一种全方位多角度声波测试辅助装置及辅助装置的制作方法

本发明涉及岩石工程无损检测设备技术领域，特别涉及一种全方位多角度的岩体钻孔声波测试装置及辅助装置。

背景技术：

随着我国大规模基础设施建设和深部资源能源开采的日益推进，出现了一系列的地下岩石工程，如交通隧道、水电地下厂房、油漆储存库、矿山巷道等。为了保证开挖过程中的稳定性，需要对围岩进行合适的支护，因此可靠获取这些工程开挖过程中的岩体力学响应是实施围岩支护，保证工程安全进行的重要环节。松动圈支护理论是目前广泛采用的岩体支护理论，它是根据围岩碎裂带的深度设计锚杆长度等支护参数，其核心工作是确定岩体在开挖爆破及内部应力释放的过程中可能造成的损伤深度，主流方法是进行岩体声波测试。声波测试是通过激发弹性波在岩体介质中传播，而声波传播速度取决于岩体完整性程度，完整岩体的波速一般较高，而在应力下降，裂隙扩展的松动区域内波速相对下降，因而在完整围岩段和松弛损伤段之间会出现明显的波速变化，据此分析弹性波的波速，波幅，频谱等参数来研究岩体的物理力学性质及其构造特征。

声波测试早期主要应用于矿山竖井，要求测孔内装满水即可，然而这种测试方法应用于非垂直测孔(尤其是水平孔和上倾孔)时，必须保证发射器和接收器同时与孔壁耦合良好，现场环境的限制或者测试条件的变化，使得该方法的应用推广具有局限性。一方面，垂直测孔容易装满水，即使是在孔壁裂隙极其发育段，只要保证以一定的压力持续不间断的供水，也能将测试孔内的水位维持在一定的深度。但是对于上倾孔，即使采用封堵的方式也很难保证孔内始终充满水，对于大角度的上倾孔，尤其是上倾90°的测试孔，封堵洞口保水的方法基本难以实现；另一方面，声波测试探头的环形发射器和接收器可以在垂直孔内360°全方位进行探测。将声波测试探头置于非垂直孔时，设备由于重力作用不可避免地要与测孔壁接触，这就导致声波测试实质上只测了设备与孔壁接触断面上的波速。如果发射器或者接收器所在位置的接触面没有充满耦合用水，测试工作就无法进行。再者，非垂直孔内充满水，由于波在固体中传播速度要比在液体中快，仍然只能测设备与孔壁接触断面上的波速，而无法获得孔内其他方位的测试结果。另外在岩石裂隙发育或者高应力区，钻孔极有可能在测试过程中发生缩孔甚至是塌孔，这会导致声波测试探头卡在孔内无法取出，甚至不得不放弃该测试孔。

为了解决上述耦合问题，一系列利用气囊辅助的声波测试探头出现了。有的是利用气囊对局部孔段进行封堵，有的是将探测器的整体或者局部包裹在气囊中，然后气囊中充水来营造水耦合条件。这些方法的缺陷在于：一方面，由于声波发射换能器、接收换能器与孔壁没有直接通过水耦合，皮囊的波速对真实岩体波速会产生干扰，能量传递损失，测试结果受到一定程度的影响；另一方面，岩体质量较差或者钻孔内部有碎石时，皮囊外壁与孔壁之间还存在间隙，波在空气中传播距离短，速度衰减快，在没有耦合剂的情况下可能会测不出波速。再者，利用这些方法对皮囊材料的选择很重要，皮囊太软太薄，容易被测试孔内的硬物扎破或者在移动测点位置时磨破，皮囊太硬太厚，充气压力不易控制，压力过小接触不到孔壁，压力过大会对孔壁形成挤压，甚至影响孔壁的受力情况。而且，气囊的使用还需要考虑与现有声波探测设备的配套问题，气囊所发挥的保水保压功效决定了它与声波测试探头之间的连接必须是纹丝合缝的，采用气囊的方法还不得不重新采购成套的设备，故在已有声波测试探头的情况下，气囊的经济实用性并不突出。

