[发明专利]地表声阻抗率测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及物探技术领域，尤其是声波探测非金属地雷研究中的地表声阻抗率测量装置及方法。

背景技术

塑料等非金属地雷的安全、可靠探测一直是国际排雷事业亟待解决的瓶颈问题。常用的金属探测器因是基于电磁感应原理只能探测金属地雷，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埋藏物是否为地雷；对于非成像技术，如中子分析，它通过检测炸药的化学特性具有较强的地雷鉴别能力，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具有潜在的应用前景，但缺少声波探雷模型研究的商用实验研究装置。

声-地震耦合是指当频率在1KHz以下的低频声波由空气入射到地表时，形成快纵波、慢纵波和横波等多种成分的地震波；相应地，地表声压与耦合的地表振动速度的比值称为地表声阻抗率。当耦合的地震波遇到地雷时会发生反射或散射现象而回到地表，并改变地表的振动速度，进而改变地表声阻抗率的大小。因此，通过检测地表声阻抗率的变化异常情况，可用于非金属地雷探测方面的研究，但目前尚无专用的地表声阻抗率测量装置。

一个典型的地表声阻抗率测量装置应包括声波发射系统和地表振动速度检测系统，而目前的声发射系统不能直接测量地表声压的变化曲线，地表振动速度检测系统的检测效率较低，不能同时检测地表多个位置的振动情况，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-地震耦合机理研究的测量装置等方面的问题，提供一种地表声阻抗率的检测装置和检测方法，可实现对地表声阻抗率的高精度、快速测量。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种地表声阻抗率测量装置，包括信号发生器、调音台、功率放大器、扬声器和计算机，其特征是：所述信号发生器、调音台、功率放大器和扬声器依次通过导线连接构成声波发射系统，由一个声级计和所述计算机通过数据线连接构成声压级检测系统，由一个地震检波器阵列经一个多通道数据采集单元与计算机通过数据线连接构成地表振动检测系统。

一种地表声阻抗率测量方法，采用上述装置来测量检测计算地表声阻抗率中所需地表声压级幅频特性曲线，其特征在于测量步骤如下：

（1）使扬声器发声端口正对待测地表位置；

（2）把声级计放于待测地表位置上和扬声器发声端口的正下方；

（3）信号发生器发出频率为f₀的起始正弦波信号，依次通过调音台和功率放大器放大后由扬声器发出高强度正弦声波；

（4）声级计测量待测地表位置的声压级，并由计算机记录；

（5）使信号发生器发出的正弦声波信号频率增加1Hz，即发出正弦波信号的频率为（f₀+1），采取与步骤（3）-（4）相同的步骤，记录该频率声波激励下待测地表（106）位置处的声压级；

（6）重复步骤（5）的操作，记录至预设频率为（f₀+N）时的待测地表（106）位置的声压级，并在计算机（107）中求出并记录所测声压级关于激发正弦波频率f₀、f₀+1、f₀+2、…、f₀+N的幅频特性曲线；

以上步骤中用到的信号发生器采用Tektronix公司生产的AFG3022任意波形/函数发生器，调音台采用Yamaha公司生产的MG8/2FX调音台，功率放大器采用杭州声博电子科技有限公司生产的PA2000功率放大器，扬声器采用Soundking集团有限公司生产的JB215专业音箱，声级计采用北京声望声电技术有限公司生产的BSWA801声级计。

一种地表声阻抗率测量方法，采用上述装置测量计算地表声阻抗率所需的地表振动速度幅频特性曲线，其特征在于测量步骤如下：

（1）保持上述信号发生器、调音台、功率放大器和扬声器的连接、参数设置及相对待测地表的位置不变；

（2）移走声级计，并使地震检波器阵列插入到待测地表位置，地震检波器阵列的输出端口由数据线连接到多通道数据采集单元的输入端口上，多通道数据采集单元的输出端口由数据连接到计算机的输入端口；

（3）信号发生器发出频率为f₀的起始正弦波信号，依次通过调音台和功率放大器放大后由扬声器发出高强度正弦声波；