【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地震勘探可控震源，更具体的说是涉及一种可控震源电磁-机械耦合非线性分析方法。
技术介绍
1、目前，电磁可控震源是基于电磁力产生振动信号的地震勘探地震波激发装备。电磁可控震源摒弃了液压机构，采用电磁力产生振动信号，具有轻便、高频等特点，在浅层地震高分辨率勘探中发挥着重要的作用。
2、但是，电磁可控震源也面临着一系列的挑战。比较典型的就是电磁-机械耦合非线性。在电磁可控震源内部气隙磁场中，径向磁感应强度的分布是不均匀的。当驱动线圈在气隙磁场中运动时，处于不同位置的驱动线圈受到的电磁力并不相同。电磁可控震源高频振动时，驱动线圈的位移很小，电磁可控震源受到的电磁力非线性很小。电磁可控震源低频振动时，驱动线圈的位移很大，驱动线圈在不同位置时受到的电磁力存在明显的非线性，影响电磁可控震源低频振动信号质量。虽然电磁-机械耦合非线性会对电磁可控震源低频振动信号质量产生影响。但电磁-机械耦合非线性会对电磁可控震源低频振动信号质量影响程度并未被定性和定量分析。
3、因此，如何分析电磁-机械耦合非线性对电磁可控震源低频振动信号的信号质量影响程度是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种可控震源电磁-机械耦合非线性分析方法，利用有限元轴对称分析方法，大大降低了电磁可控震源气隙磁场求解的工作量，解决了现有技术下缺乏分析电磁-机械耦合非线性对电磁可控震源振动信号质量影响的方法问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如
3、一种可控震源电磁-机械耦合非线性分析方法，包括：
4、s1：建立电磁可控震源气隙磁场模型，获取所述电磁可控震源气隙磁场模型中径向磁感应强度的分布；
5、s2：在所述电磁可控震源气隙磁场模型的内部模拟驱动线圈的运动过程，获取驱动线圈数据，表征电磁可控震源电磁-机械耦合的力因数随驱动线圈位移的分布曲线；
6、s3:采用两项高斯函数拟合力因数随驱动线圈位移的分布曲线，获取两项高斯函数的参数；
7、s4：将电磁可控震源简化为二阶弹簧-质量-阻尼系统获取系统数据，所述系统数据结合经过拟合得出的所述两项高斯函数的参数建立电磁可控震源电磁-机械耦合运动方程；
8、s5:使驱动线圈在气隙磁场中以允许的最大位移振动，确定流经驱动线圈的交变电流数据，带回所述电磁可控震源电磁-机械耦合运动方程中求解电磁可控震源的加速度信号；
9、s6：对所述加速度信号进行傅里叶变换，通过分析所述加速度信号获取电磁可控震源电磁-机械耦合非线性对振动信号质量的影响。
10、优选的，所述s1具体包括建立电磁可控震源气隙磁场模型，所述电磁可控震源气隙磁场模型为二维轴对称模型，基于有限元方法求解，通过在气隙磁场中的设置一条测线，所述测线位于气隙磁场的中心位置，沿着气隙高度方向测线上的点间隔为固定间隔，得到气隙磁场中径向磁感应强度的分布。
11、优选的，所述s2具体包括：
12、s2.1：在所述电磁可控震源气隙磁场模型的内部模拟驱动线圈的运动过程，确定驱动线圈的参数信息，包括驱动线圈的高度、绕制半径以及绕制匝数，模拟驱动线圈在气隙磁场中的运动，得到力因数随驱动线圈位移的分布曲线的积分公式；
13、s2.2：将所述力因数随驱动线圈位移的分布曲线的积分公式转换为求和公式。
14、优选的，所述s3具体包括：
15、s3.1：建立电磁可控震源力因数随驱动线圈位移的分布曲线的两项高斯函数；
16、s32：将所述电磁可控震源力因数随驱动线圈位移的分布曲线的求和公式进行所述两项高斯函数拟合，通过最小二乘方法确定两项高斯函数的参数。
17、优选的，所述s4具体包括：
18、s4.1：将电磁可控震源简化为二阶弹簧-质量-阻尼系统，确定电磁可控震源系统的弹性系数、运动体质量以及阻尼系数；
19、s4.2:结合所述弹性系数、运动体质量、阻尼系数及所述两项高斯函数的参数建立电磁可控震源电磁-机械耦合运动方程：
20、
21、式中，i(t)是流经驱动线圈的交变电流，z是电磁可控震源运动体位移，是电磁可控震源运动体速度，是电磁可控震源运动体加速度；kg为弹性系数、m为运动体质量，dg为阻尼系数。
22、优选的，所述流经驱动线圈的交变电流数据包括交变电流幅值、交变电流频率。
23、优选的，所述s5具体包括将交变电流幅值、交变电流频率带回所述电磁可控震源电磁-机械耦合运动方程中，基于参数化样条插值方法求解电磁可控震源电磁-机械耦合运动方程，求解电磁可控震源的加速度信号，公式如下：
