CN108375786A - 一种拖曳式高频地震检测方法 - Google Patents

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刘伍
王水强
唐坚
吴锋
张威
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Abstract

本发明公开了一种拖曳式高频地震检测方法，包括以下步骤：于检测对象表面布置检测测线；沿检测测线布置传感器串，传感器串上连接有至少一个激震器，传感器串由若干等间隔布置的传感器连接成串；在起始位置的测点，激震器向检测对象内部激发震动信号，传感器串中的各传感器同步接收反射的震动信号；利用牵引装置拖曳激震器以及传感器串沿检测测线移动至下一个测点，依前述方法进行震动信号的激发和采集；如此往复，完成整条检测测线的振动信号激发和采集工作并通过信号处理生成二维反射波成像剖面，对检测对象内的结构缺陷进行识别。本发明的优点是：拖曳式高频地震检测方法具有快速、低成本、无破坏、准确高效的特点。

Description

一种拖曳式高频地震检测方法
技术领域
本发明属于高频地震无损检测技术领域，具体涉及一种拖曳式高频地震检测方法。
背景技术
目前在混凝土无损检测领域的主要方法是超声波无损检测，使用该方法检测时，大多数情况下每一次激发接收超声波前均需要采用专门的耦合剂将传感器与检测对象一一的粘在一起进行耦合，以获取有效的信号，即使是少数采用干耦合的超声波传感器也需要采用一定的力度将传感器与检测对象表面紧紧的耦合在一起，因此检测速度很慢，效率较低，仅适用局部小范围的精细检测。同时，超声波本身具有主频高（一般大于20khz）、能量弱的特征，因此对混凝土结构有效检测的深度往往小于50cm。而对于厚度更大混凝土结构探测则无能为力。
在城市硬质路面浅部无损检测领域常规的检测技术主要有低频（频率小于200hz）的地震映像法、瞬态面波法等，这些方法所采用激震及传感器的频率偏低，往往无法获取浅部高分辨的检测信息。而常规方法检测过程中，传感器常常是一个一个独立串接到连接电缆上的，每次激发采集周期都需要挨个放置传感器，一个周期结束以后又得挨个移动传感器到新的位置，因此同样存在检测效率低的不足。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种拖曳式高频地震检测方法，该检测方法通过激震器在检测对象上产生震动信号，并通过传感器串接收反射的震动信号，在将上述震动信号转换为二维反射波成像剖面后，实现对检测对象内部的缺陷检测。
本发明目的实现由以下技术方案完成：
一种拖曳式高频地震检测方法，其特征在于所述检测方法包括以下步骤：（1）于检测对象表面布置检测测线；（2）沿所述检测测线布置传感器串，所述传感器串上设置有至少一个激震器，所述传感器串由若干等间隔布置的传感器连接成串；（3）在起始位置的测点，控制所述激震器向所述检测对象内部激发震动信号，所述传感器串中的各所述传感器同步接收反射的震动信号；（4）利用牵引装置拖曳所述激震器以及所述传感器串沿所述检测测线移动至下一个测点，按照步骤（3）进行震动信号的激发和采集；（5）重复步骤（3）、（4），沿所述检测测线行进并依次在各测点处进行震动信号的激发和采集。
所述激震器为高频激震器，所述传感器为宽频传感器，两者的频率均在20Hz到16KHz的范围内。
所述激震器以及所述传感器串由一采集控制模块连接控制，所述激震器在激发震动信号的同时，所述采集控制模块同时开始接收并记录所述传感器串所接收到的震动信号。
所述传感器串中的各所述传感器经一拖缆连接成串。
所述传感器串中的各个所述传感器每接收一次震动信号组成一个单独的时域信号，所述时域信号包含所述传感器在所述检测对象上的位置信息。
所述传感器串中所述传感器的数量为N个，所述激震器在所述检测对象上每激发一次震动信号，所述传感器串就接收到N个所述时域信号；整个检测过程中，所述传感器串共接收到M*N个所述时域信号，其中M为所述激震器的激发次数。
将接收到的M*N个所述时域信号进行信号处理获得所述检测对象内的二维反射波成像剖面，根据所述二维反射波成像剖面对所述检测对象内的结构缺陷进行识别。
所述激震器布置于所述传感器串中的一处或多处位置。
所述激震器布置于所述传感器串的首、尾两端。
所述激震器布置于所述传感器串的首端。
本发明的优点是：（1）拖曳式高频地震检测方法具有快速、低成本、无破坏、准确高效的特点；（2）激震器频带宽，既可用于混凝土检测，也可用于浅层精细地震勘查，该传感器串道间距可定制，与传统插拔夹检波器相比，故障点少，而且不需要插拔和粘接，就能得到质量相当的记录，在硬质路面上使用尤其方便。
