CN219320167U

CN219320167U - 一种土壤贯入式目标体声波探测装置

Info

Publication number: CN219320167U
Application number: CN202222574420.3U
Authority: CN
Inventors: 王东
Original assignee: Zhongke Yunsheng Suzhou Electronic Technology Co ltd
Current assignee: Zhongke Yunsheng Suzhou Electronic Technology Co ltd
Priority date: 2022-09-28
Filing date: 2022-09-28
Publication date: 2023-07-07
Anticipated expiration: 2032-09-28

Abstract

本实用新型涉及土壤介质探测领域，且公开了一种土壤贯入式目标体声波探测装置，该装置通过测量反射声波信号，确定圆柱形声波贯入仪探头附近区域中是否存在目标体，该装置一端具有锥形驱动头，可将锥形驱动头压入土壤中，装置还包括：安装在仪器中的声波发射换能器单元，用于隔声的单元以及位于仪器中的声波接收换能器单元，主要用于测量从位于仪器附近的目标体或存在材料的反射声波信号，提供关于位于仪器装置周围径向区域附近的目标体存在信息。

Description

一种土壤贯入式目标体声波探测装置

技术领域

本实用新型涉及土壤介质探测技术领域，具体为一种土壤贯入式目标体声波探测装置。

背景技术

使用声波或地震波来确定土壤介质中的存在目标体，这一技术由来已久。通常，爆炸或突然冲击事件会在土壤表面产生声波，而设置在地下的声波探测器会在多个位置处测量接收到声波信号。通过测量声波信号到达时间的差异(时差)，利用相关软件即可计算声波的平均传播速度，如果计算速度与预期速度不同，则表明表面软土介质是非均匀的，其中可能包含存在物体或污染物。与以往技术相比，本实用新型通过测量反射波的信息，即通过设计一个贯入土壤的声波探头，该探头包含声波发射换能器和声波接收换能器，采用主动方式，对靠近探头区域内的目标体反射信号实施“动态”测量。

一般地，常用的各种基于锥形结构传感器的测量仪器，可探测仪器接触土壤或仪器探针附近几厘米范围内的土壤特性，而获取接触探头或非常接近探头的土壤特性信息具有重要的工程意义。但是，这种常规技术获取的信息(近探头)并不能代表探头几米范围内(远探头)的土壤分布特征，例如，致密的非水相液体可以渗透到具有神经节结构中的土壤中，导致仅几厘米厚的污染细丝就可能会延伸到一大片区域中，因此，几厘米的探测结果不能真实反映几米范围内的土壤特性。如果探针仅能确定与探针接触或非常靠近探针的土壤污染物，则有可能遗漏一定区域范围内的土壤污染物信息，除非，探针正好接触到土壤污染物。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种土壤贯入式目标体声波探测装置，主要用于探测地下土壤介质区域内地下目标体信息。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种土壤贯入式目标体声波探测装置，包括圆柱形声波贯入仪探头，圆柱形声波贯入仪探头包括由钢或类似材料制成的圆柱形管道和安装在圆柱形管道内的声波发射换能器，圆柱形管道的下部位置设置有开窗，用以露出位于圆柱形管道内的声波发射换能器，声波发射换能器包括声波激励器，圆柱形声波贯入仪探头上端安装有圆柱形壳体，圆柱形声波贯入仪探头内安装有声波接收装置，圆柱形声波贯入仪探头下端设置有锥形驱动头。

优选地，声波接收装置包括一组六个周向上间隔的第一声波接收换能器、第二声波接收换能器、第三声波接收换能器、第四声波接收换能器、第五声波接收换能器、第六声波接收换能器。

优选地，波发射换能器上方设置有隔声材料。

优选地，圆柱形管道内设置有隔声体。

优选地，圆柱形壳体由绝缘材料制成。

与现有技术对比，本实用新型具备以下有益效果：

1、本实用新型，本实用新型是基于不同性质地下材料折射率的不连续性而引起的声波能量反射变化，折射率的不连续性会导致声波传播速度的变化，从而提供探测器周围区域的地下地质体信息。具体操作时，在圆锥型的贯入仪探头内放置一个声波发射换能器和多个声波接收换能器，定位可能存在的目标体，如地层变化特征和土壤内反射体或污染物的存在等，本实用新型的最终目的，是确定探头周围约10米区域内地下土壤基质的均匀性和不均匀性分布状况。

2、本实用新型，可以实现距离探头大约10米的区域内，土壤污染物和地层变化特征的测量。此外，本实用新型测量是基于目标体的反射波信号，即土壤中如果存在不同密度的材料或目标体(阻抗差异)，将导致其反射波的时间和振幅发生变化。因此，本实用新型可用于评估探头周围较大区域内土壤的均匀性分布状况，而不仅仅是测量与探针接触或非常接近探针的土壤污染物的特性。

