專利名稱：一種滾動(dòng)式運(yùn)動(dòng)橫波傳感器及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及一種滾動(dòng)式運(yùn)動(dòng)橫波傳感器及其使用方法，適用于地球物理勘探和工程檢測(cè)中的地震勘探或彈性波勘探、檢測(cè)，應(yīng)用于平整表面介質(zhì)內(nèi)部工程隱患和缺陷勘察，特別是各種正在碾壓路基的質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控與檢測(cè)評(píng)估。
背景技術(shù)：
在建和在營(yíng)公路、鐵路路基路面檢測(cè)事關(guān)公路的使用效率和運(yùn)行壽命，受到業(yè)內(nèi)廣泛重視。在建路基的壓實(shí)度只有合格，才能保證路基、路面的強(qiáng)度、剛度及路面的平整度，以提高路基路面工程的使用壽命。路基路面壓實(shí)質(zhì)量的檢測(cè)技術(shù)和方法很多，目前壓實(shí)度測(cè)量的主要方法包括I)挖坑灌砂法測(cè)定壓實(shí)度，2)蠟封法，3)水袋法，4)環(huán)刀法測(cè)定壓實(shí)度，5)核子儀測(cè)定壓實(shí)度，6)落錘頻譜式路基壓實(shí)度快速測(cè)定儀。前四種為破壞性，后兩種為非破壞性檢測(cè)方法。在鐵路路基檢測(cè)目前各國(guó)都采用了多指標(biāo)控制體系.日本、韓國(guó)主要用地基系數(shù)K30和孔隙率η作為控制指標(biāo)；法國(guó)用Κ30、二次靜態(tài)變形模量Εν2和壓實(shí)系數(shù)K控制壓實(shí)質(zhì)量；德國(guó)用K30、Ev2、動(dòng)態(tài)彈性模量Evd、K和η控制壓實(shí)質(zhì)量，并對(duì)Εν2/Evl的比值有所要求；我國(guó)則采用K 30、E v2、Evd、K、η作為路基壓實(shí)控制標(biāo)準(zhǔn)。中國(guó)、法國(guó)、德國(guó)規(guī)范中都采用了 Κ30和Εν2，且中國(guó)在基床表層和底層引入了德國(guó)的Evd指標(biāo)。以上這類檢測(cè)方法和技術(shù)的共同特點(diǎn)屬于局部(點(diǎn))抽檢，是事后檢測(cè)手段，都不能整體反映路基壓實(shí)度情況。在建和在營(yíng)公路鐵路的路基路面質(zhì)量檢測(cè)采用的物探方法包括地質(zhì)雷達(dá)、面波勘探、電阻率法。地質(zhì)雷達(dá)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(cè)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)。面波勘探可以提供與力學(xué)性狀相關(guān)的剪切波參數(shù)，但只能以點(diǎn)測(cè)量的方式進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量效率和垂向、橫向分辨精度太低。如果能提供一種連續(xù)快速檢測(cè)技術(shù)，既能提供與路基路面介質(zhì)結(jié)構(gòu)力學(xué)性質(zhì)相關(guān)的物理參數(shù)指標(biāo)，同時(shí)能夠在線實(shí)時(shí)監(jiān)控碾壓質(zhì)量和路基狀況，將為公路、鐵路路基或路面檢測(cè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。橫波波速與介質(zhì)結(jié)構(gòu)彈性力學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)，其速度、主頻與薄層分辨能力具有相關(guān)性，而且橫波具有偏振特性，加以利用可以形成新的路基檢測(cè)與評(píng)估技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種能連續(xù)快速檢測(cè)的滾動(dòng)式運(yùn)動(dòng)橫波傳感器。