技术实现要素：

本发明提供一种全方位多角度声波测试辅助装置及辅助装置，解决现有技术中测试钻孔角度局限，且耦合环境差的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种全方位多角度声波测试辅助装置，包括：

耦合介质输送结构，用于向声波测试探头与孔壁间输送耦合介质；

升降支架，与所述耦合介质输送结构相连，用于调整声波测试探头与孔壁的接触位置；

其中，在执行声波测试操作时，声波测试探头固定在所述耦合介质输送结构上，通过所述升降支架抬升所述耦合介质输送结构直到所述声波测试探头抵靠在孔壁上，所述耦合介质输送结构向所述声波测试探头与所述孔壁的接触区域输送耦合介质。

进一步地，所述耦合介质输送结构包括：

探头支座，所述探头支座底部固定在所述升降支架上，用于固定所述声波测试探头；

输送管路，所述输送管路固定在所述探头支座上部，用于向固定在所述探头支座内的声波测试探头与所述孔壁接触区域输送耦合介质。

进一步地，所述输送管路包括：

第一喷口以及与之喷射方向相反的第二喷口；

第三喷口，所述第三喷口设置在所述第一喷口与所述第二喷口之间，喷射方向朝向所述第一喷口与所述第二喷口之间的区域；

耦合介质总管，分别与所述第一喷口、所述第二喷口以及所述第三方喷口连通，用于输送耦合介质。

进一步地，所述第一喷口包括：对称设置的第一左翼喷口以及第一右翼喷口；所述第二喷口包括：对称设置的第二左翼喷口以及第二右翼喷口；所述第三喷口包括：对称设置的第三左翼喷口以及第三右翼喷口；

其中，在执行声波测试操作时，所述第一左翼喷口以及所述第一右翼喷口向所述声波测试探头与所述孔壁的接触区域输送耦合介质；所述第二左翼喷口以及所述第二右翼喷口向所述声波测试探头与所述孔壁的接触区域输送耦合介质；所述第三左翼喷口以及所述第三右翼喷口向所述声波测试探头与所述孔壁的接触区域输送耦合介质。

