоткой с желаемой частотой. Так называемые высокомагнитострикционные магнитные материалы даютвозможность изготовления хороших приводов акустических источников с обеспечением амплитуд, которые в 20 раз превышают амплитуды, достигаемые с применением пьезоэлектриков. Однако, несмотря на простоту и высокую точность управления амплитудой и доступность высокомагнитострикционных материалов, рост амплитуд все еще относительно невелик, а возбуждение низкочастотных колебаний с применением таких материалов затруднено. Поэтому в основу изобретения положена задача путем замены генератора колебаний и изменения его кинематической связи со звукоизлучающими поверхностями создать такой привод акустического источника, который обеспечивал бы получение точно заданной и достаточно большой амплитуды колебаний преимущественно в области низких частот. Поставленная задача решена тем, что привод источников акустических сигналов, имеющих звукоизлучающие поверхности, выполненные с возможностью приведения в колебательное движение, в частности, для использования в сейсмических исследованиях, согласно изобретению содержит вращающий электродвигатель и связанную с ним ось с по меньшей мере одним некруглым.ш предпочтительно плавно округленным, например овальным по внешнему контуру поперечного сечения участком, и ряд толкателей, установленных радиально относительно оси с возможностью воздействия на их внутренние концы в радиальном направлении указанным некруглым участком оси при ее вращении, при котором внешние концы тол 5 10 15 20 25 30 35 26463 кателей способны возбуждать колебательное движение звукоизлучающих поверхностей. Чисто механическое преобразование вращения выходного вала электродвигателя в возвратно-поступательное перемещение толкателей вполне достаточно именно для получения точно заданных и достаточно больших амплитуд колебаний и именно в области преимущественно низких частот. Первое дополнительное отличие состоит в том, что вращающий электродвигатель снабжен системой регулирования скорости вращения, что позволяет эффективно регулировать частоту колебаний. Второе дополнительное отличие состоит в том, что некруглый участок оси имеет также конусность, а привод включает установленное с возможностью перемещения вдоль оси средство типа упоров для преобразования вращательного движения указанного участка оси в поступательное движение толкателей в продольном направлении, предпочтительно с использованием линейного электродвигателя для смещения упоров вдоль оси, что также само по себе или в дополнение к регулированию скорости вращения позволяет эффективно регулировать частоту колебаний. Третье дополнительное отличие состоит в том, что упоры снабжены перекатывающимися вдоль некруглого участка оси роликами, оси вращения которых предпочтительно по существу параллельны оси вращающего двигателя. Четвертое дополнительное отличие состоит в том .что некруглый участок оси цилиндричен.что при эксцентричной установке позволяет уменьшать частоты возбуждаемых колебаний. Пятое дополнительное отличие состоит в том, что некруглый участок оси имеет поперечное сечение с одним или несколькими выступающими по контуру элементами или волнообразными формами для формирования желаемого спектра частот колебаний звукоизлучающих поверхностей под действием толкателей. Шестое дополнительное отличие состоит в том,что толкатели снабжены устройством смещения на основе регулятора их длины, что способствует регулированию амплитуды возбуждаемых колебаний. Седьмое дополнительное отличие состоит в том,что в любой из указанных форм выполнения привода толкатели снабжены возбуждающими элементами на основе, 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 например, магнитосгрикционного или пьезоэлектрического эффекта для дополнительного или накладывающегося возбуждения звукоизлучающих поверхностей. Восьмое дополнительное отличие состоит в том, что в любой из форм выполнения привод по существу размещен внутри акустического источника и окружен им, а вращающий двигатель размещен вне этого источника. Это упрощает сборку и ремонт источника. Девятое дополнительное отличие состоит в том, что в любой из форм выполнения привод содержит одну или