CN102768363A

CN102768363A - 车载式声-地震耦合检测装置

Info

Publication number: CN102768363A
Application number: CN2012102397651A
Authority: CN
Inventors: 王驰; 丁卫; 沈高炜; 周瑜秋; 于瀛洁
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2012-07-12
Filing date: 2012-07-12
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2032-07-12
Also published as: CN102768363B

Abstract

本发明公开了一种车载式声-地震耦合检测装置，包括由信号发生器、调音台、功率放大器、扬声器、扬声器承载车构成的声波发射系统，由地震检波器、数据采集卡和计算机构成的地表振动速度检测系统。扬声器承载车包括扬声器固定框、高度调整板、角度调整板、承载车底座、带挡块的万向脚轮和不带挡块的万向脚轮。本发明的声波入射角和声源高度可以进行连续调整，可以用于声-地震耦合的理论研究，特别是为声-地震耦合的最佳入射角和声源高度对声-地震耦合效率的影响问题研究提供了一个便捷的检测装置。

Description

车载式声-地震耦合检测装置

技术领域

本发明涉及一种车载式声-地震耦合检测装置，属于声-地震耦合技术领域。

背景技术

一般来说，浅层地表土壤系多孔隙结构，具有可压缩性。当声波从空气中传播入射到地面时，大部分能量被反射回空中，还有一部分能量通过动量作用以及空气与土壤粒子的粘滞摩擦作用，以地震波的形式耦合到土壤中，并引起地表的振动，这种现象称为声-地震耦合。

当声波耦合产生的地震波遇到埋藏物时会发生反射或散射作用，引起埋藏物上方地表的振动状态变化，可通过检测地表的振动状态变化判断掩埋物的存在性。这在地雷探测特别是非金属地雷的探测等方面有潜在的应用前景。然而声-地震耦合是一个复杂的物理作用过程，有关声-地震耦合现象尚无完整的理论体系，对声-地震耦合机理的研究仍是一个世界性难题。

声-地震耦合能量耦合的效率很低，在掩埋物探测系统研究中需要解决声-地震耦合最佳入射角的问题。声-地震耦合最佳入射角是指，在声源和地表土壤参数条件一定的情况下，使声波耦合的地表振动速度最大的声波入射角。

声波在空气中传播时能量会发生衰减，在声源发射声波能量不变的情况下，随着声源和地面间的距离加大，入射到地表处的声波能量减小，耦合到地下的能量也随之减小，导致埋藏物引起的地表振动减弱，影响探测的准确性和可靠性。因此，有必要研究声源高度对声-地震耦合效率的影响。

目前缺少声-地震耦合理论研究的专用装置，没有一种既可使声波入射角进行连续调整又可调整声源高度的便捷的机构，本发明正是针对这一问题展开的。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种车载式声-地震耦合检测装置，解决目前尚无一种既可使声波入射角进行连续调整又可调整声源高度的便捷的车载式声-地震耦合检测装置的问题。

为了达到这个目的，本发明采用下述技术方案：

一种车载式声-地震耦合检测装置，由声波发射系统和地表振动速度检测系统组成；所述声波发射系统包括信号发生器、调音台、功率放大器、扬声器、扬声器承载车；所述信号发生器通过导线依次连接所述调音台、所述功率放大器和所述扬声器，所述扬声器安装在所述扬声器承载车上；所述地表振动速度检测系统包括地震检波器、数据采集卡和计算机；所述地震检波器通过数据线连接所述数据采集卡，所述数据采集卡再与所述计算机连接。

所述扬声器承载车包括扬声器固定框、高度调整板、角度调整板、承载车底座、带挡块的万向脚轮和不带挡块的万向脚轮；

1）所述承载车底座由4根铝型材通过铝型材支架和螺栓相互连接组成，两个所述带挡块万向脚轮和两个所述不带挡块的万向脚轮安装在其4个角上；

2）所述角度调整板为圆弧板，其上开有相对其中心线对称布置的两排通孔和一条弧形槽，通过两排通孔用螺栓将其固定在所述承载车底座上，所述弧形槽的尺寸和位置需保证所述角度调整板安装后所述弧形槽的圆心在地面上，所述弧形槽对应圆心角为120度，其上方刻有119个角度值，每个角度值对应圆心角为1度，从一端开始按30、31、32、33…88、89、90、89、88…33、32、31、30均匀排列，其中弧顶处为90；

3）所述高度调整板上开有相对其中心线对称布置的两个通孔和三条直槽，通过通孔和中间直槽用螺栓将其固定在所述角度调整板上，拧松螺栓时所述高度调整板沿着所述圆弧槽滑动，通过中间直槽观察所述角度调整板上的角度值，当调整到需要的角度时拧紧螺栓使所述高度调整板位置固定；

4）两块所述角度调整板和两块所述高度调整板的位置分别对称；保证安装所述角度调整板和所述高度调整板后，两块高度调整板与所述扬声器固定框的安装配合面间距离为零；

5）所述扬声器固定框由7根铝型材通过铝型材支架和螺栓相互连接组成，用螺栓固定在所述两块高度调整板上，拧松两边螺栓时所述扬声器固定框沿着所述直槽上下移动，当调整到需要的高度时拧紧螺栓使所述扬声器固定框固定。

