地面上放置两个加速度探测器（１１Ａ和１１Ｂ），两者的间距为Ｌ。一个振动激励器（１５）法向振动地面，产生表面波。一个测量仪表，它包括一个地震仪（１２－１）和一个模数转换器（１２－２）。地震仪接收上述两个加速度探测器的探测信号，产生加速度时间序列模拟信号。模数转换器将加速度时间序列模拟信号转换成加速度时间序列数字信号。与测量仪表连接的一台微机，接收时间序列信号，然后根据预定的分析程序处理信号，从而计算平均速度Ｖ＃－［ｒ］（ｆ）和深度Ｄ（ｆ）。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种利用表面波、尤其是雷利(Rayleigh)波特性的地面分析系统。除了P波和S波外，表面波业已为大家熟知。大家还知道表面波伴随着一种扩散现象，并且具有这样一个特性，即传播速度视波长而定。现将表面波的性质简述如下。当振动源法向地将振动施加给地面时，地面除出现P波和S波外，还出现表面波。P波和S波自振动源呈半球状传播。另一方面，表面波中的雷利波沿具有预定高度(由频率确定)的圆柱体的直径方向传播。换句话说，振动源产生的P波和S波均具有方向性。P波在振动源下方传播波能最大。S波45度传播波能最大。换句话说，P波和S波基本上不能水平方向传播。因此，只有表面波能将大幅度的振动施加给地面。在下方传播的P波和S波的几何衰减系数均标为r1(r表示距离)，而在地面附近传播的P波和S波的几何衰减系数标为r2。地表面的表面波的几何衰减系数，则标为r0.5。除了雷利波外，表面波还包括乐甫(Love)波、与P波相似的P-P模式波和板波。在本专利技术中，使用雷利波。附图说明图1给出了雷利波、P波和S波波速之间的关系。这三种波速比视地面土壤的泊松比(Poisson’s ratio)而有所变化。S波的速度约等于雷利波的速度。图1中的纵坐标轴表示方程V/Vs＝V(ρ/G)1/2中的值。参考符号Vs表示S波的速度，参考符号ρ表示土壤的密度，参考符号G表示刚性模量，参考符号V表示P波或雷利波的速度。由于雷利波的速度接近于S波的速度，并且典型地表示土工技术值，因此可利用S波的速度与N值(标准触探试验值standard penetrationtest value)之间的相关方程或S波的速度与qa值(容许承载能力allowable bearing capacity)之间的相关方程，分别估算S波和雷利波的土工技术值。根据本专利技术的地面分析系统通过探测法向地振动地表面产生的表面波进行地面分析。根据本专利技术，地面分析系统包括放置在地面的、相互间隔距离为L的第一加速度探测器和第二加速度探测器；含有接收第一和第二加速度探测器的探测信号的、产生第一和第二加速度时间序列信号的地震仪的测量仪表；以及接收第一和第二加速度时间序列信号的、根据预定的分析程序处理信号的信号处理器。信号处理器进行傅里叶(Fourier)变换，计算功率谱和交叉谱，并且利用计算得到的功率谱和交叉谱，计算传递函数H(f)。信号处理器还利用计算得到的传递函数，计算第一和第二加速度时间序列信号之间的相差Δθ(f)和时差Δt(f)。根据计算得的时差Δt(f)和距离L，信号处理器还可计算表面波的平均传播速度Vr(f)和深度D(f)。根据本专利技术，采用快速傅里叶变换和离散傅里叶变换进行信号处理。下文将对快速傅里叶变换和离散傅里叶变换进行描述。振荡器12-4产生一个施加给振动激励器15的激励信号。该激励信号经功率放大器14放大，放大后的信号施加给振动激励器15。振荡器12-4可产生正弦波信号、多正弦波信号和可变正弦波信号，作为激励信号。振荡器12-4能产生各种不同频率的正弦波信号。如图3A所示，将不同频率f1至fn的正弦波信号合成后可获得振幅不同的多正弦波信号。例如，多正弦波信号具有图3B所示的合成波。另一方面，不同频率f1至fn的正弦波信号合成后可获得恒幅可变正弦波信号。例如，可变正弦波信号具有图3C中的合成波。该可变正弦信号具有一个频率调制波。为方便起见，图3B和图3C显示合成波形，而在图3A中未示出正弦波信号的实际合成波形。为下述描述得更清楚，根据本专利技术的最佳实施例，当将正弦波信号用作激励信号时，则通过上述离散傅里叶变换进行信号处理。在下文中，将这种信号处理称为阶跃正弦测量。而当将多正弦波信号或可变正弦波信号作为激励信号时，则通过上述快速傅里叶变换进行信号处理。在下文中，将这种信号处理称为多正弦测量。