干湿两用的弹性波孔底溶洞、地下空洞探测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种干湿两用的弹性波孔底溶洞、地下空洞探测装置和方法，包括探头；探头包括弹性波发射组件、分设在弹性波发射组件外周的多个接收换能器组件及探头电路板组件；弹性波发射组件包括连接腔体，连接腔体上、下方分别安装电路板腔体和震源，电路板腔体内设探头电路板组件，震源与探头电路板组件电连接；每个接收换能器组件均包括声波接收换能器、换能器高度调节器及连接管，每个连接管一端均连接连接腔体，另一端同与之对应的换能器高度调节器通过法兰固定，两法兰间设有第一阻尼垫，声波接收换能器与探头电路板组件电连接。本发明专利技术实现不同环境下孔底溶洞的全面积探测；本发明专利技术通过探头与探测面接触稳定性和信号可靠性提高检测准确性。

Detector and method of elastic wave bottom karst cave and underground cave for both dry and wet use

【技术实现步骤摘要】
干湿两用的弹性波孔底溶洞、地下空洞探测装置及方法
本专利技术涉及孔底溶洞探测领域，具体的说是涉及一种干湿两用的弹性波孔底溶洞、地下空洞探测装置及方法。
技术介绍
根据《岩土工程勘察规范》等规程的要求，嵌岩灌注桩应判明桩端以下三倍桩径且不小于5m范围内无软弱夹层、断裂破碎带和洞穴分布，且在桩底应力范围内应无岩体临空面。单体单桩的大直径嵌岩桩，应视岩性检测孔底下3倍桩身直径或5m深度范围内有无土洞、溶洞、破碎带或软弱夹层等不良地质条件。目前，工程上多采用桩底超前钻的方法来进行桩底溶洞探测，大直径桩需要打多个孔径。钻探的方法虽然最直接，但单个钻孔只能探明钻孔当前位置的情况，不能反应整个桩底下溶洞分布情况，容易造成遗漏溶洞；同时一桩多孔钻探成本高，工期长，影响整个工程进度。现有技术中，专利名称为：一种桩底溶洞声纳探测装置及方法(专利申请号为201410276785.5)公开了桩底溶洞声纳探测装置及方法，它的三维电子罗盘的信号输出端连接单片机的罗盘信号输入端，声纳应力波驱动模块的信号输入端连接单片机的应力波信号输出端，声纳应力波驱动模块的应力波驱动信号输出端连接声纳应力波发射器，所述声纳应力波接收传感器通过声纳应力波信号处理模块连接单片机的声纳信号输入端，所述单片机的通信端通过通信电缆连接现场主机，所述声纳探测探头垂直与桩底。该专利技术将声纳探测探头放置于桩底中，可实现对桩底下方区域进行详细的溶洞或软弱岩体探测，并实现了桩底的全面积探测，不会出现钻孔探测的局限性和耽误施工进度问题，不会出现只有人工挖孔桩才能进行雷达和地震法的全面探测的问题。但是该专利技术中探测过程中，需要在桩底灌水，并将声呐探测探头浸泡在水层中，才能实现探测，使用具有局限性；同时探头探测过程未设置缓冲震动的结构，会影响探头探测数据的精确度。本专利技术提供一种干湿两用的弹性波孔底溶洞、地下空洞探测装置，将探头设计成包括弹性波发射组件、分设在弹性波发射组件外周的多个接收换能器组件，在实现一个桩孔可以进行多点探测，同时记录每个测点的方位，可以准确地探明整个桩底的岩溶分布情况的同时，可适用于干湿不同的环境；与此同时，弹性波发射组件和分设在弹性波发射组件外周的多个接收换能器组件之间通过连接管连接并通过法兰固定，在法兰之间设置减震层，提高探头与探测面接触稳定性和信号可靠性，来实现检测准确性和精确度。
技术实现思路
为解决上述
技术介绍
中提出的问题，本专利技术的目的在于提供一种干湿两用的弹性波孔底溶洞、地下空洞探测装置及方法。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：本专利技术提供了一种干湿两用的弹性波孔底溶洞、地下空洞探测装置，包括探头、主机以及连接主机与探头的电缆；所述探头包括弹性波发射组件、分设在弹性波发射组件外周的多个接收换能器组件及探头电路板组件；所述弹性波发射组件包括弹性波辐射块、震源、连接腔体和电路板腔体；所述连接腔体下方安装震源，所述震源下方刚性连接弹性波辐射块，所述连接腔体上方安装电路板腔体，所述电路板腔体内设有探头电路板组件，所述震源与探头电路板组件的输出端电连接；每个所述接收换能器组件均包括声波接收换能器、换能器高度调节器、以及与弹性波发射组件连接的连接管；每个所述连接管的一端同与之对应的换能器高度调节器通过两个法兰固定，两个法兰之间设有第一阻尼垫，每个所述连接管的另一端与连接腔体侧面固定，多个连接管均匀分设在连接腔体的外圆周；所述声波接收换能器设置在换能器高度调节器底部，所述声波接收换能器还与探头电路板组件的输入端电连接。