CN109001797A - 一种面波勘探高效采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于面波勘探技术领域，公开了一种面波勘探高效采集系统，用于面波勘探的振动信号采集；包括：振动信号采集装置；所述振动信号采集装置包括：振动传感器以及耦合平台；所述振动传感器固定在所述耦合平台上；所述耦合平台用于设置在探测对象上，并将探测对象的振动信号传递给所述振动传感器。本发明提供一种面波勘探高效采集系统，在原有面波勘察系统的基础上改进了传感器布设及移动方式，同时增加了自动激发震源，极大的提升了面波勘察检测效率和震源激发的准确度。该套新型面波勘察采集系统适用于表面相对平坦的被检测物，通过自动激发震源减少了人为不确定因素的影响，有利于勘察过程的标准化和结果的量化。

Description

一种面波勘探高效采集系统

技术领域

本发明涉及面波勘探技术领域，特别涉及一种面波勘探高效采集系统。

背景技术

近十几年来，面波勘探被广泛应用于地质工程勘察检测中。其原因在于工程地质中传统的原位测试法需要对场地钻孔，其成本较高，也很耗时；而面波勘探能较为快速、经济地对场地进行分层，并给出每层的剪切波速度；后者对于计算地基的模量，并进而计算地基承载力、评价地基加固效果、计算地基层动液化以及地震小区划等方面是必不可少的。另一方面，面波勘探也能应用于诸如机场跑道、高速公路质量的无损检测。

现有的面波勘探从地震科学中演化而来，多应用针式速度或加速度传感器一维均匀排列，通过人工震源的激发来获得浅层地质剖面信息。然而这样的插入式的传感器布设模式效率较低，每激发一次移动到下一个检测点需要经过测量、拔去原有检波器、逐个移动、从新插入检波器、再次人工激发5个步骤，在实际操作过程中较为繁琐，容易出现道间距错误、传感器排列顺序错误等低级错误，同时因为人工激发的力度不均匀，给检测效率和分析的精准度都带来一定的影响。

发明内容

本发明提供一种面波勘探高效采集系统，解决现有技术中面波勘探操作繁琐，检测效率和精度低下的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种面波勘探高效采集系统，用于面波勘探的振动信号采集；包括：振动信号采集装置；

