CN113848584A - 一种用于测量地下管线位置和深度的声学装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及声学探测装置技术领域，公开了一种用于测量地下管线位置和深度的声学装置，包括：外壳、发射器、接收器、支撑筒、土壤湿度检测仪和处理器，外壳上固定有接收器，发射器固定于外壳上，用于发射不同频率的声波，接收器用于接收发射器发射的声波，支撑筒固定于外壳的下端，土壤湿度检测仪连接于支撑筒的下端，用于检测土壤的湿度值，处理器根据土壤湿度检测仪检测到的土壤的湿度值控制发射器发射相对应频率的声波，本发明提供一种用于测量地下管线位置和深度的声学装置，通过不同位置处的土壤湿度值来控制发射器发射不同频率的声波，从而使接收器能够接收到较为稳定的声波，进而保证检测精度。

Description

一种用于测量地下管线位置和深度的声学装置

技术领域

本发明涉及声学探测装置技术领域，特别涉及一种用于测量地下管线位置和深度的声学装置。

背景技术

地下管线是人们赖以生存的基础设施，承担着输送水、天然气、石油，以及排污的重要工作，是保障人们正常生活的基础。地下管线探测的主要任务是查明施工现场土壤下是否埋有地下管道以及给出埋线管线的埋深、走向、横向走向、材质和规格等参数。

目前，市场上主要的管道检测仪的探测原理主要分为电磁感应、地质雷达、声学探测等，声学探测技术的原理是声学传感装置通过接收声波信息来确定目标位置，最大的特点是接收被测目标传导出的主动的声信号并加以分析从而进行目标的探测。目前，国外出现了一种测量地下管线位置和深度的声学装置，基本原理是通过发射器将声波信号以脉冲、啁啾或连续波(CW)的形式-被注入管道，当信号沿着管道内介质传播时，它的一部分声能向外传播并进入周围的土壤，接收器安装在地面上，或插入几英寸深，在假定的埋管附近的一些位置，直到检测到从管道传播的声学信号，以此来计算，管道的深度。

声波频率越大，系统横向分辨率越高，能区别到的管道直径与周围杂质的能力也越强，但是信号频率的增加也会使得声波在土壤的衰减速度增大，而湿度不同的土壤声波在其中的衰减速度并不相同，而目前所使用的测量地下管线位置和深度的声学装置均是发射同一频率的声波来检测地下管线位置及深度等相关信息，对于不同湿度的土壤由于声波的衰减速度不同，则接收器接收到的声学信号可能会很弱，这样则为检测地下管线位置、深度等具体参数时带来困难，从而影响检测精度。

发明内容

本发明提供一种用于测量地下管线位置和深度的声学装置，通过不同位置处的土壤湿度值来控制发射器发射不同频率的声波，从而使接收器能够接收到较为稳定的声波，进而保证检测精度。

本发明提供了一种用于测量地下管线位置和深度的声学装置，包括：

外壳，外壳上固定有接收器；

发射器，固定于外壳上，用于发射不同频率的声波，接收器用于接收发射器发射的声波；

支撑筒，固定于外壳的下端；

土壤湿度检测仪，连接于支撑筒的下端，用于检测土壤的湿度值；

处理器，根据土壤湿度检测仪检测到的土壤的湿度值控制发射器发射相对应频率的声波。

可选的，支撑筒内设置有钻探机构，钻探机构能够延伸出支撑筒的下端面，土壤湿度检测仪连接于钻探机构上。

可选的，钻探机构包括：

螺纹杆，与驱动轴固定连接，以驱动螺纹杆转动，螺纹杆的下部具有空腔，螺纹杆的侧壁开有通孔，通孔与空腔连通，土壤湿度检测仪滑动连接于空腔内，土壤湿度检测仪的部分能从通孔延伸出螺纹杆的侧面；

