本发明专利技术公开了一种声波测试耦合装置及测试方法。该装置包括声波发射换能器、中部声波接收换能器和底部声波接收换能器；底部钢圈轴向上贯穿设置有底部连接气管；顶部钢圈轴向上贯穿设置有底部连接气管、顶部连接气管、进水管、上部排气管、下部排气管。分别套在顶部钢圈和底部钢圈上的顶部气囊和底部气囊充气后边缘部分膨胀，与探孔孔壁紧贴成封闭式的测试空间。往该测试空间注水后进行测试即可。由于声波发射换能器、接收换能器与孔壁直接通过水耦合，能量传递损失极小，保证了声波的良好耦合和环形发射、环形接收的特性，从而实现准确测试。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术是涉及岩体内部结构的测试及分析领域中的钻孔声波测试设备，具体是指一种声波测试耦合装置，本专利技术还涉及采用这种耦合装置的测试方法。
技术介绍
随着工程建设的复杂程度和对工程地质要求的提高，我们往往需要测试工程场地的岩土的结构状况和力学特性，以便对重大岩土工程设计、建设及其对环境影响进行评估和决策。目前，利用声波测试对岩土工程做定量化研宄，具体是以电磁激振的方法通过声波发射换能器向介质(如:岩石、岩体，混凝土结构等)发射声波，同时在一定的空间距离上通过声波接收换能器接收介质物理特性调制后的声波。通过观测和分析声波在该场地介质中的传播速度、振幅、频率等声学参数，分析得出介质内部的结构和状况，为岩土工程建设提供数据支撑。声波测试实用性强，完全不破坏工程结构，在建设工程中使用广泛，检测技术先进，检测仪器普遍。但是，现有的声波测试装置也存在一定问题，特别是声波测试中，必须保证发射探头和接收探头必须同时与孔壁直接或者通过特定介质间接耦合良好；这使得声波测试技术在岩土勘测中的应用中受到限制，给解决工程问题带来诸多不便。目前工程勘查中，经常采用的方式是对待测区域钻孔然后在钻孔中注水，再使用声波探头等装置进行声波测试。但是，钻孔中的水往往渗漏严重，从而造成钻孔无法充满水，需要不断往钻孔中注水以保证测试，导致水消耗量大，往往使用不便。某些钻孔底部甚至在不断注水时也无法充满水，无法进行声波测试。此外，还可以使用乳胶囊紧贴孔壁，往乳胶囊中注水进行耦合的方法(如专利CN2414417Y)。但是，这种方法对充水时的压力控制要求较高，压力过小则无法将水槽中的水压入乳胶囊中，压力过大则可能造成乳胶囊过度膨胀而泄露。更为重要的是，声波从发射换能器到接收换能器的传播过程中还需通过乳胶囊，声波能量损耗大，测试误差大。除了钻孔后注水测试外，还可以直接对干孔做测试，如干孔探头贴壁装置(专利CN202649477U)无需通过水与孔壁耦合，而是通过声波发射探头和声波接收探头紧贴孔壁，孔壁直接作为声波传播的介质，扩大了适用范围。但是该装置制作较为复杂，造价较高同时难以完全保证探头和孔壁间的紧密接触。类似的，还有专利技术《一种声波全方位测试干孔探头的耦合装置》(申请号201410523153.4)提出的将储水器和耦合气囊以密封件连接，向气囊内充气以挤压储水器中的水，通过过水孔进入耦合气囊中与声波探头耦合，给声波测试带来一定便利。但是，使用气囊耦合时获得的耦合性较差，对真实测试数据有较大的影响，而且耦合气囊中有空气干扰，无法保证水与声波探头实现良好耦合，对测试效果产生较大影响，无法保证其测试结果的真实性和准确性。
技术实现思路
本专利技术的第一目的是:针对上述现有问题而提供一种结构简单、使用方便的新型的声波测试耦合装置，以保证所测得数据真实可信，检测结果准确无误。本专利技术的第二目的在于提供一种采用上述声波测试耦合装置的测试方法。本专利技术的第一目的是通过如下措施来达到的:声波测试耦合装置包括至少一个声波发射换能器、至少一个中部声波接收换能器和至少一个底部声波接收换能器；所述的声波发射换能器设置在顶部钢圈上朝向底部钢圈一侧；所述的底部声波接收换能器设置在底部钢圈上朝向顶部钢圈一侧；所述的中部声波接收换能器设置在声波发射换能器和底部声波接收换能器之间；声波发射换能器、中部声波接收换能器和底部声波接收换能器，相邻两两之间设置有连接电缆和固定用的承重连接件；所述顶部钢圈上未设置声波发射换能器的一侧上设置有设备连接线束；沿所述的底部钢圈的外周围设置有底部气囊；所述的底部钢圈轴向上贯穿设置有底部连接气管；所述底部连接气管连通气泵和底部气囊；沿所述的顶部钢圈的外周围设置有顶部气囊；顶部钢圈轴向上贯穿设置有底部连接气管、顶部连接气管、进水管、上部排气管；其中，顶部连接气管连通气泵和顶部气囊；底部连接气管连通气泵和底部气囊充气；进水管连接水泵。