一种低流速声纳测量方法、装置及应用，其特征是利用声纳传感器测量孔隙介质固液交界面上因双电层震动产生的声音，再将测得的声音信号进行放大转换，得到孔隙介质中液体的流速。本发明专利技术利用“双电层震电理论”与“声纳渗流测量方法”的融合，创立了“低流速震电声纳渗流”被动测量新方法。该方法测量的下限将能达到了10‑8cm/s，甚至更低，这一测量方法的创立，将微渗流工程中，亟待需要解决的所有关键技术难题，使之达到了发明专利技术的目的。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种，其特征是利用声纳传感器测量孔隙介质固液交界面上因双电层震动产生的声音，再将测得的声音信号进行放大转换，得到孔隙介质中液体的流速。本专利技术利用“双电层震电理论”与“声纳渗流测量方法”的融合，创立了“低流速震电声纳渗流”被动测量新方法。该方法测量的下限将能达到了10?8cm/s，甚至更低，这一测量方法的创立，将微渗流工程中，亟待需要解决的所有关键技术难题，使之达到了专利技术的目的。【专利说明】
本专利技术涉及一种流速测量技术，尤其是一种低流速(可低至10—8cm/s)测量技术，具体地说是一种基于震电效应的。它能检测植物体的水分运移过程、人体膜稍神经血流量、油田开发中的石油渗透率、土木工程中的粘土层的地下水的渗流测量。其应用包括物理、化学、生物微渗透特性的测量。
技术介绍
目前，对于低流速渗流的原位测量问题，长期困扰着人们的思想，严重阻碍了渗流工程的技术发展，是导致诸多地下隐蔽工程渗漏破坏的根本原因。土木工程渗流隐患所涉及到的应用工程包括:水库大坝的渗漏破坏、江河湖海堤防的管涌渗漏、水闸涵管的渗漏定位、地下空间工程的渗漏治理、基坑帷幕止水结构的渗漏检测、公路桥涵的地下水渗流、废物库的渗流选址、地下空间渗流路径的跟踪监控、工程水文地质的勘测、冶金煤矿的地下水调查、石油渗流测井、水源地的合理开采、环境地下水调查、地下污染物的溶质运移、生物体内的水循环等等。可以说人类所有的建筑活动都伴随着地下水的参与。然而，千百年来，人们一直都在不断地从实践到理论的追求识别和认知地下水渗流的真面目。自从1856年法国的“达西”和“袭布依”两位水文地质大师创立的地下水的渗流理论与测量方法，150年来至今，仍然是用于工程设计和实践的依据。众所周知，工程界对地下水渗流设计的重要理论依据是渗透系数K值。K值的获取，一是通过地质钻孔取岩芯，把取得的地质岩芯样本拿回到试验室，放到渗透系数测量仪上加以水头与流量计算获得K值;二是在施工现场通过钻孔，把水栗放到钻孔的含水层里，进行抽水，把抽出地面的水量与抽出水的降落漏斗计算出抽水试验渗透系数K值。由于前者解决不了低流速的化学作用力问题，而后者又是在非自然力的人工干扰流场状态下获得的标量值。所以，此两种试验获得的非确定性K值，使得K值的应用，发展到今天，实际上成为了一个只能定性反映岩土渗透特征的物性指标。因此，有经验的工程师只要看看钻孔的岩芯，就能说出渗透系数K值的大小。地下水本来是一个与周围环境有紧密联系的流速矢量值，长期以来，却被人们误读为一个失去水环境意义的标量值。其本质是没有一种能够在施工现场，真实地测量出天然地下水渗流运动的速度与矢量的新方法。1957年德国科学家模赛(Moser)首次提出利用放射性同位素示踪测定含水层渗透流速的稀释测井法，最早的有接杆式定向探头;后来有波兰1.B.Hazza专利技术的P-32吸附与X胶片定向测速装置；日本落合敏郎的三层同位素稀释室定向测速装置;W.Drost和K1tz等设计的棉纱网吸附测向、活性炭吸附测向装置；美国专利4051368、英国专利2009921和1598837介绍的中子活化测向测速装置;德国慕尼黑水文地质实验室W.Drostl982年测定地下水流速流向的新式示踪探头；中国专利:智能化单井地下水动态参数测试仪98111509.8，还有85107160、86104175专利介绍的热释光和电离室同位素示踪测量装置等。由于能在单井中对多含水层逐段进行渗透流速矢量的测量，因比抽水试验费用低，容易实施，而受到水文地质学家的关注。但是，自2000年进入新世纪以来，随着人们对环境和人身安全意识的提高，政府对放射性同位素使用的限制，已无法进行推广应用。