[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

说明书

本发明公开了一种基于声电耦合谐振的土层三维渗透场检测系统，包括：第一声波换能器和第二声波换能器，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，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，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，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透率；以及程控功率放大器，其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。

技术领域

本发明属于工程建筑技术领域，特别涉及一种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。

背景技术

在基坑挖掘的施工过程中，所在施工地点的地质条件对工程质量、施工进度以及作业安全都起到至关重要的作用，特别是掌握施工地点所处的不同的地质条件以及挖掘深度所对应的渗透率的变化对工程过程的顺利实施极为关键。随着基础设施建设步伐的加快以及施工过程智能化的推进，工程施工过程中需要更为有效、更为便捷、更低成本的渗透率检测技术。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种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，其能够实现渗流场土层渗透率的快捷检测，降低了检测成本并缩短检测时长，提高了系统的可靠性。

本发明提供了一种基于声电耦合谐振的土层三维渗透场检测系统，包括：第一声波换能器和第二声波换能器，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，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，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，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透率；以及程控功率放大器，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。

在一优选的实施方式中，土层三维渗透场检测系统还包括：声波发生器，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。

在一优选的实施方式中，由第一监测孔、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。

在一优选的实施方式中，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。

在一优选的实施方式中，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，能够直接给出渗透率数据。

在一优选的实施方式中，土层三维渗透场检测系统还包括：数据存储器，数据存储器的记录与检测点位置、渗透率数值相对应。

本发明还提供了一种基于声电耦合谐振的土层三维渗透场检测方法，该检测方法应用前述的渗透场检测系统，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，其中第一监测孔、第二监测孔以及第三监测孔组成组孔；在第一监测孔和第二监测孔中放入两个声波换能器，并设定第一声波角α₁；在第二监测孔和第三监测孔中放入两个声波换能器，并设定第二声波角α₂；在第一监测孔和第三监测孔中放入两个声波换能器，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。