一种波速测试系统的制作方法

本实用新型涉及工程测试技术领域，尤其提供一种波速测试系统。

背景技术：

单孔法波速测试是岩土工程勘察中测试岩土体剪切波速度、压缩波速度、动剪切模量、动弹性模量及动泊松比的重要手段，目前单孔法波速测试多采用地表瞬态激振，使用大锤在孔口水平向敲击上压重物的剪切板激发剪切波成分占比高的地震波、竖直向敲击圆铁板激发压缩波成分占比高的地震波，利用放置在孔内指定深度的三分量检波器和波速测试仪器接收地面激振、由地层介质传递至孔内的地震波，通过速度最快、首先到达的特征识别压缩波；通过正反向敲击剪切板，质点振动极性相反、波形反向的特征识别剪切波。

目前，瞬态激振单孔法波速测试装置简单、方便易行，在原状土层有较好的测试效果，但在特定的地质条件下，应用效果不佳，如某些存在井液的波速较高的地层、尤其是岩石钻孔中，可能受到斯通利波和其他干扰波的影响，剪切波难以识别，测试误差较大。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种波速测试系统，旨在解决现有技术中的波速测试装置对剪切波难以识别、测试误差大的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种波速测试系统，包括：振源装置、振动检测装置和波速测试装置；振源装置包括信号发生模块和激振模块，信号发生模块与激振模块相连，波速测试装置与振动检测装置相连；信号发生模块产生正弦波信号，并驱动激振模块产生相应的振源振动信号，振动检测装置布置于振源装置附近的钻孔内的测点处，用于检测测点处的振动信号，并将振动信号发送至波速测试装置，波速测试装置根据振动信号得到波速测试结果。

在一个实施例中，信号发生模块包括信号发生器和功率放大器；信号发生器与功率放大器相连；功率放大器与所述激振模块相连；信号发生器产生正弦波信号，并将正弦波信号发送至功率放大器，功率放大器放大正弦波信号，并发送放大的正弦波信号至激振模块。

在一个实施例中，激振模块包括激振器、激振块体和配重块；信号发生模块与激振器相连，激振器与配重块相连，激振器通过预埋螺杆或钻孔植筋方式与激振块体相连。

在一个实施例中，激振模块还包括防干扰机构，防干扰机构包括滚轮或悬挂部件；滚轮设于配重块底部，用于隔离配重块与地面；悬挂部件吊装在配重块顶部，用于使激振器及配重块悬空固定。

在一个实施例中，振动检测装置包括检波器和连接部件；检波器与连接部件的底部固定连接，检波器通过连接部件固定至钻孔的测点处。

在一个实施例中，连接部件包括方向连接杆；方向连接杆用于控制检波器的灵敏方向。

在一个实施例中，振源装置还包括振源振动传感器，振源振动传感器设于激振块体表面；振源振动传感器采集振源装置的振源振动信号，并将振源振动信号发送至波速测试装置；波速测试装置根据振源振动信号和测点振动信号得到波速测试结果。

在一个实施例中，振动检测装置还包括贴壁器件；贴壁器件设于检波器侧表面，用于将检波器贴靠在孔壁上。

在一个实施例中，检波器包括压电式加速度传感器。

在一个实施例中，波速测试装置包括波速测试仪。

本实用新型实施例的有益效果：本实用新型实施例提供的波速测试系统包括振源装置、振动检测装置和波速测试装置，振源装置包括信号发生模块和激振模块，其中信号发生模块产生正弦波信号，并驱动激振模块产生相应的振源振动信号，振动检测装置布置于振源装置附近的钻孔内的测点处，用于检测测点处的振动信号，并将振动信号发送至波速测试装置，波速测试装置根据振动信号得到波速测试结果。本实用新型实施例通过振源装置产生较强的地震波，通过检波器检测得到钻孔内振动信号，并通过波速测试装置获取波速测试结果，实现了对地震波的测试，提高了地震波的测试精度和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型一个实施例提供的一种波速测试系统的结构示意图；

图2为本实用新型一个实施例提供的另一种波速测试系统的结构示意图；

图3为本实用新型一个实施例提供的一种激振模块的结构示意图；

图4为本实用新型一个实施例提供的另一种激振模块的结构示意图；

图5为本实用新型一个实施例提供的又一种激振模块的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请参考图1，图1示出了本实用新型一个实施例提供的波速测试系统1结构示意图，具体包括：

