CN113433226A - 一种基于数字编码信号检测岩石物性的方法及设备 - Google Patents

一种基于数字编码信号检测岩石物性的方法及设备 Download PDF

Info

Publication number
CN113433226A
CN113433226A CN202010209042.1A CN202010209042A CN113433226A CN 113433226 A CN113433226 A CN 113433226A CN 202010209042 A CN202010209042 A CN 202010209042A CN 113433226 A CN113433226 A CN 113433226A
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
waveform
ultrasonic
rock
electrical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010209042.1A
Other languages
English (en)
Inventor
吴何珍
和泰名
朱玉萍
刘政一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
INSTITUTE OF GEOPHYSICS CHINA EARTHQUAKE ADMINISTRATION
Original Assignee
INSTITUTE OF GEOPHYSICS CHINA EARTHQUAKE ADMINISTRATION
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by INSTITUTE OF GEOPHYSICS CHINA EARTHQUAKE ADMINISTRATION filed Critical INSTITUTE OF GEOPHYSICS CHINA EARTHQUAKE ADMINISTRATION
Priority to CN202010209042.1A priority Critical patent/CN113433226A/zh
Publication of CN113433226A publication Critical patent/CN113433226A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/34Generating the ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/341Generating the ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. electronic circuits specially adapted therefor with time characteristics
    • G01N29/343Generating the ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. electronic circuits specially adapted therefor with time characteristics pulse waves, e.g. particular sequence of pulses, bursts
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04Analysing solids
    • G01N29/07Analysing solids by measuring propagation velocity or propagation time of acoustic waves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/44Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/44Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/50Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor using auto-correlation techniques or cross-correlation techniques
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/023Solids
    • G01N2291/0232Glass, ceramics, concrete or stone

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

