本發(fā)明涉及地質(zhì)勘測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于彈性波確定巖石參數(shù)的裝置。

背景技術(shù)：

彈性波是在固體材料中傳播的物質(zhì)粒子的微小振動(dòng)傳播形成的波，也曾被稱(chēng)為“機(jī)械波”、“應(yīng)力波”、“地震波”等。由于變形微小，物體處于彈性狀態(tài)，因此被稱(chēng)為彈性波；彈性波包括：沖擊彈性波、超聲波、聲波。

對(duì)巖體表面敲擊后，敲擊部位及其附近產(chǎn)生振動(dòng)。同時(shí)，該振動(dòng)又會(huì)以彈性波的形式向四周擴(kuò)散，即形成沖擊彈性波。超聲波可以作為沖擊彈性波的一個(gè)特例。

錘擊產(chǎn)生沖擊彈性波屬于無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，又稱(chēng)非破壞檢查技術(shù)，就是在不破壞待測(cè)物質(zhì)原來(lái)的狀態(tài)、化學(xué)性質(zhì)等前提下，利用物質(zhì)中因有缺陷或組織結(jié)構(gòu)上的差異存在而會(huì)使其某些物理性質(zhì)的物理量發(fā)生變化的現(xiàn)象，以不使被檢查物使用性能和形態(tài)受到損傷為前提，通過(guò)一定的檢測(cè)手段來(lái)測(cè)試、顯示和評(píng)估這些變化。

在野外環(huán)境中，地表巖體的強(qiáng)烈風(fēng)化，以及各種地質(zhì)作用，地質(zhì)構(gòu)造以及其他地質(zhì)現(xiàn)象的存在，對(duì)野外調(diào)查人員提出了嚴(yán)格的精度要求。由于野外地質(zhì)環(huán)境極其復(fù)雜多變，工作者有時(shí)不可能較高精度的判別巖石的各項(xiàng)參數(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)解決的技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種基于彈性波確定巖石參數(shù)的裝置，可以大大減少工作量，并且可以以較高的精度給出地質(zhì)巖體的風(fēng)化程度，物理參數(shù)以及孔隙分布情況，能夠在野外環(huán)境中智能的探測(cè)巖石的物理參數(shù)以及判別其風(fēng)化程度。

(二)技術(shù)方案

一種基于彈性波確定巖石參數(shù)的裝置，包括錘體、傳感器、壓電換能器及AD轉(zhuǎn)換器；所述錘體包括錘柄、錘頭；所述錘柄為T(mén)型；所述錘頭分為物理錘頭和壓電錘頭，分別螺紋連接錘柄頂部?jī)啥?；所述傳感器包括加速度傳感器、聲波收集器；所述聲波收集器設(shè)置在錘柄連接物理錘頭端；所述加速度傳感器設(shè)置有支架，通過(guò)支架連接錘柄末端；所述壓電換能器設(shè)置在錘柄內(nèi)部偏中部位置；所述壓電錘頭、聲波收集器和加速度傳感器分別與壓電換能器電路連接；所述壓電換能器與所述AD轉(zhuǎn)換器電路相連；所述錘柄上還設(shè)置有開(kāi)關(guān)。

優(yōu)選的，所述壓電換能器通過(guò)信號(hào)導(dǎo)入線(xiàn)分別電路連接壓電錘頭、聲波收集器及加速度傳感器；所述信號(hào)導(dǎo)入線(xiàn)連接開(kāi)關(guān)。

優(yōu)選的，所述錘柄上均勻設(shè)置有3個(gè)信號(hào)導(dǎo)出口，通過(guò)信號(hào)導(dǎo)出線(xiàn)分別電路相連壓電換能器，對(duì)應(yīng)壓電錘頭、聲波收集器和加速度傳感器3組信號(hào)；所述AD轉(zhuǎn)換器上設(shè)置有3個(gè)信號(hào)插口，與錘柄的3個(gè)信號(hào)導(dǎo)出口對(duì)應(yīng)連接。

