車載式聲-地震耦合檢測裝置的製作方法

2023-05-14 18:26:41

專利名稱：車載式聲-地震耦合檢測裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種車載式聲-地震耦合檢測裝置，屬於聲-地震耦合技術領域。
背景技術：
一般來說，淺層地表土壤系多孔隙結構，具有可壓縮性。當聲波從空氣中傳播入射到地面時，大部分能量被反射回空中，還有一部分能量通過動量作用以及空氣與土壤粒子的粘滯摩擦作用，以地震波的形式耦合到土壤中，並引起地表的振動，這種現象稱為聲-地震奉禹合。當聲波耦合產生的地震波遇到埋藏物時會發生反射或散射作用，引起埋藏物上方 地表的振動狀態變化，可通過檢測地表的振動狀態變化判斷掩埋物的存在性。這在地雷探測特別是非金屬地雷的探測等方面有潛在的應用前景。然而聲-地震耦合是一個複雜的物理作用過程，有關聲-地震耦合現象尚無完整的理論體系，對聲-地震耦合機理的研究仍是一個世界性難題。聲-地震耦合能量耦合的效率很低，在掩埋物探測系統研究中需要解決聲-地震耦合最佳入射角的問題。聲-地震耦合最佳入射角是指，在聲源和地表土壤參數條件一定的情況下，使聲波耦合的地表振動速度最大的聲波入射角。聲波在空氣中傳播時能量會發生衰減，在聲源發射聲波能量不變的情況下，隨著聲源和地面間的距離加大，入射到地表處的聲波能量減小，耦合到地下的能量也隨之減小，導致埋藏物引起的地表振動減弱，影響探測的準確性和可靠性。因此，有必要研究聲源高度對聲-地震耦合效率的影響。目前缺少聲-地震耦合理論研究的專用裝置，沒有一種既可使聲波入射角進行連續調整又可調整聲源高度的便捷的機構，本發明正是針對這一問題展開的。

發明內容
針對現有技術存在的缺陷，本發明的目的在於提供一種車載式聲-地震耦合檢測裝置，解決目前尚無一種既可使聲波入射角進行連續調整又可調整聲源高度的便捷的車載式聲-地震耦合檢測裝置的問題。為了達到這個目的，本發明採用下述技術方案
一種車載式聲-地震耦合檢測裝置，由聲波發射系統和地表振動速度檢測系統組成；所述聲波發射系統包括信號發生器、調音臺、功率放大器、揚聲器、揚聲器承載車；所述信號發生器通過導線依次連接所述調音臺、所述功率放大器和所述揚聲器，所述揚聲器安裝在所述揚聲器承載車上；所述地表振動速度檢測系統包括地震檢波器、數據採集卡和計算機；所述地震檢波器通過數據線連接所述數據採集卡，所述數據採集卡再與所述計算機連接。所述揚聲器承載車包括揚聲器固定框、高度調整板、角度調整板、承載車底座、帶擋塊的萬向腳輪和不帶擋塊的萬向腳輪；
I)所述承載車底座由4根鋁型材通過鋁型材支架和螺栓相互連接組成，兩個所述帶擋塊萬向腳輪和兩個所述不帶擋塊的萬向腳輪安裝在其4個角上；
2)所述角度調整板為圓弧板，其上開有相對其中心線對稱布置的兩排通孔和一條弧形槽，通過兩排通孔用螺栓將其固定在所述承載車底座上，所述弧形槽的尺寸和位置需保證所述角度調整板安裝後所述弧形槽的圓心在地面上，所述弧形槽對應圓心角為120度，其上方刻有119個角度值，每個角度值對應圓心角為I度，從一端開始按30、31、32、33" 88、89、90、89、88…33、32、31、30均勻排列，其中弧頂處為90 ；
3)所述高度調整板上開有相對其中心線對稱布置的兩個通孔和三條直槽，通過通孔和中間直槽用螺栓將其固定在所述角度調整板上，擰松螺栓時所述高度調整板沿著所述圓弧槽滑動，通過中間直槽觀察所述角度調整板上的角度值，當調整到需要的角度時擰緊螺栓使所述高度調整板位置固定；
4)兩塊所述角度調整板和兩塊所述高度調整板的位置分別對稱；保證安裝所述角度 調整板和所述高度調整板後，兩塊高度調整板與所述揚聲器固定框的安裝配合面間距離為零；