所述扬声器承载车可以在不改变所述扬声器发声口相对地面上目标点距离的情况下连续改变所述扬声器发声口所在平面相对地面的角度，也可以在不改变所述扬声器发声口所在平面相对地面角度的情况下连续改变所述扬声器发声口相对地面的上目标点的距离。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

本发明设计了一种车载式声-地震耦合检测装置，包括一种既可调整声波入射角又可调整声源高度的便捷的扬声器承载车。本发明可以用于声-地震耦合的理论研究，特别是为声-地震耦合的最佳入射角和声源高度对声-地震耦合效率的影响问题研究提供了一个便捷的检测装置。与现有声-地震耦合检测装置相比本检测装置的声波入射角和声源高度都可进行连续调整。

附图说明

图1是本发明的车载式声-地震耦合检测装置结构组成示意图；

图2是扬声器承载车三维示意图；

图3是扬声器承载车侧面示意图；

图4是角度调整板示意图；

图5是高度调整板示意图；

图6是扬声器固定框三维示意图；

图7是本发明实施例一对应的扬声器承载车侧面示意图；

图8是本发明实施例二对应的扬声器承载车侧面示意图。

具体实施方式

结合附图，对本发明的优选实施例详述如下：

如图1所示，一种车载式声-地震耦合检测装置，由声波发射系统和地表振动速度检测系统组成；所述声波发射系统包括信号发生器1、调音台2、功率放大器3、扬声器4、扬声器承载车5；所述信号发生器1通过导线依次连接所述调音台2、所述功率放大器3和所述扬声器4，所述扬声器4安装在所述扬声器承载车5上；所述地表振动速度检测系统包括地震检波器6、数据采集卡7和计算机8；所述地震检波器6通过数据线连接所述数据采集卡7，所述数据采集卡7再与所述计算机8连接。

如图2～图6所示，所述扬声器承载车5包括扬声器固定框17、高度调整板18、角度调整板19、承载车底座20、带挡块的万向脚轮21和不带挡块的万向脚轮22；

1）所述承载车底座20由4根铝型材通过铝型材支架和螺栓相互连接组成，两个所述带挡块万向脚轮21和两个所述不带挡块的万向脚轮22安装在其4个角上；

2）所述角度调整板19为圆弧板，其上开有相对其中心线对称布置的两排通孔11和一条弧形槽10，通过两排通孔11用螺栓将其固定在所述承载车底座20上，所述弧形槽10的尺寸和位置需保证所述角度调整板19安装后所述弧形槽10的圆心在地面上，所述弧形槽10对应圆心角为120度，其上方刻有119个角度值12，每个角度值12对应圆心角为1度，从一端开始按30、31、32、33…88、89、90、89、88…33、32、31、30均匀排列，其中弧顶处为90；

3）所述高度调整板18上开有相对其中心线对称布置的两个通孔16和三条直槽13、14、15，通过通孔16和中间直槽14用螺栓将其固定在所述角度调整板19上，拧松螺栓时所述高度调整板18沿着所述圆弧槽10滑动，通过中间直槽14观察所述角度调整板19上的角度值12，当调整到需要的角度时拧紧螺栓使所述高度调整板18位置固定；

4）两块所述角度调整板19和两块所述高度调整板18的位置分别对称，保证安装所述角度调整板19和所述高度调整板18后，两块高度调整板18与所述扬声器固定框17的安装配合面间距离为零；

5）所述扬声器固定框17由7根铝型材通过铝型材支架和螺栓相互连接组成，用螺栓固定在所述两块高度调整板18上，拧松两边螺栓时所述扬声器固定框17沿着所述直槽13、14、15上下移动，当调整到需要的高度时拧紧螺栓使所述扬声器固定框17固定。

实施例一：

对所述扬声器4声波入射角进行调整后，所述扬声器承载车5如图7所示。

采用车载式声-地震耦合检测装置进行声-地震耦合最佳入射角测量，具体实施步骤为：

1）调整所述扬声器承载车5上所述两块高度调整板18的位置，使之处于所述角度调整板19的弧顶，即角度值为90的位置，将所述扬声器固定框17固定在所述高度调整板18上所述直槽13、15的底部，安装时保证所述扬声器固定框17下沿平行与所述高度调整板18上沿，将所述扬声器4发声口朝下安装在所述扬声器固定框17中；

2）调整所述扬声器承载车5的位置，使所述扬声器4的发声口中心处于地面上待测点9的正上方；

3）将所述地震检波器6插入到所述待测点9所在地面，所述地震检波器6的输出端口由数据线连接到所述数据采集卡7的输入端口上，所述数据采集卡7的输出端口由数据线连接到所述计算机8的输入端口；

