专利名称：浅层掩埋物声光检测装置及方法
技术领域：
本发明涉及物探技术领域，尤其是浅层地下掩埋物探测中的声波检测装置及方法。
背景技术：
如非金属地雷等浅层地下掩埋物的安全、可靠 探测一直是国际上的一个瓶颈问题。常用的金属探测器因是基于电磁感应原理只能探测金属材料制掩埋物，对金属含量很少的塑料等非金属地雷探测效果较差。对于红外、探地雷达、X射线等成像技术，在探测机理上难以辨别掩埋物的类型；对于非成像技术，如中子分析，它通过检测材料的化学特性具有较强的鉴别能力，但系统特别复杂、检测信号过于微弱，尚处于应用可行性论证阶段。基于声-地震耦合原理的声波探测技术是指当低频声波由空气入射到地表时，会激发地表的振动，并形成快纵波、慢纵波和横波等多种成分的地震波，这些地震波如遇到埋藏物会发生反射或散射现象，改变地表振动状态的异常变化。因此，通过检测地表振动状态的变化异常情况，可用于浅层地下掩埋物方面的研究。基于声-地震耦合原理的声波探测技术具有潜在的应用前景，但缺少商用的声波探测浅层掩埋物实验装置。一个典型的浅层掩埋物检测装置应包括高指向性的声波发射系统和非接触地表振动检测系统，而目如研究的声发射系统多基于闻功率的首响系统，不能做到闻指向性、远距离的声波发射，地表振动检测系统基于地震检波器这种接触式速度传感器，不能进行地表振动状态的非接触检测，本发明正是针对这一关键技术进行展开的。
发明内容
本发明的目的在于克服目前尚无专用的声波探测浅层地下掩埋物机理研究的测量装置等方面的问题，提供一种非接触式浅层地下掩埋物检测装置和检测方法，可实现对浅层地下掩埋物高精度、快速的非接触测量。为达到上述目的，本发明采用下述技术方案
一种浅层掩埋物声光检测装置，包括计算机、信号处理器、声学参量阵、激光多普勒振动计和数据采集系统，所述计算机依次通过导线连接所述数据采集系统、所述信号处理器和所述声学参量阵，构成的高指向性声波发射系统，所述计算机与所述激光多普勒振动计和所述数据采集系统构成的地表振动检测系统。一种浅层掩埋物声光检测方法，上述的检测装置，具体实施步骤为
(1)将声学参量阵发声端口对准待测地面的一个无掩埋物参考位置，声学参量阵发声端口的轴线与水平地面的夹角为45度；
(2)将激光多普勒振动计垂直对准待测地面的无掩埋物参考位置，发射出检测光束信
号;
(3)通过计算机发出频率为和/2的两列高频正弦波信号，和/2的频差为低频f0，频率为 \和/2的两列高频正弦波信号依次通过数据采集系统和信号处理器调理放大后由声学参量阵发出高指向性正弦声波，并在待测地面的无掩埋物参考位置激发出频率为f0的地表振动；
(4)利用激光多普勒振动计、数据采集系统和计算机构成的地表振动检测系统测量待测地面的无掩埋物参考位置的地表振动位移幅值4，由计算机记录；
(5)保持步骤(I)- (4)中所述的高指向性声波发射系统和地表振动检测系统的参数设置不变，对高指向性声波发射系统中的声学参量阵在水平方向上进行移动，至待测地面的待测位置处激发出频率为A的地表振动；
(6)对地表振动检测系统中的激光多普勒振动计在水平方向上进行移动，至垂直发射的检测光束入射到待测地面的待测位置，检测地表振动位移幅值d2 ；
(7)比较所测的待测地面的无掩埋物参考位置的地表振动位移幅值J1和所测的待测地面的待测位置的地表振动位移幅值4，如果位移幅值J1和位移幅值4差别较大，则说明待测地面的待测位置下面存在掩埋物。本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点将计算机、数据采集系统、信号处理器和声学参量阵连接，解决了低频声波输出的高指向性问题，改善了声波发射系统性能；在地表振动速度检测时，通过利用多普勒振动计和多通道数据采集系统实现了对地表振动速度的非接触快速检测。
图1是本发明的浅层掩埋物声光检测装置结构示意 图2是浅层掩埋物声光检测步骤框图。
具体实施例方式本发明的优选实施例结合附图论述如下
实施例一
参见图1，本浅层掩埋物声光检测装置的结构包括计算机101、信号处理器102、声学参量阵103、激光多普勒振动计104和数据采集系统105，所述计算机101依次通过导线连接所述数据采集系统105、所述信号处理器102和所述声学参量阵103，构成的高指向性声波发射系统，所述计算机101与所述激光多普勒振动计104和所述数据采集系统105构成的地表振动检测系统。本实施例中用到的声学参量阵103和信号处理器102采用由美国Holosonics公司生产的24英寸音频聚光灯超声换能器阵列(24-1n diameter Audio Spotlightultrasonic transducer array)和与其配套的信号处理放大器(Processor/Amplifier),数据采集系统采用美国国家仪器(NI)有限公司生产的N1-PXI多通道数据采集系统，多普勒振动计采用德国Polytec公司生产的PDV-100激光多普勒振动计。实施例二
