原文传递
基于声波模式波的路基空洞检测方法及其采集系统研究
| 论文题名： | 基于声波模式波的路基空洞检测方法及其采集系统研究 |
| 关键词： | 路基空洞检测;声波信号采集系统;声波模式波;声波换能器;正弦信号 |
| 摘要： | 路基塌陷严重威胁公共安全。避免塌陷事故发生的有效方法是提前检测路基空洞，掌握路基情况并有针对性地进行处理。目前常用的路基空洞检测方法有钻芯法和探地雷达法，但钻芯法会破坏公路，探地雷达法的检测结果受环境影响大。本文通过声波换能器阵列和采集系统获得不同源距的声波信号，用矩阵法处理阵列声波波形获得模式波分布曲线，根据模式波的形状和分布特征判断路基空洞。该方法具有无损检测、结果准确、受环境影响小等优点，能够弥补以上不足。 本文研究利用声波模式波进行路基空洞检测的方法。建立二维多层介质模型，用平面波叠加原理推导了SV波响应的计算式和系数递推矩阵，实现了SV波响应的计算，获得了路面阵列声波响应的二维谱，计算得到了路基密实和含空洞情况下的二维谱及模式波分布曲线，为声波模式波路基空洞检测奠定理论基础；设计并实现了声波换能器一致性检测系统和声波信号采集系统，为声波模式波路基空洞检测提供硬件基础。主要成果有： (1)当路基密实时，从路面测量的模式波为直线，群速度在频率大于2kHz的范围内接近常数，与路基的纵波速度相等，可用于评价路基质量。当路基中有水层或空洞时，模式波为曲线，其形状与路基密实时差异明显，可用于识别路基水土流失和空洞。 (2)为提高检测结果的准确度，需要筛选一致性好的声波换能器接收声波信号。为此，本文设计了声波换能器一致性检测系统。系统产生变频的正弦信号，同步采集声波换能器前、后的正弦波形，利用快速离散傅立叶变换处理数据，获得声波换能器的谐振频率和动态参数，对声波换能器进行检测筛选。 (3)为同步采集路面多道声波信号，设计了声波信号采集系统。系统采集声波数据并传输至上位机。用矩阵法提取波形的相位信息得到模式波分布曲线，通过模式波形状和分布特征判断路基情况。 (4)为验证本文所述的检测方法的有效性，进行现场实验。用一组经过筛选的声波换能器组成接收阵列，在多种类型的实验场地采集声波，并获得模式波分布曲线。实验结果与理论计算结果具有一致性，验证了声波模式波检测方法的有效性。 (5)为验证声波模式波检测结果，本文给出三种在钻孔中通过瞬变电磁响应获得地层电导率的方法，通过电导率异常判断路基空洞。 |
| 作者： | 王春启 |
| 专业： | 集成电路工程 |
| 导师： | 沈建国;肖坤德 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2021 |
检索历史
应用推荐
