CN109738963A - 一种渐变介质界面探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种渐变介质界面探测方法，包括探测装置和上位机，探测装置包括壳体，壳体上设置有发射机和接收机，发射机和接收机均与上位机电连接。通过将壳体平行于待测的渐进介质界面的地表面上，调制发射机，使发射机向渐变介质界面发射单频连续弹性波信号；接收机持续接收渐变介质界面反射的回波信号，并将接收到的回波信号送至上位机；回波信号中含有与多普勒频率相似的频率成份，在上位机中按照分析多普勒频率的方法对回波信号进行分析，得出渐进介质界面的介质特性和界面分布。本发明利用多普勒频率分析方法，解决了渐进介质分布界面回波信号频谱的分析问题，提高了界面探测方法的效率。

Description

一种渐变介质界面探测方法

技术领域

本发明涉及渐变介质探测领域，具体涉及一种渐变介质界面探测方法。

背景技术

实际地层的上下界面常常是渐进界面，其波阻抗也是渐变的，形成的反射是“渐进反射”。传统的地下介质探测技术，关注点大多数放在目标地层的探测，过多的关注目标介质层的回波信号，而忽略反射的回波信号频谱中的频率特性。但是介质的分布千差万别，尤其是渐进介质界面的分布，这种界面分布对回波的影响也表现出多样性。

因地层介质密度大流动性差，单频弹性波在不同介质中传播时的传播特性相差非常大；因此表现出渐进介质分布界面对弹性波的反射是渐进反射，导致接收机探测回波信号中会有“多普勒频率”的出现；同时，地层中弹性波传播时产生的受激谐振信号会与载波产生交调，也会产生与多普勒频率相似的频率成份；鉴别与提取渐进介质分布界面反射波有一定的难度，会对槽波分析的分析质量产生影响；正是由于渐进反射的反射波频率分布具有其特有的特征，原理上说渐进介质分布界面的鉴别是可行的。在实际地质探测中，渐进介质的特性和界面分布情况对于实际工作应用往往会节省很多人力物力，例如对水塘的探测中，可以通过采用渐进介质探测方法分析部分地层回波信号频谱，确定水塘的位置，从而采取更佳的探测工具和方法进行实际工作。因此渐进介质分布界面的回波信号频谱分析对渐变介质界面的探测具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供了一种渐变介质界面探测方法，通过对回波信号分析，更好地反馈地下介质的分布情况，为用户提供详细的地质信息。

本发明采用以下的技术方案：

一种渐变介质界面探测方法，包括探测装置和上位机，探测装置包括壳体，壳体上设置有发射机和接收机，发射机和接收机均与上位机电连接；

探测方法包括以下步骤：

步骤1：将壳体平行于待测的渐进介质界面的地表面上，调制发射机，使发射机向渐变介质界面发射单频连续弹性波信号；

步骤2：接收机持续接收渐变介质界面反射的回波信号，并将接收到的回波信号送至上位机；

步骤3：回波信号频谱中频率成份与“多普勒频率”相似，在上位机中按照分析多普勒频率的方法对回波信号的频谱信息进行分析，得出渐进介质界面的介质特性和界面分布。

优选地，所述发射机和接收机均垂直的设置在壳体上，发射机与接收机相互平行。

优选地，所述分析多普勒频率的方法为：发射机发射的单频信号f与该介质层反射的回波信号的频率f'之间为发射源与接受体之间的相对运动，其信号频率之间存在类似于多普勒频移的频移Δf，则：

Δf＝f'-f；

根据频移Δf的正负可判断出地质的渐变介质特性和该地质层的界面分布。

本发明具有的有益效果是：

本发明提供的渐变介质界面探测方法，充分考虑到鉴别与提取渐进介质分布界面反射波有一定的难度，会对回波分析的分析质量产生影响，因此要利用渐进反射回波信号频谱进行分析。与现有的界面探测技术相比，本发明利用多普勒频率分析模型，将回波中信息分量的变化表现为多普勒频率信号分量的幅值与频率变化，解决了渐进介质分布界面回波信号频谱的分析问题，识别效果简洁明了，提高了界面探测方法的效率。