固定板，沿垂直于支撑筒的轴向固定于支撑筒内，固定板上具有螺纹孔，螺纹杆与螺纹孔螺接；

钻头，固定于螺纹杆的下端。

可选的，空腔内设有推拉机构，推拉机构与土壤湿度检测仪连接，以使土壤湿度检测仪的探头能够延伸出螺纹杆的外侧。

可选的，推拉机构包括：

永磁铁，固定于土壤湿度检测仪上；

电磁线圈，固定于空腔腔壁上，电磁线圈与永磁铁位置相对，电磁线圈通过继电器与微处理器连接，以控制电磁线圈内通入电流的方向使其与永磁铁相互吸引或相互排斥；

牵引弹簧，连接于土壤湿度检测仪及空腔的腔壁之间，牵引弹簧的拉伸或收缩方向与永磁铁的移动方向在同一水平线上。

可选的，螺纹杆的顶部固定有限位板，限位板与驱动轴固定连接。

可选的，处理器包括：

储存模块：用于存储多种土壤的标准湿度值以及与每一个标准湿度值一一对应的声波频率；

对比模块：用于将土壤湿度检测仪检测到的土壤的湿度值与储存模块内的标准湿度值一一进行对比；

控制模块：根据对比模块得出的与标准湿度值匹配的湿度值控制发射器发射对应频率的声波。

可选的，土壤湿度检测仪的侧壁具有限位滑块，空腔的腔壁上具有垂直于螺纹杆轴向的限位滑槽，限位滑槽与限位滑块滑动配合。

可选的，驱动轴通过电机驱动其转动，电机通过支架与支撑筒的内壁沿支撑筒的轴向滑动配合。

可选的，外壳的顶部固定有手持部。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明通过设置的支撑筒将土壤湿度检测仪安装在外壳上，在探测地下管线位置、深度等信息时，先通过土壤湿度检测仪检测当前位置的土壤湿度，微处理器根据得到的湿度值控制发射器发射相应的频率的声波，这样针对不同湿度的位置则可以调整发射器发射的声波频率，对于湿度较大的土壤发射较小频率的声波，从而使声波在湿度较大的土壤中的衰减尽可能小，对于湿度较小的土壤发射稍大频率的声波，从而使接收器接收到的声波数据尽可能最大化，便于后期对于地下管线位置、深度等信息的计算，从而保证探测精度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种用于测量地下管线位置和深度的声学装置的结构示意图；

图2为图1中G处的局部结构放大示意图。

附图标记说明：

1-外壳，2-发射器，3-接收器，4-支撑筒，5-土壤湿度检测仪，6-钻探机构，60-螺纹杆，61-驱动轴，62-固定板，63-螺纹孔，64-钻头，65-空腔，66-通孔，67-电机，68-支架，69-限位板，7-推拉机构，70-永磁铁，71-电磁线圈，72-牵引弹簧，8-限位滑块，9-限位滑槽，10-手持部，11-电源控制开关。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的技术方案和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

地下管线是人们赖以生存的基础设施，承担着输送水、天然气、石油，以及排污的重要工作，是保障人们正常生活的基础。地下管线探测的主要任务是查明施工现场土壤下是否埋有地下管道以及给出埋线管线的埋深、走向、横向走向、材质和规格等参数。

目前，市场上主要的管道检测仪的探测原理主要分为电磁感应、地质雷达、声学探测等，声学探测技术的原理是声学传感装置通过接收声波信息来确定目标位置，最大的特点是接收被测目标传导出的主动的声信号并加以分析从而进行目标的探测。目前，国外出现了一种测量地下管线位置和深度的声学装置，基本原理是通过发射器将声波信号以脉冲、啁啾或连续波(CW)的形式-被注入管道，当信号沿着管道内介质传播时，它的一部分声能向外传播并进入周围的土壤，接收器安装在地面上，或插入几英寸深，在假定的埋管附近的一些位置，直到检测到从管道传播的声学信号，以此来计算，管道的深度。

声波频率越大，系统横向分辨率越高，能区别到的管道直径与周围杂质的能力也越强，但是信号频率的增加也会使得声波在土壤的衰减速度增大，而湿度不同的土壤声波在其中的衰减速度并不相同，而目前所使用的测量地下管线位置和深度的声学装置均是发射同一频率的声波来检测地下管线位置及深度等相关信息，对于不同湿度的土壤由于声波的衰减速度不同，则接收器接收到的声学信号可能会很弱，这样则为检测地下管线位置、深度等具体参数时带来困难，从而影响检测精度。