24、z(n)＝αf(n-1)+2βf(n)+αf(n+1)；
25、
26、
27、
28、式中，α，β为常系数，n是迭代时间步，f(n)是参数样条插值函数，δt是时间间隔。
29、优选的，所述s2.1中积分公式如下：
30、
31、其中，br,z为驱动沿着驱动线圈高度方向积分的气隙磁场径向磁感应强度，hcoils为驱动线圈的高度，rcoils为绕制半径，n为绕制匝数信息。
32、优选的，所述s2.2中求和公式如下：
33、lcoils＝2πrcoilsn；
34、
35、式中，lcoils为驱动线圈的长度，为驱动沿着驱动线圈高度方向积分的气隙磁场径向磁感应强度的均值。
36、优选的，所述s3.1中所述两项高斯函数公式如下：
37、
38、式中，b1和b2是高斯函数的峰值高度，c1和c2是高斯函数的峰值位置，d1和d2是高斯函数的区域宽度，e为常数。
39、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种可控震源电磁-机械耦合非线性分析方法。该方法通过建立电磁可控震源气隙磁场有限元二维轴对称模型，模拟驱动线圈在气隙磁场中的运动，计算和拟合表征电磁可控震源电磁-机械耦合非线性的力因随驱动线圈位移的力因数分布曲线，通过建立和求解电磁可控震源电磁-机械耦合运动方程，分析电磁可控震源电磁-机械耦合非线性对振动信号的影响。为后续的电磁可控震源电磁-机械耦合非线性抑制提供保证。本专利技术提出的方法，考虑了电磁可控震源力因数随驱动线圈位移分布曲线的非线性特点，通过两项高斯函数拟合力因数随驱动线圈位移的分布曲线。相对于龙格库塔方法，参数化样条插值方法可以更为精确的求解电磁可控震源运动方程的位移、速度和加速度。
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1.一种可控震源电磁-机械耦合非线性分析方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种可控震源电磁-机械耦合非线性分析方法，其特征在于，所述S1具体包括建立电磁可控震源气隙磁场模型，所述电磁可控震源气隙磁场模型为二维轴对称模型，基于有限元方法求解，通过在气隙磁场中的设置一条测线，所述测线位于气隙磁场的中心位置，沿着气隙高度方向测线上的点间隔为固定间隔，得到气隙磁场中径向磁感应强度的分布。
3.根据权利要求1所述的一种可控震源电磁-机械耦合非线性分析方法，其特征在于，所述S2具体包括：
4.根据权利要求3所述的一种可控震源电磁-机械耦合非线性分析方法，其特征在于，所述S3具体包括：
5.根据权利要求4所述的一种可控震源电磁-机械耦合非线性分析方法，其特征在于，所述S4具体包括：
6.根据权利要求5所述的一种可控震源电磁-机械耦合非线性分析方法，其特征在于，所述流经驱动线圈的交变电流数据包括交变电流幅值、交变电流频率。
7.根据权利要求6所述的一种可控震源电磁-机械耦合非线性分析方法，其特征在于，所述S5
8.根据权利要求3所述的一种可控震源电磁-机械耦合非线性分析方法，其特征在于，所述S2.1中积分公式如下：
9.根据权利要求8所述的一种可控震源电磁-机械耦合非线性分析方法，其特征在于，所述S2.2中求和公式如下：
10.根据权利要求4所述的一种可控震源电磁-机械耦合非线性分析方法，其特征在于，所述S3.1中所述两项高斯函数公式如下：
...【技术特征摘要】
1.一种可控震源电磁-机械耦合非线性分析方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种可控震源电磁-机械耦合非线性分析方法，其特征在于，所述s1具体包括建立电磁可控震源气隙磁场模型，所述电磁可控震源气隙磁场模型为二维轴对称模型，基于有限元方法求解，通过在气隙磁场中的设置一条测线，所述测线位于气隙磁场的中心位置，沿着气隙高度方向测线上的点间隔为固定间隔，得到气隙磁场中径向磁感应强度的分布。
3.根据权利要求1所述的一种可控震源电磁-机械耦合非线性分析方法，其特征在于，所述s2具体包括：
4.根据权利要求3所述的一种可控震源电磁-机械耦合非线性分析方法，其特征在于，所述s3具体包括：
5.根据权利要求4所述的一种可控震源电磁-机械耦合非线性分析方法，其特征在于，所述s4具体包括：
6.根据权利要求5所述...
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