利用孔間聲壓成像探測溶洞的方法及裝置的製作方法

2023-05-09 01:39:11 1

專利名稱：利用孔間聲壓成像探測溶洞的方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種探測方法及裝置，特別是涉及一種利用孔間聲壓成像探測溶洞的方法及裝置，屬於地質測量技術領域。
背景技術：
目前，廣泛用於地質探測的地震波、聲波層析成像是利用地震波或聲波在地層中傳播的時間長短，也就是傳播速度的快慢來進行反演成像的，但因地下是三維的，而且溶洞的圍巖是硬質灰巖，聲波射線並不直接穿過溶洞，而是繞過堅硬洞壁向前傳播，所以，實踐證明溶洞對聲波時間的延緩並不十分明顯，如此小的時差還受到測量裝置精度的影響，因此，現有的利用聲波成像探測溶洞的技術在使用時其效果並不理想。

發明內容
本發明的目的在於，提供一種使用效果較好、並且結構簡單的利用孔間聲壓成像探測溶洞的方法及裝置，以克服現有技術的不足。本發明的技術方案本發明的一種利用孔間聲壓成像探測溶洞的方法是利用聲壓探測溶洞的，具體做法是在溶洞的周圍鑽兩個相距10 50米的孔，通過掃描裝置掃描兩孔之間的聲波波形和聲壓數據，將聲波波形和聲壓數據輸入成像裝置進行成像反演，得到所掃描區域溶洞的聲學結構影像圖，從而確定被探測區內溶洞的位置、大小。前述利用孔間聲壓成像探測溶洞的方法中，所述兩個相距10 50米的孔，孔深度大於孔距。前述利用孔間聲壓成像探測溶洞的方法中，所述掃描是，與發射機連接的發射頭從其中一個孔的孔口至孔底或孔底至孔口移動，與接收機連接的兩個接收頭分別在不同的孔中從孔口至孔底或從孔底至孔口同步移動，接收機接收到的兩個接收頭的聲波波形和聲壓信息，就是掃描數據。前述利用孔間聲壓成像探測溶洞的方法中，掃描之前，在所述兩個相距10 50米的孔內充滿水。前述利用孔間聲壓成像探測溶洞的方法中，所述成像裝置中設有按不同方法建立的成像模型，將接收機接收到的兩個接收頭的聲波波形和聲壓信息，輸入成像裝置，根據不同的成像模型進行反演計算得所掃描區域溶洞的聲學結構影像圖。用於本發明方法的一種利用孔間聲壓成像探測溶洞的裝置，包括掃描裝置，掃描裝置與數據整理裝置連接，數據整理裝置與成像裝置連接。前述裝置中，所述掃描裝置包括發射機和接收機，發射機經發射電纜與發射頭連接，接收機經接收電纜分別與兩個接收頭連接。前述裝置中，所述發射電纜和接收電纜經鉸車和導向滑輪與發射頭和接收頭連接，或接收電纜經鉸車和導向滑輪與接收頭連接。前述裝置中，所述接收機與發射機經同步信號線連接。
本發明與現有技術相比，現有技術是利用聲波成像探測溶洞，探測效果不理想，本發明是利用聲壓成像探測溶洞，由於無溶洞時的聲壓是有溶洞聲壓的數倍，所以利用聲壓成像探測溶洞具有十分好的效果。本發明進行孔間聲壓成像探測溶洞的聲波掃描測量系統，該掃描方式保證成像所要求的覆蓋數量和幾何要素，也與成像單元緊密相關；本發明可連續激發的鑽孔大功率聲波發射機的能量可調、並且結構簡單、使用壽命長，而且充分覆蓋了整個成像區並在接收孔中產生有效聲波輻射，且發射源附近有聲波接收探頭接收聲波信息，接收孔內的高靈敏度聲波傳感器有效記錄輻射聲壓等信息；本發明的掃描參數和聲波信息被全部有效記錄並形成供成像軟體使用的掃描數據文件，成像軟體根據掃描信息建立成像模型，導入已整理的掃描數據文件進行成像反演，完成後輸出成像區的聲學結構影像圖，從而確定被探測區內溶洞的位置、大小。


