[發明專利]一種聲-地震耦合最佳入射角測量裝置及測量方法

有效

• 申請號: 201210048027.9
• 申請日: 2012-02-29
• 公開（公告）號: CN102590854A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 王馳;丁衛;沈高煒;周瑜秋;于瀛潔
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G01V1/00
• 分類號: G01V1/00;G01C1/00
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 陸聰明

技術領域

本發明涉及一種聲-地震耦合最佳入射角測量裝置及測量方法，屬于聲-地震耦合技術領域。

背景技術

迄今為止，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，是指1千赫茲以下的低頻聲波由空氣入射到地面時，大部分能量反射回空中，但還有一部分能量耦合到地下與土壤發生動量和粘滯摩擦作用，形成慢縱波、快縱波、橫波等多種成分的地震波，并引起地表的振動。

聲-地震耦合現象在淺層地下掩埋物（如非金屬地雷）的安全、可靠探測方面具有潛在的應用前景。當聲波激發的地震波遇到非金屬地雷等埋藏物時會發生反射或散射作用，返回到地表而改變其振動狀態，通過檢測地表的振動狀態的變化可進一步判斷掩埋物的存在性。然而，聲-地震耦合是一個復雜的物理作用過程，能量耦合的效率很低，聲波入射到地面時的入射角對能量耦合的效率影響很大。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稱為聲-地震耦合最佳入射角，這是掩埋物探測系統研究中需要重點解決的一個關鍵問題。

一個典型的聲-地震耦合最佳入射角測量方法應保證激發聲波到達地面的入射角可調的情況下，聲源和待測地面土壤環境的其它參數都保持不變，測量裝置包括聲波發射系統、入射角調整機構和地表振動速度檢測系統，而目前尚無高精度的聲-地震耦合最佳入射角測量裝置及測量方法，尤其缺少便捷的入射角調整機構，本發明正是針對這一關鍵技術進行展開的。

發明內容

本發明的目的在于克服目前尚無高精度的聲-地震耦合最佳入射角測量裝置尤其缺少便捷的入射角調整機構的問題，提供一種聲-地震耦合最佳入射角測量裝置及測量方法，是一種聲波到達地面的入射角對聲波激發的地表振動影響的測量裝置及方法，可實現對聲-地震耦合最佳入射角的準確、快捷測量。

為達到上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種聲-地震耦合最佳入射角測量裝置，包括信號發生器、調音臺、功率放大器、揚聲器、揚聲器卡槽、入射角調整機構，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，所述揚聲器固定卡在所述揚聲器卡槽內，所述揚聲器卡槽通過加長固定鐵板以及兩個螺栓固定在所述入射角調整機構上，構成的聲波發射系統；本裝置還包括地震檢波器、數據采集卡和計算機，所述地震檢波器通過數據線經所述數據采集卡與所述計算機連接，構成的地表振動速度檢測系統。

上述入射角調整機構通過兩個滾動輪置于待測地面上，入射角調整機構的端面是以待測地面上的待測位置點為對稱中心的正72邊形的一些邊面，每個端面的中心角為5°。

一種聲-地震耦合最佳入射角測量方法，采用上述的測量裝置，本方法具體實施步驟為：

（1）將所述的揚聲器固定卡入所述揚聲器卡槽中，將所述揚聲器卡槽通過加長固定鐵板以及兩個螺栓固定在所述的入射角調整機構的第一端面上；

（2）通過推動所述的入射角調整機構使所述的揚聲器發聲端口的中軸線與入射角調整機構的頂端端面的中垂線重合并正對待測地面上的待測位置點；

（3）將所述地震檢波器插入到所述待測地面上的待測位置點，所述地震檢波器的輸出端口由數據線連接到所述數據采集卡的輸入端口上，所述數據采集卡的輸出端口由數據線連接到所述計算機的輸入端口；

（4）所述信號發生器發出頻率為f₀的起始正弦波信號，依次通過所述調音臺和所述功率放大器放大后由所述揚聲器發出高強度正弦聲波；

（5）所述地震檢波器測量所述待測地面上的待測位置點的地表振動速度，并由所述計算機記錄，然后關閉所述的聲波發射系統的所有電源；

（6）將所述揚聲器固定卡入其中的揚聲器卡槽通過加長固定鐵板和螺栓固定在所述的入射角調整機構的第二端面上，即將所述的揚聲器發聲端口的中軸線相對豎直方向旋轉正72邊形的一個中心角的角度，即5°，重啟所述的聲波發射系統的所有電源，采取與步驟（4）-（5）相同的步驟，記錄該頻率聲波激勵下所述待測地面上的待測位置點處的地表振動速度；

（7）重復步驟（6）的操作，記錄至預設所述入射角調整機構的所有端面對應的揚聲器發聲端口的中軸線相對豎直方向旋轉角度情況下的所述待測地面上的待測位置點的地表振動速度，并在所述計算機中求出并記錄所述的揚聲器發聲端口的中軸線相對豎直方向的角度為0°、5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°等情況下的地表振動速度；