[發明專利]一種淺層埋地非金屬物體探測系統

在審

• 申請號: 201910699252.0
• 申請日: 2019-07-31
• 公開（公告）號: CN110346829A
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 高艷;崔希望;靳伯驁
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: G01V1/00
• 分類號: G01V1/00
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;楊青

本發明公開了一種淺層埋地非金屬物體探測系統，所述系統包括：聲波發射組件，聲波接收組件和頻譜分析儀；所述聲波發射組件，用于發射兩個不同頻率的聲源/振源信號；所述聲波接收組件，用于接收信號，進行放大和濾波后發送至頻譜分析儀；所述頻譜分析儀，用于對采集的信號進行快速傅里葉變換，繪制信號的頻譜圖，在信號頻譜圖中檢測除了兩個聲源/振源的頻率以外是否存在和頻或差頻信號，如果存在，則埋地物體為非金屬物，從而實現對埋地非金屬物體的探測。本發明的系統通過材料的聲學特性差異來識別非金屬物體，具有操作簡便、成本低廉、易于實施、不受天氣和土壤濕度影響的優點。

技術領域

本發明涉及物探技術領域，特別涉及一種淺層埋地非金屬物體探測系統。

背景技術

淺層埋地非金屬物體是指埋在地下1米以內的非金屬物體，由于其柔性相對于金屬、巖石等剛性物體要大的多，所以也被稱為柔性物體。隨著科學技術的進步，許多非金屬材料的物理和化學特性有了質的飛躍，并且由于這些非金屬材料具有成本低、重量輕、無毒、耐腐蝕、易加工制造和維修等優勢，使得它們在一些領域逐漸可以替代金屬材料，比如市政施工中的非金屬供水和供氣管線、石油化工和制藥行業的非金屬壓力容器、軍事上非金屬地雷和炸彈等。

傳統的物探技術領域，由于被探測的目標物體主要是金屬制品，所以研究人員開發了許多基于電學和磁學原理的探測方法，但是由于非金屬材料不(弱)導電、不(弱)導磁的特性，導致這些傳統方法在探測非金屬物體時效果不理想。

發明內容

本發明的目的在于克服上述技術缺陷，針對淺層埋地非金屬物體，提出了一種基于非線性共振效應的聲學探測系統及方法。由于非金屬物體的聲學特性(特性阻抗)與土壤、金屬物體、巖石區別較大，所以能夠有效避免土壤中干擾物體的影響，使非金屬物體探測的準確度更高。

為了實現上述目的，本發明提出了一種淺層埋地非金屬物體探測系統，所述系統包括：聲波發射組件，聲波接收組件和頻譜分析儀；

所述聲波發射組件，用于發射兩個不同頻率的聲源/振源信號；

所述聲波接收組件，用于接收信號，進行放大和濾波后發送至頻譜分析儀；

所述頻譜分析儀，用于對采集的信號進行快速傅里葉變換，繪制信號的頻譜圖，在信號頻譜圖中檢測除了兩個聲源/振源的頻率以外是否存在和頻或差頻信號，如果存在，則埋地物體為非金屬物，從而實現對埋地非金屬物體的探測。

作為上述系統的一種改進，所述聲波發射組件包括2個聲源，每個聲源發射的聲波信號具有不同頻率；所述聲源包括：信號發生器、功率放大器和揚聲器；

所述信號發生器產生探測需要的激勵信號，所述激勵信號為頻率范圍低于2000Hz的單頻激勵、隨機激勵或掃頻激勵；

所述功率放大器采用放大倍數可調的功率放大器，對信號發生器產生的激勵信號進行功率放大；

所述揚聲器將功率放大器輸出的電信號轉化為地面激勵信號，并且將激振能量輻射到土壤中。

作為上述系統的一種改進，所述聲波發射組件包括2個振源，每個振源發射的振動信號具有不同頻率；所述振源包括：信號發生器、功率放大器和激振器；

所述信號發生器產生探測需要的激勵信號，所述激勵信號為頻率范圍低于2000Hz的單頻激勵、隨機激勵或掃頻激勵；

所述功率放大器采用放大倍數可調的功率放大器，對信號發生器產生的激勵信號進行功率放大；

所述激振器將功率放大器輸出的電信號轉化為地面激勵信號，并且將激振能量輻射到土壤中。

作為上述系統的一種改進，所述聲波接收組件包括：傳感器陣列、前置放大器、濾波器和信號采集卡；

所述傳感器陣列為多個傳感器組成陣列，用于將聲波信號/振動信號轉化為電信號；