基于上述问题，本发明提供一种用于测量地下管线位置和深度的声学装置，通过不同位置处的土壤湿度值来控制发射器发射不同频率的声波，从而使接收器能够接收到较为稳定的声波，进而保证检测精度，下面结合附图进行具体说明，其中，图1为本发明实施例提供的一种用于测量地下管线位置和深度的声学装置的结构示意图，图2为图1中G处的局部结构放大示意图。

如图1所示，本发明实施例提供的一种用于测量地下管线位置和深度的声学装置，包括：外壳1、发射器2、支撑筒4、土壤湿度检测仪5和处理器，外壳1上固定有接收器3，发射器2固定于外壳1上，用于发射不同频率的声波，接收器3用于接收发射器2发射的声波，支撑筒4固定于外壳1的下端，土壤湿度检测仪5连接于支撑筒4的下端，用于检测土壤的湿度值，处理器根据土壤湿度检测仪5检测到的土壤的湿度值控制发射器2发射相对应频率的声波。

本发明通过设置的支撑筒将土壤湿度检测仪安装在外壳上，在探测地下管线位置、深度等信息时，先通过土壤湿度检测仪检测当前位置的土壤湿度，微处理器根据得到的湿度值控制发射器发射相应的频率的声波，这样针对不同湿度的位置则可以调整发射器发射的声波频率，由于声波在液体中的衰减速度大于在固体中的衰减速度，则湿度越大衰减越快，本发明中对于湿度较大的土壤发射较小频率的声波，从而使声波在湿度较大的土壤中的衰减尽可能小，对于湿度较小的土壤发射稍大频率的声波，从而使接收器接收到的声波数据尽可能最大化，便于后期对于地下管线位置、深度等信息的计算，从而保证探测精度。

由于地面表层一般湿度较小，但地面以下湿度较大，为了使土壤湿度检测仪5能够检测的湿度值更为准确，本发明实施例中在支撑筒4内设置有钻探机构6，钻探机构6能够延伸出支撑筒4的下端面，土壤湿度检测仪5连接于钻探机构6上，通过钻探机构6在地面钻孔使土壤湿度检测仪5能够检测到地面下的土壤湿度。

为了避免土壤湿度检测仪5的检测探头直接接触到土壤中较硬物质导致损坏，参考图2，钻探机构6包括：螺纹杆60、固定板62和钻头64，螺纹杆60与驱动轴61固定连接，以驱动螺纹杆60转动，螺纹杆60的下部具有空腔65，螺纹杆60的侧壁开有通孔66，通孔66与空腔65连通，土壤湿度检测仪5滑动连接于空腔65内，土壤湿度检测仪5的部分能从通孔66延伸出螺纹杆60的侧面，固定板62沿垂直于支撑筒4的轴向固定于支撑筒4内，固定板62上具有螺纹孔63，螺纹杆60与螺纹孔63螺接，钻头64固定于螺纹杆60的下端，支撑筒4的下端面开设有孔，钻头64和螺纹杆60可穿过该孔。

将土壤湿度检测仪5隐藏在螺纹杆60内，待进入一定深度后，将土壤湿度检测仪5的探头从空腔65推出检测土壤湿度即可，这样能够避在钻孔过程中硬物直接接触土壤湿度检测仪5导致其损坏的情况。

可选的，空腔65内设有推拉机构7，推拉机构7与土壤湿度检测仪5连接，以使土壤湿度检测仪5的探头能够延伸出螺纹杆60的外侧，在本实施例中，只需保证土壤湿度检测仪5的探头能够恰好处于螺纹杆60的外侧接触到土壤即可，这样能够避免其过多伸出螺纹杆60之外导致触碰到其他硬物。

在本实施例中，推拉机构7包括：永磁铁70、电磁线圈71和牵引弹簧72，永磁铁70固定于土壤湿度检测仪5上，电磁线圈71固定于空腔65腔壁上，电磁线圈71与永磁铁70位置相对，电磁线圈71通过继电器与微处理器连接，以控制电磁线圈71内通入电流的方向使其与永磁铁70相互吸引或相互排斥，牵引弹簧72连接于土壤湿度检测仪5及空腔65的腔壁之间，牵引弹簧72的拉伸或收缩方向与永磁铁70的移动方向在同一水平线上。