进一步地，所述探头支座包括：半圆形槽板；

所述半圆形槽板的两侧顶端对称设置左上侧翼、右上侧翼、左下侧翼以及右下侧翼；

所述第一左翼喷口设置在所述左上侧翼上，朝向所述左下侧翼；所述第一右翼喷口设置在所述右上侧翼上，朝向所述右下侧翼；

所述第二左翼喷口设置在所述左下侧翼上，朝向所述左上侧翼；所述第二右翼喷口设置在所述右下侧翼上，朝向所述右上侧翼；

所述第三左翼喷口设置在所述半圆形槽板顶端，位于所述左上侧翼和左下侧翼；所述第三右翼喷口设置在所述半圆形槽板顶端，位于所述右上侧翼和右下侧翼之间。

进一步地，所述左上侧翼、所述右上侧翼、所述左下侧翼以及所述右下侧翼为弧形延伸结构；

其中，在执行声波测试操作时，所述左上侧翼、所述右上侧翼、所述左下侧翼以及所述右下侧翼将所述声波探头压紧在所述半圆形槽板内。

进一步地，所述升降支架包括：

底杆；

第一侧管，所述第一侧管第一端与所述底杆铰接，所述第一侧管第二端与所述探头支座底部铰接；

第二侧管，所述第二侧管第一端与所述底杆铰接，所述第二侧管第二端与所述探头支座底部铰接；

驱动部件，所述驱动部件分别与所述第一侧管和所述第二侧管相连，驱动所述第一侧管和所述第二侧管绕所述底杆转动。

进一步地，所述驱动部件包括：第一滑动支杆以及第二滑动支杆；

所述第一滑动支杆两端分别嵌于所述底杆以及所述第一侧管开设的滑槽内，可沿所述滑槽滑动，推动所述第一侧管绕所述底杆转动；

所述第二滑动支杆两端分别嵌于所述底杆以及所述第二侧管开设的滑槽内，可沿所述滑槽滑动，推动所述第二侧管绕所述底杆转动；

其中，所述底杆中部设置第一通孔；所述底杆上，所述第二滑动支杆行程外，设置第二通孔；所述第一通孔与所述第二通孔之间通过所述底杆内的中空结构连通；所述第一滑动支杆以及所述第二滑动支杆通过拉索连接，所述拉索自所述第一滑动支杆开始，依次穿过所述第一通孔、所述中空结构以及所述第二通孔与所述第二滑动支杆相连。

进一步地，所述第一侧管和所述第二侧管中部均设置通孔滑槽；

所述第一侧管和所述第二侧管交叉设置，并通过销轴穿过所述通孔滑槽固定在一起。

一种全方位多角度声波测试装置，包括：所述的辅助装置和声波测试探头；

所述声波测试探头固定在所述耦合介质输送结构内。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请实施例中提供的全方位多角度声波测试辅助装置，通过耦合介质输送结构来承载固定声波测试探头，并在其与孔壁接触的局部区域输送稳定的耦合介质，从而建立可靠的测量耦合环境，提升声波测量的可靠性；更重要的是，其针对上倾孔这类特殊的钻孔结构，通常耦合介质并不能稳定驻留在接触区域，或者通过气囊结构其本身也影响声波测量，从而严重影响测量的可靠性；本申请的耦合介质输送结构仅仅需要保持接触区域的耦合环境，保证了测量需要的同时，其本身的建立过程也简便高效；同时，通过升降支架，在此类上倾孔中能够克服设备自重，以孔壁为支点，调整测量接触点，从而使得声波测量探头能够在深孔中实现多点测量，保证了测量数据的全面性，从而整体上提升测量数据的可靠性和完整性。

进一步地，通过设置第一左翼喷口、第一右翼喷口、第二左翼喷口、第二右翼喷口、第三左翼喷口以及第三右翼喷口形成围绕接触区域的六点耦合介质输送点，实现全覆盖设计，保证建立可靠的耦合环境。

进一步地，通过半圆形槽板以及侧翼结构能够实现耦合介质的输入，实现辅助结构的简化；同时，能够稳定的固定声波测试探头；也能够起到良好的保护作用；包住了探头的大部分裸露面，当发生塌孔或者缩孔时，释放侧管与底杆对护筒的压力，拉动传输线即可将测试探头取出孔外，在一定程度上保护了测试探头，大大降低了碎岩块对探头的损伤，同时也降低了因为卡孔而无法取出测试探头的风险。

附图说明

图1为本发明实施例提供的全方位多角度声波测试辅助装置的结构平面图；

图2为本发明实施例提供的全方位多角度声波测试辅助装置的结构三维图；

图3为本发明实施例提供的全方位多角度声波测试辅助装置的半圆形槽板三维图；

图4为本发明实施例提供的全方位多角度声波测试辅助装置的半圆形槽板正视图；

图5为本发明实施例提供的全方位多角度声波测试辅助装置的半圆形槽板平面展布图；

图6为本发明实施例提供的底杆的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的第一侧管和第二侧管的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的第一滑动支杆的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的第二滑动支杆的结构示意图。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种全方位多角度声波测试装置及辅助装置，解决现有技术中测试钻孔角度局限，且耦合环境差的技术问题；达到了提升声波测试耦合环境可靠性，测量点丰富化，测量数据可靠性的技术效果。

为解决上述技术问题，本申请实施例提供技术方案的总体思路如下：

通过设置耦合介质输出结构，实现测量接触局部区域的耦合环境建立；通过升降支架实现测量点的多样性选择。从而整体上提升测量数据的可靠性和完整性。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

参见图1～3，一种全方位多角度声波测试辅助装置，包括：耦合介质输送结构，用于向声波测试探头与孔壁间输送耦合介质；升降支架，与所述耦合介质输送结构相连，用于调整声波测试探头与孔壁的接触位置。

