專利名稱：一種滾動式運動縱波傳感器裝置及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及一種滾動式運動縱波傳感器裝置及其使用方法，適用于地球物理勘探和工程勘察中的地震勘探，應(yīng)用于較平整表面介質(zhì)內(nèi)部工程隱患和缺陷勘察，特別是各種公路、鐵路路基下已生成或即將生成的空洞隱患探測。
背景技術(shù)：
在建城市街道、公路、鐵路路基竣工驗收以及后期養(yǎng)護和運營中，路基下隱患探測與評估，事關(guān)公路的使用效率、運行壽命和行車安全等等，受到業(yè)內(nèi)廣泛重視。路基下覆隱患探測采用的物探方法包括地質(zhì)雷達、面波勘探、電阻率法。地質(zhì)雷達和電阻率法分別以介質(zhì)結(jié)構(gòu)介電常數(shù)和電阻率差異作為探測前提，不能直接反應(yīng)介質(zhì)結(jié)構(gòu)的力學(xué)性質(zhì)和狀態(tài)。地質(zhì)雷達能夠一定程度上反映路基隱患的存在狀態(tài)，但其勘探深度非常有限。彈性波勘探可以提供與力學(xué)性狀相關(guān)的波速參數(shù)，但通常只能以人工方式逐點完成地震勘探記錄采集，測量效率和自動化程度低，檢測過程中存在安全隱患。如果能提供一種連續(xù)快速檢測技術(shù)，既能提供與路基內(nèi)部介質(zhì)結(jié)構(gòu)力學(xué)性質(zhì)相關(guān)的物理參數(shù)指標(biāo)，又能形成車載式連續(xù)探測，對于路基下覆隱患排查和加固治理方案設(shè)計有重要價值?？v波傳播波速快，可以減小每個地震記錄點的采樣時間，可以提高探測系統(tǒng)的檢測速率。加以利用可以形成新的路基隱患探測與評估技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的第一個技術(shù)問題是提供一種能連續(xù)快速探測路基隱患的滾動式運動縱波傳感器裝置。本發(fā)明所要解決的第二個技術(shù)問題是提供一種能連續(xù)快速探測路基下覆隱患或介質(zhì)結(jié)構(gòu)狀況的滾動式運動縱波傳感器裝置的使用方法。為了解決上述第一個技術(shù)問題，本發(fā)明提供的滾動式運動縱波傳感器裝置，包括一個或一個以上縱波傳感器、縱波震源和地震儀，一個或一個以上所述的縱波傳感器分布附著在滾動輪的外圈，所述的縱波傳感器的耦合方向為所述的滾動輪的中心輻射徑向方向，每個正好垂直于路面的所述的縱波傳感器的輸出信號與所述的地震儀采用電刷連接。每個所述的縱波傳感器在所述的滾動輪的外側(cè)有一個與所述的縱波傳感器高度一致且內(nèi)徑大于所述的縱波傳感器的直徑的安裝孔，所述的縱波傳感器的頂部由安裝固定在所述的安裝孔底部的鉗固裝置擒拿并保證傳感器最佳耦合方向，安裝固定傳感器的鉗固裝置為有柔韌性的橡膠材料制成。所述的滾動輪上設(shè)有滾動軸承和滾動軸，所述的滾動輪的外圈為橡膠、木材或塑料制成或包裹，減小系統(tǒng)振動噪聲。每個所述的縱波傳感器的輸出信號連接到固定在所述的滾動輪上的一段相互絕緣的一對正負金屬環(huán)片上，與所述的地震儀的信號輸入端連接的一對固定電刷與正好垂直于路面的所述的縱波傳感器所述的正負金屬環(huán)片分別電刷連接。所述的一個或多個傳感器輸出信號通過分段成對金屬環(huán)片各自傳輸出到與之輪流相連的一對電刷上，再由電刷通過導(dǎo)線將信號傳輸至地震記錄儀，金屬環(huán)片間為電絕緣層。正負金屬環(huán)片固定在滾動輪側(cè)面，或固定在滾動輪軸上。所述的縱波傳感器上用于與探測表面接觸的底座為弧面、球面或垂直于前進方向的柱面，為傳感器的接地耦合提供保障?？