5)所述揚聲器固定框由7根鋁型材通過鋁型材支架和螺栓相互連接組成，用螺栓固定在所述兩塊高度調整板上，擰松兩邊螺栓時所述揚聲器固定框沿著所述直槽上下移動，當調整到需要的高度時擰緊螺栓使所述揚聲器固定框固定。所述揚聲器承載車可以在不改變所述揚聲器發聲口相對地面上目標點距離的情況下連續改變所述揚聲器發聲口所在平面相對地面的角度，也可以在不改變所述揚聲器發聲口所在平面相對地面角度的情況下連續改變所述揚聲器發聲口相對地面的上目標點的距離。本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點 本發明設計了一種車載式聲-地震耦合檢測裝置，包括一種既可調整聲波入射角又可
調整聲源高度的便捷的揚聲器承載車。本發明可以用於聲-地震耦合的理論研究，特別是為聲-地震耦合的最佳入射角和聲源高度對聲-地震耦合效率的影響問題研究提供了一個便捷的檢測裝置。與現有聲-地震耦合檢測裝置相比本檢測裝置的聲波入射角和聲源高度都可進行連續調整。


圖I是本發明的車載式聲-地震耦合檢測裝置結構組成示意 圖2是揚聲器承載車三維示意 圖3是揚聲器承載車側面示意 圖4是角度調整板不意 圖5是聞度調整板不意 圖6是揚聲器固定框三維示意 圖7是本發明實施例一對應的揚聲器承載車側面示意 圖8是本發明實施例二對應的揚聲器承載車側面示意圖。
具體實施例方式結合附圖，對本發明的優選實施例詳述如下如圖I所示，一種車載式聲-地震耦合檢測裝置，由聲波發射系統和地表振動速度檢測系統組成；所述聲波發射系統包括信號發生器I、調音臺2、功率放大器3、揚聲器4、揚聲器承載車5 ;所述信號發生器I通過導線依次連接所述調音臺2、所述功率放大器3和所述揚聲器4，所述揚聲器4安裝在所述揚聲器承載車5上；所述地表振動速度檢測系統包括地震檢波器6、數據採集卡7和計算機8 ;所述地震檢波器6通過數據線連接所述數據採集卡7，所述數據採集卡7再與所述計算機8連接。如圖2 圖6所示，所述揚聲器承載車5包括揚聲器固定框17、高度調整板18、角度調整板19、承載車底座20、帶擋塊的萬向腳輪21和不帶擋塊的萬向腳輪22 ；
1)所述承載車底座20由4根鋁型材通過鋁型材支架和螺栓相互連接組成，兩個所述帶擋塊萬向腳輪21和兩個所述不帶擋塊的萬向腳輪22安裝在其4個角上；
2)所述角度調整板19為圓弧板，其上開有相對其中心線對稱布置的兩排通孔11和一條弧形槽10，通過兩排通孔11用螺栓將其固定在所述承載車底座20上，所述弧形槽10的尺寸和位置需保證所述角度調整板19安裝後所述弧形槽10的圓心在地面上，所述弧形槽10對應圓心角為120度，其上方刻有119個角度值12，每個角度值12對應圓心角為I度，從一端開始按30、31、32、33...88、89、90、89、88唚33、32、31、30均勻排列，其中弧頂處為90 ；
3)所述高度調整板18上開有相對其中心線對稱布置的兩個通孔16和三條直槽13、14、15，通過通孔16和中間直槽14用螺栓將其固定在所述角度調整板19上，擰松螺栓時所述高度調整板18沿著所述圓弧槽10滑動，通過中間直槽14觀察所述角度調整板19上的角度值12，當調整到需要的角度時擰緊螺栓使所述高度調整板18位置固定；
4)兩塊所述角度調整板19和兩塊所述高度調整板18的位置分別對稱，保證安裝所述角度調整板19和所述高度調整板18後，兩塊高度調整板18與所述揚聲器固定框17的安裝配合面間距離為零；
5)所述揚聲器固定框17由7根鋁型材通過鋁型材支架和螺栓相互連接組成，用螺栓固定在所述兩塊高度調整板18上，擰松兩邊螺栓時所述揚聲器固定框17沿著所述直槽13、14、15上下移動，當調整到需要的高度時擰緊螺栓使所述揚聲器固定框17固定。實施例一
