[发明专利]一种基于声波反射的埋地管线探测装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于声波反射的埋地管线探测装置，包括：安装在地面的信号发生器、功率放大器、激振器、耙式振动台、若干个三轴地震检波器，以及安装在上位机上的信号处理器；其中，若干个三轴地震检波器构成检波器阵列，所述激振器与检波器阵列连线构成测线方向；所述信号发生器用于采用波形调制产生两种调制信号；所述功率放大器用于对信号发生器产生的调制信号进行功率放大；所述激振器用于接收所述功率放大器的信号产生地震波；所述耙式振动台用于将激振器产生的地震波耦合进土壤中；所述三轴地震检波器用于接收三个方向的反射声波信号；所述信号处理器用于处理三轴地震检波器接收的声波信号并进行成像，通过图像得到埋地管线的位置。

技术领域

本发明涉及声波探测领域，具体涉及一种基于声波反射的埋地管线探测装置及方法。

背景技术

埋地管线承担着能源输送、信息传递、供水供暖等工作，是保障社会发展运行的重要基础设施和“生命线”。但是由于地理因素和历史等原因，埋地管线“老”、“密”、“乱”的状况越来越严重，尤其是在建设施工过程中，经常因为不知道管线具体位置而盲目开挖，导致爆炸、火灾、停水、断电等事故，从而造成严重的经济损失和恶劣的社会影响。因此，实现对埋地管线的准确探测是城市建设和发展亟待解决的问题，但是目前埋地管线的探测面临以下的问题：

1、由于埋地管线处于土壤内部，属于看不见、摸不着的隐藏对象，一般的接触式探测方法很难取得理想的探测效果，并且具有施工强度大、工作效率低等问题，因此，往往只能采用非接触式的探测方法；

2、老式的埋地管线主要采用金属材质，通过基于电磁原理的金属探测仪即可实现很好的探测效果，但是随着非金属材料在硬度和强度性能上的提升以及优异的环保特性，越来越多的管线采用非金属材料。非金属材料不导电、不导磁的特殊性，导致基于电法、磁法的非接触探测方法已经不能进行有效地探测；

3、埋地管线所处的土壤情况一般较复杂，主要包括：面层、基层和垫层等，不同土层的介电特性不一致，探测方法既需要较强的土壤穿透能力，又需要较高的空间分辨率；另外，由于降雨、浇灌、排水等原因会引起土壤湿度的增加，高湿度情况下会造成探地雷达等基于电磁波反射原理的探测方法准确性下降或者失效。

发明内容

本发明的目的在于克服目前埋地管线探测存在的上述缺陷，提出的基于声波反射原理的探测方法，首先使用激振器激发特殊的调制声波信号(短时冲击信号和长时扫频信号)，然后通过线性布局的三轴检波器阵列采集埋地管线的反射信号，然后通过时延成像方法绘制测线下方的土壤图像，根据图像的差异准确测定埋地管线的位置和深度。

为了实现上述目的，本发明提出了一种基于声波反射的埋地管线探测装置，包括：安装在地面的信号发生器、功率放大器、激振器、耙式振动台、若干个三轴地震检波器，以及安装在上位机上的信号处理器；其中，若干个三轴地震检波器构成检波器阵列，所述激振器与检波器阵列连线构成测线方向；

所述信号发生器，用于采用波形调制产生两种调制信号：短时冲击信号和长时扫频信号；

所述功率放大器：用于对信号发生器产生的调制信号进行功率放大；

所述激振器：用于接收所述功率放大器的信号，产生地震波：竖直方向和水平方向的振动；

所述耙式振动台：用于将激振器产生的地震波耦合进土壤中；

所述三轴地震检波器：用于接收与测线水平方向、与测线垂直方向以及与地面垂直方向的反射声波信号；

所述信号处理器：用于处理三轴地震检波器接收的声波信号，对信号进行滤波、时延估计和成像分析，最后通过图像得到埋地管线的位置。

作为上述装置的一种改进，所述短时冲击信号为持续时间短、频带宽、空间分辨量高的信号；所述长时扫频信号的频率范围为50Hz-1000Hz，信号持续时间为5s-10s。