本发明实施例提供了一种基于数字编码信号检测岩石物性的方法及设备,设备包括:信号波形确定模块,用于确定数字编码信号的信号波形;任意波形发生器,用于根据所确定的信号波形生成第一电信号;第一换能器,用于将第一电信号转换为第一超声波信号;第二换能器,用于采集第二超声波信号,并将第二超声波信号转换为第二电信号,第二超声波信号是第一超声波信号经过待测岩石传播后的信号;数据采集器,用于采集第二电信号,并将第二电信号传输至信号分析模块;信号分析模块,用于对第二电信号进行预设信号处理,输出信号处理结果。以实现将数字编码技术与岩石物性检测技术相结合,从而能够检测不同数字编码信号在岩石中的传输特性。

Description

一种基于数字编码信号检测岩石物性的方法及设备
技术领域
本发明涉及人工震源探测技术领域,特别是涉及一种基于数字编码信号检测岩石物性的方法及设备。
背景技术
天然地震产生的地震波信号能量强,是研究地球内部结构的有力工具。然而,天然地震的震源位置可能存在较大的误差,震源位置的误差必然影响地震波成像结果,这严重制约了利用天然地震研究地球内部结构的精度和分辨率。
相比于天然地震,人工震源随时可以激发,定点重复激发时还可用来监测地球深部介质物理特性随时间的变化,因此可以应用于区域性地震勘测。但人工震源能力十分有限,激发的地震波能量较小,由于地震波传播过程存在能量衰减,接收到激发地震波的距离有限。
因此,如何提高人工震源激发的地震波的传播距离是一个重要的研究课题。而现代数字通讯的发展使通讯的质量、保密程度和传输效率按几何级数提高,数字技术的最新发展可以为该研究课题提供支持。
为了研究如何将现代数字编码技术应用于基于人工震源的探测中,必然需要相应的测试设备。目前,在人工震源探测领域,亟需一套能够将数字编码技术与岩石物性检测技术相结合的检测方法及设备。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种基于数字编码信号检测岩石物性的方法及设备,以实现将数字编码技术与岩石物性检测技术相结合,从而能够检测不同数字编码信号在岩石中的传输特性。具体技术方案如下:
为实现上述目的,本发明实施例提供了一种基于数字编码信号检测岩石物性的设备,所述设备包括:
信号波形确定模块,用于确定数字编码信号的信号波形;
任意波形发生器,用于根据所确定的信号波形生成第一电信号;
第一换能器,用于将所述第一电信号转换为第一超声波信号;
第二换能器,用于采集第二超声波信号,并将所述第二超声波信号转换为第二电信号,所述第二超声波信号是所述第一超声波信号经过待测岩石传播后的信号;
数据采集器,用于采集所述第二电信号,并将所述第二电信号传输至信号分析模块;
信号分析模块,用于对所述第二电信号进行预设信号处理,输出信号处理结果。
可选的,所述数字编码信号包括:不同预设电压的单脉冲激励信号以及Barker码激励信号。
可选的,所述信号分析模块具体用于:
生成所述第二电信号的第一模拟波形;
对所述第二电信号进行匹配滤波脉冲压缩,生成第二模拟波形;
计算所述第二电信号的自相关函数,生成第三模拟波形;
所述信号处理结果包括:所述第一模拟波形,所述第二模拟波形和所述第三模拟波形中的一种或多种。
为实现上述目的,本发明实施例还提供了一种基于数字编码信号检测岩石物性的方法,所述方法包括:
确定数字编码信号的信号波形;
根据所确定的信号波形生成第一电信号;
将所述第一电信号转换为第一超声波信号;
采集第二超声波信号,并将所述第二超声波信号转换为第二电信号,所述第二超声波信号是所述第一超声波信号经过待测岩石传播后的信号;
采集所述第二电信号,对所述第二电信号进行预设信号处理,并输出信号处理结果。
可选的,所述数字编码信号包括:不同预设电压的单脉冲激励信号以及Barker码激励信号。
可选的,所述对所述第二电信号进行预设信号处理,包括:生成所述第二电信号的第一模拟波形,和/或对所述第二电信号进行匹配滤波脉冲压缩,生成第二模拟波形,和/或计算所述第二电信号的自相关函数,生成第三模拟波形。
可选的,所述待测岩石为多个,且所述待测岩石具有不同的尺寸和岩性。
本发明实施例有益效果:
本发明实施例提供的基于数字编码信号检测岩石物性的设备,包括:信号波形确定模块,用于确定数字编码信号的信号波形;任意波形发生器,用于根据所确定的信号波形生成第一电信号;第一换能器,用于将第一电信号转换为第一超声波信号;第二换能器,用于采集第二超声波信号,并将第二超声波信号转换为第二电信号,第二超声波信号是第一超声波信号经过待测岩石传播后的信号;数据采集器,用于采集第二电信号,并将第二电信号传输至信号分析模块;信号分析模块,用于对第二电信号进行预设信号处理,输出信号处理结果。可见,本发明实施例提供了一套能够将数字编码技术与岩石超声波物性检测相结合的检测设备,该检测设备可以用于检测不同信号在岩石中的传输特性。
当然,实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的基于数字编码信号检测岩石物性的设备的一种示意图;
图2(a)为本发明实施例提供的1V发射电压时单脉冲激励信号对应的接收信号的一种示意图;
图2(b)为本发明实施例提供的6V发射电压时单脉冲激励信号对应的接收信号的一种示意图;