圖1是本發明的結構示意圖； 圖2是掃描裝置的結構示意圖； 圖3是同步射線網的示意圖4是本發明的方框原理圖。附圖中的標記為1-掃描裝置，2-數據整理裝置，3-成像裝置，4-發射機，5-接收機，6-發射電纜，7-發射頭，8-接收電纜，9-接收頭，10-鉸車，11-導向滑輪，12-同步信號線，13-水，14-孔，15-水平同步射線，16-傾斜同步射線。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明，但不作為對本發明進行任何限制的依據。本發明的實施例，本發明的一種利用孔間聲壓成像探測溶洞的方法是利用聲壓探測溶洞的；其具體做法是在溶洞的周圍鑽兩個相距10 50米的孔，通過掃描裝置掃描兩孔之間的聲波波形和聲壓數據，將聲波波形和聲壓數據輸入成像裝置進行成像反演，得到所掃描區域溶洞的聲學結構影像圖，從而確定被探測區內溶洞的位置、大小。所述兩個相距 10 50米的孔，孔深度大於孔距。所述掃描是，與發射機連接的發射頭從其中一個孔的孔口至孔底或孔底至孔口移動，與接收機連接的兩個接收頭分別在不同的孔中從孔口至孔底或從孔底至孔口同步移動，接收機接收到的兩個接收頭的聲波波形和聲壓信息，就是掃描數據；掃描之前，在所述兩個相距10 50米的孔內充滿水；在所述的成像裝置中設有按不同的常規方法建立的成像模型，建立成像模型可根據使用的需要採用現有技術中的常規方法進行建立，將接收機接收到的兩個接收頭的聲波波形和聲壓信息，輸入成像裝置，根據不同的成像模型進行反演計算得所掃描區域溶洞的聲學結構影像圖。用於本發明方法的一種利用孔間聲壓成像探測溶洞的裝置的結構和原理如圖 1 圖4所示，本發明的裝置包括掃描裝置1，掃描裝置1與數據整理裝置2連接，數據整理裝置2與成像裝置3連接；所述掃描裝置1如圖2所示，包括發射機4和接收機5，發射機4 經發射電纜6與發射頭7連接，接收機5經接收電纜8分別與兩個接收頭9連接。所述發射電纜6和接收電纜8經鉸車10和導向滑輪11與發射頭7和接收頭9連接，或接收電纜8經鉸車10和導向滑輪11與接收頭9連接。所述接收機5與發射機4經同步信號線12連接。上述的掃描裝置1、數據整理裝置2、成像裝置3、發射機4、接收機5、發射電纜6、 發射頭7、接收電纜8、接收頭9、鉸車10、滑輪11、同步信號線12等部件均可採用現有技術中的成品。具體實施時，在溶洞附近鑽兩個孔14，兩個孔的孔距可根據地層完整情況進行調整，一般兩個孔的孔距可在IOM 50M之間進行調整。孔的深度應大於孔距為宜；孔徑應以能夠順利放入發射頭7和接收頭9為宜，一般不小於56mm。利用兩個孔對溶洞進行掃描。 通過掃描裝置1掃描兩孔之間的聲波波形和聲壓數據，將聲波波形和聲壓數據輸入成像裝置3進行成像反演，得到所掃描區域溶洞的聲學結構影像圖，從而確定被探測區內溶洞的位置、大小。所述的掃描裝置1包括發射機4和接收機5，發射機4是可連續發射，並可設置發射能量和頻率的大功率聲波發射機；接收機5是可自動記錄波形、測量聲壓和波幅的高靈敏度聲波接收機，它具有2個接收通道，並可內外同步及信號同步。發射機4經發射電纜6 與發射頭7連接，接收機5經接收電纜8分別與兩個接收頭9連接。接收頭9為高靈敏度接收探頭，可接收聲波波形和聲壓。掃描時，發射頭7經發射電纜6與發射機4連接，將發射頭7放入其中的一個孔中。 發射電纜6纏繞在鉸車10上，由鉸車10帶動發射頭7在孔中上下移動。同時兩個接收頭9 分別經接收電纜8與接收機5連接，將兩個接收頭9分別放入兩個孔中。接收電纜8分別纏繞在兩個鉸車10上，由兩個鉸車10分別帶動接收頭9在兩個孔中上下移動。因為只有兩個孔，所以在其中的一個孔中既設有發射頭7，也設有接收頭9，具體實施時可以將放在一個孔中的發射頭和接收頭製成一體，稱為帶有聲波接收傳感器的發射頭。一孔放置帶有聲波接收傳感器的發射頭，另一孔放置聲波接收頭，保持兩探頭的相對高差固定，同步從孔口向孔底或孔底向孔口進行聲波發射和接收掃描測量，並同時記錄兩探頭的位置及接收傳感器的聲波波形及聲壓信息，直到完成全部掃描測量。在開始掃描之前，將兩個孔14中注滿水13。通過兩個鉸車10使發射頭7和兩個接收頭9在兩個孔的水中同步上下移動，在移動的過程中，發射頭7連續發射聲波波形和聲壓信息，兩個接收頭9在兩個孔中同時接收發射頭7發出的聲波波形和聲壓信息，由於兩個接收頭9在兩個孔中接收到的聲壓是不同的，可以根據兩個接收頭接收到的聲壓差別計算出探測區內溶洞的位置和大小。