上述技术方案中，每个所述换能器高度调节器包括三腿支腿、滑动衬套、两个弹簧、一块固定板和两个导杆；所述三腿支腿包括套筒、横板和轴杆，所述横板的上、下端分别固定轴杆和套筒，与每个换能器高度调节器相对应的声波接收换能器安装在其三腿支腿的套筒底端，每个所述轴杆穿过一个与横板相配合的压板，并套接有滑动衬套，每个所述滑动衬套顶部均同与之相对应的固定板固定连接，每个所述滑动衬套的侧面均同与之相对应的连接管通过两个法兰固定连接，两个套有弹簧的导杆对称分设在与之相对应的滑动衬套两侧，且所述导杆一端穿过与之相对应的固定块的限位孔，另一端穿过与之相对应的的压板并固定在与压板相配合的横板上。上述技术方案中，所述横板和压板之间设有多层第二阻尼垫，所述压板的四角上分别设有一个丝杠，每个所述丝杠均通过螺母固定在压板上，与每个丝杠所处位置相对应的横板、阻尼垫和压板上均设有一个的孔道，每个所述丝杠及与之相对应的孔道上穿设有一根麻绳，所述麻绳在横板下方和丝杠上方均设有绳结。上述技术方案中，所述滑动衬套的侧面设有的三脚转接法兰与连接管一端设有的法兰盘固定，所述三脚转接法兰和法兰盘通过多个螺丝固定，每个所述螺丝上均套设一个T型阻尼垫。上述技术方案中，所述震源为超磁致伸缩震源或电磁阀冲击震源。上述技术方案中，所述接收换能器组件的个数为3个，且呈圆周均匀设置在连接腔体的外周。上述技术方案中，所述探头电路板组件包括弹性波发射单元、信号预处理单元、模数转换单元、主控单元和探头姿态测量模块；所述主控单元通过RS485接口与主机通讯，所述主控单元的输出端与弹性波发射模块电连接，所述弹性波发射模块的输出端与震源电连接，并向震源输出高压脉冲，产生弹性波；所述信号预处理单元的多路模拟信号输入接口分别同与之相对应的声波换能器电连接，用于接收并处理多个声波换能器接收到的模拟信号，所述信号预处理单元的模拟信号输出接口与所述模数转换单元电连接，所述数转换单元用于将经过信号滤波放大预处理的模拟信号转换成数字信号，输出给所述主控单元，所述主控单元还与探头姿态测量模块电连接，所述主控单元分别接收模数转换单元所得的数字信号，以及探头姿态测量模块测量获得的探头方位角和倾角数据，并通过RS485接口传输到主机。上述技术方案中，所述电路板腔体顶部设有插接电缆的插头连接头，所述电路板腔体上还设有提手。上述技术方案中，所述电缆包括用于地面下方空洞探测的连接主机与探头的短信号电缆、以及用于桩孔底部等深部空间下方的溶洞探测的连接主机与探头的长信号电缆；还包括位于地面的孔口滑轮和升降探头的承重缆绳及盘绕承重缆绳的绞车。本专利技术还提供了一种干湿两用的弹性波孔底溶洞、地下空洞探测方法，包括以下步骤：步骤1、准备工作：1)当对地面下方空洞进行探测时，先对需要探测的区域，根据探测的密度和精度要求，划分测线和测点，并标注序号；然后将探头放置在第一个测点上，用短信号电缆连接主机和探头，打开主机电源，准备开始进行探测；2)当对桩孔底部等地下深部空间下方溶洞进行探测时，先将孔口滑轮安装在孔口，用长信号电缆连接主机与探头，然后将承重缆绳与探头紧固连接，将探头通过缆绳绞车下放到孔底，打开主机电源，准备开始进行探测；步骤2、获取探头姿态数据：由主机向探头发送获取探头姿态数据指令，当探头的主控单元接收到指令后，按照设定的间隔时间，持续从探头姿态测量模块获取探头姿态数据，并向主机发送，主机接收到探头姿态数据并显示，此时测试人员可根据显示的信息调整探头位置和姿态，保证探头近似水平状态，即各接收换能器近似与测试面垂直；其中，探头姿态数据包括探头的倾斜角和探头通道所指向的方位角；步骤3、参数设置：在主机上设置发射功率、信号预处理及采集等参数，即滤波、增益、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.干湿两用的弹性波孔底溶洞、地下空洞探测装置，包括探头(100)、主机(200)以及连接主机(200)与探头(100)的电缆(300)；其特征在于：所述探头(100)包括弹性波发射组件(1)、分设在弹性波发射组件(1)外周的多个接收换能器组件(2)及探头电路板组件(3)；所述弹性波发射组件(1)包括弹性波辐射块(11)、震源(12)、连接腔体(13)和电路板腔体(14)；所述连接腔体(13)下方安装震源(12)，所述震源(12)下方刚性连接弹性波辐射块(11)，所述连接腔体(13)上方安装电路板腔体(14)，所述电路板腔体(14)内设有探头电路板组件(3)，所述震源(12)与探头电路板组件(3)的输出端电连接；每个所述接收换能器组件(2)均包括声波接收换能器(21)、换能器高度调节器(22)、以及与弹性波发射组件(1)连接的连接管(23)；每个所述连接管(23)一端同与之对应的换能器高度调节器(22)通过两个法兰固定，两个法兰之间设有第一阻尼垫(24)，每个所述连接管(23)的另一端与连接腔体(13)侧面固定；所述声波接收换能器(21)设置在换能器高度调节器(22)底部，所述声波接收换能器(21)还与探头电路板组件(3)的输入端电连接。...