несколько предпочтительно параллельных осей, каждая из которых имеет один или более некруглый участок, каждый из которых имеет взаимодействующий с ним набор толкателей. Это позволяет существенно расширить спектр возбуждаемых колебаний. Десятое дополнительное отличие состоит в том, что некруглый участок оси имеет также конусность и выполнен в виде отдельной части с возможностью перемещения вдоль оси и зафиксирован от проворота относительно нее, а толкатели установлены с возможностью воздействия на них, предпочтительно непосредственно на их внутренние концы, этого участка оси при вращении. Это также способствует регулированию амплитуды возбуждаемых колебаний. Далее изобретение подробно описано со ссылками на чертежи, где на фиг.1 изображен цилиндрический акустический источник с эллиптическим поперечным сечением и приводом согласно изобретению; на фиг.2 - элементы привода возбуждения колебаний; на фиг.З - ролики, смонтированные на упоре; на фиг.4-9 различные формы поперечных сечений некруглого (рабочего) участка оси; на фиг. 10 - альтернативный вариант выполнения изобретения по отношению к показанному на фиг.2 и 3. / Акустический источник в виде цилиндра с эллиптическим поперечным сечением (фиг.1), в котором предпочтительно применение привода возбуждения колебаний согласно изобретению, имеет упругую оболочку 1 со звукоизлучающей поверхностью и торцевые крышки 2 и 3. Внутри оболочки 1 на концах длинной оси эллиптического поперечного сечения расположены два концевых стержня 4 и 5. Привод смонтирован в прямоугольной раме 6, которая расположена внутри оболочки 1 так, что плоскость, расположенная посредине между сторонами, опреде 26463 ляющими высоту и ширину рамы, и параллельно им обеим, совпадает с плоскостью всех длинных осей. Высота h рамы 6 выбрана так.чтобы она соответствовала зазору между стержнями 4, 5 и по существу соединяла их, а ширина b рамы 6 соответствует длине оболочки 1. Поэтому крышки 2, 3 могут быть прикреплены винтами 1. и 8, 9 и 10 соответственно к верхней и к нижней сторонам рамы 6. Ее толщина t (расстояние между боковыми сторонами) определяется условиями монтажа привода и размерами сквозных отверстий для толкателей. Поскольку рама 6 "плавает" внутри источника под действием толкателей, постольку она по существу не подвержена значительным механическим нагрузкам. Поэтому ее высота и ширина в основном обусловлены количеством толкателей или количеством приводов для обеспечения требуемой акустической мощности. В раме вдоль ее центральной оси выполнены сквозные отверстия 11, 12, 13 и 14 для толкателей привода и перпендикулярные им сквозные отверстия 15, 16 для оси вращающего двигателя и для двигателя линейного перемещения. Вариант привода согласно изобретению на фиг.2 имеет электродвигатель 17 для вращения оси 18 овально-конической формы. С нею кинематически связаны подвижные упоры 19, 20, действующие на пару толкателей 21,22, которые по концам снабжены роликами 23, 24 для уменьшения трения при движении по упорам 19, 20, которые также снабжены роликами 25, 26 для уменьшения трения при движении по оси овально-конической формы. Возможны и иные средства уменьшения трения. Так, с осью 18 может быть связан обычный подшипник. Для регулирования длины толкателей могут служить нарезные части 27, 28 и иные средства типа клиньев или гидроцилиндров. Скорость вращения электродвигателя 17 можно регулировать системой 29 управления, которая подключена кабелем 30. Она может иметь, например, преобразователь частоты или подобный узел в зависимости от типа двигателя (постоянного или переменного тока). Амплитуду изменяют осью 18 овально-конической формы и подвижными упорами 19, 20, которые сцеплены с осью 18 и способны смещаться вдоль нее двигателем 31 линейного перемещения или иным средством. Другой способ управления амплитудой состоит в использовании эксцентричной оси 18, которая радиально застопорена шпонкой и может быть смещена вдоль 8 геометрической оси двигателя 17 двигателем 3 1 , как объяснено ниже со ссылкой на фиг.5. На фиг.