图3(a)为本发明实施例提供的1V发射电压时单脉冲激励信号对应的接收信号的自相关函数的一种示意图;
图3(b)为本发明实施例提供的6V发射电压时单脉冲激励信号对应的接收信号的自相关函数的一种示意图;
图4(a)为本发明实施例提供的1V发射电压时单脉冲激励信号对应的接收信号的匹配滤波脉冲压缩结果及包络的一种示意图;
图4(b)为本发明实施例提供的6V发射电压时单脉冲激励信号对应的接收信号的匹配滤波脉冲压缩结果及包络的一种示意图;
图5(a)为本发明实施例提供的1V发射电压时单脉冲激励信号对应的接收信号解调后的信号波形的一种示意图;
图5(b)为本发明实施例提供的6V发射电压时单脉冲激励信号对应的接收信号解调后的信号波形的一种示意图;
图6(a)为本发明实施例提供的1V发射电压时载有1个周期载频的13位Barker码激励信号对应的接收信号的一种示意图;
图6(b)为本发明实施例提供的1V发射电压时载有3个周期载频的13位Barker码激励信号对应的接收信号的一种示意图;
图7(a)为本发明实施例提供的1V发射电压时载有1个周期载频的13位Barker码激励信号对应的接收信号的自相关函数的一种示意图;
图7(b)为本发明实施例提供的1V发射电压时载有3个周期载频的13位Barker码激励信号对应的接收信号的自相关函数的一种示意图;
图8(a)为本发明实施例提供的6V发射电压时载有1个周期载频的13位Barker码激励信号对应的接收信号的一种示意图;
图8(b)为本发明实施例提供的6V发射电压时载有3个周期载频的13位Barker码激励信号对应的接收信号的一种示意图;
图9(a)为本发明实施例提供的6V发射电压时载有1个周期载频的13位Barker码激励信号对应的接收信号的自相关函数的一种示意图;
图9(b)为本发明实施例提供的6V发射电压时载有3个周期载频的13位Barker码激励信号对应的接收信号的自相关函数的一种示意图;
图10为本发明实施例提供的基于数字编码信号检测岩石物性的方法的一种流程示意图;
图11(a)为本发明实施例提供的单脉冲激励信号通过15cm房山大理岩岩样后得到的同步信号和接收信号的一种示意图;
图11(b)为单脉冲激励信号通过20cm房山大理岩岩样后得到的同步信号和接收信号的一种示意图;
图12(a)为本发明实施例提供的载有3个周期载频的13位Barker码激励信号通过15cm房山大理岩岩样后得到的同步信号和接收信号的一种示意图;
图12(b)为本发明实施例提供的载有3个周期载频的13位Barker码激励信号通过20cm房山大理岩岩样后得到的同步信号和接收信号的一种示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
为了将数字编码技术引入岩石物性检测过程,进而分析不同编码信号在岩石中的传播特性,本发明实施例提供了一种基于数字编码信号检测岩石物性的方法及设备。
参见图1,图1为本发明实施例提供的基于数字编码信号检测岩石物性的设备的一种示意图,如图1所示,设备包括信号波形确定模块101,任意波形发生器102,第一换能器103,第二换能器104,数据采集器105和信号分析模块106。下面分别对设备中包含的每个部件进行介绍。
信号波形确定模块101,用于确定数字编码信号的信号波形。具体地,信号波形确定模块可以集成于计算机设备中。为了研究不同数字编码信号在岩石中的传输特性,研究人员可以使用计算机设备设计不同的信号波形,信号波形确定模块确定研究人员所设计的信号波形,并将确定的信号波形传输至任意波形发生器。
任意波形发生器102,用于根据所确定的信号波形生成第一电信号。本发明实施例中,任意波形发生器可以是NI PXI-5421等型号的波形发生器。任意波形发生器可以根据所确定的信号波形,生成相应的第一电信号,并将第一电信号传输至第一换能器。其中,第一电信号为数字编码信号。
第一换能器103,用于将第一电信号转换为第一超声波信号。具体地,第一换能器为电—声换能器,第一换能器可以把数字编码电信号转换为超声波信号。作为一个示例,可以采用压电陶瓷宽频带换能器将数字编码电信号转换为超声波信号,当然也可以采用其他电—声换能器,本发明实施例对此不做限定。
第二换能器104,用于采集第二超声波信号,并将第二超声波信号转换为第二电信号,第二超声波信号是第一超声波信号经过待测岩石传播后的信号。具体地,第二换能器为声—电换能器,可以把超声波信号转换为电信号。本发明实施例中,第一换能器和第二换能器可以分别放置于待测岩石的两侧,紧贴于待测岩石,由于待测岩石的阻碍,第一超声波信号经过待测岩石后,信号会发生变化,变为第二超声波信号。第二换能器可以采集第二超声波信号,并将第二超声波信号转换为第二电信号。
数据采集器105,用于采集第二电信号,并将第二电信号传输至信号分析模块。数据采集器可以为NI-PXI5105型号的高速数据采集卡,可以对第二信号进行高速采样,并将第二电信号的采样数据传输至信号分析模块。
