CN102944607B - 一种滚动式运动横波传感器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滚动式运动横波传感器及其使用方法，横波传感器(1)制作成圆柱体状，所述的横波传感器(1)的最佳耦合方向沿圆柱体轴向设置，在所述的横波传感器(1)的两端设有运动轴(5)，所述的横波传感器(1)的第一输出信号极板(2)、第二输出信号极板(4)分别通过第一电刷(7)、第二电刷(8)与地震信号采集仪器的信号传输导线(9)相连。通过运动轴带动传感器沿垂直于传感器轴的方向上在被检测介质表面滚动，来自地震勘探的振动信号通过地表与传感器水平耦合方式进入地震信号采集仪器，完成横波信号的采集。该横波传感器在运动中与检测介质表面保持贴合，并保证传感器的水平耦合方向固定，是一种适用于路基、路面工程快速连续检测的关键组件。

Description

一种滚动式运动横波传感器及其使用方法

技术领域

本发明专利涉及一种滚动式运动横波传感器及其使用方法，适用于地球物理勘探和工程检测中的地震勘探或弹性波勘探、检测，应用于平整表面介质内部工程隐患和缺陷勘察，特别是各种正在碾压路基的质量实时监控与检测评估。

技术背景

在建和在营公路、铁路路基路面检测事关公路的使用效率和运行寿命，受到业内广泛重视。

在建路基的压实度只有合格，才能保证路基、路面的强度、刚度及路面的平整度，以提高路基路面工程的使用寿命。路基路面压实质量的检测技术和方法很多，目前压实度测量的主要方法包括：1）挖坑灌砂法测定压实度，2）蜡封法，3）水袋法，4）环刀法测定压实度，5）核子仪测定压实度，6）落锤频谱式路基压实度快速测定仪。前四种为破坏性，后两种为非破坏性检测方法。在铁路路基检测目前各国都采用了多指标控制体系.日本、韩国主要用地基系数K30和孔隙率n作为控制指标;法国用K30、二次静态变形模量Ev2和压实系数K控制压实质量;德国用K30、Ev2、动态弹性模量Evd、K和n控制压实质量,并对Ev2/Ev1的比值有所要求;我国则采用K 30、E v2、Evd、K、n作为路基压实控制标准。中国、法国、德国规范中都采用了K30和Ev2,且中国在基床表层和底层引入了德国的Evd指标。

以上这类检测方法和技术的共同特点属于局部（点）抽检，是事后检测手段，都不能整体反映路基压实度情况。

在建和在营公路铁路的路基路面质量检测采用的物探方法包括地质雷达、面波勘探、电阻率法。地质雷达和电阻率法分别以介质结构介电常数和电阻率差异作为探测前提，不能直接反应介质结构的力学性质和状态。面波勘探可以提供与力学性状相关的剪切波参数，但只能以点测量的方式进行测量，测量效率和垂向、横向分辨精度太低。

如果能提供一种连续快速检测技术，既能提供与路基路面介质结构力学性质相关的物理参数指标，同时能够在线实时监控碾压质量和路基状况，将为公路、铁路路基或路面检测产生深远的影响。

横波波速与介质结构弹性力学性质密切相关，其速度、主频与薄层分辨能力具有相关性，而且横波具有偏振特性，加以利用可以形成新的路基检测与评估技术。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种能连续快速检测的滚动式运动横波传感器。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种能连续快速检测，既能提供与路基路面介质结构力学性质相关的物理参数指标，同时能够在线实时监控碾压质量和路基状况的滚动式运动横波传感器的使用方法。

为了解决上述第一个技术问题，本发明提供的滚动式运动横波传感器，包括横波传感器，所述的横波传感器制作成圆柱体状，所述的横波传感器的最佳耦合方向沿圆柱体轴向设置，在所述的横波传感器的两端设有运动轴，所述的横波传感器的第一输出信号极板、第二输出信号极板分别通过第一电刷、第二电刷与地震信号采集仪器的信号传输导线相连。

所述的运动轴上设有滚动轴承，保证传感器运动轴旋转运动自如。

所述的第一输出信号极板、第二输出信号极板制成环状极板绕制设在所述的运动轴上且在所述的第一输出信号极板与所述的第二输出信号极板之间设有绝缘层。

所述的第一输出信号极板、第二输出信号极板制成环状极板设在所述的横波传感器1的侧端壁上且在所述的第一输出信号极板与所述的第二输出信号极板之间设有绝缘层。

在所述的横波传感器的圆柱体状外壳上加工有形成垂直于传感器轴向的凹凸相间的环状或齿状外形。

为了解决上述第二个技术问题，本发明提供的滚动式运动横波传感器的使用方法，将横波激励震源、一个或多个制作成圆柱体状的横波传感器形成地震勘探排列，保持排列几何参数，将横波激励震源与地震信号采集仪器通过触发线电连接，将一个或多个制作成圆柱体状的横波传感器与地震信号采集仪器通过信号传输导线电连接，通过人力或机械方式，拖动整套排列的横波激励震源、一个或多个制作成圆柱体状的横波传感器同步前进，横波激励震源一次激发形成一个排列地震记录，多次激发形成多个排列记录。