附图说明

图1为渐变介质界面探测方法的流程图。

图2为探测装置的结构示意图。

图3为实施例1的示意图。

图4为实施例2的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：

结合图1至图4，一种渐变介质界面探测方法，包括探测装置和上位机，探测装置包括壳体1，壳体上设置有发射机2和接收机3，发射机和接收机均与上位机电连接。

发射机和接收机均垂直的设置在壳体上，发射机与接收机相互平行。

发射机用于发射单频连续弹性波信号，接收机用于接收渐进介质界面反射的回波信号。

渐变介质界面形成的反射也是渐变的，渐变介质界面对回波信号的影响表现为多普勒频率信号分量的幅值和频率变化。

探测方法包括以下步骤：

步骤1：将壳体平行于待测的渐进介质界面的地表面上，调制发射机，使发射机向渐变介质界面发射单频连续弹性波信号；

步骤2：接收机持续接收渐变介质界面反射的回波信号，并将接收到的回波信号送至上位机；

步骤3：回波信号频谱中频率成份与“多普勒频率”相似，在上位机中按照分析多普勒频率的方法对回波信号的频谱信息进行分析，得出渐进介质界面的介质特性和界面分布。

分析多普勒频率的方法为：发射机发射的单频信号f与该介质层反射的回波信号的频率f'之间为发射源与接受体之间的相对运动，其信号频率之间存在类似于多普勒频移的频移Δf，则：

Δf＝f'-f；

由发射机发现信号到接收机接收到回波信号，回波信号的反射频率随渐变介质界面密度的变化呈现不同的情况，呈现在频移中为：Δf＜0或者Δf＞0；

根据频移Δf的正负可判断出地质的渐变介质特性和该地质层的界面分布。

实施例1

如图3所示，地质层I包括第一介质层x是土层、第二介质层y是泥层、第三介质层z是水层，利用本发明对该地质层进行探测。

发射机持续发射连续单频弹性波信号，发射信号的频率为100Hz，将接收机接收到的回波信号传至上位机得到回波信号频谱。

这种情况下第一介质层x的回波信号的频率f₁'为100Hz，第二介质层y的回波信号的频率f'₂为120Hz，第三介质层z的回波信号的频率f'₃为100Hz。发射信号频率f保持不变，而第一介质层x与第三介质层z都不是渐变截止界面，所以f₁'和f'₃与发射信号频率相同。在地质层I中，只有第二介质层y为渐变介质界面，可以得出第二介质层y的频移Δf₂＞0，且该介质界面的介质密度ρ由第一介质层x到第三介质层z层的逐渐减小。

实施例2

如图4所示，利用本发明对地质层II进行介质界面探测。本发明壳体的发射机发射信号频率为100Hz的连续单频信号，在接收到的回波信号频谱信息，得出a层回波信号的频率f'₄为100Hz，b层回波信号的频率f'₅为80Hz，c层回波信号的频率f'₆为100Hz，由此计算出该层频移Δf₅＜0。得出地质层II中的渐变介质层为b层，且该层介质密度ρ应由a到c层逐渐增大。

在实际探测中，接收机得到的频谱信息是一渐进介质层综合作用下的回波信号频谱，不同密度的介质层的回波频率f'是由该层的密度特性和成份特征导致的，本实施例将该介质层理想模型化，用以说明原理。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种渐变介质界面探测方法，其特征在于，包括探测装置和上位机，探测装置包括壳体，壳体上设置有发射机和接收机，发射机和接收机均与上位机电连接；

探测方法包括以下步骤：

步骤1：将壳体平行于待测的渐进介质界面的地表面上，调制发射机，使发射机向渐变介质界面发射单频连续弹性波信号；

步骤2：接收机持续接收渐变介质界面反射的回波信号，并将接收到的回波信号送至上位机；

步骤3：回波信号频谱中的频率成份与“多普勒频率”相似，在上位机中按照分析多普勒频率的方法对回波信号的频谱信息进行分析，得出渐进介质界面的介质特性和界面分布。

2.根据权利要求1所述的一种渐变介质界面探测方法，其特征在于，所述发射机和接收机均垂直的设置在壳体上，发射机与接收机相互平行。

3.根据权利要求1所述的一种渐变介质界面探测方法，其特征在于，所述分析多普勒频率的方法为：发射机发射的单频信号f与该介质层反射的回波信号的频率f'之间为发射源与接受体之间的相对运动，其信号频率之间存在类似于多普勒频移的频移Δf，则：

Δf＝f'-f；

根据频移Δf的正负可判断出地质的渐变介质特性和该地质层的界面分布。