v波震源的啟動信號由貼附在滾動輪上的電極短路提供，兩電極相距小于滑過電極的一個金屬環(huán)片的寬度，當(dāng)金屬環(huán)片與電極接觸時，電極短路，提供震源啟動信號。所述的縱波傳感器是三分量傳感器或單分量傳感器，在縱波耦合方向保證的前提下，與縱波耦合方向正交垂直的兩個方向也同時采集地震信號，采集地震信號的地震儀至少有三個通道同步采集。為了解決上述第二個技術(shù)問題，本發(fā)明提供的滾動式運動縱波傳感器裝置的使用方法，攜帶一個或多個縱波傳感器的滾動輪在被測介質(zhì)表面以一定速度隨探測系統(tǒng)滾動前進，當(dāng)某個縱波傳感器與介質(zhì)表面垂直耦合時，該縱波傳感器輸出信號端與地震儀輸入端連通，縱波震源激發(fā)彈性波，地震儀同步記錄來自該縱波傳感器的地震信號，形成一道地震記錄；滾動輪滾動到下一個與地表垂直耦合的縱波傳感器時，類似上一個采集過程，完成另一道地震記錄采集；以此類推，完成一段被測介質(zhì)表面的彈性波勘探多道集合記錄，用于地震勘探分析解釋。多個相同縱波傳感器和滾動輪在保證相同個數(shù)傳感器耦合方向一致的情況下，成串線性排列一起滾動，通過多道地震儀進行地震記錄采集，形成地震勘探多次覆蓋排列記錄。該類勘探記錄的解釋結(jié)果比單道記錄更加精確。多個相同縱波傳感器和滾動輪在保證相同個數(shù)傳感器耦合方向一致的情況下，面積性分布在一片區(qū)域一起滾動，通過多道地震儀進行地震記錄采集，形成地震勘探成面積覆蓋的排列記錄。該類勘探記錄的解釋結(jié)果比單道記錄更加精確。采用上述技術(shù)方案的滾動式運動縱波傳感器裝置及其使用方法，綜合考慮了縱波傳感器在運動過程中與地面的短時耦合難題。下面結(jié)合圖表來說明其應(yīng)用的理論依據(jù)。下圖中Φ為某個傳感器在一道地震數(shù)據(jù)持續(xù)采集過程中芯體旋轉(zhuǎn)的角度，L為整套檢測系統(tǒng)前進距離，也相當(dāng)于滾動輪上的一段弧長。按照地震勘探經(jīng)驗，取彈性波在介質(zhì)中傳播波速800m/s估算，20米深度反射波垂直往返所需時間為O. 050秒(40/800)，即50ms，當(dāng)探測車車速lKm/h行駛時，駛過距離約O. 0139m (1000/3600*0. 05)，即1. 39厘米。參照圖8所示，當(dāng)L=L 39cm時，如果傳感器身高不同，則傳感器芯體旋轉(zhuǎn)角度Φ也有變化。換算表如下表所示傳感器芯體身高與單道地震信號采集時傳感器傾角換算關(guān)系表
權(quán)利要求
1.一種滾動式運動縱波傳感器裝置，包括一個或一個以上縱波傳感器(I)、縱波震源(13)和地震儀(7)，其特征是一個或一個以上所述的縱波傳感器(I)分布附著在滾動輪 (2)的外圈，所述的縱波傳感器(I)的耦合方向為所述的滾動輪(2)的中心輻射徑向方向， 每個正好垂直于路面的所述的縱波傳感器(I)的輸出信號與所述的地震儀(7)采用電刷連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的滾動式運動縱波傳感器裝置，其特征是所述的縱波傳感器(1)上用于與探測表面接觸的底座(11)為弧面、球面或垂直于前進方向的柱面。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的滾動式運動縱波傳感器裝置，其特征是每個所述的縱波傳感器(I)在所述的滾動輪(2)的外側(cè)有一個與所述的縱波傳感器(I)高度一致且內(nèi)徑大于所述的縱波傳感器(I)的直徑的安裝孔(4)，所述的縱波傳感器(I)的頂部由安裝固定在所述的安裝孔(4)底部的鉗固裝置(5)擒拿并保證傳感器最佳耦合方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的滾動式運動縱波傳感器裝置，其特征是所述的滾動輪(2)上設(shè)有滾動軸承(9)和滾動軸(10)，所述的滾動輪(2)的外圈為橡膠、木材或塑料制成或包裹。