所述振动信号采集装置包括：振动传感器以及耦合平台；

所述振动传感器固定在所述耦合平台上；

所述耦合平台用于设置在探测对象上，并将探测对象的振动信号传递给所述振动传感器。

进一步地，所述耦合平台包括：传感器平台以及支撑腿；

所述支撑腿固定在所述传感器平台底部，用于支撑所述传感器平台，并将探测对象的振动信号传递给所述传感器平台；

所述振动传感器固定在所述传感器平台上，获取所述振动信号。

进一步地，所述支撑腿采用伸缩支撑腿，可调整支撑高度适应探测对象的凹凸条件。

进一步地，所述伸缩支撑腿包括：支撑腿主体以及旋转伸缩杆；

所述支撑腿主体的上端固定在所述支撑平台底部，所述支撑腿主体下部开设外螺纹；

所述旋转伸缩杆上部开设有内螺纹凹槽，并套接在所述支撑腿主体下部，所述内螺纹与所述外螺纹啮合，通过旋转实现轴向长度调整。

进一步地，所述内螺纹凹槽上部设置径向贯穿所述内螺纹凹槽的槽壁的内螺纹通孔；

所述内螺纹通孔内设置有紧固螺栓，用于径向压紧所述支撑腿主体下部。

进一步地，所述紧固螺栓的头端设置有橡胶垫。

进一步地，所述内螺纹凹槽底部与所述支撑腿主体下端之间设置有预紧弹簧。

进一步地，所述支撑腿包括：微型电动伸缩杆、水平传感器以及调平控制器；

所述微型电动伸缩杆的底端固定在所述传感器平台底部，微型电动伸缩杆的顶端设置有支撑垫；

所述水平传感器设置在所述传感器平台上，获取测量载体的水平度信息；

所述调平控制器分别与所述微型电动伸缩杆以及所述水平传感器相连，获取所述水平对信息，控制所述微型伸缩杆动作，调平所述传感器平台。

进一步地，所述振动信号采集装置的数量为两个或者两个以上；

任意相邻两个振动信号采集装置之间通过柔性拉绳相连；

所述传感器平台底部设置有万向轮组。

进一步地，所述系统还包括：自动激发装置；

所述自动激发装置设置在所述振动信号采集装置感应范围内；

所述自动激发装置包括：重锤、重锤支架、卷扬机以及激发控制器；

所述重锤通过重锤支架支撑，并通过牵引绳与所述卷扬机相连；

所述重锤支架上设置滑轮，所述牵引绳通过所述滑轮拉绳或者释放所述重锤；

所述激发控制器与所述卷扬机的驱动电机相连，控制驱动电机的正反转频率和转速。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请实施例中提供的面波勘探高效采集系统，优化信号采集结构，通过采用耦合平台支撑振动传感器，使得振动传感器能够与探测对象，如公路，堤坝等良好耦合，将振动信号高质量的传递给振动传感器，提升勘探测量精度。具体来说，通过耦合平台能够高效适应浅层土质以及对象表面起伏、杂草、碎石、沟壑等等环境条件，保证高质量的信号采集。同时通过耦合平台的方式，能够避免传统的人工插拔、移动传感器的方式。采用多个振动信号采集装置通过柔性拉绳相连，从而实现统一拖曳调整检测地点的操作；也就是拖曳式振动传感器排列排布方式，可根据现场情况，灵活拖动传感器阵列，无需进行不停的插拔、移动操作。另外，通过自动激发装置可控激发力度，实现击打力度与激发频率的一致性，相对于传统的人工捶打击地的方式，数据采集质量高，现场作业进度可控，效率高。同时，人员损耗小，作业成本低。避免多次激发操作，提高勘探效率。采用自动激发装置，控制激发力度，可有效降低激发点和接收点局部特性的随机影响，同时能够避免人为激发力度不一造成的影响。采用拖曳式移动方式，传感器间距一致，移动方向不变，测点偏移小，结果表达更为精准

附图说明

图1为本发明实施例提供的面波勘探高效采集系统的结构示意图

图2为本发明实施例提供的振动信号采集装置的结构示意图。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种面波勘探高效采集系统，解决现有技术中面波勘探操作繁琐，检测效率和精度低下的技术问题。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

参见图1和图2，一种面波勘探高效采集系统，用于面波勘探的振动信号采集；包括：振动信号采集装置1；用于实时获取振动信号。确切地说，收集来自激发装置激发后探测对象传递的振动信号。

下面具体说明相关结构。

参见图2，所述振动信号采集装置1包括：振动传感器4以及耦合平台5；

所述振动传感器4固定在所述耦合平台5上；

所述耦合平台5用于设置在探测对象上，并将探测对象的振动信号传递给所述振动传感器4，实现振动信号采集。

值得注意的是，耦合平台5能够实现振动传感器4的固定，避免传感器直接与探测对象的直接固定接触受到对象环境的影响，达到更为可靠的支撑和信号传递。

具体来讲，所述耦合平台5包括：传感器平台53以及支撑腿51；所述支撑腿51固定在所述传感器平台53底部，用于支撑所述传感器平台53，并将探测对象的振动信号传递给所述传感器平台53；所述振动传感器4固定在所述传感器平台53上，获取所述振动信号。

一般来说，传感器平台53采用具备一定刚度和重量的钢板构成，当然也可以是其他具备刚度和重量的材料构成。

所述支撑腿51采用伸缩支撑腿，可调整支撑高度适应探测对象的凹凸条件。从而能够大幅降低表面起伏、杂草、碎石、沟壑等等环境的影响。

通常，所述支撑腿51至少为三根，保证支撑可靠性的同时，与地面耦合的效果也得到保证，提升信号传递的可靠性。

进一步地，所述伸缩支撑腿51包括：支撑腿主体以及旋转伸缩杆。

所述支撑腿主体的上端固定在所述支撑平台底部，所述支撑腿主体下部开设外螺纹；所述旋转伸缩杆上部开设有内螺纹凹槽，并套接在所述支撑腿主体下部，所述内螺纹与所述外螺纹啮合，通过旋转实现轴向长度调整。也就是，当面对复杂的地面条件，可是根据实际需求调整伸缩量，避开不利影响。