優(yōu)選的，所述支架分為上支架和下支架；所述上支架包括一級(jí)立柱及轉(zhuǎn)動(dòng)折桿，轉(zhuǎn)動(dòng)折桿對(duì)稱(chēng)設(shè)置一級(jí)立柱兩側(cè)；所述一級(jí)立柱設(shè)置有螺紋通孔；所述轉(zhuǎn)動(dòng)折桿成C形，端部設(shè)置有對(duì)稱(chēng)螺栓；所述下支架包括二級(jí)立柱、一級(jí)折桿及二級(jí)折桿，一級(jí)折桿對(duì)稱(chēng)設(shè)置在二級(jí)立柱兩側(cè)，二級(jí)折桿均勻設(shè)置在一級(jí)折桿上，整體成翅膀狀；所述二級(jí)立柱頂部設(shè)置有頂部螺栓；所述加速度傳感器設(shè)置在二級(jí)折桿端部；所述支架設(shè)置有四號(hào)信號(hào)線(xiàn)。

優(yōu)選的，所述錘柄末端設(shè)置有對(duì)稱(chēng)螺栓接口。

優(yōu)選的，所述錘柄下部外壁設(shè)置有紋路或凹槽。

優(yōu)選的，所述加速度傳感器依次排列在巖體表面。

優(yōu)選的，所述物理錘頭為鋼制材料；所述壓電錘頭為壓電材料。

(三)有益效果

本發(fā)明提供了一種基于彈性波確定巖石參數(shù)的裝置，使用壓電錘頭激發(fā)彈性波，通過(guò)對(duì)收集到的彈性波進(jìn)行處理分析，能夠探測(cè)野外巖體孔隙，物理參數(shù)以及判別巖石風(fēng)化程度，大大降低了野外工作者的工作量，同時(shí)也提高了野外探測(cè)的精度，使工作效率大幅度提升，特別適用于野外工作巖石參數(shù)的判別和探測(cè)。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的，保護(hù)一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明中錘體的結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明中錘體的開(kāi)關(guān)與一號(hào)信號(hào)導(dǎo)入線(xiàn)的連接示意圖；

圖3為本發(fā)明中AD轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本發(fā)明中上支架的結(jié)構(gòu)圖；

圖5為本發(fā)明中下支架的結(jié)構(gòu)圖。

附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下：

1-物理錘頭，2-錘柄，201-螺栓接口，3-壓電錘頭，4-開(kāi)關(guān)，5-錘頭插口，501-一號(hào)信號(hào)導(dǎo)入線(xiàn)，502-一號(hào)信號(hào)導(dǎo)出口，503-一號(hào)信號(hào)導(dǎo)出線(xiàn)，6-聲波收集器，601-二號(hào)信號(hào)導(dǎo)入線(xiàn)，602-二號(hào)信號(hào)導(dǎo)出口，603-二號(hào)信號(hào)導(dǎo)出線(xiàn)，7-加速度傳感器，701-三號(hào)信號(hào)導(dǎo)入線(xiàn)，702-三號(hào)信號(hào)導(dǎo)出口，703-三號(hào)信號(hào)導(dǎo)出線(xiàn)，8-壓電換能器，9-AD轉(zhuǎn)換器，901-一號(hào)插口，902-二號(hào)插口，903-三號(hào)插口，10-上支架，1001-一級(jí)立柱，1002-轉(zhuǎn)動(dòng)折桿，1003-對(duì)稱(chēng)螺栓，1004-螺栓通孔，11-下支架，1101-二級(jí)立柱，1102-一級(jí)折桿，1103-二級(jí)折桿，1104-頂部螺栓，12-四號(hào)信號(hào)線(xiàn)。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