具体来讲，所述耦合介质通常选用水耦合介质。

具体来说，在执行声波测试操作时，声波测试探头10固定在所述耦合介质输送结构上，通过所述升降支架抬升所述耦合介质输送结构直到所述声波测试探头抵靠在孔壁上，所述耦合介质输送结构向所述声波测试探头与所述孔壁的接触区域输送耦合介质。将测量得到的数据通过线缆6回传。

也就是说，通过升降支架调整测量点，针对上倾孔这类非垂直深孔，能够避免设备自重的影响，根据需要灵活的选择测量点。

通过耦合介质输送结构向声波测试探头的换能器(7、8、9)与孔壁接触的局部区域输送稳定的耦合介质，例如水，从而实现测量需求；并不需要将设备全部浸在耦合介质中；配合升降支架选择测量点，从而能够根据需要选择钻孔内部各个方向的测量点并保证高质量的进行测试操作；装置操作便捷，可靠性高，测量精度得到保证。

具体来说，所述耦合介质输送结构包括：探头支座3，所述探头支座3底部与所述升降支架铰接连接；还包括：输送管路，所述输送管路固定在所述探头支座上部，用于向固定在所述探头支座内的声波测试探头的换能器与所述孔壁接触区域输送耦合介质。

参见图3～5，所述输送管路包括：第一喷口302以及与之喷射方向相反的第二喷口；第三喷口303，所述第三喷口303设置在所述第一喷口302与所述第二喷口之间，喷射方向朝向所述第一喷302口与所述第二喷口之间的区域；耦合介质总管304，分别与所述第一喷口301、所述第二喷口以及所述第三方喷口303连通，用于输送耦合介质。

进一步地，所述第一喷口302包括：对称设置的第一左翼喷口以及第一右翼喷口；所述第二喷口包括：对称设置的第二左翼喷口以及第二右翼喷口；所述第三喷口包括：对称设置的第三左翼喷口以及第三右翼喷口；其中，在执行声波测试操作时，所述第一左翼喷口以及所述第一右翼喷口向所述声波测试探头与所述孔壁的接触区域输送耦合介质；所述第二左翼喷口以及所述第二右翼喷口向所述声波测试探头与所述孔壁的接触区域输送耦合介质；所述第三左翼喷口以及所述第三右翼喷口向所述声波测试探头与所述孔壁的接触区域输送耦合介质。

进一步地，所述探头支座3包括：半圆形槽板；所述半圆形槽板的两侧顶端对称设置左上侧翼、右上侧翼、左下侧翼以及右下侧翼；所述第一左翼喷口设置在所述左上侧翼上，朝向所述左下侧翼；所述第一右翼喷口设置在所述右上侧翼上，朝向所述右下侧翼；所述第二左翼喷口设置在所述左下侧翼上，朝向所述左上侧翼；所述第二右翼喷口设置在所述右下侧翼上，朝向所述右上侧翼；所述第三左翼喷口设置在所述半圆形槽板顶端，位于所述左上侧翼和左下侧翼；所述第三右翼喷口设置在所述半圆形槽板顶端，位于所述右上侧翼和右下侧翼之间。

进一步地，所述左上侧翼、所述右上侧翼、所述左下侧翼以及所述右下侧翼为弧形延伸结构；其中，在执行声波测试操作时，所述左上侧翼、所述右上侧翼、所述左下侧翼以及所述右下侧翼将所述声波探头压紧在所述半圆形槽板内。

所述半圆形槽板内部，对应于声波测试探头上的换能器7、8、9的位置设置环形槽306，避免换能器与槽板相连，影响测量。

参见图6～9，所述升降支架包括：底杆1；以及与之铰接的侧管组2；侧管组2包括：第一侧管，所述第一侧管第一端203与所述底杆1铰接，所述第一侧管第二端204与所述探头支座3底部铰接；第二侧管，所述第二侧管第一端203与所述底杆1铰接，所述第二侧管第二端204与所述探头支座3底部铰接；驱动部件，所述驱动部件分别与所述第一侧管和所述第二侧管相连，驱动所述第一侧管和所述第二侧管绕所述底杆转动。