信号分析模块106,用于对第二电信号进行预设信号处理,输出信号处理结果。具体地,信号分析模块可以集成于计算机设备中。信号分析模块可以基于第二电信号的采样数据进行预设信号处理。具体的,信号分析模块可以生成第二电信号的第一模拟波形;对第二电信号进行匹配滤波脉冲压缩,生成第二模拟波形;计算第二电信号的自相关函数,生成第三模拟波形等。相应的,信号处理结果可以包括第一模拟波形,第二模拟波形和第三模拟波形中的一种或多种。此外,信号分析模块还可以将信号处理结果输出至计算机中的显示设备,显示设备对信号处理结果进行显示。
本发明实施例提供的基于数字编码信号检测岩石物性的设备,包括:信号波形确定模块,用于确定数字编码信号的信号波形;任意波形发生器,用于根据所确定的信号波形生成第一电信号;第一换能器,用于将第一电信号转换为第一超声波信号;第二换能器,用于采集第二超声波信号,并将第二超声波信号转换为第二电信号,第二超声波信号是第一超声波信号经过待测岩石传播后的信号;数据采集器,用于采集第二电信号,并将第二电信号传输至信号分析模块;信号分析模块,用于对第二电信号进行预设信号处理,输出信号处理结果。可见,本发明实施例提供了一套能够将数字编码技术与岩石超声波物性检测相结合的检测设备,该检测设备可以用于检测不同信号在岩石中的传输特性。
在本发明的一种实施例中,可以将编码激励技术引入岩石物性检测中。其中,编码激励技术是按照编码与解码方式反射与接收信号,将有用的微弱信号提升放大,抑制不需要的超声回波信号,大大提高了信噪比,实现了最大穿透能力和高大分辨率。目前主要应用于医学超声检测中。应用本发明实施例提供的基于数字编码信号检测岩石物性的设备,即可将编码激励技术与岩石物性检测结合起来,进而研究编码激励信号在岩石中的传输特性。
在本发明的一种实施例中,数字编码信号可以包括:不同预设电压的单脉冲激励信号以及Barker码激励信号。
作为一个示例,可以生成发射电压为1V和6V的单脉冲激励信号以及Barker码激励信号,信号经过第一换能器被转换为超声波信号,超声波信号经过岩石传播后被第二换能器采集并转换为接收端电信号,不同的激励信号对应不同的接收端电信号,信号分析模块对不同接收端电信号进行分析,进而比较不同的激励信号在岩石中的传输特性。
当数字编码信号为单脉冲激励信号时,接收信号的分析结果可以参见图2~图5。
图2(a)为本发明实施例提供的1V发射电压时单脉冲激励信号对应的接收信号的一种示意图;图2(b)为本发明实施例提供的6V发射电压时单脉冲激励信号对应的接收信号的一种示意图;图3(a)为本发明实施例提供的1V发射电压时单脉冲激励信号对应的接收信号的自相关函数的一种示意图;图3(b)为本发明实施例提供的6V发射电压时单脉冲激励信号对应的接收信号的自相关函数的一种示意图;图4(a)为本发明实施例提供的1V发射电压时单脉冲激励信号对应的接收信号的匹配滤波脉冲压缩结果及包络的一种示意图;图4(b)为本发明实施例提供的6V发射电压时单脉冲激励信号对应的接收信号的匹配滤波脉冲压缩结果及包络的一种示意图;图5(a)为本发明实施例提供的1V发射电压时单脉冲激励信号对应的接收信号解调后的信号波形的一种示意图;图5(b)为本发明实施例提供的6V发射电压时单脉冲激励信号对应的接收信号解调后的信号波形的一种示意图。
图2~图5中,横坐标为时间,纵坐标为振幅。
针对Barker码激励信号,为了进一步研究不同周期载频的影响,可以对载有不同周期载频的Barker码激励信号进行测试。
作为一个示例,分别对载有1个周期载频和载有3个周期载频的Barker码激励信号进行测试,此外,可以调整发射电压为1V或者6V分别测试。
当数字编码信号为Barker码激励信号时,接收信号的分析结果可以参见图6~图9。
图6(a)为本发明实施例提供的1V发射电压时载有1个周期载频的13位Barker码激励信号对应的接收信号的一种示意图;图6(b)为本发明实施例提供的1V发射电压时载有3个周期载频的13位Barker码激励信号对应的接收信号的一种示意图;图7(a)为本发明实施例提供的1V发射电压时载有1个周期载频的13位Barker码激励信号对应的接收信号的自相关函数的一种示意图;图7(b)为本发明实施例提供的1V发射电压时载有3个周期载频的13位Barker码激励信号对应的接收信号的自相关函数的一种示意图;图8(a)为本发明实施例提供的6V发射电压时载有1个周期载频的13位Barker码激励信号对应的接收信号的一种示意图;图8(b)为本发明实施例提供的6V发射电压时载有3个周期载频的13位Barker码激励信号对应的接收信号的一种示意图;图9(a)为本发明实施例提供的6V发射电压时载有1个周期载频的13位Barker码激励信号对应的接收信号的自相关函数的一种示意图;图9(b)为本发明实施例提供的6V发射电压时载有3个周期载频的13位Barker码激励信号对应的接收信号的自相关函数的一种示意图。
图6~图9中,横坐标为时间,纵坐标为振幅。