4）所述信号发生器1发出频率为f ₀的起始正弦波信号，依次通过所述调音台2和所述功率放大器3放大后由所述扬声器4发出高强度正弦声波；

5）所述地震检波器6测量所述待测点9的地表振动速度，并由所述计算机8记录，然后关闭所述的声波发射系统的所有电源；

6）将两边所述高度调整板18与所述角度调整板间连接的螺栓都拧松，扶住所述扬声器固定框17使其沿所述圆弧槽10向右转动5°，然后拧紧螺栓，重启所述的声波发射系统的所有电源，采取与步骤4）-5）相同的步骤，记录该频率声波激励下所述待测点9的振动速度；

7）重复步骤6）的操作，记录至所述高度调整板18调整到所述圆弧槽10最右端，并在所述计算机8中求出并记录在各个角度下待测点9的振动速度最大值；

8）对以上步骤中求出的各个角度下待测点9的振动速度最大值进行比较，找出值最大时的角度值。在该角度值左右各5°的范围内按与步骤6）相似的方法每次调整扬声器转动1°，记录各角度下待测点9的振动速度最大值；

9）对上一步中求出的各个角度下待测点9的振动速度最大值进行比较，找出值最大时的角度值，即为所测量的在声波激发频率为f ₀情况下的声-地震耦合最佳入射角。

可以通过向左转动扬声器进行上述测量步骤，对最佳入射角进行验证。

实施例二：

对所述扬声器4高度进行调整后，所述扬声器承载车5如图8所示。

采用车载式声-地震耦合检测装置研究声源高度对声-地震耦合的影响，具体实施步骤为：

6）将两边所述高度调整板18与所述扬声器固定框17间连接的螺栓都拧松，扶住所述扬声器固定框17使其沿所述直槽13、14、15向上移动5cm，然后拧紧螺栓，重启所述的声波发射系统的所有电源，采取与步骤4）-5）相同的步骤，记录该频率声波激励下所述待测点9的振动速度；

7）重复步骤6）的操作，记录至所述扬声器固定框17调整到所述直槽13、14、15最上端，并在所述计算机8中求出并记录在各个高度下待测点9的振动速度最大值；

8）对以上步骤中求出的各个高度下待测点9的振动速度最大值进行比较，分析声源高度对声-地震耦合效率的影响。

Claims

1.一种车载式声-地震耦合检测装置，其特征在于，本装置由声波发射系统和地表振动速度检测系统组成；所述声波发射系统包括信号发生器（1）、调音台（2）、功率放大器（3）、扬声器（4）、扬声器承载车（5）；所述信号发生器（1）通过导线依次连接所述调音台（2）、所述功率放大器（3）和所述扬声器（4），所述扬声器（4）安装在所述扬声器承载车（5）上；所述地表振动速度检测系统包括地震检波器（6）、数据采集卡（7）和计算机（8）；所述地震检波器（6）通过数据线连接所述数据采集卡（7），所述数据采集卡（7）再与所述计算机（8）连接。

2.根据权利要求1所述的车载式声-地震耦合检测装置，其特征在于，所述扬声器承载车（5）包括扬声器固定框（17）、高度调整板（18）、角度调整板（19）、承载车底座（20）、带挡块的万向脚轮（21）和不带挡块的万向脚轮（22）；

1）所述承载车底座（20）由4根铝型材通过铝型材支架和螺栓相互连接组成，两个所述带挡块万向脚轮（21）和两个所述不带挡块的万向脚轮（22）安装在其4个角上；

2）所述角度调整板（19）为圆弧板，其上开有相对其中心线对称布置的两排通孔（11）和一条弧形槽（10），通过两排通孔（11）用螺栓将其固定在所述承载车底座（20）上，所述弧形槽（10）的尺寸和位置需保证所述角度调整板（19）安装后所述弧形槽（10）的圆心在地面上，所述弧形槽（10）对应圆心角为120度，其上方刻有119个角度值（12），每个角度值（12）对应圆心角为1度，从一端开始按30、31、32、33…88、89、90、89、88…33、32、31、30均匀排列，其中弧顶处为90；

3）所述高度调整板（18）上开有相对其中心线对称布置的两个通孔（16）和三条直槽（13）、（14）、（15），通过通孔（16）和中间直槽（14）用螺栓将其固定在所述角度调整板（19）上，拧松螺栓时所述高度调整板（18）沿着所述圆弧槽（10）滑动，通过中间直槽（14）观察所述角度调整板（19）上的角度值（12），当调整到需要的角度时拧紧螺栓使所述高度调整板（18）位置固定；

4）两块所述角度调整板（19）和两块所述高度调整板（18）的位置分别对称；保证安装所述角度调整板（19）和所述高度调整板（18）后，两块高度调整板（18）与所述扬声器固定框（17）的安装配合面间距离为零；

5）所述扬声器固定框（17）由7根铝型材通过铝型材支架和螺栓相互连接组成，用螺栓固定在所述两块高度调整板（18）上，拧松两边螺栓时所述扬声器固定框（17）沿着所述直槽（13）、（14）、（15）上下移动，当调整到需要的高度时拧紧螺栓使所述扬声器固定框（17）固定。