参见图2，本浅层掩埋物声光检测方法，采用实施例一的装置检测，检测步骤如下
(1)将声学参量阵103发声端口对准待测地面的一个无掩埋物参考位置106，声学参量阵103发声端口的轴线与水平地面的夹角为45度；
(2)将激光多普勒振动计104垂直对准待测地面的无掩埋物参考位置106，发射出检测光束信号；
(3)通过计算机101发出频率为 \和/2的两列高频正弦波信号，Z1和/2的频差为低频/O，频率为Λ和f2的两列高频正弦波信号依次通过数据采集系统105和信号处理器102调理放大后由声学参量阵103发出高指向性正弦声波，并在待测地面的无掩埋物参考位置106激发出频率为的地表振动；
(4)利用激光多普勒振动计104、数据采集系统105和计算机101构成的地表振动检测系统测量待测地面的无掩埋物参考位置106的地表振动位移幅值 <，由计算机101记录；
(5)保持步骤(I)- (4)中所述的高指向性声波发射系统和地表振动检测系统的参数设置不变，对高指向性声波发射系统中的声学参量阵103在水平方向上进行移动，至待测地面的待测位置107处激发出频率为f0的地表振动；·
(6)对地表振动检测系统中的激光多普勒振动计104在水平方向上进行移动，至垂直发射的检测光束入射到待测地面的待测位置107，检测地表振动位移幅值式；
(7)比较所测的待测地面的无掩埋物参考位置106的地表振动位移幅值J1和所测的待测地面的待测位置的地表振动位移幅值d2，如果位移幅值Cll和位移幅值d2差别较大，则说明待测地面的待测位置下面存在掩埋物。
权利要求
1.一种浅层掩埋物声光检测装置，其特征在于，包括计算机(101)、信号处理器(102)、声学参量阵(103)、激光多普勒振动计(104)和数据采集系统(105)，所述计算机(101)依次通过导线连接所述数据采集系统(105)、所述信号处理器(102)和所述声学参量阵(103)，构成的高指向性声波发射系统，所述计算机(101)与所述激光多普勒振动计(104)和所述数据采集系统(105)构成的地表振动检测系统。
2.一种浅层掩埋物声光检测方法，采用由权利要求1所述的检测装置，其特征在于，具体实施步骤为(1)将声学参量阵(103)发声端口对准待测地面的一个无掩埋物参考位置(106)，声学参量阵(103)发声端口的轴线与水平地面的夹角为45度；(2)将激光多普勒振动计(104)垂直对准待测地面的无掩埋物参考位置(106)，发射出检测光束信号；(3)通过计算机(101)发出频率为Λ和/2的两列高频正弦波信号，Z1和/2的频差为低频A，频率为A和f2的两列高频正弦波信号依次通过数据采集系统(105)和信号处理器(102)调理放大后由声学参量阵(103)发出高指向性正弦声波，并在待测地面的无掩埋物参考位置(106)激发出频率为f0的地表振动；(4)利用激光多普勒振动计(104)、数据采集系统(105)和计算机(101)构成的地表振动检测系统测量待测地面的无掩埋物参考位置(106)的地表振动位移幅值 <，由计算机(101)记录；(5)保持步骤(1)- (4)中所述的高指向性声波发射系统和地表振动检测系统的参数设置不变，对高指向性声波发射系统中的声学参量阵(103)在水平方向上进行移动，至待测地面的待测位置(107)处激发出频率为&的地表振动；(6)对地表振动检测系统中的激光多普勒振动计(104)在水平方向上进行移动，至垂直发射的检测光束入射到待测地面的待测位置(107)，检测地表振动位移幅值d2 ；(7)比较所测的待测地面的无掩埋物参考位置(106)的地表振动位移幅值I和所测的待测地面的待测位置的地表振动位移幅值d2,如果位移幅值Cll和位移幅值d2差别较大，则说明待测地面的待测位置下面存在掩埋物。
全文摘要
本发明公开了一种浅层地下掩埋物声光检测装置及方法，包括声波发射系统和待测地表振动检测装置。声波发射系统包括计算机、数据采集卡、信号处理放大器和声学参量阵；待测地表振动检测装置包括声波发射系统、激光多普勒振动计、数据采集卡和计算机。声波发射系统发出高指向性的高频声波，在待测地表位置产生低频声波，由地表振动检测装置检测待测地表位置处的振动位移变化情况。本发明提供的浅层地下掩埋物声光检测装置及方法能实现浅层地下掩埋物的非接触式、高精度、快速测量。
文档编号G01V1/00GK103018767SQ20121053219
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月12日 优先权日2012年12月12日
发明者王驰, 周瑜秋, 丁卫, 沈高炜, 吴文雯 申请人:上海大学
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