本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種能連續(xù)快速檢測(cè)，既能提供與路基路面介質(zhì)結(jié)構(gòu)力學(xué)性質(zhì)相關(guān)的物理參數(shù)指標(biāo)，同時(shí)能夠在線實(shí)時(shí)監(jiān)控碾壓質(zhì)量和路基狀況的滾動(dòng)式運(yùn)動(dòng)橫波傳感器的使用方法。為了解決上述第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的滾動(dòng)式運(yùn)動(dòng)橫波傳感器，包括橫波傳感器，所述的橫波傳感器制作成圓柱體狀，所述的橫波傳感器的最佳耦合方向沿圓柱體軸向設(shè)置，在所述的橫波傳感器的兩端設(shè)有運(yùn)動(dòng)軸，所述的橫波傳感器的第一輸出信號(hào)極板、第二輸出信號(hào)極板分別通過(guò)第一電刷、第二電刷與地震信號(hào)采集儀器的信號(hào)傳輸導(dǎo)線相連。所述的運(yùn)動(dòng)軸上設(shè)有滾動(dòng)軸承，保證傳感器運(yùn)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)自如。所述的第一輸出信號(hào)極板、第二輸出信號(hào)極板制成環(huán)狀極板繞制設(shè)在所述的運(yùn)動(dòng)軸上且在所述的第一輸出信號(hào)極板與所述的第二輸出信號(hào)極板之間設(shè)有絕緣層。所述的第一輸出信號(hào)極板、第二輸出信號(hào)極板制成環(huán)狀極板設(shè)在所述的橫波傳感器I的側(cè)端壁上且在所述的第一輸出信號(hào)極板與所述的第二輸出信號(hào)極板之間設(shè)有絕緣層。在所述的橫波傳感器的圓柱體狀外殼上加工有形成垂直于傳感器軸向的凹凸相 間的環(huán)狀或齒狀外形。為了解決上述第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的滾動(dòng)式運(yùn)動(dòng)橫波傳感器的使用方法，將橫波激勵(lì)震源、一個(gè)或多個(gè)制作成圓柱體狀的橫波傳感器形成地震勘探排列，保持排列幾何參數(shù)，將橫波激勵(lì)震源與地震信號(hào)采集儀器通過(guò)觸發(fā)線電連接，將一個(gè)或多個(gè)制作成圓柱體狀的橫波傳感器與地震信號(hào)采集儀器通過(guò)信號(hào)傳輸導(dǎo)線電連接，通過(guò)人力或機(jī)械方式，拖動(dòng)整套排列的橫波激勵(lì)震源、一個(gè)或多個(gè)制作成圓柱體狀的橫波傳感器同步前進(jìn)，橫波激勵(lì)震源一次激發(fā)形成一個(gè)排列地震記錄，多次激發(fā)形成多個(gè)排列記錄。所述的橫波激勵(lì)震源采用平行于所述的橫波傳感器的軸向的兩個(gè)方向激勵(lì)，利用橫波的偏振特性，獲得正反向激勵(lì)地震排列記錄。利用橫波的偏振特性，通過(guò)兩個(gè)類型相同的所述的橫波傳感器I背向安裝，形成軸向一致耦合方向相反的兩個(gè)傳感器組合體，一次地震采集，在一個(gè)測(cè)量點(diǎn)上獲得一組雙向振動(dòng)記錄。采用上述技術(shù)方案的滾動(dòng)式運(yùn)動(dòng)橫波傳感器及其使用方法，橫波傳感器制作成圓柱體狀，橫波傳感器的最佳耦合方向沿圓柱體軸向設(shè)置，橫波傳感器的圓柱體狀傳感器外設(shè)有相互隔離的兩個(gè)環(huán)狀金屬隔離的極板，接入到地震信號(hào)采集儀器的兩個(gè)輸入端通過(guò)電刷分別與兩個(gè)極板相連。在傳感器的兩端加工伸出帶滾動(dòng)軸承的運(yùn)動(dòng)軸，通過(guò)運(yùn)動(dòng)軸帶動(dòng)傳感器在檢測(cè)介質(zhì)表面滾動(dòng)，來(lái)自地震勘探的振動(dòng)信號(hào)通過(guò)地表與傳感器水平耦合方式進(jìn)入地震信號(hào)采集儀器，完成橫波信號(hào)的采集。