所述的横波激励震源采用平行于所述的横波传感器的轴向的两个方向激励，利用横波的偏振特性，获得正反向激励地震排列记录。

利用横波的偏振特性，通过两个类型相同的所述的横波传感器1背向安装，形成轴向一致耦合方向相反的两个传感器组合体，一次地震采集，在一个测量点上获得一组双向振动记录。

采用上述技术方案的滚动式运动横波传感器及其使用方法，横波传感器制作成圆柱体状，横波传感器的最佳耦合方向沿圆柱体轴向设置，横波传感器的圆柱体状传感器外设有相互隔离的两个环状金属隔离的极板，接入到地震信号采集仪器的两个输入端通过电刷分别与两个极板相连。在传感器的两端加工伸出带滚动轴承的运动轴，通过运动轴带动传感器在检测介质表面滚动，来自地震勘探的振动信号通过地表与传感器水平耦合方式进入地震信号采集仪器，完成横波信号的采集。传感器信号经极板由电刷输出到地震信号采集系统，电刷与环状极板在传感器运动中保持紧密持续的信号连接，圆柱体状结构的传感器两端加工伸出带滚动轴承的运动轴，传感器以运动轴为动力牵引，在被测介质表面沿垂直于传感器轴的方向上滚动运动前进，运动轴配有轴承等滚动器件，保证传感器运动轴旋转运动自如。使用一个传感器可以进行一发一收地震排列记录，使用多个轴向平行线性排列的传感器，可以实现一发多收的排列地震数据采集。利用横波的偏振特性，通过平行于传感器轴向的两个方向激励，获得正反向激励地震排列记录。

使用本发明提供的滚动式运动横波传感器及其使用方法，持续运动中的横波传感器的耦合方向没有发生变化，可以连续提供横波勘探采集记录，为碾压路基质量评估，路基路面结构和隐患探测提供高效可靠的技术手段。利用横波偏振特性制成双向组合横波传感器或者用双向横波激励模式进行激发采集，都可以得到组合式横波地震勘探排列记录，为后续数据资料处理与解释提供素材。

该发明适用于各种在建公路、铁路路基路面的质量检测与状态评估，也可用于已运行公路路面和路基检测。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明环形极板的另外一种结构示意图。

图3是本发明双向横波传感器组成结构示意图。

图4是地震勘探中沿勘探剖面方向看横波激励震源双向激励方式示意图。

图5是本发明横波传感器在地震勘探中从侧面看排列布置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

参见图1，横波传感器1制作成圆柱体状，横波传感器1的最佳耦合方向沿圆柱体轴向设置，横波传感器1的圆柱体状外壳10上加工有形成垂直于传感器轴向的凹凸相间的环状或齿状外形，在横波传感器1的两端设有运动轴5，运动轴5上设有滚动轴承6，横波传感器1的传感器芯11连接有第一输出信号极板2、第二输出信号极板4，第一输出信号极板2、第二输出信号极板4制成环状极板绕制设在运动轴5上且在第一输出信号极板2与第二输出信号极板4之间设有绝缘层3，第一电刷7、第二电刷8分别与第一输出信号极板2与第二输出信号极板4接触连接，第一电刷7、第二电刷8与地震信号采集仪器14的信号传输导线9相连。

参见图1，通过运动轴5带动横波传感器1在检测系统表面滚动，来自地震勘探的振动信号通过水平耦合方式进入地震信号采集仪器14，完成横波信号的采集。

参见图2，横波传感器1制作成圆柱体状，在横波传感器1的两端设有运动轴5，运动轴5上设有滚动轴承6，横波传感器1的传感器芯11连接有第一输出信号极板2、第二输出信号极板4，第一输出信号极板2、第二输出信号极板4制成环状极板绕制设在横波传感器1的侧端壁上且在第一输出信号极板2与第二输出信号极板4之间设有绝缘层3，第一电刷7、第二电刷8分别与第一输出信号极板2与第二输出信号极板4接触连接，第一电刷7、第二电刷8与地震信号采集仪器14的信号传输导线9相连。

