[发明专利]一种基于多频超声扫描的孔内空区探测装置及方法

摘要

本发明公开了一种基于多频超声扫描的孔内空区探测装置，包括旋转驱动部件，还包括方位部件、扫描部件、标定部件和反射部件，还公开了一种基于多频超声扫描的孔内空区探测方法，来解决单一频率超声的探测范围极限性及低精度的难题，通过选取两个频率的超声换能器所产生的清晰波形，进行对比分析，可以分别计算出各超声脉冲漏检的周期个数，从而提高传播时间检测精度，同时采用标定部件和反射部件，来实时测量环境介质中的声速，实现波速的高精度测量，最后将两个频率的超声换能器所测距值进行平均作为准确距离，本发明设计巧妙，构思严密，结构体系简单，易于实施。

主权项

1.一种基于多频超声扫描的孔内空区探测方法，利用孔内空区探测装置，孔内空区探测装置包括旋转驱动部件(3)，还包括方位部件(4)、扫描部件(5)、标定部件(6)和反射部件(7)，旋转驱动部件(3)，用于驱动方位部件(4)和扫描部件(5)同步旋转；方位部件(4)，用于实时方位获取；扫描部件(5)，包括多个在旋转驱动部件(3)的驱动下沿同一扫描圆旋转的超声换能器，各个超声换能器发射的发射脉冲序列的频率不同，各个旋转驱动部件(3)沿同一扫描圆旋转时依次对孔内空区的孔壁的同一扫描点进行扫描；标定部件(6)，用于配合反射部件(7)测量超声脉冲在孔内空区内的介质中的传播速度，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、采集孔内空区孔壁扫描点所在深度、方位，采集空区岩壁扫描点对应的各个超声换能器的发射脉冲序列以及对应的实际接收脉冲序列；步骤二、选取扫描点对应的脉冲峰值最大的两个实际接收脉冲序列，分别定义为第一实际接收脉冲序列和第二实际接收脉冲序列；第一实际接收脉冲序列和第二实际接收脉冲序列对应的发射脉冲序列分别为第一发射脉冲序列和第二发射脉冲序列，第一发射脉冲序列和第二发射脉冲序列的频率分别为f1和f2，且f1小于f2，第一发射脉冲序列的脉冲周期为T1，第二发射脉冲序列的脉冲周期为T2，定义第一发射脉冲序列和第二发射脉冲序列对应的理论接收脉冲序列分别为第一理论接收脉冲序列和第二理论接收脉冲序列，第一发射脉冲序列的首波到第一理论接收脉冲序列的首波所用时间为t1，第二发射脉冲序列的首波到第二理论接收脉冲序列的首波所用时间为t2，第一发射脉冲序列的首波到第一理论接收脉冲序列的第n个上升沿所用时间为t1_n，第二发射脉冲序列的首波到第二理论接收脉冲序列的第n个上升沿所用时间为t2_n，第一发射脉冲序列和第二发射脉冲序列的脉冲数量均为N，设定第一实际接收脉冲序列中的第一个脉冲之前漏检的脉冲数为m1，选定扫描点对应的第一发射脉冲序列的第一个脉冲的上升沿到第一实际接收脉序列的第a个脉冲的上升沿所用时间记为时间t1_a，设定第二实际接收脉冲序列中的第一个脉冲之前漏检的脉冲数为m2，选定扫描点对应的第二发射脉冲序列的第一个脉冲的上升沿到第二实际接收脉序列的第b个脉冲的上升沿所用时间记为时间t1_b；步骤三、首先取a＝b＝1；步骤四、判断时间t1_a与t2_b的大小；若时间t1_a<时间t2_b，则a加1,直至时间t1_a第一次大于等于时间t2_b，在时间t1_a第一次大于等于时间t2_b的情况下：当时间t1_a‑时间t2_b>＝M，则b加1，直至时间t1_a减去时间t2_b的差值第一次小于M，并计算出C＝(t1_a‑t2_b)/△T，其中，△T＝T1‑T2；当时间t1_a‑时间t2_b＝M，则b加1，直至时间t1_a减去时间t2_b的差值第一次小于M，并计算出C＝(t1_a‑t2_b)/△T；当时间t1_a‑时间t2_b步骤五、通过C+1＝a+m1和C+1＝b+m2分别计算出m1和m2的值；步骤六、第一发射脉冲序列对应的超声换能器与扫描点之间的距离s1＝(t1_1‑m1×T1)c，第二发射脉冲序列对应的超声换能器与扫描点之间的距离s2＝(t2_1‑m2×T2)c，c为超声脉冲在孔内空区内的介质中的传播速度；步骤七、扫描线长度s为(s1+s2)/2。