[发明专利]检测岩石类构件弹性波速度的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，尤其是涉及一种检测岩石类构件弹性波速度的方法以及检测岩石类构件的系统。

背景技术

岩石弹性波速度是研究岩体中弹性波传播规律、以及研究岩体各种物理力学参数动测方法的重要参数之一，也是评价岩土工程建设质量的重要参数。

现有弹性波速度的检测方法是在岩块两端布置换能器，通过声波发射仪的触发电路产生脉冲信号（正弦脉冲或矩形脉冲），脉冲信号经发射换能器向岩块内发射弹性波，弹性波在岩体内传播并为接收换能器所接收，经放大电路放大，实现模数转换，再由仪器记录接收波形信号，通过读出首波到达时间Δt，由下式计算出波速v，v＝ΔL/Δt，ΔL为被测岩块长度。

然而，现有技术在现场检测过程中，有时会因为背景噪声干扰大，使首波与噪声信号混叠，甚至首波被完全淹没在噪声信号中，因此，这种情况下，就会难以判断弹性波的首波到达时间。而且，现有技术在检测较长岩石类构件时，由于弹性波传播长距离后的幅度衰减较大，所以造成在接收信号中不易判别弹性波首波的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种检测岩石类构件弹性波速度的方法，其在现场噪音干扰大的情况下能够精确地检测出岩石弹性波速度，而且在针对较长距离构件时也能够检测出弹性波的到达时间。

为实现上述目的，本发明提供了一种检测岩石弹性波速度的方法。该方法包括：发射换能器通过所述岩石类构件与接收换能器耦合，用线性调频编码信号激励该发射换能器，所述接收换能器接收到检测信号S_rock；对匹配滤波信号S_match与所述检测信号S_rock做实数域内的相关函数运算，得到单一峰值的脉冲压缩信号S_compress(n)；其中，匹配滤波信号S_match是在发射换能器与接收换能器直接对接的情况下所述接收换能器接收到的信号；根据所述脉冲压缩信号S_compress(n)的峰值时间Δt计算得到弹性波的首波到达时间。

此外，本发明还提供一种检测岩石类构件的系统。该系统包括：发射换能器，其在线性调频编码信号的激励，将该线性调频编码信号转换成振动信号，并向岩石类构件发射该振动信号；接收换能器，其接收来自岩石类构件的弹性波，将该弹性波转换成检测信号S_rock；运算设备，其用于对匹配滤波信号S_match与所述检测信号S_rock做实数域内的相关函数运算，得到单一峰值的脉冲压缩信号S_compress(n)，其中，匹配滤波信号S_match是在发射换能器与接收换能器直接对接的情况下所述接收换能器接收到的信号。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

（1）本发明利用线性调频信号的宽时、宽带特性及良好的压缩特性，在接收端通过脉冲压缩（压缩后的信号的信噪比较高），判断压缩信号的单一主瓣峰值时间，从而精确地检测出岩石弹性波速度；

（2）本发明的发射换能器发射出的发射信号具有宽时、宽带特性，从而决定了信号的能量较大，因此能够穿透长距离的被检构件；

（3）本发明采用的方法可使发射信号的特征与噪音信号的特征存在明显的差异，从而容易判别出弹性波的首波；

（4）由于本方法可使压缩后的信号主瓣较窄，并且幅度较高，所以能够精确判读出弹性波的到达时间；

（5）相对于常规声波仪器的高电压激励（大于100V），本发明采用的脉冲压缩方法用较低电压激励换能器就可得到信噪比和主瓣幅值较高的检测信号，从而增加了检测距离。

附图说明

图1为现有技术采用脉宽为10μs的矩形脉冲检测20cm岩样的接收信号；

图2为本发明实施例的线性调频编码信号波形图；

图3为线性调频编码信号频谱图；

图4为发射换能器与接收换能器直接对接时线性调频编码信号激励中心频率为500KHz的接收换能器后得到的匹配滤波信号波形图；

图5为线性调频编码信号检测长度为20cm岩样时得到的接收信号S_rock波形图；

图6为S_match与S_rock进行相关压缩运算后得到的脉冲压缩信号波形图；

图7为本发明检测岩石类构件弹性波速度的系统。

具体实施方式