一般来说，为了降低螺纹的微幅间隙影响，所述内螺纹凹槽上部设置径向贯穿所述内螺纹凹槽的槽壁的内螺纹通孔；所述内螺纹通孔内设置有紧固螺栓，用于径向压紧所述支撑腿主体下部。也就是说，当调节好旋转伸缩杆之后，通过紧固螺栓压紧，能够避免微小的晃动，保证信号传递质量。

为了避免刚性材料间的摩擦损耗，所述紧固螺栓的头端设置有橡胶垫，从而一方面能够通过弹性接触，提升锁紧质量，另一方面，还能够降低摩擦损耗。

进一步地，所述内螺纹凹槽底部与所述支撑腿主体下端之间设置有预紧弹簧，能够保证轴向弹性预紧，避免支撑腿51的轴向振动，从而保证信号传递质量。

或者，可以将支撑腿设置成自动调节的结构，所述支撑腿51包括：微型电动伸缩杆、水平传感器以及调平控制器。

所述微型电动伸缩杆的底端固定在所述传感器平台底部，微型电动伸缩杆的顶端设置有支撑垫，从而实现可靠的伸缩操作；值得注意的是，支撑垫可以设置成半球形垫，保证支撑接触点的稳定，适应各种地质条件。

所述水平传感器设置在所述传感器平台53上，获取测量载体的水平度信息；所述调平控制器分别与所述微型电动伸缩杆以及所述水平传感器相连，获取所述水平对信息，控制所述微型伸缩杆动作，调平所述传感器平台。

一般来说，调平控制器采用负反馈控制，调整所述微型电动伸缩杆的伸缩趋势；也就是，所述微型电动伸缩杆的伸长或者缩短劣化了水平度，就执行相反的控制，直至整体满足水平度要求。

进一步地，所述振动信号采集装置1的数量为两个或者两个以上；任意相邻两个振动信号采集装置1之间通过柔性拉绳6相连；也就是通过柔性拉绳6连接所有振动信号采集装置1，一方面能够在定点探测时，通过拖曳就能够完成所有装置的排布，简单高效；另一方面，还能够通过柔性拉绳6抑制振动传递到其它振动信号采集装置1，也就是避免相互干扰，保证信号采集质量。

通常可以设置连接螺栓52作为桩柱将柔性拉绳6固定在传感器平台53上，能够限制拉绳脱离。

为了进一步提升拖曳布局的效率和质量，所述传感器平台53底部设置有万向轮组，使得在调整探测点时，可以便捷拉动，相对于传统的人工插拔传感器的操作，大幅提升操作效率。

一般来说，所述系统还包括：自动激发装置2；也就是通过自动控制系统和驱动装置实现重锤的锤击实现激发；确切的讲，是自动控制频率，力度也就是高度，从而避免人工激发的不确定性。

具体来说，所述自动激发装置2设置在所述振动信号采集装置1感应范围内。

所述自动激发装置2包括：重锤、重锤支架、卷扬机以及激发控制器；所述重锤通过重锤支架支撑，并通过牵引绳与所述卷扬机相连；所述重锤支架上设置滑轮，所述牵引绳通过所述滑轮拉绳或者释放所述重锤；所述激发控制器与所述卷扬机的驱动电机相连，控制驱动电机的正反转频率和转速。

也就是，通过卷扬机拉动重锤在重锤支架的支撑下，实现拉升重锤，释放重锤的操作。为了保证锤击的力度，可控制卷扬机拉绳的高度，也就是卷扬机的线轮的转动圈数，通过控制其驱动电机的正向转动速度实现。通过控制电动机反转实现重锤释放。通过正反转的频率控制实现，激发频率。