在一个实施例中，波速测试系统1包括振源装置11、振动检测装置12和波速测试装置13。振源装置11包括信号发生模块111和激振模块112，信号发生模块111与激振模块112相连，波速测试装置13与振动检测装置12相连。信号发生模块111产生正弦波信号，并驱动激振模块112产生相应的振源振动信号，振动检测装置12布置于振源装置11附近的钻孔内的测点处，用于检测测点处的振动信号，并将振动信号发送至波速测试装置13，波速测试装置13根据振动信号得到波速测试结果。

在本实施例中，波速测试系统1为基于单孔法测试原理的系统，用于检测地震波在地层中的测点速度。

在本实施例中，波速测试系统1包括振源装置11，振源装置11包括信号发生模块111和激振模块112，其中信号发生模块111用于产生测试需要的各种频率的正弦波信号，并驱动激振模块112产生简谐振动，生成振源振动信号，优选地，简谐振动为稳态正弦激振，振源振动信号为稳态振动信号。

在本实施例中，振源装置11布置于地表的钻孔位置附近，钻孔内可以根据地层深度布置多个测点，振动检测装置12置于钻孔内的测点处，用于检测振源装置11发出的简谐振动在测点处的测点振动信号。

在本实施例中，波速测试装置13接收振源装置11发出的振源振动信号和振动检测装置12检测的测点振动信号，波速测试装置13根据振源振动信号得到振源振动波形，根据测点振动信号得到测点振动波形，然后根据振源振动波形和测点振动波形得到波速测试结果，波速测试结果包括波速结果及地基土动态参数，其中波速结果包括测点波速和地层波速，地基土动态参数包括动剪切模量、动弹性模量及动泊松比。

在本实施例中，通过获取钻孔内不同测点的振源振动波形和测点振动波形，得到不同测点深度的测点振动波形组成的波列图，其中相邻测点间间距可以设置为1m，然后根据波列图得到地震波到达每个测点的时间，从而根据地震波在相邻两个测点间的时间差及对应的测点间距，得到测点波速。

在本实施例中，当测量地层波速时，相邻地层间包括多个测点，通过波列图得到相邻地层间距及相邻地层间的地震波到达时间差，则可得到不同地层间的地层波速。

从上述实施例可知，本实用新型实施例包括振源装置11、振动检测装置12和波速测试装置13，其中信号发生模块111产生正弦波信号，并驱动激振模块112产生相应的振源振动信号，振动检测装置12布置于振源装置11附近的钻孔内的测点处，用于检测测点处的振动信号，并将振动信号发送至波速测试装置13，波速测试装置13根据振动信号得到波速测试结果。本实用新型实施例通过振源装置11产生较强地震波，通过检波器检测得到钻孔内振动信号，并通过波速测试装置13获取波速测试结果，实现了对地震波的测试，提高了地震波的测试精度和可靠性。

请参考图2，图2示出了本实用新型一个实施例提供的波速测试系统1结构示意图，具体包括：

在一个实施例中，信号发生模块111包括信号发生器1111和功率放大器1112；信号发生器1111与功率放大器1112相连；功率放大器1111与激振模块112相连；信号发生器1111产生正弦波信号，并将正弦波信号发送至功率放大器1112，功率放大器1112放大正弦波信号，并发送放大的正弦波信号至激振模块112。

在本实施例中，信号发生模块111包括信号发生器1111和功率放大器1112，信号发生器1111可以产生波速测试需要的各种频率的正弦波信号，功率放大器1112将正弦波信号放大，并将正弦波信号发送给激振模块112，激振模块112根据正弦波信号产生相应频率的振源振动信号，通过调整功率放大器1112的输出电流，可以控制激振模块112的出力大小。

在一个实施例中，激振模块112包括激振器1121、激振块体1122和配重块1123；信号发生模块111与激振器1121相连，激振器1121与配重块1123相连，激振器1121通过预埋螺杆或钻孔植筋方式与激振块体1122相连。

在本实施例中，如图2所示，激振模块112包括激振器1121、激振块体1122和配重块1123。其中激振器1121可以采用电磁式激振器，电磁式激振器的优点在于其能提供从几赫兹到上千赫兹的机械振动，能满足软硬不同的土质地基和岩石地基对振动频率的测试要求。电磁式激振器最大激振力的选择根据测试地层及测试深度确定。为了激发激振器1121足够能量的机械振动，使测试时检波器接收到信噪比较好的振动信号，激振器1121应有较大的出力，土层测试时出力宜达到1000N，岩层测试时出力宜达到3000N，测试前应根据测试对象选择出力满足要求的电磁式激振器。

