專(zhuān)利名稱(chēng)：一種在水面上作水底地質(zhì)勘查裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水聲法地質(zhì)勘查技術(shù)，特別涉及可以在江河湖海對(duì)地底下的泥、砂、礫石、卵石層、拋片石層作高分辨率的厚度、深度探查，也可對(duì)深水底下的地層進(jìn)行高分辨率探查的一種在水面上作水底地質(zhì)勘查裝置。
背景技術(shù)：
目前國(guó)內(nèi)外的水聲法探查儀器或稱(chēng)作“淺地層剖面儀”，其弱點(diǎn)是無(wú)法穿透粗砂、卵石、片石層，對(duì)水底巖層的穿透能力亦極弱；或穿透力雖強(qiáng)但其分辨率不高，因?yàn)闊o(wú)論其發(fā)射源發(fā)射頻率是分段發(fā)射或掃頻發(fā)射，其接收裝置均為窄頻，它們的水聽(tīng)器在工作頻率范圍內(nèi)會(huì)因固有頻率而放大了某些頻率信號(hào)，壓制其它信號(hào)，產(chǎn)生余振，降低分辨率；若采用聲學(xué)發(fā)射源，發(fā)射及接收的頻率高，分辨率高，但發(fā)射能量弱，穿透力弱；若采用電火花發(fā)射源，發(fā)射能量強(qiáng)，但使用頻率較低，分辨率低。而且這些水聽(tīng)器均有一定的余振，使得它們?cè)诮邮盏椒瓷洳ㄖ筮€有2-3個(gè)周期的余振，降低了它們的分辨率。對(duì)于水底的薄層來(lái)說(shuō)，淤泥層、砂層，是容易被聲波穿透的，而卵石層、片石層等則是強(qiáng)反射、散射面，頻率高的聲波被反射或散射回來(lái)，不能向下穿透；較低頻的彈性波則穿透力較強(qiáng)，但分辨率不夠。而且還會(huì)因不同的反射面及介質(zhì)，對(duì)不同頻段聲波的反射和穿透性能不同。這就使得現(xiàn)有的水聲勘探儀器或淺地層剖面儀穿不透粗砂、卵石、片石層，而分辨率不夠。例如在“工程物探”1998年10月的第三期上發(fā)表的使用美國(guó)Edgetech公司生產(chǎn)的X-STAR剖面儀采用4組相匹配的發(fā)射陣列和接受陣列，可穿透砂層和泥層，在黃河上可測(cè)出淤泥層及其下覆的水底片石層的頂界，但不能穿透片石層，以及美國(guó)MEP305系列淺地層剖面儀，采用電火花震源，放電功率達(dá)800J，接受的反射波頻率為300～400Hz，顯然頻率偏低且頻寬太窄。及中國(guó)產(chǎn)的GPY水域淺地層剖面探測(cè)系統(tǒng)等，都未考慮超寬頻帶高保真的接收和分段帶通濾波的數(shù)據(jù)處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在水面作水底地質(zhì)勘查裝置，包含發(fā)射寬頻帶聲波的發(fā)射源，如使用電火花、氣槍或使用鋼桶機(jī)械敲擊為震源、使用超寬頻帶水聽(tīng)器和超寬頻帶數(shù)字化接收器，其特征在于使用可調(diào)發(fā)射能量的電火花發(fā)生器，用于在發(fā)射能量小時(shí)，發(fā)射高頻段波，分辨率高，充電時(shí)間短；在發(fā)射能量大時(shí)，發(fā)射中低頻段波，穿透能力強(qiáng)，分辨率降低，充電時(shí)間加長(zhǎng)，但可勘探深度大；有時(shí)使用鋼桶機(jī)械敲擊為震源，發(fā)射寬頻帶的波。
所述水聽(tīng)器為采用壓電材料作拾震器元件，選擇接收頻段遠(yuǎn)在其固有頻率之外的加速度傳感器，并有放大信號(hào)作用，因其超寬頻帶、定向性強(qiáng)的特性，因此用于在幾Hz-幾KHz范圍內(nèi)接收反射信號(hào)，并且無(wú)畸變地接收全頻段的反射信號(hào)，得到無(wú)余振的效果。