對所述揚聲器4聲波入射角進行調整後，所述揚聲器承載車5如圖7所示。採用車載式聲-地震耦合檢測裝置進行聲-地震耦合最佳入射角測量，具體實施步驟為
1)調整所述揚聲器承載車5上所述兩塊高度調整板18的位置，使之處於所述角度調整板19的弧頂，即角度值為90的位置，將所述揚聲器固定框17固定在所述高度調整板18上所述直槽13、15的底部，安裝時保證所述揚聲器固定框17下沿平行與所述高度調整板18上沿，將所述揚聲器4發聲口朝下安裝在所述揚聲器固定框17中；
2)調整所述揚聲器承載車5的位置，使所述揚聲器4的發聲口中心處於地面上待測點9的正上方；
3)將所述地震檢波器6插入到所述待測點9所在地面，所述地震檢波器6的輸出埠由數據線連接到所述數據採集卡7的輸入埠上，所述數據採集卡7的輸出埠由數據線連接到所述計算機8的輸入埠 ；
4)所述信號發生器I發出頻率為&的起始正弦波信號，依次通過所述調音臺2和所述功率放大器3放大後由所述揚聲器4發出高強度正弦聲波；
5)所述地震檢波器6測量所述待測點9的地表振動速度，並由所述計算機8記錄，然後關閉所述的聲波發射系統的所有電源；
6)將兩邊所述高度調整板18與所述角度調整板間連接的螺栓都擰松，扶住所述揚聲器固定框17使其沿所述圓弧槽10向右轉動5°，然後擰緊螺栓，重啟所述的聲波發射系統的所有電源，採取與步驟4)-5)相同的步驟，記錄該頻率聲波激勵下所述待測點9的振動速度；
7)重複步驟6)的操作，記錄至所述高度調整板18調整到所述圓弧槽10最右端，並在所述計算機8中求出並記錄在各個角度下待測點9的振動速度最大值；
8)對以上步驟中求出的各個角度下待測點9的振動速度最大值進行比較，找出值最大時的角度值。在該角度值左右各5°的範圍內按與步驟6)相似的方法每次調整揚聲器轉動 1°，記錄各角度下待測點9的振動速度最大值；
9)對上一步中求出的各個角度下待測點9的振動速度最大值進行比較，找出值最大時的角度值，即為所測量的在聲波激發頻率為情況下的聲-地震耦合最佳入射角。可以通過向左轉動揚聲器進行上述測量步驟，對最佳入射角進行驗證。實施例二
對所述揚聲器4高度進行調整後，所述揚聲器承載車5如圖8所示。採用車載式聲-地震耦合檢測裝置研究聲源高度對聲-地震耦合的影響，具體實施步驟為
1)調整所述揚聲器承載車5上所述兩塊高度調整板18的位置，使之處於所述角度調整板19的弧頂，即角度值為90的位置，將所述揚聲器固定框17固定在所述高度調整板18上所述直槽13、15的底部，安裝時保證所述揚聲器固定框17下沿平行與所述高度調整板18上沿，將所述揚聲器4發聲口朝下安裝在所述揚聲器固定框17中；
2)調整所述揚聲器承載車5的位置，使所述揚聲器4的發聲口中心處於地面上待測點9的正上方；
3)將所述地震檢波器6插入到所述待測點9所在地面，所述地震檢波器6的輸出埠由數據線連接到所述數據採集卡7的輸入埠上，所述數據採集卡7的輸出埠由數據線連接到所述計算機8的輸入埠 ；
4)所述信號發生器I發出頻率為&的起始正弦波信號，依次通過所述調音臺2和所述功率放大器3放大後由所述揚聲器4發出高強度正弦聲波；
5)所述地震檢波器6測量所述待測點9的地表振動速度，並由所述計算機8記錄，然後關閉所述的聲波發射系統的所有電源；
6)將兩邊所述高度調整板18與所述揚聲器固定框17間連接的螺栓都擰松，扶住所述揚聲器固定框17使其沿所述直槽13、14、15向上移動5cm，然後擰緊螺栓，重啟所述的聲波發射系統的所有電源，採取與步驟4)-5)相同的步驟，記錄該頻率聲波激勵下所述待測點9的振動速度；
7)重複步驟6)的操作，記錄至所述揚聲器固定框17調整到所述直槽13、14、15最上端，並在所述計算機8中求出並記錄在各個高度下待測點9的振動速度最大值；