可以基于上述图2~图9进行分析。具体地,在1v发射电压时,单脉冲激励接收信号幅值为0.006,而编码激励分别为0.02和0.05;6v发射电压时,单脉冲激励接收信号幅值为0.04,而编码激励分别为0.10和0.28。可见,采用Barker编码激励可以显著增加系统信噪比。从发射电压上来看,1V发射电压的3周期载频调制的Barker码激励接收信号的信噪比与6V发射电压的单脉冲激励接收信号的信噪比相当,说明采用编码激励技术可降低发射电压。此外,比较自相关函数也可以看出,在1v发射电压时,单脉冲激励接收信号自相关函数最大幅值为0.02,而编码激励分别为0.2和1.2;6v发射电压时,单脉冲激励接收信号自相关函数最大幅值为0.55,而编码激励分别为5.4和44.8。根据接收信噪比定义为信号峰值幅度与噪声平均幅度之比,可见,采用Barker编码激励可以显著增加接收信噪比。另外,采用Barker编码激励时,旁瓣很大程度上被抑制,减小了幅值大的接收旁瓣对幅值小的接收主瓣的干扰。
可见,本发明实施例中,将编码激励技术应用到岩石物性检测中,进而采用图1所示实施例提供的基于数字编码信号检测岩石物性的设备,分析编码激励信号在岩石中的传输特性,分析证明,采用Barker编码激励信号可以显著增加接收信号信噪比。
参见图10,本发明实施例还提供了一种基于数字编码信号检测岩石物性的方法,该方法可以应用于本发明实施例提供的基于数字编码信号检测岩石物性的设备,方法包括如下步骤:
S1001:确定数字编码信号的信号波形;
其中,数字编码信号可以是研究人员预先设计的。
S1002:根据所确定的信号波形生成第一电信号;
设备可以基于信号波形生成相应的待测信号,待测信号记为第一电信号。
S1003:将第一电信号转换为第一超声波信号;
本发明实施例中,集成于设备中的电—声换能器可以将第一电信号转换为第一超声波信号。
S1004:采集第二超声波信号,并将第二超声波信号转换为第二电信号,第二超声波信号是第一超声波信号经过待测岩石传播后的信号;
本发明实施例中,第一超声波信号经过待测岩石之后发生变化,变为第二超声波信号,集成于设备中的声—电换能器可以将第二超声波信号转换为第二电信号。
S1005:采集第二电信号,对第二电信号进行预设信号处理,并输出信号处理结果。
本发明实施例中,集成于设备中的高速数据采集卡可以对第二换能器产生的第二电信号进行采样,进而设备基于采样得到的第二电信号进行预设信号处理,并输出信号处理结果。
可见,本发明实施例提供了一种能够将数字编码技术与岩石超声波物性检测相结合的检测方法,采用该检测方法可以检测不同信号在岩石中的传输特性。
在本发明的一种实施例中,数字编码信号可以包括:不同预设电压的单脉冲激励信号以及Barker码激励信号。
在本发明的一种实施例中,对第二电信号进行预设信号处理,可以包括:生成第二电信号的第一模拟波形,和/或对第二电信号进行匹配滤波脉冲压缩,生成第二模拟波形,和/或计算第二电信号的自相关函数,生成第三模拟波形。
具体可以参见基于数字编码信号检测岩石物性的设备实施例的相关描述,在此不做赘述。
此外,本发明实施例中,还可以针对不同尺寸、岩性的岩石进行测试。即待测岩石可以为多个,且待测岩石具有不同的尺寸和岩性。进一步的,还可以测量不同数字编码信号对应的超声波信号在不同尺寸、岩性的岩石中的传播波速。
作为一个示例,可以采用单脉冲激励信号和载有3个周期载频的13位Barker码激励信号,对15cm和20cm房山大理岩岩石样品及汶川断裂面附近露头10cm岩石样品的进行测试,并与5058PR脉冲发生接收器测得的标准的岩石波速进行了比较。
测试结果参见图11~图12。
其中,图11(a)为本发明实施例提供的单脉冲激励信号通过15cm房山大理岩岩样后得到的同步信号和接收信号的一种示意图;图11(b)为单脉冲激励信号通过20cm房山大理岩岩样后得到的同步信号和接收信号的一种示意图;图12(a)为本发明实施例提供的载有3个周期载频的13位Barker码激励信号通过15cm房山大理岩岩样后得到的同步信号和接收信号的一种示意图;图12(b)为本发明实施例提供的载有3个周期载频的13位Barker码激励信号通过20cm房山大理岩岩样后得到的同步信号和接收信号的一种示意图。
图11~图12中,横坐标为时间,纵坐标为振幅。
基于上述测试结果可以计算信号在岩石中的传播波速。得到的波速如下表1所示:
Figure BDA0002422178160000111
表1不同激励信号在房山大理岩岩样中的波速
此外,下表为针对汶川断裂面附近露头岩样的测试结果:
Figure BDA0002422178160000112
表2不同激励信号在汶川断裂面附近露头岩样中的波速
比较可知,单脉冲激励信号由于幅值小,能量低,出现采集不到接收信号的情况,而编码激励能显著提高能量,均能采集到通过岩样的信号,6V发射电压的编码激励接收的信噪比水平及计算的波速与200v的5058PR脉冲发生接收器测得的波速相当。
需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其,对于基于数字编码信号检测岩石物性的方法实施例而言,由于其基本相似于基于数字编码信号检测岩石物性的设备实施例,所以描述的比较简单,相关之处参见基于数字编码信号检测岩石物性的方法实施例的部分说明即可。
以上仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于数字编码信号检测岩石物性的设备,其特征在于,所述设备包括:
信号波形确定模块,用于确定数字编码信号的信号波形;