通过永磁铁70和电磁线圈71的相互排斥或相互吸引能够使土壤湿度检测仪5能够伸出或者缩入空腔65内，牵引弹簧72保证土壤湿度检测仪5不会完全脱离空腔65的同时也能够起到引导土壤湿度检测仪5沿水平方向运动，不会产生偏移，同时一般状态下永磁铁70和电磁线圈71相互吸引，占由于牵引弹簧72的存在可以使土壤湿度检测仪5将通孔66封闭，这样在钻探过程中土壤就不会进入空腔65内不会造成其堵塞从而影响土壤湿度检测仪5的移动，也不会影响永磁铁70和电磁线圈71的相互排斥或相互吸引。

可选的，螺纹杆60的顶部固定有限位板69，限位板69与驱动轴61固定连接。

具体的，处理器包括：储存模块、对比模块和控制模块，储存模块用于存储多种土壤的标准湿度值以及与每一个标准湿度值一一对应的声波频率，对比模块用于将土壤湿度检测仪5检测到的土壤的湿度值与储存模块内的标准湿度值一一进行对比，控制模块根据对比模块得出的与标准湿度值匹配的湿度值控制发射器2发射对应频率的声波。

在本实施例中，储存模块中的土壤的标准湿度值以及与每一个标准湿度值一一对应的声波频率预先通过多次数据采集得到存储在其内部。

可选的，土壤湿度检测仪5的侧壁具有限位滑块8，空腔65的腔壁上具有垂直于螺纹杆60轴向的限位滑槽9，限位滑槽9与限位滑块8滑动配合，限位滑槽9进一步起到限位作用，避免牵引弹簧72失效时导致土壤湿度检测仪5完全脱离空腔65内。

可选的，驱动轴61通过电机67驱动其转动，电机67通过支架68与支撑筒4的内壁沿支撑筒4的轴向滑动配合。

可选的，外壳1的顶部固定有手持部10，外壳1上设有电源控制开关11。

使用方法及工作原理：

本发明在不改变声学装置的检测原理的情况下作出改进，当需要测量底线管线位置、深度等相关信息时，打开电源控制开关11，则电机67通过驱动轴61驱动螺纹杆60转动，螺纹杆60带动钻头64转动，随着螺纹杆60的下移钻头64逐渐延伸出支撑筒4的下端面向地下钻孔达到一定深度后，电机67停转，则控制模块先通过继电器控制向电磁线圈71内通入电流使永磁铁70和电磁线圈71相互排斥在牵引弹簧72的作用下土壤湿度检测仪5部分伸出螺纹杆60的侧面，此时土壤湿度检测仪5的探头接触到土壤检测土壤湿度值，对比模块将检测到的该土壤湿度值与储存模块内的进行一一对比，得出相同湿度值所对应的声波频率，根据该频率控制器控制发射器2发射该频率的声波，通过接收器3接收到的反射频率计算相应数值即可。

本发明通过设置的支撑筒将土壤湿度检测仪安装在外壳上，在探测地下管线位置、深度等信息时，先通过土壤湿度检测仪检测当前位置的土壤湿度，微处理器根据得到的湿度值控制发射器发射相应的频率的声波，这样针对不同湿度的位置则可以调整发射器发射的声波频率，对于湿度较大的土壤发射较小频率的声波，从而使声波在湿度较大的土壤中的衰减尽可能小，对于湿度较小的土壤发射稍大频率的声波，从而使接收器接收到的声波数据尽可能最大化，便于后期对于地下管线位置、深度等信息的计算，从而保证探测精度。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于测量地下管线位置和深度的声学装置，包括外壳(1)，所述外壳(1)上固定有接收器(3)，其特征在于，还包括：