在本实施例中，电磁式激振器与信号发生器1111、功率放大器1112配套使用，信号发生器1111可以产生测试需要的各种频率的正弦波信号，功率放大器1112将正弦波信号放大，驱动电磁式激振器产生相应频率的振源振动信号，并且通过调整功率放大器1112的输出电流，可以控制激振器1121的出力大小。

在本实施例中，激振块体1122一般采用预制混凝土块，激振器1121工作时，激振块体1122与地层形成的质量-弹簧体系做受迫振动。改变激振器1121工作频率，当激振器1121工作频率接近质量-弹簧体系的固有频率时，受迫振动的振幅快速增大，在质量-弹簧体系的固有频率附近达到最大值。为了有好的测试效果，使检波器接收到的振动信号有较高的信噪比，测试时可以使激振器1121工作在激振块体1122和地层构成的质量-弹簧体系的固有频率附近，因此，正式测试前，可以先利用激振器1121进行扫频，测试激振块体1122与地层形成的质量-弹簧体系的固有频率。

在本实施例中，配重块1123的作用在于限制激振器1121振动部分的位移，使激振器1121以较大的激振力和较低的频率工作时，振动位移不超出激振器1121设备本身的要求。配重块1123可以选择钢板或混凝土块，通过合适的方式与激振器1121牢固联接。

从上述实施例可知，通过信号发生器1111、功率放大器1112、激振器1121、激振块体1122和配重块1123的相互配合，得到信噪比最好的振源振动信号，从而提高最终测得波速的准确性。

在一个实施例中，激振模块112还包括防干扰机构，防干扰机构包括滚轮或悬挂部件。滚轮设于配重块1123底部，用于隔离配重块1123与地面；悬挂部件吊装在配重块1123顶部，用于使激振器1121及配重块1123悬空固定。

在本实施例中，为了减轻激振器1121工作时自身引起的地面振动与激振块体1122的简谐振动的相互干扰，激振模块112还包括防干扰机构。

在本实施例中，如图3所示，图3示出了激振模块112的一种连接方式。

在本实施例中，当测试的地震波为剪切波时，防干扰机构包括滚轮1125。其中，激振器1121与配重块1123的侧面连为一体，滚轮1125设于配重块1123底部，通过地表滚动的方式使激振器1121水平放置并与激振块体1122的侧面连接。这样可以减轻激振器1121工作时自身引起的地面振动与激振块体1122振动的相互干扰。

在本实施例中，如图4所示，图4示出了激振模块112的另一种连接方式。

在本实施例中，当测试的地震波为剪切波时，防干扰机构还可以为悬挂部件1126，悬挂部件1126包括弹簧及固定器件。配重块1123上部通过弹簧固定在悬挂部件1126的固定器件上，配重块1123侧面与激振器1121连接，激振器1121水平放置并与激振块体1122的侧面连接，这样可以减轻激振器1121工作时自身引起的地面振动与激振块体1122振动的相互干扰。

在本实施例中，如图5所示，图5示出了激振模块112的又一种连接方式。

在本实施例中，当测试的地震波为压缩波时，防干扰机构可以为悬挂部件1126，激振模块112的连接关系为：

悬挂部件1126包括弹簧及固定器件。配重块1123上部通过弹簧固定在悬挂部件1126的固定器件上，配重块1123底部与激振器1121连接，激振器1121竖直放置并与激振块体1122的上部连接，这样可以减轻激振器1121工作时自身引起的地面振动与激振块体1122振动的相互干扰。

在一个实施例中，振动检测装置12包括检波器121和连接部件122；检波器121与连接部件122的底部固定连接，检波器121通过连接部件122固定至钻孔的测点处。

在一个实施例中，放置在钻孔内的检波器121数量可以为一个，也可以为多个。当放置在钻孔内的检波器121为多个时，可以按照一定间距做成阵列式地震波接收装置。阵列式接收装置的优势在于可以实时测量地层的波速，或快速测量特定深度地层的波速。