傳感器信號(hào)經(jīng)極板由電刷輸出到地震信號(hào)采集系統(tǒng)，電刷與環(huán)狀極板在傳感器運(yùn)動(dòng)中保持緊密持續(xù)的信號(hào)連接，圓柱體狀結(jié)構(gòu)的傳感器兩端加工伸出帶滾動(dòng)軸承的運(yùn)動(dòng)軸，傳感器以運(yùn)動(dòng)軸為動(dòng)力牽引，在被測(cè)介質(zhì)表面沿垂直于傳感器軸的方向上滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)前進(jìn)，運(yùn)動(dòng)軸配有軸承等滾動(dòng)器件，保證傳感器運(yùn)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)自如。使用一個(gè)傳感器可以進(jìn)行一發(fā)一收地震排列記錄，使用多個(gè)軸向平行線性排列的傳感器，可以實(shí)現(xiàn)一發(fā)多收的排列地震數(shù)據(jù)采集。利用橫波的偏振特性，通過(guò)平行于傳感器軸向的兩個(gè)方向激勵(lì)，獲得正反向激勵(lì)地震排列記錄。使用本發(fā)明提供的滾動(dòng)式運(yùn)動(dòng)橫波傳感器及其使用方法，持續(xù)運(yùn)動(dòng)中的橫波傳感器的耦合方向沒(méi)有發(fā)生變化，可以連續(xù)提供橫波勘探采集記錄，為碾壓路基質(zhì)量評(píng)估，路基路面結(jié)構(gòu)和隱患探測(cè)提供高效可靠的技術(shù)手段。利用橫波偏振特性制成雙向組合橫波傳感器或者用雙向橫波激勵(lì)模式進(jìn)行激發(fā)采集，都可以得到組合式橫波地震勘探排列記錄，為后續(xù)數(shù)據(jù)資料處理與解釋提供素材。該發(fā)明適用于各種在建公路、鐵路路基路面的質(zhì)量檢測(cè)與狀態(tài)評(píng)估，也可用于已運(yùn)行公路路面和路基檢測(cè)。



圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明環(huán)形極板的另外一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明雙向橫波傳感器組成結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是地震勘探中沿勘探剖面方向看橫波激勵(lì)震源雙向激勵(lì)方式示意圖。圖5是本發(fā)明橫波傳感器在地震勘探中從側(cè)面看排列布置示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。參見圖1，橫波傳感器I制作成圓柱體狀，橫波傳感器I的最佳耦合方向沿圓柱體軸向設(shè)置，橫波傳感器I的圓柱體狀外殼10上加工有形成垂直于傳感器軸向的凹凸相間的環(huán)狀或齒狀外形，在橫波傳感器I的兩端設(shè)有運(yùn)動(dòng)軸5，運(yùn)動(dòng)軸5上設(shè)有滾動(dòng)軸承6，橫波傳感器I的傳感器芯11連接有第一輸出信號(hào)極板2、第二輸出信號(hào)極板4,第一輸出信號(hào)極板
2、第二輸出信號(hào)極板4制成環(huán)狀極板繞制設(shè)在運(yùn)動(dòng)軸5上且在第一輸出信號(hào)極板2與第二輸出信號(hào)極板4之間設(shè)有絕緣層3，第一電刷7、第二電刷8分別與第一輸出信號(hào)極板2與第二輸出信號(hào)極板4接觸連接，第一電刷7、第二電刷8與地震信號(hào)采集儀器14的信號(hào)傳輸導(dǎo)線9相連。參見圖1，通過(guò)運(yùn)動(dòng)軸5帶動(dòng)橫波傳感器I在檢測(cè)系統(tǒng)表面滾動(dòng)，來(lái)自地震勘探的振動(dòng)信號(hào)通過(guò)水平耦合方式進(jìn)入地震信號(hào)采集儀器14，完成橫波信號(hào)的采集。