發射頭7在發射聲波波形和聲壓信息的同時，還如圖3所示，不斷的發射水平同步射線15和傾斜同步射線16，水平同步射線15和傾斜同步射線16 共同構成射線網。同步射線可記錄接收信號與發射信號的分組信息。如圖4所示，掃描裝置1中的兩個接收頭9接收到的分組信息、聲波波形和聲壓信息通過數據整理裝置2整理成成像裝置3可以識別的掃描輸文件。數據整理裝置2包括傳輸掃描數據裝置、提取掃描信息裝置和編輯掃描文件裝置。數據整理裝置2將編輯好的掃描文件輸入成像裝置3。成像裝置3中預置有反演程序和根據反演程序建立起來的成像模型。成像裝置3 中還設有成像方法選擇裝置，可選擇不同的成像方式。還可選擇成像範圍和成像精度，根據選擇的成像範圍和成像精度以及成像方式，成像裝置3通過建立成像模型並導入整理好的掃描數據文件，進行反演計算，顯示結構影像圖。
權利要求
1.一種利用孔間聲壓成像探測溶洞的方法，其特徵在於該方法是利用聲壓探測溶洞的；具體做法是在溶洞的周圍鑽兩個相距10 50米的孔，通過掃描裝置掃描兩孔之間的聲波波形和聲壓數據，將聲波波形和聲壓數據輸入成像裝置進行成像反演，得到所掃描區域溶洞的聲學結構影像圖，從而確定被探測區內溶洞的位置、大小。
2.根據權利要求1所述利用孔間聲壓成像探測溶洞的方法，其特徵在於所述兩個相距10 50米的孔，孔深度大於孔距。
3.根據權利要求2所述利用孔間聲壓成像探測溶洞的方法，其特徵在於所述掃描是與發射機連接的發射頭從其中一個孔的孔口至孔底或孔底至孔口移動，與接收機連接的兩個接收頭分別在不同的孔中從孔口至孔底或從孔底至孔口同步移動，接收機接收到的兩個接收頭的聲波波形和聲壓信息就是掃描數據。
4.根據權利要求3所述利用孔間聲壓成像探測溶洞的方法，其特徵在於掃描之前，在所述兩個相距10 50米的孔內充滿水。
5.根據權利要求3所述利用孔間聲壓成像探測溶洞的方法，其特徵在於所述成像裝置中設有按不同方法建立的成像模型，將接收機接收到的兩個接收頭的聲波波形和聲壓信息，輸入成像裝置，根據不同的成像模型進行反演計算得所掃描區域溶洞的聲學結構影像圖。
6.一種利用孔間聲壓成像探測溶洞的裝置，其特徵在於包括掃描裝置(1)，掃描裝置 (1)與數據整理裝置(2 )連接，數據整理裝置(2 )與成像裝置(3 )連接。
7.根據權利要求6所述的利用孔間聲壓成像探測溶洞的裝置，其特徵在於所述掃描裝置(1)包括發射機(4)和接收機(5)，發射機(4)經發射電纜(6)與發射頭(7)連接，接收機(5)經接收電纜(8)分別與兩個接收頭(9)連接。
8.根據權利要求7所述的利用孔間聲壓成像探測溶洞的裝置，其特徵在於所述發射電纜(6)和接收電纜(8)經鉸車(10)和導向滑輪(11)與發射頭(7)和接收頭(9)連接，或接收電纜(8)經鉸車(10)和導向滑輪(11)與接收頭(9)連接。
9.根據權利要求7所述的利用孔間聲壓成像探測溶洞的裝置，其特徵在於所述接收機(5)與發射機(4)經同步信號線(12)連接。
全文摘要
本發明公開了一種利用孔間聲壓成像探測溶洞的方法及裝置。該方法是利用聲壓探測溶洞的；具體做法是在溶洞的周圍鑽兩個相距10～50米的孔，通過掃描裝置掃描兩孔之間的聲波波形和聲壓數據，將聲波波形和聲壓數據輸入成像裝置進行成像反演，得到所掃描區域溶洞的聲學結構影像圖，從而確定被探測區內溶洞的位置、大小。本發明是利用聲壓成像探測溶洞，由於無溶洞時的聲壓是有溶洞聲壓的數倍，所以具有十分好的效果。
文檔編號G01V1/00GK102338882SQ20101023535
公開日2012年2月1日 申請日期2010年7月26日 優先權日2010年7月26日
發明者王波 申請人:中國水電顧問集團貴陽勘測設計研究院