在本实施例中，振动检测装置12包括检波器121和连接部件122。

在本实施例中，检波器121用于检测钻孔内测点处的振动信号，由于钻孔内通常存在井液，故检波器121需密封在容器中，做好防水处理，并标识好灵敏方向。

在本实施例中，连接部件122用于将检波器121固定深入到钻孔内的测点处。

在本实用新型的一个实施例中，检波器121还可以与连接部件122的侧面固定连接，检波器121通过连接部件122固定至钻孔的测点处。

在一个实施例中，连接部件122包括方向连接杆；方向连接杆用于控制检波器的灵敏方向。

在本实施例中，在测试剪切波时，为了使检波器121的灵敏方向和激振器1121的振动方向保持一致，连接部件122包括方向连接杆，方向连接杆为具有一定扭转刚度的塑料管材(如PPR管)或薄壁不锈钢管材做连接材料。检波器121放置到钻孔内的测点位置后，通过旋转方向连接杆调整检波器121灵敏方向，使之与剪切波水平振动方向一致。

在本实施例中，在测试压缩波时，将检波器121竖直放置后，检波器121与振动方向自然保持一致，所以连接部件122可以为绳索。

在一个实施例中，振源装置11还包括振源振动传感器1124，振源振动传感器1124设于激振块体1122表面；振源振动传感器1124采集振源装置11的振源振动信号，并将振源振动信号发送至波速测试装置13，波速测试装置13根据振源振动信号和测点振动信号得到波速测试结果。

在本实施例中，振源振动传感器1124用于检测振源振动信号，可以在激振块体1122上表面中心部位安装与钻孔内检波器同型号、同类型并经过相位一致性检验的传感器，并使振源振动传感器1124的灵敏方向与激振器1121简谐振动方向一致，振源振动传感器1124检测振源振动信号，并将振源振动信号发送至波速测试装置13。

在本实用新型的一个实施例中，振动检测装置12还可以包括方向控制机构，方向控制机构分别与波速测试装置13和方向连接杆连接。

在本实施例中，波速测试装置13通过接收振源振动信号，得到振源振动方向，并根据振源振动方向生成方向控制命令，波速测试装置13发送方向控制信号至方向控制机构，驱动方向控制机构调整方向连接杆，从而使与方向连接杆连接的检波器121的灵敏方向与振源振动信号的方向相同。

在本实用新型的一个实施例中，也可以通过激振器1121与激振块体1122的位置关系得到振源振动方向，然后手动调节方向控制杆的方向，从而调整与方向控制杆连接的检波器121的灵敏方向，提高检波器121的信号检测精度。

在一个实施例中，振动检测装置12还包括贴壁器件；贴壁器件设置于检波器侧表面，用于将检波器贴靠在孔壁上。

在本实施例中，振动检测装置12还包括贴壁器件，贴壁器件可以为支撑臂或者吸附器，通过贴壁器件将检波器与孔壁紧密贴合，以保证检波器与地层同步振动，有利于对地震波的检测。

从上述实施例可知，通过贴壁装置将检波器121与孔壁贴合，从而得到更佳的地震波，进一步提高了波速测试结果的准确性。

在一个实施例中，检波器121包括压电式加速度传感器。

在本实施例中，检波器121宜选用灵敏度高、频带宽的内置前置放大器的压电式加速度传感器。由于振动信号微弱，尤其是钻孔内较深的测点和岩石地层，振动的幅度非常小，故使用高灵敏度的传感器非常必要，岩石地层测试时要求振动频率较高，需要传感器具有较宽的频带，相对而言，压电式加速度传感器更容易满足测试要求。合适的条件下，也可以使用灵敏度、灵敏方向、频带宽度符合测试要求的磁电式速度计。

在一个实施例中，波速测试装置13包括波速测试仪。

波速测试装置13可以使用波速测试仪、基桩动测仪、浅层地震仪等设备，基桩动测仪本身可以接压电式加速度传感器，波速测试仪和浅层地震仪通常只能接速度计，测试使用加速度计时还需要配合使用其他可给检波器提供偏置电压的仪器设备。

从上述实施例可知，通过波速测试系统激发、接收水平向或竖直向的简谐振动，接收钻孔内不同深度的振动信号，利用机械振动在振源和孔内不同深度的相位差，可以很容易地计算剪切波或者压缩波在地层中的传播时间，稳态振动信号可以压制钻孔中存在的斯通利波的干扰，提高信号的可靠性。

从上述实施例可知，通过利用电磁式激振器，可以在很宽的频带激发简谐振动，满足不同地层的测试要求。而放置到钻孔内的检波器通过具有一定扭转刚度的杆件连接至地面以上，可以很方便地调整检波器的灵敏方向，使之与激振块振动方向一致，从而使不同深度测点测试的振动波形的相位具有可比性。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。