在顶部钢圈上沿轴向上贯穿设置有下部排气管；所述的下部排气管为可拆卸式且长度可调。在上述设计方案中，底部连接气管和顶部连接气管均使用外径6?10毫米的钢制压力管；进水管、上部排气管和下部排气管采用外径10?25毫米的钢制承压管。在上述设计方案中，所述的顶部钢圈和底部钢圈均为圆柱形不锈钢制结构，沿顶部钢圈的外侧圆柱面的中部径向开有凹槽以安装顶部气囊；所述顶部气囊的外侧弧面突出于顶部钢圈外周围表面；沿底部钢圈的外侧圆柱面的中部径向开有凹槽以安装底部气囊；所述底部气囊的外侧弧面突出于底部钢圈外周围表面。在上述设计方案中，顶部气囊和底部气囊均为弹性材质。在上述设计方案中，所述的中部声波接收换能器和声波发射换能器之间间距LI> 20厘米；所述的中部声波接收换能器和底部声波接收换能器之间间距L2 > 20厘米；而且，中部声波接收换能器的设置在:底部声波接收换能器和声波发射换能器之间的1/4?3/4处，即1/3 < L1/L2 < 3 ;所述的底部声波接收换能器和声波发射换能器之间的距离为在0.5?2米范围内，即0.5米< L1+L2 < 2米。本专利技术的第二目的采用声波测试耦合装置的测试方法，包括如下步骤:当探孔为向下时:步骤1:将声波测试耦合装置放入探孔内，将其固定到测试点位置；步骤2:启动气泵，打开底部气囊阀门，通过底部连接气管往底部气囊中充气，直到底部气囊与探孔孔壁紧密贴合，关闭底部气囊阀门和气泵；步骤3:打开进水管的阀门，启动水泵，通过进水管往探孔内注水，直到水位接近顶部钢圈时停止加水；步骤4:打开顶部气囊阀门，启动气泵，往顶部气囊中充气，直至顶部气囊与探孔孔壁紧贴；步骤5:打开上部排气管上的阀门，启动水泵继续往探孔内注水，直到有水从上部排气管中排出时关闭上部排气管上的阀门，然后关闭进水管的阀门和水泵；步骤6:启动声波仪，进行声发射耦合测试，记录并存储数据；步骤7:测试完成后，打开顶部气囊阀门，从顶部气囊中排气直至与探孔孔壁脱离时关闭顶部气囊阀门；步骤8:打开底部气囊阀门，从底部气囊中排气直到底部气囊与探孔孔壁接触压力很小至能移动时；迅速关闭底部气囊阀门，移出本设备；当探孔为类水平时:步骤I和探孔为向下时的步骤I相同；步骤2:打开顶部气囊阀门和底部气囊阀门，通过底部连接气管和顶部连接气管往底部气囊和顶部气囊中同时充气；步骤3:同时打开上部排气管和下部排气管上的阀门，打开进水管上的阀门并启动水泵，往探孔内注水；步骤4:注水将满时，若水先从上部当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种声波测试耦合装置，其特征在于：它包括至少一个声波发射换能器(2)、至少一个中部声波接收换能器(3)和至少一个底部声波接收换能器(4)；所述的声波发射换能器(2)设置在顶部钢圈(1)上朝向底部钢圈(5)一侧；所述的底部声波接收换能器(4)设置在底部钢圈(5)上朝向顶部钢圈(1)一侧；所述的中部声波接收换能器(3)设置在声波发射换能器(2)和底部声波接收换能器(4)之间；声波发射换能器(2)、中部声波接收换能器(3)和底部声波接收换能器(4)，相邻两两之间设置有连接电缆(8)和固定用的承重连接件(9)；所述顶部钢圈(1)上未设置声波发射换能器(2)的一侧上设置有设备连接线束(10)；沿所述的底部钢圈(5)的外周围设置有底部气囊(7)；所述的底部钢圈(5)轴向上贯穿设置有底部连接气管(12)；所述底部连接气管(12)连通气泵(18)和底部气囊(7)；沿所述的顶部钢圈(1)的外周围设置有顶部气囊(6)；顶部钢圈(1)轴向上贯穿设置有底部连接气管(12)、顶部连接气管(11)、进水管(13)、上部排气管(14)；其中，顶部连接气管(11)连通气泵(18)和顶部气囊(6)；底部连接气管(12)连通气泵(18)和底部气囊(7)充气；进水管(13)连接水泵；在顶部钢圈(1)上沿轴向上贯穿设置有下部排气管(15)；所述的下部排气管(15)为可拆卸式且长度可调。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：胡大伟，郭翰群，周辉，张传庆，杨凡杰，卢景景，朱勇，张帆，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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