首先對(duì)本發(fā)明采用的傳感器的作用原理進(jìn)行說(shuō)明，壓電換能器8是利用某些單晶材料的壓電效應(yīng)和某些多晶材料的電致伸縮效應(yīng)來(lái)將電能與聲能進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換的器件；壓電錘頭3擊打巖體，由于壓電效應(yīng)，會(huì)產(chǎn)生電荷，電荷會(huì)沿著導(dǎo)線(xiàn)傳給壓電換能器8，壓電換能器8將傳到過(guò)來(lái)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并將電信號(hào)傳給AD轉(zhuǎn)換器9，AD轉(zhuǎn)換器9會(huì)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并進(jìn)行處理計(jì)算，從而算出彈性模量和泊松比；加速度傳感器7均布于巖體表面，壓電錘頭3擊打巖體，形成彈性波，彈性波遇到裂隙，斷裂，會(huì)發(fā)生反射，該反射波會(huì)通過(guò)加速度傳感器7形成模擬信號(hào)，傳給壓電換能器8轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再傳給AD轉(zhuǎn)換器9，AD轉(zhuǎn)換器9會(huì)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并進(jìn)行處理計(jì)算，從而分析出巖體中各個(gè)斷裂距離傳感器的位置。聲波收集器6是當(dāng)壓電錘頭擊打巖體時(shí)，會(huì)發(fā)出聲音；不同風(fēng)化程度的巖體，在被撞擊時(shí)所發(fā)出的音頻不同，聲波收集器6此時(shí)接受此音頻，將此音頻信號(hào)通過(guò)壓電換能器8傳輸給AD轉(zhuǎn)換器9，AD轉(zhuǎn)換器9會(huì)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并進(jìn)行處理計(jì)算，從而概略的給出風(fēng)化程度指標(biāo)。

具體參看圖1，一種基于彈性波確定巖石參數(shù)的裝置，包括錘體、傳感器、壓電換能器8及AD轉(zhuǎn)換器9。錘體包括錘柄2、錘頭；錘柄2為T(mén)型；錘頭分為物理錘頭1和壓電錘頭3，分別螺紋連接錘柄2頂部?jī)啥?，均為可拆卸式，靈活性高。物理錘頭1為鋼制材料，用于一般野外錘擊巖體，起到破碎巖體的作用，提高地質(zhì)工作者的工作效率；壓電錘頭2為壓電材料，用于敲擊巖體，產(chǎn)生信號(hào)。

壓電換能器8設(shè)置在錘柄2內(nèi)部偏中部位置；壓電錘頭3與壓電換能器8電路連接，具體的，壓電錘頭3和錘柄2設(shè)置有對(duì)應(yīng)的錘頭插口5，壓電換能器8通過(guò)一號(hào)信號(hào)導(dǎo)入線(xiàn)501電路連接錘頭插口5；傳感器包括加速度傳感器7、聲波收集器6；聲波收集器6設(shè)置在錘柄連接物理錘頭1端，與壓電換能器8通過(guò)二號(hào)信號(hào)導(dǎo)入線(xiàn)601連接；加速度傳感器7設(shè)置有支架，通過(guò)支架連接錘柄2末端，具體的，參看圖4、圖5，支架分為上支架10和下支架11；上支架28包括一級(jí)立柱1001及轉(zhuǎn)動(dòng)折桿1002，轉(zhuǎn)動(dòng)折桿1002對(duì)稱(chēng)鉸接一級(jí)立柱1001兩側(cè)；一級(jí)立柱1001加工有螺紋通孔1004；轉(zhuǎn)動(dòng)折桿1002成C形，端部安裝有對(duì)稱(chēng)螺栓1003；轉(zhuǎn)動(dòng)折桿1002內(nèi)設(shè)置有四號(hào)信號(hào)線(xiàn)12，與對(duì)稱(chēng)螺栓1003電路相連，傳遞信號(hào)；下支架11包括二級(jí)立柱1101、一級(jí)折桿1102及二級(jí)折桿1103，一級(jí)折桿1102對(duì)稱(chēng)鉸接在二級(jí)立柱1101兩側(cè)，二級(jí)折桿1103均勻鉸接在一級(jí)折桿1102上，整體成翅膀狀；二級(jí)立柱1101頂部安裝有頂部螺栓1104；加速度傳感器7設(shè)置在二級(jí)折桿1103端部；一級(jí)折桿1102和二級(jí)折桿1103內(nèi)也設(shè)置有四號(hào)信號(hào)線(xiàn)12，將加速度傳感器7和頂部螺栓1104電路相連。錘柄2末端設(shè)置有螺栓接口201，螺栓接口201與壓電換能器8通過(guò)三號(hào)信號(hào)導(dǎo)入線(xiàn)701連接；將對(duì)稱(chēng)螺栓1003固定在螺栓接口201內(nèi)，二級(jí)立柱1101螺紋連接一級(jí)立柱1001，即將加速傳感器7與錘柄2電路相連，這樣增加了加速度傳感器7的分布面積和靈活性，可測(cè)量出巖體多區(qū)域或不同方向的數(shù)據(jù)。

