[发明专利]基于声电耦合谐振的土层三维渗透场检测系统及检测方法

权利要求书

1.一种基于声电耦合谐振的土层三维渗透场检测方法，其特征在于，所述方法应用渗透场检测系统，所述渗透场检测系统包括：第一声波换能器和第二声波换能器，所述第一声波换能器和第二声波换能器在渗流场中以一定距离垂向分布，所述第一声波换能器和第二声波换能器都能够发射和接收超声信号；

监测孔，采用第一监测孔、第二监测孔以及第三监测孔作为组合探测的基础，在每两个监测孔组成的组合中放入声波换能器进行脉冲信号的监测；

信号采集与控制终端，所述信号采集与控制终端通过采集到的声波信号进行波形与频率对比，进而根据声波多普勒效应频率反演计算渗流速度；以及

程控功率放大器，所述程控功率放大器根据声波在介质中传播的衰减情况进行发射信号功率的调整，

所述土层三维渗透场检测方法包括如下步骤：

提供第一监测孔、第二监测孔以及第三监测孔，其中所述第一监测孔、第二监测孔以及第三监测孔组成组孔；

在所述第一监测孔和第二监测孔中各放入一个声波换能器，并设定第一声波角α₁；

在所述第二监测孔和第三监测孔中各放入一个声波换能器，并设定第二声波角α₂；

在所述第一监测孔和第三监测孔中各放入一个声波换能器，并设定第三声波角α₃；以及

基于组孔夹角α、第一声波角、第二声波角以及第三声波角计算渗流场在坐标系三个方向上的渗流速度，

基于组孔夹角α、第一声波角、第二声波角以及第三声波角计算渗流场在坐标系三个方向上的渗流速度具体为：

以如下公式计算渗流场在坐标系三个方向上的渗流速度v_x、v_y、v_z：

其中，当在所述第一监测孔和第二监测孔中放入两个声波换能器时，发射换能器所发射的声波频率为f₀₁，接收换能器所接收到的声波频率为f₁，当在所述第二监测孔和第三监测孔中放入两个声波换能器时，发射换能器所发射的声波频率为f₀₂，接收换能器所接收到的声波频率为f₂，当在所述第一监测孔和第三监测孔中放入两个声波换能器时，发射换能器所发射的声波频率为f₀₃，接收换能器所接收到的声波频率为f₃，

由所述第一监测孔、第二监测孔以及第三监测孔构成一个直角坐标系形成组孔，采用组孔探测的方式获得渗流场在不同方向上的渗流速度。

2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述渗透场检测系统还包括：声波发生器，所述声波发生器的设定频率可控，以调整不同频率的声波在渗流层复杂结构中传播时所可能发生的衍射与衰减。

3.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述程控功率放大器根据系统收集到的反馈信号通过控制系统进行发射功率的调整。

4.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述信号采集与控制终端具有直接的信息处理与反演计算的功能，能够直接给出渗流速度数据。

5.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述土层三维渗透场检测系统还包括：数据存储器，所述数据存储器的记录与检测点位置、渗流速度数值相对应。