參見圖2，橫波傳感器I制作成圓柱體狀，在橫波傳感器I的兩端設(shè)有運(yùn)動(dòng)軸5，運(yùn)動(dòng)軸5上設(shè)有滾動(dòng)軸承6，橫波傳感器I的傳感器芯11連接有第一輸出信號(hào)極板2、第二輸出信號(hào)極板4，第一輸出信號(hào)極板2、第二輸出信號(hào)極板4制成環(huán)狀極板繞制設(shè)在橫波傳感器I的側(cè)端壁上且在第一輸出信號(hào)極板2與第二輸出信號(hào)極板4之間設(shè)有絕緣層3，第一電刷7、第二電刷8分別與第一輸出信號(hào)極板2與第二輸出信號(hào)極板4接觸連接，第一電刷7、第二電刷8與地震信號(hào)采集儀器14的信號(hào)傳輸導(dǎo)線9相連。參見圖I和圖2,圓柱狀橫波傳感器的第一輸出信號(hào)極板2與第二輸出信號(hào)極板4做成的環(huán)狀極板可以采用包覆方式，繞運(yùn)動(dòng)軸5成型，也可以直接貼附在圓柱體狀的橫波傳感器I的兩個(gè)端面上，兩極板之間用絕緣材料隔離。參見圖I和圖3，兩個(gè)類型和性能參數(shù)完全相同的橫波傳感器I的傳感器芯11背對(duì)背安裝在圓柱外殼中，傳感器I禹合方向沿軸向正好相反，檢測(cè)兩個(gè)相反方向的偏振橫波。參見圖I、圖3、圖4和圖5，將橫波激勵(lì)震源12、一個(gè)或多個(gè)制作成圓柱體狀的橫波傳感器I形成地震勘探排列，保持排列幾何參數(shù)，將橫波激勵(lì)震源12與地震信號(hào)采集儀器14通過(guò)觸發(fā)線13電連接，將一個(gè)或多個(gè)制作成圓柱體狀的橫波傳感器I與地震信號(hào)采集儀器14通過(guò)信號(hào)傳輸導(dǎo)線9電連接，通過(guò)人力或機(jī)械方式，拖動(dòng)整套排列的橫波激勵(lì)震源12、一個(gè)或多個(gè)制作成圓柱體狀的橫波傳感器I同步前進(jìn)，橫波激勵(lì)震源12 —次激發(fā)形成一個(gè)排列地震記錄，多次激發(fā)形成多個(gè)排列記錄。參見圖I、圖3、圖4和圖5，根據(jù)本專利提供的傳感器進(jìn)行路基或路面連續(xù)掃描式檢測(cè)，橫波激勵(lì)震源選用圓柱狀磁致伸縮橫波激勵(lì)震源，圓柱體狀的橫波傳感器I采用壓電式橫波傳感器芯體。圓柱狀磁致伸縮橫波激勵(lì)震源和橫波傳感器I軸向平行排列，同步向前滾動(dòng)。使用一個(gè)橫波傳感器I可以進(jìn)行一發(fā)一收地震排列記錄，使用多個(gè)軸向平行線性排列的橫波傳感器1，可以實(shí)現(xiàn)一發(fā)多收的排列地震數(shù)據(jù)采集，利用橫波的偏振特性，通過(guò)平行于傳感器軸向的兩個(gè)方向激勵(lì)，獲得正反向激勵(lì)地震排列記錄；或者利用橫波的偏振特性，通過(guò)兩個(gè)類型和性能參數(shù)相同的傳感器芯11背向安裝，形成軸向一致耦合方向相 反的兩個(gè)傳感器組合體，一次地震采集，在一個(gè)測(cè)量點(diǎn)上獲得一組雙向振動(dòng)記錄。通過(guò)上述兩種方式檢測(cè)到的具有偏振特性的橫波，可以通過(guò)反向相關(guān)疊加方式進(jìn)一步提取橫波信號(hào)，增強(qiáng)信號(hào)的信噪比。
權(quán)利要求
1.一種滾動(dòng)式運(yùn)動(dòng)橫波傳感器，包括橫波傳感器(I)，其特征是所述的橫波傳感器(I)制作成圓柱體狀，所述的橫波傳感器(I)的最佳耦合方向沿圓柱體軸向設(shè)置，在所述的橫波傳感器(I)的兩端設(shè)有運(yùn)動(dòng)軸(5),所述的橫波傳感器(I)的第一輸出信號(hào)極板(2)、第二輸出信號(hào)極板(4)分別通過(guò)第一電刷(7)、第二電刷(8)與地震信號(hào)采集儀器的信號(hào)傳輸導(dǎo)線(9)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的滾動(dòng)式運(yùn)動(dòng)橫波傳感器，其特征是所述的運(yùn)動(dòng)軸(5)上設(shè)有滾動(dòng)軸承(6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的滾動(dòng)式運(yùn)動(dòng)橫波傳感器，其特征是所述的第一輸出信號(hào)極板(2)、第二輸出信號(hào)極板(4)制成環(huán)狀極板