附图说明
图1为本发明中拖曳式高频地震检测系统在检测对象上的布置示意图；
图2为本发明中拖曳式高频地震检测方法原理示意图；
图3为本发明中单次激发震动记录剖面。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
如图1-3，图中标记1-10分别为：传感器串1、传感器2、拖缆3、激震器4、牵引装置5、检测测线6、采集控制模块7、检测对象8、震动波传播路径9、数据处理模块10。
实施例：如图1、2、3所示，本实施例具体涉及一种拖曳式高频地震检测方法，具体包括以下步骤：
（1）如图1、2所示，首先安装检测系统：准备N个传感器2并通过拖缆3将其连接成传感器串1，传感器串1呈直线形式，各传感器2之间以等间距分布，在拖缆3的前端部依次连接有激震器4和牵引装置5，牵引装置5可作为牵引动力拖曳激震器4和传感器串1移动前进，可以是人工拖曳或是动力小车牵引等动力来源；激震器4包括各类可产生高频震动信号的震源类型，可以是震源锤或是电磁锤，传感器1应具有宽频带特性，从低频20Hz到高频16KHz，既可用于混凝土检测，也可用于浅层精细地震勘查；
之后，将传感器串1以及激振器4同时与采集控制模块7相相连接，采集控制模块7兼具数据采集和控制的功能，在其控制之下，激振器4、各传感器2以及采集控制模块7可协同一致工作；与此同时，采集控制模块7还同数据处理模块10相连接；
通过试验确定最小偏移距，即激震器4与距其最接近的首个传感器2之间的距离；传感器串1中的各个传感器2以及拖缆3应具备耐磨抗拉特性，以适应检测系统的拖曳工作性质；
（2）如图1所示，在检测对象8的表面上布置检测测线6，在检测测线6上间隔标记若干测点，测点之间的间距即为激发间距，也就是说后续过程中牵引装置5每次拖曳的距离，由所需覆盖的次数决定；
（3）如图1、2所示，将检测系统中的传感器串1、激震器4以及牵引装置5放置于检测测线6的起始位置，即第一个测点位置处；需要说明的是，本实施例中各传感器2与检测对象8的表面无需采用任何耦合剂进行耦合，且各传感器2可在拖曳行进过程中或者行进暂停的间歇同时接收震动信号；
（4）如图1、2、3所示，待将激震器4和传感器串1放置好以后，控制激震器4向检测对象8的内部激发震动信号，传感器串1中的各传感器2同步接收反射回的震动信号，且采集控制模块7同时开始接收并记录来自传感器串1的信号，并依据规定时长和采样率对接收到的信号进行储存和显示；实际上，激振器4、传感器串1以及采集控制模块7在时间上是同步开展工作的，在震动信号产生时，可通过短路电路、震动触发等方式将时间同步指令发送给采集控制模块7，采集控制模块7接收到时间同步指令的同时开始接收记录信号；
也就是说，激震器4在第一个测点位置处激发一次震动，采集控制模块7经传感器串1共接收到N个时域信号，即单次激发多道接收，此处的N为传感器串1所包含的传感器2的个数，每个时域信号包含与传感器2所处位置密切相关的探测对象内部的一些特征信息；如图3所示为激震器4单次激发震动以后，传感器串1内N（以10个为例）个传感器2所接收到的震动反射波信号剖面图；
（5）如图1、2、3所示，在完成检测测线6上第一个测点处的震动信号激发和采集之后，利用牵引装置5将激震器4以及传感器串1沿检测测线6拖曳移动至第二个测点，移动的距离即为前述的激发间距；在第二个测点位置处，激震器4再次向检测对象8内激发震动信号，采集控制模块7经传感器串1共接收到N个时域信号；需要说明的是，在第二个测点位置处时，此时的传感器串1所覆盖的检测范围与在第一个测点位置时存在大部分的重合，也就是说，不同激发接收周期内不同传感器2可接收到来自检测对象8内部同一范围内震动反射信号；
（6）如图1、2、3所示，按照步骤（5），如此往复（牵引拖曳-激发及记录-数据储存），直至完成检测测线6上各个测点处的震动信号激发和采集工作，在整个检测过程中，激震器4总共激发M次，因此，采集控制模块7总共接收到M*N个时域信号，如图2所示，检测对象8内部的大部分范围均被震动信号重复检测覆盖；利用数据处理模块10对所采集的M*N个时域信号进行数据处理分析，从而获得检测测线6覆盖范围内的检测对象8的二维反射波成像剖面，根据二维反射波成像剖面可对检测对象内部的结构及缺陷进行识别，从而达到检测目的；此处的数据处理分析过程包括激震与每个传感器位置坐标计算及赋值，信号分选、速度分析、时差校正、共中心点叠加、带通滤波、偏移处理等。