所述寬頻帶數(shù)字接收器至少包含一個(gè)DSP數(shù)字信號(hào)處理的信息流陣列協(xié)處理器，或便攜式微機(jī)作接收機(jī)主件，可以將接收到的全部信號(hào)存貯于儀器中，用于將實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)采集的信息進(jìn)行必要的資料處理，資料處理時(shí)可根據(jù)被測(cè)對(duì)象反射信號(hào)的特點(diǎn)分頻段分別作多個(gè)窗口的帶通濾波，分別提取不同頻段的信息。這樣處理的資料可以用不同頻段窗口更好地反映了某一或某幾個(gè)反射面，將不同窗口處理的資料相互對(duì)比進(jìn)行資料解釋。
本發(fā)明的有益效果是采用超寬帶可調(diào)節(jié)的聲波發(fā)射源，超寬帶水聽(tīng)器及數(shù)字化接收器?？稍趶膸譵到約幾十m深的水面上實(shí)測(cè)得到剖面圖，再經(jīng)過(guò)計(jì)算處理后，可以看到波已穿透了淤泥層和江底拋石層，并可根據(jù)淤泥面反射波的頻率(約1500～2500Hz)、拋石表面散射(反射)波的頻率(約3000～4000Hz)和江底的反射波的頻率(約1500Hz)的不同將它們辨認(rèn)出來(lái)，可分辨出僅厚1m的層。將不同窗口的處理資料對(duì)比，作出水底地質(zhì)圖。


圖1為在一次實(shí)測(cè)中接收到的信號(hào)的頻譜；圖2為現(xiàn)場(chǎng)所測(cè)的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明為一種在水面上作水底地質(zhì)勘查裝置，它包含發(fā)射寬頻帶聲波的發(fā)射源，如使用電火花、氣槍或使用鋼桶機(jī)械敲擊為震源，使用超寬頻帶水聽(tīng)器和超寬頻帶數(shù)字化接收器。本發(fā)明使用可調(diào)發(fā)射能量的電火花發(fā)生器為聲波發(fā)射的震源，用于在發(fā)射能量小時(shí)，發(fā)射高頻波，分辨率高，充電時(shí)間短；在發(fā)射能量大時(shí)，發(fā)射中低頻波，穿透能力強(qiáng)，分辨率降低，充電時(shí)間加長(zhǎng)，但可勘探深度大。有時(shí)還使用鋼桶機(jī)械敲擊作為震源發(fā)射寬帶波。
本發(fā)明水聲器為采用壓電材作拾震器元件，選擇接收頻段遠(yuǎn)在其固有頻率之外的加速度傳感器。并有放大信號(hào)的功能。因具有超寬帶和定向性強(qiáng)的特性，因此在用于在幾Hz-幾KHz范圍內(nèi)接收信號(hào)，并無(wú)畸變地接收全頻段的反射信號(hào)，不會(huì)產(chǎn)生余振；如圖1所示，在低頻和高頻段的接收發(fā)射信號(hào)的頻譜比較干凈、完整。
本發(fā)明使用的超寬頻帶數(shù)字接收器至少包含一個(gè)DSP數(shù)字信號(hào)處理的信息流陣列協(xié)處理器，或用便攜式微作接收機(jī)主件?？梢詫⒔邮盏降娜啃盘?hào)存貯于儀器中，便于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集的信息進(jìn)行必要的實(shí)時(shí)資料處理，特別是可根據(jù)被測(cè)對(duì)象反射信號(hào)的特點(diǎn)分頻段分別作多個(gè)窗口的帶通濾波(每個(gè)窗口通頻帶在100～200Hz、甚或1000Hz的寬頻帶)，分別提取不同頻段的信息。這樣處理的資料可能用不同頻段窗口更好地反映了某一或某幾個(gè)反射面，如圖2所示的現(xiàn)場(chǎng)所測(cè)剖面圖中所示A為淤泥層，B為拋石層，C為江底。將不同窗口處理的資料相互對(duì)比，得出水底地質(zhì)概況圖來(lái)，并進(jìn)行資料解釋。