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的滾動式運動縱波傳感器裝置，其特征是每個所述的縱波傳感器(I)的輸出信號連接到固定在所述的滾動輪(2)上的一段相互絕緣的一對正負金屬環(huán)片(6)上，與所述的地震儀(7)的信號輸入端連接的一對固定電刷(8)與正好垂直于路面的所述的縱波傳感器(I)所述的正負金屬環(huán)片(6)分別電刷連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的滾動式運動縱波傳感器裝置，其特征是所述的縱波震源(13)的啟動信號由貼附在所述的滾動輪(2)上的兩個電極(14)短路提供，兩個所述的電極(14)相距小于滑過所述的電極(14)的一個金屬環(huán)片的寬度。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的滾動式運動縱波傳感器裝置，其特征是所述的縱波傳感器(I)是單分量縱波傳感器或三分量傳感器。
8.使用權(quán)利要求I所述的滾動式運動縱波傳感器裝置的方法，其特征是攜帶一個或多個縱波傳感器(I)的滾動輪(2)在被測介質(zhì)表面以一定速度隨探測系統(tǒng)滾動前進，當(dāng)某個縱波傳感器(I)與介質(zhì)表面垂直耦合時，該縱波傳感器(I)輸出信號端與地震儀(7)輸入端連通，縱波震源(13)激發(fā)彈性波，地震儀(7)同步記錄來自該縱波傳感器(I)的地震信號，形成一道地震記錄；滾動輪(2)滾動到下一個與地表垂直耦合的縱波傳感器(I)時，類似上一個采集過程，完成另一道地震記錄采集；以此類推，完成一段被測介質(zhì)表面的彈性波勘探多道集合記錄，用于地震勘探分析解釋。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的使用滾動式運動縱波傳感器裝置的方法，其特征是多個相同縱波傳感器(I)和滾動輪(2)在保證相同個數(shù)傳感器耦合方向一致的情況下，成串線性排列一起滾動，通過多道地震儀進行地震記錄采集，形成地震勘探多次覆蓋排列記錄。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的使用滾動式運動縱波傳感器裝置的方法，其特征是多個相同縱波傳感器(I)和滾動輪(2)在保證相同個數(shù)傳感器耦合方向一致的情況下，面積性分布在一片區(qū)域一起滾動，通過多道地震儀進行地震記錄采集，形成地震勘探成面積覆蓋的排列記錄。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種滾動式運動縱波傳感器裝置及其使用方法，包括一個或一個以上縱波傳感器(1)、縱波震源(13)和地震儀(7)，一個或一個以上所述的縱波傳感器(1)分布附著在滾動輪(2)的外圈，所述的縱波傳感器(1)的耦合方向為所述的滾動輪(2)的中心輻射徑向方向，每個正好垂直于路面的所述的縱波傳感器(1)的輸出信號與所述的地震儀(7)采用電刷連接。滾動輪持續(xù)前行，完成沿路地震采集記錄多道集合，通過該記錄進行路基下覆隱患的探測。該縱波傳感器在運動中與檢測介質(zhì)表面保持垂直耦合，在滾動前行中實現(xiàn)連續(xù)地震信號采集，是一種適用于路基隱患快速探測或連續(xù)檢測的關(guān)鍵組件。
文檔編號G01V1/18GK102981181SQ201210510789
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月4日
發(fā)明者朱德兵 申請人:朱德兵