一直以来，随着人们对双电层震电理论研究的深入，将要进入到了应用时代，其中涉及最多的是将震电理论用于对石油渗透率的研究。在众多的研究成果中，人们一直都在把目光都盯住在如何用主动的声波，即人为地发生震动波，再用发射与接收的方法来探索石油地层中的油的渗透率的参数。其实人们在大量的研究当中，走到了一个误区:之一，在多孔隙介质固液交接面上的水、油、气有无可能产生震电(动电)的效应;之二，如果发生震电(动电)效应，有无方法测量到这种低效应的物理信息。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有的低流速声纳测量大多需要采用主动发声进行测量，而受到主动发声效果及环境的影响，检测效果不佳的问题，专利技术一种基于震电效应的低流速声纳测量方法，同时提供一种相应的检测装置，并对震电效应检测在土木工程中的应用进行了介绍。本专利技术的技术方案之一是: 一种低流速声纳测量方法，其特征是利用声纳传感器测量孔隙介质固液交界面上因双电层震动产生的声音，再将测得的声音信号进行放大转换，得到孔隙介质中液体的流速，所述的流速与声压的关系可针对不同研究对像，进行室内外大数据试验分析与建模获得，并编制成流速与声压的可视化成像集成软件。所述的孔隙介质包括自然界的植物组织细胞膜的水分子溶液的穿透、人体血液在细胞组织的渗透、石油在地层岩土孔隙中的流动以及地下水渗透。所述的声纳传感器安装在可刺入孔隙介质中的针尖上或固定在用于包裹孔隙介质的包裹探头中。能根据所测到的声音判定孔隙介质是否存在液体流动及液体流动的速度，从而判定是否需要采取人工干预;所述的人工干预对于地下渗漏而言是指切断渗漏源以防止地质灾害的发生或监测声音的变化情况对可能发生的地质灾害进行预报;对于石油探测而言能判定出石油储量及变化情况;对于植物而言，能判定植物生长情况及各种营养液、水份对植物生长的影响；对于人体而言，能通过声音的变化对人体健康状态作出判定以及药物对人体的作用机理研究。本专利技术的技术方案之二是: 一种低流速声纳测量装置，其特征是它由声纳探头、通讯设备和测量显示仪表组成，声纳探头将被动探测到的声音信号通过导线送入通讯设备中，通讯设备将采集的声音信号送入测量显示仪表中加以显示，测量显示仪表(5)能显示孔隙介质中有无液体流动及流动速度，能测量到的最低流速为10—8cm/s。所述的装置声纳探头安装在插入针尖中或成阵列布置在用于包裹被测物的包裹体中，针尖用于软性能够插入的测量对象，包裹体则用于硬性不易插入的测量对象中。本专利技术的技术方案之三是: 一种基于震电效应的低流速声纳测量装置的方法，其特征是它被用于土木工程渗流检测中，用于判定渗漏位置和/或渗漏量。所述的土木工程渗流包括:水库大坝的渗漏江河湖海堤防的管涌渗漏、水闸涵管的渗漏定位、地下空间工程的渗漏、基坑帷幕止水结构的渗漏、公路桥涵的地下水渗流、废物库的渗流、地下空间渗流路径的跟踪监控、工程水文地质的勘测、冶金煤矿的地下水调查、石油渗流测井、水源地的合理开采、环境地下水调查及地下污染物的溶质运移。本专利技术的有益效果: 本专利技术利用“双电层震电理论”与“声纳渗流测量方法”的融合，创立了 “低流速震电声纳渗流”被动测量新方法。该方法测量的下限将能达到了 10—8cm/s，甚至更低，这一测量方法的创立，将微渗流工程中，亟待需要解决的所有关键技术难题，使之达到了专利技术的目的。本专利技术通过大量的室内外试验，发现水、油、气通过孔隙向测井中流动的过程中，自身会主动的产生震电(动电)效应，而且这种信号在进入水下地层1m以下的深部，受外界的噪声干扰是可以不计的，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种低流速声纳测量方法，其特征是利用声纳传感器测量孔隙介质固液交界面上因双电层震动产生的声音，再将测得的声音信号进行放大转换，得到孔隙介质中液体的流速。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杜家佳，杜国平，宋晓峰，杜广林，杜家力，
申请(专利权)人：南京帝坝工程科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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