【技术特征摘要】
2019.06.18 CN 20191052506081.干湿两用的弹性波孔底溶洞、地下空洞探测装置，包括探头(100)、主机(200)以及连接主机(200)与探头(100)的电缆(300)；其特征在于：所述探头(100)包括弹性波发射组件(1)、分设在弹性波发射组件(1)外周的多个接收换能器组件(2)及探头电路板组件(3)；所述弹性波发射组件(1)包括弹性波辐射块(11)、震源(12)、连接腔体(13)和电路板腔体(14)；所述连接腔体(13)下方安装震源(12)，所述震源(12)下方刚性连接弹性波辐射块(11)，所述连接腔体(13)上方安装电路板腔体(14)，所述电路板腔体(14)内设有探头电路板组件(3)，所述震源(12)与探头电路板组件(3)的输出端电连接；每个所述接收换能器组件(2)均包括声波接收换能器(21)、换能器高度调节器(22)、以及与弹性波发射组件(1)连接的连接管(23)；每个所述连接管(23)一端同与之对应的换能器高度调节器(22)通过两个法兰固定，两个法兰之间设有第一阻尼垫(24)，每个所述连接管(23)的另一端与连接腔体(13)侧面固定；所述声波接收换能器(21)设置在换能器高度调节器(22)底部，所述声波接收换能器(21)还与探头电路板组件(3)的输入端电连接。2.根据权利要求1所述的干湿两用的弹性波孔底溶洞、地下空洞探测装置，其特征在于，每个所述换能器高度调节器(22)包括三腿支腿(221)、滑动衬套(222)、两个弹簧(223)、一块固定板(224)和两个导杆(225)；所述三腿支腿(221)包括套筒(2211)、横板(2212)和轴杆(2213)，所述横板(2212)的上、下端分别固定轴杆(2213)和套筒(2211)，与每个换能器高度调节器(22)相对应的声波接收换能器(21)安装在其三腿支腿(221)的套筒(2211)底端，每个所述轴杆(2213)穿过一个与横板(2212)相配合的压板(226)，并套接有滑动衬套(222)，每个所述滑动衬套(222)顶部均与之相对应的固定板(224)固定连接，每个所述滑动衬套(222)的侧面均与相对应的连接管(23)通过两个法兰固定连接，两个套有弹簧(223)的导杆(225)对称分设在与之相对应的滑动衬套(222)两侧，且所述导杆(225)一端穿过与之相对应的固定块(224)的限位孔，另一端穿过与之相对应的的压板(226)并固定在与压板(226)相配合的横板(2212)上。3.根据权利要求2所述的干湿两用的弹性波孔底溶洞、地下空洞探测装置，其特征在于，所述横板(2212)和压板(226)之间设有多层第二阻尼垫(227)，所述压板(226)的四角上分别设有一个丝杠(228)，每个所述丝杠(228)均通过螺母(2281)固定在压板(226)上，与每个丝杠(228)所处位置相对应的横板(2212)、第二阻尼垫(227)和压板(226)上均设有一个的孔道(229)，每个所述丝杠(228)及与之相对应的孔道(229)上穿设有一根麻绳(220)，所述麻绳(220)在横板(2212)下方和丝杠(228)上方均设有绳结(2201)。4.根据权利要求2所述的干湿两用的弹性波孔底溶洞、地下空洞探测装置，其特征在于，所述滑动衬套(222)的侧面设有的三脚转接法兰(251)与连接管(23)一端设有的法兰盘(252)固定，所述三脚转接法兰(251)和法兰盘(252)通过多个螺丝(26)固定，每个所述螺丝(26)上均套设一个T型阻尼垫(27)。5.根据权利要求1所述的干湿两用的弹性波孔底溶洞、地下空洞探测装置，其特征在于，所述震源(12)为超磁致伸缩震源或电磁阀冲击震源。6.根据权利要求1所述的干湿两用的弹性波孔底溶洞、地下空洞探测装置，其特征在于，所述接收换能器组件(2)的个数为3个，且呈圆周均匀设置在连接腔体(13)的外周。7.根据权利要求1所述的干湿两用的弹性波孔底溶洞、地下空洞探测装置，其特征在于，所述探头电路板组件(3)包括弹性波发射单元(31)、信号预处理单元(32)、模数转换单元(33)、主控单元(34)和探头姿态测量模块(35)；所述主控单元(34)通过RS485接口与主机(200)通讯，所述主控单元(34)的输出端与弹性波发射模块(31)电连接，所述弹性波发射模块(31)的输出端与震源(12)电连接，并向震源(12)输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏代林，曾成林，彭洋，王安银，吴自来，孟红霞，
申请(专利权)人：武汉天宸伟业物探科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42