[發明專利]聲-地震耦合效率測量裝置及測量方法

無效

• 申請號: 201410197378.5
• 申請日: 2014-05-12
• 公開（公告）號: CN103995283A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 王馳;張芳;曹源;吳文雯;丁衛
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G01V1/00
• 分類號: G01V1/00;G01V1/28
• 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

本發明涉及物探技術領域，尤其是聲波探測非金屬地雷研究中的地表聲-地震耦合效率非接觸測量裝置及方法。

背景技術

塑料等非金屬地雷的安全、可靠探測一直是國際排雷事業亟待解決的瓶頸問題。常用的金屬探測器因是基于電磁感應原理只能探測金屬地雷，對金屬含量很少的塑料等非金屬地雷探測效果較差。對于紅外、探地雷達、X射線等成像技術，在探測機理上難以辨別埋藏物是否為地雷；對于非成像技術，如中子分析，它通過檢測炸藥的化學特性具有較強的地雷鑒別能力，但系統特別復雜、檢測信號過于微弱，尚處于應用可行性論證階段。基于聲-地震耦合原理的聲波探測技術具有潛在的應用前景，但缺少聲波探雷模型研究的商用實驗研究裝置。

聲-地震耦合是指當頻率在1KHz以下的低頻聲波由空氣入射到地表時，形成快縱波、慢縱波和橫波等多種成分的地震波；相應地，耦合的地表振動速度與地表聲壓的比值稱為地表聲-地震耦合效率。當耦合的地震波遇到地雷時會發生反射或散射現象而回到地表，并改變地表的振動速度，進而改變地表聲-地震耦合效率的大小。因此，通過檢測地表聲-地震耦合效率的變化異常情況，可用于非金屬地雷探測方面的研究，但目前尚無專用非接觸檢測方式的地表聲-地震耦合效率測量裝置。

一個典型的非接觸地表聲-地震耦合效率測量裝置應包括高指向性聲波發射系統和非接觸地表振動速度檢測系統，“地雷對地表聲阻抗率的影響研究”，王馳等，傳感器與微系統，2008年，第27卷第8期，第36-38頁，研究的聲發射系統基于音響系統，不能做到高指向性、遠距離的聲波發射，地表振動速度檢測系統基于地震檢波器這種接觸式速度傳感器，不能進行地表振動速度的非接觸檢測，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專用的聲-地震耦合機理研究的測量裝置等方面的問題，提供一種地表聲-地震耦合效率非接觸檢測裝置和檢測方法，可實現對地表聲-地震耦合效率的高精度、快速的非接觸測量。

為達到上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種聲-地震耦合效率測量裝置，包括計算機、信號處理器、聲學參量陣、多普勒振動計、數據采集卡和聲級計，所述計算機依次通過數據線連接所述數據采集卡、所述信號處理器和所述聲學參量陣，構成的聲波發射系統；所述聲級計依次通過數據線連接所述數據采集卡和所述計算機，構成的聲壓級檢測系統；所述多普勒振動計依次通過數據線連接所述數據采集卡和所述計算機，構成的地表振動檢測系統。

一種聲-地震耦合效率測量方法，采用上述的聲-地震耦合效率測量裝置來測量計算，測量步驟如下：?

（1）將聲波發射系統的聲學參量陣發聲端口對準待測地表位置；

（2）將聲壓級檢測系統的聲級計放置于待測地表位置；

（3）通過計算機發出差頻為f₀的兩列高頻正弦波信號，依次通過數據采集卡和信號處理器后由聲學參量陣發出高指向性正弦聲波；

（4）改變聲學參量陣相對待測地表位置的距離和方向，至聲級計測出頻率為f₀且聲壓級達到極大值的聲波，并在計算機中記錄該聲壓級的極大值；

（5）保持計算機、數據采集卡、信號處理器和聲學參量陣構成的聲波發射系統的連接、參數設置及聲學參量陣相對待測地表位置的距離和方向不變，即保持聲級計在待測地表位置檢測到的聲波頻率為f₀，且聲壓級達到極大值；

（6）移走聲級計，利用多普勒振動計、數據采集卡和計算機構成的地表振動檢測系統測量待測地表位置的地表振動速度，由計算機記錄；

（7）對所測的待測地表位置處的地表振動速度和所測的待測地表位置處的聲壓級極大值求比值，即得待測地表位置處在激勵聲波頻率為f₀時的聲-地震耦合效率。。

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：

本發明將計算機、數據采集卡、信號處理器和聲學參量陣連接，解決了低頻聲波輸出的高指向性問題，改善了聲波發射系統性能；在地表振動速度檢測時，通過利用多普勒振動計和多通道數據采集卡實現了對地表振動速度的非接觸快速檢測。

附圖說明　　圖1是本發明的待測地表聲-地震耦合效率非接觸測量裝置結構示意圖。

圖2是地表聲-地震耦合效率非接觸測量步驟框圖。

具體實施方式

本發明的優選實施例結合附圖論述如下：