上述控制通过激发控制器的参数设定，一般控制驱动电机的电压和电流方向实现。激发控制器可采用PLC可编程控制器实现，稳定性较好。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请实施例中提供的面波勘探高效采集系统，优化信号采集结构，通过采用耦合平台支撑振动传感器，使得振动传感器能够与探测对象，如公路，堤坝等良好耦合，将振动信号高质量的传递给振动传感器，提升勘探测量精度。具体来说，通过耦合平台能够高效适应浅层土质以及对象表面起伏、杂草、碎石、沟壑等等环境条件，保证高质量的信号采集。同时通过耦合平台的方式，能够避免传统的人工插拔、移动传感器的方式。采用多个振动信号采集装置通过柔性拉绳相连，从而实现统一拖曳调整检测地点的操作；也就是拖曳式振动传感器排列排布方式，可根据现场情况，灵活拖动传感器阵列，无需进行不停的插拔、移动操作。另外，通过自动激发装置可控激发力度，实现击打力度与激发频率的一致性，相对于传统的人工捶打击地的方式，数据采集质量高，现场作业进度可控，效率高。同时，人员损耗小，作业成本低。避免多次激发操作，提高勘探效率。采用自动激发装置，控制激发力度，可有效降低激发点和接收点局部特性的随机影响，同时能够避免人为激发力度不一造成的影响。采用拖曳式移动方式，传感器间距一致，移动方向不变，测点偏移小，结果表达更为精准

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种面波勘探高效采集系统，用于面波勘探的振动信号采集；其特征在于，包括：振动信号采集装置；

所述振动信号采集装置包括：振动传感器以及耦合平台；

所述振动传感器固定在所述耦合平台上；

所述耦合平台用于设置在探测对象上，并将探测对象的振动信号传递给所述振动传感器。

2.如权利要求1所述的面波勘探高效采集系统，其特征在于，所述耦合平台包括：传感器平台以及支撑腿；

所述支撑腿固定在所述传感器平台底部，用于支撑所述传感器平台，并将探测对象的振动信号传递给所述传感器平台；

所述振动传感器固定在所述传感器平台上，获取所述振动信号。

3.如权利要求2所述的面波勘探高效采集系统，其特征在于：所述支撑腿采用伸缩支撑腿，可调整支撑高度适应探测对象的凹凸条件。

4.如权利要求3所述的面波勘探高效采集系统，其特征在于，所述伸缩支撑腿包括：支撑腿主体以及旋转伸缩杆；

所述支撑腿主体的上端固定在所述支撑平台底部，所述支撑腿主体下部开设外螺纹；

所述旋转伸缩杆上部开设有内螺纹凹槽，并套接在所述支撑腿主体下部，所述内螺纹与所述外螺纹啮合，通过旋转实现轴向长度调整。

5.如权利要求4所述的面波勘探高效采集系统，其特征在于：所述内螺纹凹槽上部设置径向贯穿所述内螺纹凹槽的槽壁的内螺纹通孔；

所述内螺纹通孔内设置有紧固螺栓，用于径向压紧所述支撑腿主体下部。

6.如权利要求5所述的面波勘探高效采集系统，其特征在于：所述紧固螺栓的头端设置有橡胶垫。

7.如权利要求6所述的面波勘探高效采集系统，其特征在于：所述内螺纹凹槽底部与所述支撑腿主体下端之间设置有预紧弹簧。

8.如权利要求3所述的面波勘探高效采集系统，其特征在于，所述支撑腿包括：微型电动伸缩杆、水平传感器以及调平控制器；

所述微型电动伸缩杆的底端固定在所述传感器平台底部，微型电动伸缩杆的顶端设置有支撑垫；

所述水平传感器设置在所述传感器平台上，获取测量载体的水平度信息；

所述调平控制器分别与所述微型电动伸缩杆以及所述水平传感器相连，获取所述水平对信息，控制所述微型伸缩杆动作，调平所述传感器平台。

9.如权利要求1～8任一项所述的面波勘探高效采集系统，其特征在于：所述振动信号采集装置的数量为两个或者两个以上；

任意相邻两个振动信号采集装置之间通过柔性拉绳相连；

所述传感器平台底部设置有万向轮组。

10.如权利要求9所述的面波勘探高效采集系统，其特征在于，所述系统还包括：自动激发装置；

所述自动激发装置设置在所述振动信号采集装置感应范围内；

所述自动激发装置包括：重锤、重锤支架、卷扬机以及激发控制器；

所述重锤通过重锤支架支撑，并通过牵引绳与所述卷扬机相连；

所述重锤支架上设置滑轮，所述牵引绳通过所述滑轮拉绳或者释放所述重锤；

所述激发控制器与所述卷扬机的驱动电机相连，控制驱动电机的正反转频率和转速。