З показан пример установки 5 ролика 25 на оси 32 упора 19 для уменьшения трения при движении упора 19 по оси 18. Возможные варианты реализации изобретательского замысла не исчерпы10 ваются описанными примерами. Так, электродвигатель 17 может быть расположен вне оболочки 1, как видно на фиг.2. Далее, ось 18 можно выполнить по15 разному в зависимости от требуемого спектра частот возбуждаемых колебаний. Например, изменением формы ее поперечного сечения можно одновременно получить несколько частот без изменения 20 частоты вращения двигателя, как это оговорено ниже со ссылкой на фиг.4. Более того, вполне возможно такое выполнение привода, при котором его используют с фиксированной частотой вращения и/или 25 с набором заменяемых осей. Иногда для задания амплитуды можно применять цилиндрическую, а не коническую ось. Для расширения полосы частот источника "вверх" в толкатели могут быть 30 введены приводные элементы 28а и 286 на основе магнитострикционных и пьезоэлектрических материалов (фиг.2). Очевидно, что привод возбуждения колебаний может быть использован и в ис35 точниках цилиндрической формы с отличным от эллиптического, например круглым, поперечным сечением. Другое применение привода очевидно представляют поршневые источники, где, например, воз40 можно применение поршня и круглой оболочки или двух диаметрально противоположных поршней с оппозитными круглыми оболочками. Оболочка, безусловно, может иметь отличающуюся от круглой гео45 метрическую форму. На фиг.4-9 для обоснования возможности возбуждения различных наборов частот показаны различные формы поперечного сечения рабочего участка оси 18, 50 который выделен черным цветом, относительно геометрической оси электродвигателя 17, которая обозначена общей для всех фигур 4-9 штрихпунктирной линией. Поперечное сечение на фиг.9 соот55 ветствует уже рассмотренному со ссылкой на фиг.2 овальному контуру. Фиг.4 показывает,что даже круглый в поперечном сечении, но эксцентричный относительно геометрической оси электродвигателя 17 рабочий участок оси 18 при оди 26463 наковых частотах ее вращения способен возбуждать колебания толкателей с частотой, наполовину меньшей основной частоты, достигаемой при овальной форме согласно фиг.9. На фиг.5 показан пример поперечного сечения овального (как на фиг.9) рабочего участка оси 18 с небольшими по ширине и высоте относительно ее периметра скругленными выступами 33, которые обеспечивают возбуждение колебаний с высшими гармониками основной частоты. На фиг.6 показано более остроугольное поперечное сечение с восемью треугольными выступами, которое, в отличие от прочих, не имеет значительного скруглення внешнего контура, а на фиг.7 показан хорошо скругленный контур поперечного сечения с четырьмя крупными синусоидальными выступами. Наконец, на фиг.8 показан вариант выполнения некруглого участка оси 18, круглая основа которого модифицирована двумя группами гребней, каждая из которых состоит из трех волновых гребней 34. Как сказано выше, регулирование амплитуды возможно благодаря осевому перемещению части оси 18 вдоль геометрической оси электродвигателя 17. На фиг.5 показан пример осуществления этого прин 5 10 15 20 25 30 Фиг. 1 10 ципа, в котором ось 18 имеет по меньшей мере одну такую посаженную на длинной шпонке 35 и застопоренную ею от проворота коническую часть 36. При этом два толкателя 21 и 22 внутренними концами непосредственно касаются поверхности части 36, чтобы она действовала на них при вращении. Таким образом, аналогично варианту на фиг.2, ось 18 привода и толкатели 21, 22 также всегда находятся в одном и том же положении один относительно другого в осевом направлении, тогда как смещение части 36 вдоль оси 18 может служить для управления амплитудой, если некруглый участок оси или часть 36 выполнены коническими. Наконец, на фиг.5 видно, что на оси 18 может быть размещено несколько однотипных частей 36, каждая из которых сопряжена с соответствующим набором толкателей для возбуждения тех же самых звукоизлучающих поверхностей акустического источника. Очевидно, что возможно использование и нескольких предпочтительно параллельно расположенных осей 1 8 с собственными подвижными частями и наборами толкателей. Работа описанного привода ясна из описания его конструкции и сопутствующих пояснений взаимодействия деталей. 26463 31 Фиг. 2 25 Фиг. 3 26463 ID 00 \