在采用快速傅里叶变换的情况下，频率是由2n确定的一个固定值。并且阶跃宽度也是固定的。此外，需要将设置的频率从低改变到高。而在采用离散傅里叶变换的情况下，频率可任意设置。设置的频率可以从低改变到高，也可从高改变到低。以下描述系统的工作。首先，将振动激励器15、第一加速度探测器11A和第二加速度探测器11B以直线形式放置在拟分析的地区。假设设置的第一加速度探测器11A与第二加速度探测器11B之间的距离为L(米)。利用振动激励器15法向地振动地表面，这样环绕振动激励器15产生表面波。第一加速度探测器11A和第二加速度探测器11B探测地表面附近传播的表面波(雷利波)的法向振动。容许从第一加速度探测器11A和第二加速度探测器11B探测到的第一和第二加速度信号通过地震仪12-1的低通滤波器电路，产生第一和第二加速度时间序列模拟信号A(t)和B(t)。将获取的这两种信号提供给模数转换器12-2。该模数转换器12-2将这两种模拟信号转换成第一和第二加速度时间序列数字信号Ad(t)和Bd(t)。经通信设备12-3将这两种数字信号传送到微机13。根据预定的分析程序，微机13计算出第一和第二加速度时间序列信号Ad(t)和Bd(t)的功率谱GAA(f)和GBB(f)、交叉谱GBA、传递函数H(f)、和相干函数γ2(f)。将计算出的第一和第二加速度时间序列信号Ad(t)和Bd(t)的功率谱GAA(f)和GBB(f)、交叉谱GBA(f)、传递函数H(f)和相干函数γ2(f)储存在微机13的硬盘中。微机13还能利用传递函数H(f)获得第一加速度时间序列信号Ad(f)与第二加速度时间序列信号Bd(f)之间的相差Δθ(f).。而后，微机可获取上述两个信号之间的时差Δt(f)。根据时差Δt(f)和第一加速度探测器11A与第二加速度探测器11B之间的距离L，微机还能够获取表面波的平均传播速度Vr(f)和深度D(f)。根据获取的平均传播速度Vr(f)和深度D(f)，微机13在监视器13-1上显示D-V频散曲线。还可参照图4，对利用微机13的分析程序计算表面波和深度D(f)的平均传播速度Vr(f)的方法作更为详细的说明。在S1步，微机13进行由下述方程(1)和(2)表达的傅里叶变换，得出经模数变换的第一和第二加速度时间序列信号Ad(f)和Bd(f)，从而获得经变换的信号SA(f)和SB(f)。在S2步，利用下述方程(3)、(4)和(5)，根据经变换的信号SA(f)和SB(f)，计算功率谱GAA(f)、GBB(f)和交叉谱GBA(f)。SA(f)=∫-∞∞A(t)·e-j2πftdt----(1)]]>SB(f)=∫-∞∞B(t)·e-j2πftdt----(2)]]>GAA(f)＝SA(f)·SA*(f)(3)GBB(f)＝SB(f)·SB*(f)(4)GBA(f)＝SB(f)·SA*(f)(5)然后，在S3和S4步，根据上述功率谱，利用方程(6)计算传递函数H(f)，利用方程(7)计算相干函数γ2(f)。将传递函数和相干函数的计算值储存在微机13的硬盘中。H(f)=SB(f)SA(f)=SB(本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种地面分析系统，可通过探测法向振动地面产生的表面波，进行地面分析。该系统包括： 放置在地面、间距为Ｌ的第一加速度探测器和第二加速度探测器； 一个测量仪表，包括接收第一加速度探测器和第二加速度探测器的探测信号并产生第一和第二加速度时间序列信号的地震仪； 一个信号处理器，接收第一和第二加速度时间序列信号，根据预定的分析程序进行信号处理； 其特征在于：该信号处理器进行傅里叶变换，计算功率谱和交叉谱，利用计算得到的功率谱和交叉谱计算传递函数Ｈ（ｆ），利用计算得到的传递函数Ｈ（ｆ）计算第一和第二加速度时间序列信号之间的相差Δθ（ｆ）和时差Δｔ（ｆ），而后根据计算得到的时差Δｔ（ｆ）和间隔距离Ｌ计算表面波的平均传播速度Ｖ↓［ｒ］（ｆ）和深度Ｄ（ｆ）。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：荘林茂德，
申请(专利权)人：VIC株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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