进一步地，所述驱动部件包括：第一滑动支杆4a以及第二滑动支杆4b；所述第一滑动支杆4a两端分别嵌于所述底杆1以及所述第一侧管开设的滑槽内，可沿所述滑槽滑动，推动所述第一侧管4a绕所述底杆1转动；所述第二滑动支杆4b两端分别嵌于所述底杆1以及所述第二侧管开设的滑槽内，可沿所述滑槽滑动，推动所述第二侧管4b绕所述底杆1转动；其中，所述底杆1上，所述第一滑动支杆4a以及所述第二滑动支杆4b之间设置第一通孔103；所述底杆1上，所述第二滑动支杆4b行程外，设置第二通孔104；所述第一滑动支杆4a以及所述第二滑动支杆4b通过拉索连接，所述拉索自所述第一滑动支杆4a开始，依次穿过所述第一通孔103，底杆的中空结构105以及所述第二通孔104与所述第二滑动支杆4b相连。

其中，底杆1上设置的滑槽101，其直径只能容纳一个滑动支杆，两滑动支杆只能平行运动，滑槽下方局部段设有一中空结构105，能穿过滑动支杆之间的拉索。

参见图8和图9，所述第一滑动支杆包括：杆身以及位于其两端的球形结构402，两者通过紧固件401连接，所述球形结构402嵌于滑槽内。

所述第二滑动支杆与所述第一滑动支杆的结构一致。其中所述第一滑动支杆上连接一牵引绳403，所述第二滑动支杆上连接一牵引绳404。

通过拉所述牵引绳403能够使得滑动支杆相背滑动，将声波测试探头升起；拉所述牵引绳404能够使得滑动支杆相向滑动，将声波测试探头降落。

进一步地，所述第一侧管和所述第二侧管中部均设置通孔滑槽201；所述第一侧管和所述第二侧管交叉设置，并通过销轴202穿过所述通孔滑槽固定在一起。

一种全方位多角度的岩体钻孔声波测试装置，包括：所述的辅助装置和声波测试探头；所述声波测试探头固定在所述耦合介质输送结构内。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请实施例中提供的全方位多角度声波测试辅助装置，通过耦合介质输送结构来承载固定声波测试探头，并在其与孔壁接触的局部区域输送稳定的耦合介质，从而建立可靠的测量耦合环境，提升声波测量的可靠性；更重要的是，其针对上倾孔这类特殊的钻孔结构，通常耦合介质并不能稳定驻留在接触区域，或者通过气囊结构其本身也影响声波测量，从而严重影响测量的可靠性；本申请的耦合介质输送结构仅仅需要保持接触区域的耦合环境，保证了测量需要的同时，其本身的建立过程也简便高效；同时，通过升降支架，在此类上倾孔中能够克服设备自重，以孔壁为支点，调整测量接触点，从而使得声波测量探头能够在深孔中实现多点测量，保证了测量数据的全面性，从而整体上提升测量数据的可靠性和完整性。

进一步地，通过设置第一左翼喷口、第一右翼喷口、第二左翼喷口、第二右翼喷口、第三左翼喷口以及第三右翼喷口形成围绕接触区域的六点耦合介质输送点，实现全覆盖设计，保证建立可靠的耦合环境。

进一步地，通过半圆形槽板以及侧翼结构能够实现耦合介质的输入，实现辅助结构的简化；同时，能够稳定的固定声波测试探头；也能够起到良好的保护作用；包住了探头的大部分裸露面，当发生塌孔或者缩孔时，释放侧管与底杆对护筒的压力，拉动传输线即可将测试探头取出孔外，在一定程度上保护了测试探头，大大降低了碎岩块对探头的损伤，同时也降低了因为卡孔而无法取出测试探头的风险。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。