发射器(2)，固定于所述外壳(1)上，用于发射不同频率的声波，所述接收器(3)用于接收所述发射器(2)发射的声波；

支撑筒(4)，固定于所述外壳(1)的下端；

土壤湿度检测仪(5)，连接于所述支撑筒(4)的下端，用于检测土壤的湿度值；

处理器，根据所述土壤湿度检测仪(5)检测到的所述土壤的湿度值控制所述发射器(2)发射相对应频率的声波。

2.如权利要求1所述的用于测量地下管线位置和深度的声学装置，其特征在于，所述支撑筒(4)内设置有钻探机构(6)，所述钻探机构(6)能够延伸出所述支撑筒(4)的下端面，所述土壤湿度检测仪(5)连接于所述钻探机构(6)上。

3.如权利要求2所述的用于测量地下管线位置和深度的声学装置，其特征在于，所述钻探机构(6)包括：

螺纹杆(60)，与驱动轴(61)固定连接，以驱动所述螺纹杆(60)转动，所述螺纹杆(60)的下部具有空腔(65)，所述螺纹杆(60)的侧壁开有通孔(66)，所述通孔(66)与所述空腔(65)连通，所述土壤湿度检测仪(5)滑动连接于所述空腔(65)内，所述土壤湿度检测仪(5)的部分能从所述通孔(66)延伸出所述螺纹杆(60)的侧面；

固定板(62)，沿垂直于所述支撑筒(4)的轴向固定于所述支撑筒(4)内，所述固定板(62)上具有螺纹孔(63)，所述螺纹杆(60)与所述螺纹孔(63)螺接；

钻头(64)，固定于所述螺纹杆(60)的下端。

4.如权利要求3所述的用于测量地下管线位置和深度的声学装置，其特征在于，所述空腔(65)内设有推拉机构(7)，所述推拉机构(7)与所述土壤湿度检测仪(5)连接，以使所述土壤湿度检测仪(5)的探头能够延伸出所述螺纹杆(60)的外侧。

5.如权利要求4所述的用于测量地下管线位置和深度的声学装置，其特征在于，所述推拉机构(7)包括：

永磁铁(70)，固定于所述土壤湿度检测仪(5)上；

电磁线圈(71)，固定于所述空腔(65)腔壁上，所述电磁线圈(71)与所述永磁铁(70)位置相对，所述电磁线圈(71)通过继电器与所述微处理器连接，以控制所述电磁线圈(71)内通入电流的方向使其与所述永磁铁(70)相互吸引或相互排斥；

牵引弹簧(72)，连接于所述土壤湿度检测仪(5)及所述空腔(65)的腔壁之间，所述牵引弹簧(72)的拉伸或收缩方向与所述永磁铁(70)的移动方向在同一水平线上。

6.如权利要求3所述的用于测量地下管线位置和深度的声学装置，其特征在于，所述螺纹杆(60)的顶部固定有限位板(69)，所述限位板(69)与所述驱动轴(61)固定连接。

7.如权利要求1所述的用于测量地下管线位置和深度的声学装置，其特征在于，所述处理器包括：

储存模块：用于存储多种土壤的标准湿度值以及与每一个所述标准湿度值一一对应的声波频率；

对比模块：用于将所述土壤湿度检测仪(5)检测到的所述土壤的湿度值与所述储存模块内的所述标准湿度值一一进行对比；

控制模块：根据所述对比模块得出的与所述标准湿度值匹配的湿度值控制所述发射器(2)发射对应频率的声波。

8.如权利要求3所述的用于测量地下管线位置和深度的声学装置，其特征在于，所述土壤湿度检测仪(5)的侧壁具有限位滑块(8)，所述空腔(65)的腔壁上具有垂直于所述螺纹杆(60)轴向的限位滑槽(9)，所述限位滑槽(9)与所述限位滑块(8)滑动配合。

9.如权利要求3所述的用于测量地下管线位置和深度的声学装置，其特征在于，所述驱动轴(61)通过电机(67)驱动其转动，所述电机(67)通过支架(68)与所述支撑筒(4)的内壁沿所述支撑筒(4)的轴向滑动配合。

10.如权利要求1所述的用于测量地下管线位置和深度的声学装置，其特征在于，所述外壳(1)的顶部固定有手持部(10)。

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