3、本实用新型，除了可直接定位土壤污染物外，本实用新型还可通过探测地层中的较为明显的声波信号变化，来间接定位土壤污染物的赋存特征，例如裂缝和空洞等结构体的存在等，这些结构体可能会是地下污染物的源头。通过识别可能包含污染源的土壤区域性特征，即可以获得理想的，贯入探头位置附近的信息，以检查是否存在地下污染源。

4、本实用新型，通过在一定区域的特定位置布设放置探针，就能够评估可能包含污染源的目标区域内的地下区域特征，借助该实用新型，可全面提高评估分析地下区域介质中场地污染的能力，且降低场地污染场评价的整体成本。

附图说明

附图1为本实用新型实施例中土壤贯入式目标体声波探测装置的局部剖视结构示意图；

附图2为附图1中A-A向的剖视图；

附图3为附图1中B-B向的剖视图；

附图4为测量土壤中目标体探测装置系统局部示意图。

图中：1、圆柱形声波贯入仪探头；2、圆柱形壳体；3、车辆；4、障碍物；5、导；6、电线；31、计算机；32、打印机；11、锥形驱动头；12、圆柱形管道；13、波发射换能器；14、隔声材料；15、声波接收装置；16、声波激励器；17、开窗；18、隔声体；151、第一声波接收换能器；152、第二声波接收换能器；153、第三声波接收换能器；154、第四声波接收换能器；155、第五声波接收换能器；156、第六声波接收换能器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-4，一种土壤贯入式目标体声波探测装置，包括圆柱形声波贯入仪探头1，圆柱形声波贯入仪探头1包括由钢或类似材料制成的圆柱形管道12和安装在圆柱形管道12内的声波发射换能器13，圆柱形管道12的下部位置设置有开窗17，用以露出位于圆柱形管道12内的声波发射换能器13，声波发射换能器13包括声波激励器16，声波激励器16时用于连接到地面车辆3中(见图4)，来实现车辆3中计算机31和打印机32的控制，通过导线5为声波激励器16提供电源；声波发射换能器13产生的声波脉冲能量从圆柱形声波贯入仪探头1向外辐射，径向上均匀分布；圆柱形声波贯入仪探头1上端安装有圆柱形壳体2，圆柱形声波贯入仪探头1与圆柱形壳体2的连接方式可为焊接，该种连接方式较为稳固，还可通过在圆柱形声波贯入仪探头1与圆柱形壳体2上开设相匹配的螺纹，通过螺纹连接，使得二者可拆卸更换，圆柱形声波贯入仪探头1内安装有声波接收装置15，圆柱形声波贯入仪探头1下端设置有锥形驱动头11，开窗17表示声波发射换能器13与声波接收装置15的声窗，用于实现声波的传递。

如图3所示，声波接收装置15包括一组六个周向上间隔的第一声波接收换能器151、第二声波接收换能器152、第三声波接收换能器153、第四声波接收换能器154、第五声波接收换能器155和第六声波接收换能器156，第一声波接收换能器151、第二声波接收换能器152、第三声波接收换能器153、第四声波接收换能器154、第五声波接收换能器155和第六声波接收换能器156在圆柱形管道12的表面12a的内部周向间隔为360度，声波接收装置15的电线6与地上车辆3的控制中心连接。

如图1所示，波发射换能器13上方设置有隔声材料14，隔声材料14用于将声波发射换能器13与第一声波接收换能器151、第二声波接收换能器152、第三声波接收换能器153、第四声波接收换能器154、第五声波接收换能器155、第六声波接收换能器156进行声学隔离。

如图1所示，圆柱形管道12内设置有隔声体18，声体18用于衰减通过圆柱形管道传输的直达波信号。

如图1所示，圆柱形壳体2由绝缘材料制成，绝缘材料用于将声波发射换能器13与第一声波接收换能器151、第二声波接收换能器152、第三声波接收换能器153、第四声波接收换能器154、第五声波接收换能器155、第六声波接收换能器156进行声学隔离。