任意波形发生器,用于根据所确定的信号波形生成第一电信号;
第一换能器,用于将所述第一电信号转换为第一超声波信号;
第二换能器,用于采集第二超声波信号,并将所述第二超声波信号转换为第二电信号,所述第二超声波信号是所述第一超声波信号经过待测岩石传播后的信号;
数据采集器,用于采集所述第二电信号,并将所述第二电信号传输至信号分析模块;
信号分析模块,用于对所述第二电信号进行预设信号处理,输出信号处理结果。
2.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,所述数字编码信号包括:不同预设电压的单脉冲激励信号以及Barker码激励信号。
3.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,所述信号分析模块具体用于:
生成所述第二电信号的第一模拟波形;
对所述第二电信号进行匹配滤波脉冲压缩,生成第二模拟波形;
计算所述第二电信号的自相关函数,生成第三模拟波形;
所述信号处理结果包括:所述第一模拟波形,所述第二模拟波形和所述第三模拟波形中的一种或多种。
4.一种基于数字编码信号检测岩石物性的方法,其特征在于,所述方法包括:
确定数字编码信号的信号波形;
根据所确定的信号波形生成第一电信号;
将所述第一电信号转换为第一超声波信号;
采集第二超声波信号,并将所述第二超声波信号转换为第二电信号,所述第二超声波信号是所述第一超声波信号经过待测岩石传播后的信号;
采集所述第二电信号,对所述第二电信号进行预设信号处理,并输出信号处理结果。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述数字编码信号包括:不同预设电压的单脉冲激励信号以及Barker码激励信号。
6.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述对所述第二电信号进行预设信号处理,包括:
生成所述第二电信号的第一模拟波形,和/或对所述第二电信号进行匹配滤波脉冲压缩,生成第二模拟波形,和/或计算所述第二电信号的自相关函数,生成第三模拟波形。
7.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述待测岩石为多个,且所述待测岩石具有不同的尺寸和岩性。
CN202010209042.1A 2020-03-23 2020-03-23 一种基于数字编码信号检测岩石物性的方法及设备 Pending CN113433226A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010209042.1A CN113433226A (zh) 2020-03-23 2020-03-23 一种基于数字编码信号检测岩石物性的方法及设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010209042.1A CN113433226A (zh) 2020-03-23 2020-03-23 一种基于数字编码信号检测岩石物性的方法及设备

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113433226A true CN113433226A (zh) 2021-09-24

Family

ID=77752654

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010209042.1A Pending CN113433226A (zh) 2020-03-23 2020-03-23 一种基于数字编码信号检测岩石物性的方法及设备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113433226A (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102645267A (zh) * 2012-05-02 2012-08-22 中国科学院声学研究所 检测岩石类构件弹性波速度的方法和系统
CN102788845A (zh) * 2012-09-04 2012-11-21 黄河水利委员会黄河水利科学研究院 混凝土结构缺陷的巴克编码激励超声检测方法
US20170219536A1 (en) * 2014-06-03 2017-08-03 Ge Sensing & Inspection Technologies Gmbh Method for the non-destructive testing of a test object by means of ultrasound and device therefor
CN110836927A (zh) * 2019-11-27 2020-02-25 复旦大学 基于pwm编码激励的非线性超声导波检测系统及方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102645267A (zh) * 2012-05-02 2012-08-22 中国科学院声学研究所 检测岩石类构件弹性波速度的方法和系统
