一种稳态剪切波测试孔内激振器及测试装置的制作方法

本实用新型属于岩土工程技术领域，更具体地说，是涉及一种稳态剪切波测试的孔内激振器及测试装置。

背景技术：

剪切波速是反映介质对剪切波传播能力和岩土体动力特性的一个重要参数，岩土层的剪切波速度指标在工程实践中得到了广泛的应用。单孔法波速测试是岩土勘察中测试岩土体剪切波速度的重要手段。

目前，单孔法剪切波速测试多采用地表瞬态激振，使用大锤在孔口水平方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，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，利用波在震源和检波器之间的距离和传播时间计算地层剪切波速。但是这种采用地表瞬态激振方式，当孔深较大或岩土层较硬，地表激振的能量可能无法满足深部测点的测试要求，或者当钻孔位于水域，无法通过地表敲击激发剪切波，导致无法进行剪切波的测试。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种稳态剪切波测试的孔内激振器及测试装置，以解决现有技术中存在的采用地表瞬态激振，当孔深较大或岩土层较硬，地表激振的能量可能无法满足深部测点的测试要求，或者当钻孔位于水域，无法通过地表敲击激发剪切波，导致无法进行剪切波的测试的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：本实用新型实施例提供的稳态剪切波测试的孔内激振器包括壳体、稳态激振装置和贴壁装置；

所述稳态激振装置包括硅钢片框架、电磁线圈和振动头，所述硅钢片框架固定在所述壳体的水平安装孔内，所述电磁线圈接入半波交流电信号，所述硅钢片框架和所述电磁线圈与所述壳体一起构成孔内激振器的不动部分；所述振动头与所述硅钢片框架通过弹性部件连接，所述振动头由软磁材料制作，位于所述水平安装孔的孔口处，所述振动头为所述孔内激振器的可动部分；

所述贴壁装置设置在壳体的两端。

进一步地，所述贴壁装置包括两个对称设置在所述壳体端部的贴壁机构，所述贴壁机构包括电动推杆、复位弹簧、撑壁杆；

所述电动推杆设置在所述壳体上，所述撑壁杆通过中部设置的支撑部件可转动的固定在所述壳体的侧壁上，所述撑壁杆的一端与所述电动推杆连接，所述撑壁杆的另一端与所述壳体通过所述复位弹簧连接。

进一步地，所述电磁线圈为漆包线电磁线圈。

进一步地，所述硅钢片框架与所述安装孔的侧壁通过螺栓固定。

进一步地，所述壳体为圆柱型。

进一步地，所述壳体的直径小于钻孔直径。

进一步地，所述弹性部件为橡胶弹簧或金属弹簧。

另一方面，本实用新型实施例还提供一种稳态剪切波测试装置，包括上述的稳态剪切波测试的孔内激振器，还包括检波器、交流信号发生器、功率放大器、半波整流模块、波速测试仪和贴壁装置控制开关；

所述稳态剪切波测试孔内激振器、检波器放置在钻孔内，所述稳态剪切波测试孔内激振器、所述检波器分别与所述剪切波波速测试仪电连接；

所述交流信号发生器与所述功率放大器电连接，所述功率放大器与所述半波整流模块电连接，所述半波整流模块与所述电磁线圈电连接；

所述贴壁装置控制开关与所述贴壁装置电连接。

进一步地，所述检波器的数量为两个。

进一步地，所述检波器设有所述贴壁装置。

本实用新型提供的稳态剪切波测试孔内激振器的有益效果在于：与现有技术相比，本实用新型稳态剪切波测试孔内激振器包括壳体、稳态激振装置和贴壁装置，所述稳态激振装置包括硅钢片框架、电磁线圈和振动头，所述硅钢片框架固定在所述壳体的水平安装孔内，所述电磁线圈接入半波交流电信号，所述硅钢片框架和所述电磁线圈与所述壳体一起构成孔内激振器的不动部分，所述振动头与所述硅钢片框架通过弹性部件连接，所述振动头位于所述水平安装孔的孔口处，所述振动头为所述孔内激振器的可动部分，所述贴壁装置设置在壳体的两端，电磁线圈接入半波交流电信号产生周期变化的磁场，在周期变化的磁场和弹性部件的作用下振动头往复运动，激振钻孔孔壁，在钻孔内激振出地层剪切波，以解决孔深较大、岩土层较硬或当钻孔位于水域时无法通过地表敲击激发剪切波的问题。

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为本实用新型实施例提供的稳态剪切波测试孔内激振器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的稳态剪切波测试装置的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的半波交流电信号示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

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”、“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1，现对本实用新型提供的一种稳态剪切波测试的孔内激振器进行说明。所述稳态剪切波测试孔内激振器，包括：壳体9、稳态激振装置10和贴壁装置8。

稳态激振装置包括硅钢片框架11、电磁线圈13和振动头15，硅钢片框架11固定在壳体9的水平安装孔91内，电磁线圈13接入半波交流电信号，硅钢片框架11和电磁线圈13与壳体9一起构成孔内激振器的不动部分，振动头15与硅钢片框架11通过弹性部件16连接，振动头15位于水平安装孔91的孔口处，振动头15为孔内激振器的可动部分，贴壁装置8设置在壳体9的两端。