包括以下使用步骤：

a、将圆柱形声波贯入仪探头1下端的锥形驱动头11压入土壤中，声波发射换能器13在工作中，通过向导线5施加电信号可产生声波脉冲；

b、当圆柱形声波贯入仪探头1中产生声波w0时，声波w0向外传播时遇到障碍物4，经障碍物4反射后形成反射波wr，被位于圆柱形声波贯入仪探头1中的第一声波接收换能器151、第二声波接收换能器152、第三声波接收换能器153、第四声波接收换能器154、第五声波接收换能器155、第六声波接收换能器156接收；第一声波接收换能器151、第二声波接收换能器152、第三声波接收换能器153、第四声波接收换能器154、第五声波接收换能器155和第六声波接收换能器156在不同的时间可接收到来自位于探针径向外侧物体的反射波wr；即反射波的第一部分在时间t1在第一声波接收换能器151处被接收，反射波的第二部分在时间t2在第二声波接收换能器152处被接收，在时间t3，反射波的第三部分在第三声波接收换能器153处被接收，反射波的第四部分在时间t4在第四声波接收换能器153处接收，在时间t5，反射波的第五部分在第五声波接收换能器155处被接收，反射波的第六部分在时间t6在第六声波接收换能器156处接收；

c、如果声波从仅位于圆柱形声波贯入仪探头1一侧的物体上反射，因为圆柱形声波贯入仪探头1是圆柱形的，反射信号可能会很低，且导致位于圆柱形声波贯入仪探头1后面和对面的声波接收装置15根本探测不到物体，还应注意的是，本实用新型利用了土壤的阻尼效应，使得低于某一水平的声波信号不会产生足够强的反射波，圆柱形声波贯入仪探头1中的声波接收装置15也探测不到，即不需要的反射信号通常是避免掉；

d、不同位置处的声波wr的振幅，结合声波信号衰减和信号到达声波接收装置15的时间信息，可用于几何定位物体与圆柱形声波贯入仪探头1的距离，以及物体相对于圆柱形声波贯入仪探头1的角度位置。声波波形从圆柱形声波贯入仪探头1径向向下发射，因此圆柱形声波贯入仪探头1也可以检测位于其传播路径前方的物体。因此，探测器会显示，如果探测器撞到前面的物体，就可能会破坏它。如果需要，圆柱形声波贯入仪探头1还可以设置一个与垂直方向呈钝角的外表面，以将声音信号约束引导到向下传播，而不是横向向外传播，这种设计，可在将圆柱形声波贯入仪探头1贯入地下时，提高圆柱形声波贯入仪探头1对前方材料和物体的探测能力。

e、声波w0在圆柱形声波贯入仪探头1的下部区域产生，并径向向外传播，而远离圆柱形声波贯入仪探头1的外部。Ro表示的第一个范围内物体的反射信号，第二个范围内信号由Ri指示；声波发射换能器13提供声波激励源信号，传播范围从几厘米的距离Ro延伸到几米的距离Ri。其中，当使用较大或不同类型的信号时，可以扩展或减小探头的工作范围。总之，本实用新型通过使用位于圆柱形声波贯入仪探头1中的声波发射换能器13和第一声波接收换能器151、第二声波接收换能器152、第三声波接收换能器153、第四声波接收换能器154、第五声波接收换能器155以及第六声波接收换能器156，实现对靠近圆柱形声波贯入仪探头1土壤中物体的“移动”测量，即当圆柱形声波贯入仪探头1被推入土壤中时，传感器进行的连续工作，就能提供土壤中不连续性的水平径向图像。

Claims

1.一种土壤贯入式目标体声波探测装置，其特征在于，包括圆柱形声波贯入仪探头(1)，圆柱形声波贯入仪探头(1)包括由钢材料制成的圆柱形管道(12)和安装在圆柱形管道(12)内的声波发射换能器(13)，圆柱形管道(12)的下部位置设置有开窗(17)，用以露出位于圆柱形管道(12)内的声波发射换能器(13)，声波发射换能器(13)包括声波激励器(16)，圆柱形声波贯入仪探头(1)上端安装有圆柱形壳体(2)，圆柱形声波贯入仪探头(1)内安装有声波接收装置(15)，圆柱形声波贯入仪探头(1)下端设置有锥形驱动头(11)。

2.根据权利要求1所述的一种土壤贯入式目标体声波探测装置，其特征在于，声波接收装置(15)包括一组六个周向上间隔的第一声波接收换能器(151)、第二声波接收换能器(152)、第三声波接收换能器(153)、第四声波接收换能器(154)、第五声波接收换能器(155)、第六声波接收换能器(156)。

3.根据权利要求2所述的一种土壤贯入式目标体声波探测装置，其特征在于，波发射换能器(13)上方设置有隔声材料(14)。

4.根据权利要求3所述的一种土壤贯入式目标体声波探测装置，其特征在于，圆柱形管道(12)内设置有隔声体(18)。

5.根据权利要求4所述的一种土壤贯入式目标体声波探测装置，其特征在于，圆柱形壳体(2)由绝缘材料制成。