Claims (10)

1.一种拖曳式高频地震检测方法，其特征在于所述检测方法包括以下步骤：（1）于检测对象表面布置检测测线；（2）沿所述检测测线布置传感器串，所述传感器串上设置有至少一个激震器，所述传感器串由若干等间隔布置的传感器连接成串；（3）在起始位置的测点，控制所述激震器向所述检测对象内部激发震动信号，所述传感器串中的各所述传感器同步接收反射的震动信号；（4）利用牵引装置拖曳所述激震器以及所述传感器串沿所述检测测线移动至下一个测点，按照步骤（3）进行震动信号的激发和采集；（5）重复步骤（3）、（4），沿所述检测测线行进并依次在各测点处进行震动信号的激发和采集。
2.根据权利要求1所述的一种拖曳式高频地震检测方法，其特征在于所述激震器为高频激震器，所述传感器为宽频传感器，两者的频率均在20Hz到16KHz的范围内。
3.根据权利要求1所述的一种拖曳式高频地震检测方法，其特征在于所述激震器以及所述传感器串由一采集控制模块连接控制，所述激震器在激发震动信号的同时，所述采集控制模块同时开始接收并记录所述传感器串所接收到的震动信号。
4.根据权利要求1所述的一种拖曳式高频地震检测方法，其特征在于所述传感器串中的各所述传感器经一拖缆连接成串。
5.根据权利要求1所述的一种拖曳式高频地震检测方法，其特征在于所述传感器串中的各个所述传感器每接收一次震动信号组成一个单独的时域信号，所述时域信号包含所述传感器在所述检测对象上的位置信息。
6.根据权利要求5所述的一种拖曳式高频地震检测方法，其特征在于所述传感器串中所述传感器的数量为N个，所述激震器在所述检测对象上每激发一次震动信号，所述传感器串就接收到N个所述时域信号；整个检测过程中，所述传感器串共接收到M*N个所述时域信号，其中M为所述激震器的激发次数。
7.根据权利要求6所述的一种拖曳式高频地震检测方法，其特征在于将接收到的M*N个所述时域信号进行信号处理获得所述检测对象内的二维反射波成像剖面，根据所述二维反射波成像剖面对所述检测对象内的结构缺陷进行识别。
8.根据权利要求1所示的一种拖曳式高频地震检测方法，其特征在于所述激震器布置于所述传感器串中的一处或多处位置。
9.根据权利要求8所示的一种拖曳式高频地震检测方法，其特征在于所述激震器布置于所述传感器串的首、尾两端。
10.根据权利要求8所示的一种拖曳式高频地震检测方法，其特征在于所述激震器布置于所述传感器串的首端。
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