8)對以上步驟中求出的各個高度下待測點9的振動速度最大值進行比較，分析聲源高度對聲-地震 耦合效率的影響。
權利要求
1.一種車載式聲-地震耦合檢測裝置，其特徵在於，本裝置由聲波發射系統和地表振動速度檢測系統組成；所述聲波發射系統包括信號發生器(I)、調音臺(2)、功率放大器(3)、揚聲器(4)、揚聲器承載車(5);所述信號發生器(I)通過導線依次連接所述調音臺(2)、所述功率放大器(3)和所述揚聲器(4)，所述揚聲器(4)安裝在所述揚聲器承載車(5)上；所述地表振動速度檢測系統包括地震檢波器(6)、數據採集卡(7)和計算機(8);所述地震檢波器(6)通過數據線連接所述數據採集卡(7)，所述數據採集卡(7)再與所述計算機(8)連接。
2.根據權利要求I所述的車載式聲-地震耦合檢測裝置，其特徵在於，所述揚聲器承載車(5)包括揚聲器固定框(17)、高度調整板(18)、角度調整板(19)、承載車底座(20)、帶擋塊的萬向腳輪(21)和不帶擋塊的萬向腳輪(22)； 1)所述承載車底座(20)由4根鋁型材通過鋁型材支架和螺栓相互連接組成，兩個所述帶擋塊萬向腳輪(21)和兩個所述不帶擋塊的萬向腳輪(22)安裝在其4個角上； 2)所述角度調整板(19)為圓弧板，其上開有相對其中心線對稱布置的兩排通孔(11)和一條弧形槽(10 )，通過兩排通孔(11)用螺栓將其固定在所述承載車底座(20 )上，所述弧形槽(10)的尺寸和位置需保證所述角度調整板(19)安裝後所述弧形槽(10)的圓心在地面上，所述弧形槽(10)對應圓心角為120度，其上方刻有119個角度值(12)，每個角度值(12)對應圓心角為I度，從一端開始按30、31、32、33…88、89、90、89、88…33、32、31、30均勻排列，其中弧頂處為90 ； 3)所述高度調整板(18)上開有相對其中心線對稱布置的兩個通孔(16)和三條直槽(13)、(14)、(15)，通過通孔(16)和中間直槽(14)用螺栓將其固定在所述角度調整板(19)上，擰松螺栓時所述高度調整板(18)沿著所述圓弧槽(10)滑動，通過中間直槽(14)觀察所述角度調整板(19)上的角度值(12)，當調整到需要的角度時擰緊螺栓使所述高度調整板(18)位置固定； 4)兩塊所述角度調整板(19)和兩塊所述高度調整板(18)的位置分別對稱；保證安裝所述角度調整板(19)和所述高度調整板(18)後，兩塊高度調整板(18)與所述揚聲器固定框(17)的安裝配合面間距離為零； 5)所述揚聲器固定框(17)由7根鋁型材通過鋁型材支架和螺栓相互連接組成，用螺栓固定在所述兩塊高度調整板(18)上，擰松兩邊螺栓時所述揚聲器固定框(17)沿著所述直槽(13)、(14)、(15)上下移動，當調整到需要的高度時擰緊螺栓使所述揚聲器固定框(17)固定。
全文摘要
本發明公開了一種車載式聲-地震耦合檢測裝置，包括由信號發生器、調音臺、功率放大器、揚聲器、揚聲器承載車構成的聲波發射系統，由地震檢波器、數據採集卡和計算機構成的地表振動速度檢測系統。揚聲器承載車包括揚聲器固定框、高度調整板、角度調整板、承載車底座、帶擋塊的萬向腳輪和不帶擋塊的萬向腳輪。本發明的聲波入射角和聲源高度可以進行連續調整，可以用於聲-地震耦合的理論研究，特別是為聲-地震耦合的最佳入射角和聲源高度對聲-地震耦合效率的影響問題研究提供了一個便捷的檢測裝置。
文檔編號G01V1/00GK102768363SQ20121023976
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月12日 優先權日2012年7月12日
發明者丁衛, 於瀛潔, 周瑜秋, 沈高煒, 王馳 申請人:上海大學