参见图1和图2，圆柱状横波传感器的第一输出信号极板2与第二输出信号极板4做成的环状极板可以采用包覆方式，绕运动轴5成型，也可以直接贴附在圆柱体状的横波传感器1的两个端面上，两极板之间用绝缘材料隔离。

参见图1和图3，两个类型和性能参数完全相同的横波传感器1的传感器芯11背对背安装在圆柱外壳中，传感器耦合方向沿轴向正好相反，检测两个相反方向的偏振横波。

参见图1、图3、图4和图5，将横波激励震源12、一个或多个制作成圆柱体状的横波传感器1形成地震勘探排列，保持排列几何参数，将横波激励震源12与地震信号采集仪器14通过触发线13电连接，将一个或多个制作成圆柱体状的横波传感器1与地震信号采集仪器14通过信号传输导线9电连接，通过人力或机械方式，拖动整套排列的横波激励震源12、一个或多个制作成圆柱体状的横波传感器1同步前进，横波激励震源12一次激发形成一个排列地震记录，多次激发形成多个排列记录。

参见图1、图3、图4和图5，根据本专利提供的传感器进行路基或路面连续扫描式检测，横波激励震源选用圆柱状磁致伸缩横波激励震源，圆柱体状的横波传感器1采用压电式横波传感器芯体。圆柱状磁致伸缩横波激励震源和横波传感器1轴向平行排列，同步向前滚动。使用一个横波传感器1可以进行一发一收地震排列记录，使用多个轴向平行线性排列的横波传感器1，可以实现一发多收的排列地震数据采集，利用横波的偏振特性，通过平行于传感器轴向的两个方向激励，获得正反向激励地震排列记录；或者利用横波的偏振特性，通过两个类型和性能参数相同的传感器芯11背向安装，形成轴向一致耦合方向相反的两个传感器组合体，一次地震采集，在一个测量点上获得一组双向振动记录。

通过上述两种方式检测到的具有偏振特性的横波，可以通过反向相关叠加方式进一步提取横波信号，增强信号的信噪比。

Claims (8)

1.一种滚动式运动横波传感器，包括横波传感器(1)，其特征是：所述的横波传感器(1)制作成圆柱体状，所述的横波传感器(1)的最佳耦合方向沿圆柱体轴向设置，在所述的横波传感器(1)的两端设有运动轴(5)，所述的横波传感器(1)的第一输出信号极板(2)、第二输出信号极板(4)分别通过第一电刷(7)、第二电刷(8)与地震信号采集仪器(14)的信号传输导线(9)相连。

2.根据权利要求1所述的滚动式运动横波传感器，其特征是：所述的运动轴(5)上设有滚动轴承(6)。

3.根据权利要求1或2所述的滚动式运动横波传感器，其特征是：所述的第一输出信号极板(2)、第二输出信号极板(4)制成环状极板绕制设在所述的运动轴(5)上且在所述的第一输出信号极板(2)与所述的第二输出信号极板(4)之间设有绝缘层(3)。

4.根据权利要求1或2所述的滚动式运动横波传感器，其特征是：所述的第一输出信号极板(2)、第二输出信号极板(4)制成环状极板设在所述的横波传感器(1)的侧端壁上且在所述的第一输出信号极板(2)与所述的第二输出信号极板(4)之间设有绝缘层(3)。

5.根据权利要求1或2所述的滚动式运动横波传感器，其特征是：在所述的横波传感器(1)的圆柱体状外壳(10)上加工有形成垂直于传感器轴向的凹凸相间的环状或齿状外形。

6.使用权利要求1或2所述的滚动式运动横波传感器的方法，其特征是：将横波激励震源、一个或多个制作成圆柱体状的横波传感器(1)形成地震勘探排列，保持排列几何参数，将横波激励震源与地震信号采集仪器(14)通过触发线(13)电连接，将一个或多个制作成圆柱体状的横波传感器(1)与地震信号采集仪器(14)通过信号传输导线(9)电连接，通过人力或机械方式，拖动整套排列的横波激励震源、一个或多个制作成圆柱体状的横波传感器(1)同步前进，横波激励震源一次激发形成一个排列地震记录，多次激发形成多个排列记录。

7.根据权利要求6所述的使用滚动式运动横波传感器的方法，其特征是：所述的横波激励震源采用平行于所述的横波传感器(1)的轴向的两个方向激励，利用横波的偏振特性，获得正反向激励地震排列记录。

8.根据权利要求6或7所述的使用滚动式运动横波传感器的方法，其特征是：利用横波的偏振特性，通过两个类型相同的所述的横波传感器(1)背向安装，形成轴向一致耦合方向相反的两个传感器组合体，一次地震采集，在一个测量点上获得一组双向振动记录。