在本实施例中，半波交流电信号如图3所示。振动头15材料可以是软磁材料制成。贴壁装置8设置在壳体9的两端，贴壁装置8与振动头设在壳体9对称的两侧，贴壁装置8由贴壁装置控制开关700控制实现贴壁。

壳体9为防腐蚀材料制成。

本实用新型提供的稳态剪切波测试孔内激振器工作原理如下：电磁线圈接入半波交流电信号，硅钢片框架和电磁线圈在半波交流电信号的作用下产生周期变化的磁场，振动头在周期变化的磁场和弹性部件的相互影响下，做往复运动形成振动，同时贴壁装置在贴壁装置控制开关700控制下可以贴壁使得振动头贴住钻孔孔壁，振动头激振钻孔孔壁，在钻孔内激振出地层剪切波。

从上述描述可知，本实用新型实施例提供的稳态剪切波测试孔内激振器，能够在钻孔内激振出地层剪切波，可解决孔深较大、岩土层较硬或当钻孔位于水域时无法通过地表敲击激发剪切波的问题。

进一步地，请参阅图1，作为本实用新型提供的稳态剪切波测试的孔内激振器的一种具体实施方式，所述贴壁装置8包括两个对称设置在壳体9端部的贴壁机构17，贴壁机构17包括电动推杆19、复位弹簧18、撑壁杆21；

电动推杆19设置在壳体9上，撑壁杆21通过中部设置的支撑部件22可转动的固定在壳体9的侧壁上，撑壁杆21的一端与电动推杆19连接，撑壁杆21的另一端与壳体9通过复位弹簧18连接。

其中，撑壁杆21的一端与电动推杆19通过连接杆20连接。

初始状态时，撑壁杆受到复位弹簧拉力，贴在激振器壳体上；当电动推杆接收到控制信号，电动推杆收缩，撑壁杆的一端受到电动推杆的拉力，撑壁杆展开支撑到钻孔孔壁上。

从上述描述可知，通过孔内激振器采取贴壁方式，激振器的能量能够更加集中地施加到钻孔孔壁上，同时有效减小了在水中传播的干扰波(如斯通利波)的影响，提高了测试信号的可靠性。

进一步地，所述电磁线圈13为漆包线电磁线圈。

进一步地，所述硅钢片框架11与安装孔91的侧壁通过螺栓固定。

进一步地，所述壳体9为圆柱型，以方便放入钻孔内。

进一步地，所述壳体9的直径小于钻孔直径。

请参阅图1和图2，现对本实用新型提供的一种稳态剪切波测试装置进行说明。所述用于稳态剪切波测试的测试装置包括上述实施例的孔内激振器100，还包括检波器200、交流信号发生器300、功率放大器400、半波整流模块500、剪切波速测试仪600和贴壁装置控制开关700。

稳态剪切波测试孔内激振器100、检波器200放置在钻孔内，稳态剪切波测试孔内激振器100、检波器200分别与剪切波波速测试仪600电连接。

交流信号发生器300与功率放大器400电连接，功率放大器400与半波整流模块500电连接，半波整流模块500与电磁线圈13电连接。

贴壁装置控制开关700与贴壁装置8电连接。其中贴壁装置控制开关700与电动推杆19电连接，用于控制电动推杆19伸缩。

在本实施例中，稳态剪切波测试孔内激振器100、检波器200之间通过隔声材料固定连接。

进一步地，所述检波器200的数量为两个。

进一步地，所述检波器200设有贴壁装置8。

本实用新型提供的稳态剪切波测试装置的工作原理如下：交流信号发生器输出交流电信号到功率放大器，其中交流信号发生器输出的交流电信号的频率可变；功率放大器对交流电信号进行放大处理，并输出到半波整流模块，交流电信号在经过半波整流模块后输出的交流电信号如图3所示；半波整流模块对放大后的交流电信号进行半波整流处理，并输出到孔内激振器；所述孔内激振器根据半波整流后的交流电信号水平振动，在地层中产生剪切波信号；检波器接收剪切波信号，剪切波波速测试仪接收检波器的剪切波信号，并根据剪切波信号计算出剪切波波速。

其中，剪切波波速测试仪为现有的剪切波波速测试仪。例如当检波器200的数量为两个时，剪切波波速测试仪根据剪切波信号计算出地层剪切波波速的方法为：两个检波器接收剪切波信号的时间差为Δt，两个检波器的距离为L，则地层剪切波波速Vs＝L/Δt。

需要说明的是：检波器可以是单分量检波器或三分量检波器。优选地，检波器为单分量压电式加速度传感器，该压电式加速度传感器内置前置放大器，灵敏度高、频带宽。孔内激振器与检波器之间联结的隔声材料，同时保证检波器的灵敏方向与孔内激振器的激振方向一致。由于振动信号微弱，尤其是钻孔深部测点和岩石地层，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、频带宽度符合测试要求的其他类型的检波器。

以上所述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。