壓電換能器8與AD轉(zhuǎn)換器9電路相連，具體的，錘柄2上均勻設(shè)置有3個(gè)信號(hào)導(dǎo)出口，包括一號(hào)信號(hào)導(dǎo)出口502、二號(hào)信號(hào)導(dǎo)出口602、三號(hào)信號(hào)導(dǎo)出口702，對(duì)應(yīng)壓電錘頭8、聲波收集器6和加速度傳感器7的3組信號(hào)；參看圖3，AD轉(zhuǎn)換器9上設(shè)置有相對(duì)應(yīng)的3個(gè)信號(hào)插口，包括一號(hào)插口901、二號(hào)插口902、三號(hào)插口903，與錘柄的3個(gè)信號(hào)導(dǎo)出口對(duì)應(yīng)連接。錘柄2上還設(shè)置有開(kāi)關(guān)4，控制整個(gè)裝置的啟動(dòng)和關(guān)閉，具體的，參看圖2，開(kāi)關(guān)4分別連接一號(hào)信號(hào)導(dǎo)入線(xiàn)501、二號(hào)信號(hào)導(dǎo)入線(xiàn)601、三號(hào)信號(hào)導(dǎo)入線(xiàn)701，開(kāi)關(guān)4沿錘柄向下滑動(dòng)即可將信號(hào)導(dǎo)入線(xiàn)隔斷，促使裝置停運(yùn)，確保裝置不會(huì)在閑置時(shí)由于撞擊而自動(dòng)運(yùn)行，達(dá)到保護(hù)裝置的作用。錘柄2下部外壁加工有紋路202或凹槽，增大摩擦，方便使用者手持。

在一個(gè)實(shí)施例里，壓電錘頭3為聚偏氟乙烯材料；聲波收集器6為ProWave超聲波傳感器400ST/R160；壓電換能器8為低Qm值寬帶壓電陶瓷材料；加速度傳感器7為Dytran3133D5T三軸型加速度傳感器；AD轉(zhuǎn)換器9為T(mén)LC0831。本發(fā)明在測(cè)量前，首先要組裝完好測(cè)量裝置，將上支架10和下支架11連接，并連接錘柄2末端，即完成加速度傳感器7的連接；將錘柄2的三個(gè)信號(hào)導(dǎo)出口與AD轉(zhuǎn)換器9的三個(gè)插口對(duì)應(yīng)相連，即完成裝置組裝，然后將加速度傳感器7均布于巖體表面，啟動(dòng)開(kāi)關(guān)4，即可敲擊巖體檢測(cè)。

在另一個(gè)實(shí)施例里，AD轉(zhuǎn)換器9前還連接有降噪處理器，對(duì)信號(hào)進(jìn)行過(guò)濾，進(jìn)一步提高結(jié)果準(zhǔn)確性。

在本說(shuō)明書(shū)的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料過(guò)著特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書(shū)中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

以上公開(kāi)的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例只是用于幫助闡述本發(fā)明。優(yōu)選實(shí)施例并沒(méi)有詳盡敘述所有的細(xì)節(jié)，也不限制該發(fā)明僅為的具體實(shí)施方式。顯然，根據(jù)本說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容，可作很多的修改和變化。本說(shuō)明書(shū)選取并具體描述這些實(shí)施例，是為了更好地解釋本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用，從而使所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員能很好地理解和利用本發(fā)明。本發(fā)明僅受權(quán)利要求書(shū)及其全部范圍和等效物的限制。