繞制設(shè)在所述的運(yùn)動(dòng)軸(5)上且在所述的第一輸出信號(hào)極板(2)與所述的第二輸出信號(hào)極板(4)之間設(shè)有絕緣層(3)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的滾動(dòng)式運(yùn)動(dòng)橫波傳感器，其特征是所述的第一輸出信號(hào)極板(2)、第二輸出信號(hào)極板(4)制成環(huán)狀極板設(shè)在所述的橫波傳感器(I)的側(cè)端壁上且在所述的第一輸出信號(hào)極板(2)與所述的第二輸出信號(hào)極板(4)之間設(shè)有絕緣層(3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的滾動(dòng)式運(yùn)動(dòng)橫波傳感器，其特征是在所述的橫波傳感器(I)的圓柱體狀外殼(10)上加工有形成垂直于傳感器軸向的凹凸相間的環(huán)狀或齒狀外形。
6.使用權(quán)利要求I或2所述的滾動(dòng)式運(yùn)動(dòng)橫波傳感器的方法，其特征是將橫波激勵(lì)震源、一個(gè)或多個(gè)制作成圓柱體狀的橫波傳感器I形成地震勘探排列，保持排列幾何參數(shù)，將橫波激勵(lì)震源與地震信號(hào)采集儀器14通過(guò)觸發(fā)線13電連接，將一個(gè)或多個(gè)制作成圓柱體狀的橫波傳感器I與地震信號(hào)采集儀器14通過(guò)信號(hào)傳輸導(dǎo)線9電連接，通過(guò)人力或機(jī)械方式，拖動(dòng)整套排列的橫波激勵(lì)震源、一個(gè)或多個(gè)制作成圓柱體狀的橫波傳感器I同步前進(jìn)，橫波激勵(lì)震源一次激發(fā)形成一個(gè)排列地震記錄，多次激發(fā)形成多個(gè)排列記錄。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的使用滾動(dòng)式運(yùn)動(dòng)橫波傳感器的方法，其特征是所述的橫波激勵(lì)震源采用平行于所述的橫波傳感器I的軸向的兩個(gè)方向激勵(lì)，利用橫波的偏振特性，獲得正反向激勵(lì)地震排列記錄。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的使用滾動(dòng)式運(yùn)動(dòng)橫波傳感器的方法，其特征是利用橫波的偏振特性，通過(guò)兩個(gè)類型相同的所述的橫波傳感器I背向安裝，形成軸向一致耦合方向相反的兩個(gè)傳感器組合體，一次地震采集，在一個(gè)測(cè)量點(diǎn)上獲得一組雙向振動(dòng)記錄。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種滾動(dòng)式運(yùn)動(dòng)橫波傳感器及其使用方法，橫波傳感器(1)制作成圓柱體狀，所述的橫波傳感器(1)的最佳耦合方向沿圓柱體軸向設(shè)置，在所述的橫波傳感器(1)的兩端設(shè)有運(yùn)動(dòng)軸(5)，所述的橫波傳感器(1)的第一輸出信號(hào)極板(2)、第二輸出信號(hào)極板(4)分別通過(guò)第一電刷(7)、第二電刷(8)與地震信號(hào)采集儀器的信號(hào)傳輸導(dǎo)線(9)相連。通過(guò)運(yùn)動(dòng)軸帶動(dòng)傳感器沿垂直于傳感器軸的方向上在被檢測(cè)介質(zhì)表面滾動(dòng)，來(lái)自地震勘探的振動(dòng)信號(hào)通過(guò)地表與傳感器水平耦合方式進(jìn)入地震信號(hào)采集儀器，完成橫波信號(hào)的采集。該橫波傳感器在運(yùn)動(dòng)中與檢測(cè)介質(zhì)表面保持貼合，并保證傳感器的水平耦合方向固定，是一種適用于路基、路面工程快速連續(xù)檢測(cè)的關(guān)鍵組件。
文檔編號(hào)G01V1/16GK102944607SQ201210415420
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月26日
發(fā)明者朱德兵 申請(qǐng)人:朱德兵