CN102788845A (zh) * 2012-09-04 2012-11-21 黄河水利委员会黄河水利科学研究院 混凝土结构缺陷的巴克编码激励超声检测方法
US20170219536A1 (en) * 2014-06-03 2017-08-03 Ge Sensing & Inspection Technologies Gmbh Method for the non-destructive testing of a test object by means of ultrasound and device therefor
CN110836927A (zh) * 2019-11-27 2020-02-25 复旦大学 基于pwm编码激励的非线性超声导波检测系统及方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
曹茂永等: "高噪声背景下超声信号数字处理技术研究", 《仪器仪表学报》 *
朱维等: "岩石特性的编码激励超声参数表征及分析", 《声学学报》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Buckingham et al. On tone-burst measurements of sound speed and attenuation in sandy marine sediments
US7593815B2 (en) Estimating noise at one frequency by sampling noise at other frequencies
CN102508299B (zh) 在井中发射并接收偶极横波的探测方法
CN106842092A (zh) 局部放电带电检测装置中传感器频响特性标定方法和装置
CN111980676B (zh) 一种阵列声波测井评价固井质量的方法及处理装置
US7660195B2 (en) Attenuation mapping apparatus, systems, and methods
Espinosa et al. Accuracy on the time-of-flight estimation for ultrasonic waves applied to non-destructive evaluation of standing trees: a comparative experimental study
CN106290580B (zh) 一种真空高低频声学测量装置及方法
CN109991590B (zh) 一种在有限空间压力罐内测试换能器低频发射特性的系统与方法
EA018239B1 (ru) Акустическое измерение толщины с использованием газа в качестве связующей среды
CN110346829A (zh) 一种浅层埋地非金属物体探测系统
Duroux et al. Extracting guided waves from cross-correlations of elastic diffuse fields: Applications to remote structural health monitoring
CN108594301B (zh) 一种具有差异特征的地震数据融合的方法及处理终端
CN210243850U (zh) 一种浅层埋地非金属物体探测系统
CN113192518A (zh) 毫米波侦听方法及系统
CN113433226A (zh) 一种基于数字编码信号检测岩石物性的方法及设备
Robb et al. Measurement of the in situ compressional wave properties of marine sediments
KR101016014B1 (ko) 라플라스 영역 파형 역산에 적합한 탄성파 자료를 획득하는다중채널 해상탄성파탐사장치
CN102645267A (zh) 检测岩石类构件弹性波速度的方法和系统
JP6024413B2 (ja) 測定装置
KR101703104B1 (ko) 퇴적물 시료의 음파전달속도 및 음파감쇠를 측정하는 음파측정 방법 및 시스템
CN117169816B (zh) 一种深海声影区宽带声源被动定位方法、介质及系统
Tortosa et al. Development of a trigger for acoustic neutrino candidates in KM3NeT
Zhang et al. An ultrasonic signal processing technique for extraction of arrival time from Lamb waveforms
CN112526600B (zh) 一种扫频超声波激发信号的振幅补偿方法及系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20210924