權(quán)利要求
1.一種在水面上作水底地質(zhì)勘查裝置，包含發(fā)射寬頻帶的聲波的發(fā)射源，如使用電火花、氣槍或使用鋼桶機(jī)械敲擊為震源、使用超寬頻帶水聽(tīng)器和超寬頻帶數(shù)字化接收器，其特征在于使用可調(diào)發(fā)射能量的電火花發(fā)生器，用于在發(fā)射能量小時(shí)，發(fā)射高頻段波，分辨率高，充電時(shí)間短；在發(fā)射能量大時(shí)，發(fā)射中低頻段波，穿透能力強(qiáng)，分辨率降低，充電時(shí)間加長(zhǎng)，但可勘探深度大；有時(shí)使用鋼桶機(jī)械敲擊為震源，發(fā)射寬頻帶的波。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種在水面上作水底地質(zhì)勘查裝置，其特征在于所述水聽(tīng)器為采用壓電材料作拾震器元件，選擇接收頻段遠(yuǎn)在其固有頻率之外的加速度傳感器，并有放大信號(hào)作用，因其超寬頻帶、定向性強(qiáng)的特性，因此用于在幾Hz-幾KHz范圍內(nèi)接收反射信號(hào)，并且無(wú)畸變地接收全頻段的反射信號(hào)，得到無(wú)余振的效果。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種在水面上作水底地質(zhì)勘查裝置，其特征在于所述寬頻帶數(shù)字接收器至少包含一個(gè)DSP數(shù)字信號(hào)處理的信息流陣列協(xié)處理器，或便攜式微機(jī)作接收機(jī)主件，可以將接收到的全部信號(hào)存貯于儀器中，用于將實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)采集的信息進(jìn)行必要的資料處理，資料處理時(shí)可根據(jù)被測(cè)對(duì)象反射信號(hào)的特點(diǎn)分頻段分別作多個(gè)窗口的帶通濾波，分別提取不同頻段的信息，這樣處理的資料可以用不同頻段窗口更好地反映了某一或某幾個(gè)反射面，將不同窗口處理的資料相互對(duì)比進(jìn)行資料解釋。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了屬于地質(zhì)勘查設(shè)備的一種在水面作水底地質(zhì)勘查裝置。它使用了可調(diào)發(fā)射強(qiáng)度的寬頻帶發(fā)射源，超寬帶并對(duì)信號(hào)有放大功能的水聽(tīng)器及寬頻帶數(shù)字化接收器，在水面可對(duì)水底地層的地質(zhì)概況進(jìn)行勘查，在幾Hz到幾KHz的全頻段內(nèi)接收全部反射信號(hào)，不會(huì)發(fā)生余振；其靈敏度基本一致，具有全信息、高保真的特性?？梢院陀?jì)算機(jī)數(shù)字化連接、存儲(chǔ)全部信息，并可用寬頻帶通數(shù)字濾波器分窗口面分別提取不同頻段的反射信號(hào)，并進(jìn)行對(duì)比處理，經(jīng)定性定量解釋?zhuān)鞒鏊椎匦渭暗刭|(zhì)圖。
文檔編號(hào)G01V1/38GK1403835SQ0212081
公開(kāi)日2003年3月19日 申請(qǐng)日期2002年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月3日
發(fā)明者鐘世航, 孫宏志, 王榮 申請(qǐng)人:鐘世航, 孫宏志, 王榮