CN108061598B - 一种地震模型速度检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种地震模型速度检测方法，其中，所述地震模型速度检测方法包括如下步骤：S1)固定待检测的所述地震模型；S2)向所述地震模型的一端发射等幅振动波；S3)对穿过所述地震模型的另一端的振动波进行检测；S4)计算所述等幅振动波在地震模型中的传播速度。本发明公开的地震模型速度检测方法操作简单，测定结果准确，同时发射等幅振动波增加测定结果的准确性，该检测方法具有可重复性的优点；本发明的地震模型速度检测方法在检测过程中，自动化程度高，无需人工干预，降低人工干预对测定结果所造成的误差。

Description

一种地震模型速度检测方法

技术领域

本发明涉及地球物理技术领域，特别涉及一种地震模型速度检测方法。

背景技术

共振法是一种测量弹性波速度的重要方法，它基于驻波原理，其振动与风琴管中的振动相类似。在被测样品中包含了整数个振动的半波长，即样品长度L＝n(λ/2)，这里n是整数，λ是驻波的波长，因此波的相速度v＝λf＝2Lf/n。

采用此种方法需要的设备比较简单，但是目前实验室采用此法进行测速时存在着下面的问题：

①由于目前通常使用的波发射和接收器件幅频特性不够平整，波发射器件不能在各个频点上发出等幅的振动输出信号，波检测器件不能做到等幅接收；即波发射器件不能把平整的电压驱动信号转换为平整的振动驱动信号，而波接收器件不能把平整的振动信号转换为平整的电压信号供采集和处理用。这样的结果是得到的谐振频率f不够准确。

②重复性较差。由于波在被测样品中的传播和波发射及接收器件与被测样品的耦合有关，因此如果压紧程度不一样都会造成不同的测试结果。

③手工干预多，测试效率低，测试结果与实验人员的习惯和素质有关。另外振动台容易受到地面传来的外界低频信号干扰。

基于上述问题，本发明提出一种地震模型速度检测方法。

发明内容

本发明的地震模型速度检测方法步骤简单、操作简单，能够准确的测定地震模型速度，且该地震模型速度检测方法能做到在1hz-100khz带宽范围内的各个频点上输出等幅振动的驱动信号，对透过地震模型的振动信号进行宽频接收，从而准确得出地震模型速度，且该检测方法在检测过程中无需进行人工干预，通过对夹板与被测模型之间压力的检测和控制，保证每次实验夹板和被测模型之间的耦合基本一致，以确保实验的可重复性，该检测方法对地震模型速度的测试自动完成，无需进行人工干预，通过气垫隔振台隔离外界的低频振动干扰信号，实现测量结果准确的目的。

为实现上述目的，本发明提出一种一种地震模型速度检测方法，其中，所述地震模型速度检测方法包括如下步骤：

S1)固定待检测的所述地震模型；

S2)向所述地震模型的一端发射等幅振动波；

S3)对穿过所述地震模型的另一端的振动波进行检测；

S4)计算所述等幅振动波在地震模型中的传播速度。

如上所述的地震模型速度检测方法，其中，在步骤S1)中，将所述地震模型固定夹紧到预定的压力值。

如上所述的地震模型速度检测方法，其中，所述地震模型受到的夹紧力由压力传感器来检测。

如上所述的地震模型速度检测方法，其中，在步骤S2)中包括以下三个步骤：

S21)计算机通过数模转换器将电功率信号传输到叠堆压电陶瓷上来生成输出振动波；

S22)所述输出振动波的输出振幅值由第一激光检测器检测，所述输出振幅值与设定振幅值的差值超过设定差值时，调节所述电功率信号的驱动电压使所述输出振幅值与设定振幅值的差值低于所述设定差值，将所述输出振动波的频率范围内各频点所对应的所述驱动电压记录在表格内；

S23)：所述计算机根据所述表格内的各所述频点所对应的所述驱动电压驱动所述叠堆压电陶瓷来生成所述等幅振动波。

如上所述的地震模型速度检测方法，其中，所述振动波由第二激光检测器检测来检测。

如上所述的地震模型速度检测方法，其中，所述数模转换器和所述叠堆压电陶瓷之间电连接有功率放大器。

如上所述的地震模型速度检测方法，其中，通过两个夹板来夹紧所述地震模型，所述夹板设在实验台上，至少一个所述夹板能相对所述实验台相对滑动。

如上所述的地震模型速度检测方法，其中，一个所述夹板固设在所述实验台上，另一个所述夹板通过滑轨连接在所述实验台上，另一个所述夹板能相对所述滑轨来回滑动地连接在所述滑轨上。

如上所述的地震模型速度检测方法，其中，所述实验台为气垫隔震台。

如上所述的地震模型速度检测方法，其中，在步骤S4)中，根据对所述振动波的检测结果，对所述振动波的振幅进行计算，得出所述振动波的共振频点，计算得出所述地震模型中所述等幅振动波的传播速度值。

本发明的地震模型速度检测方法操作简单，测定结果准确，同时发射等幅振动波增加测定结果的准确性。

本发明的地震模型速度检测方法对地震模型固定夹紧到预定的压力值，保证每次实验夹板和被测模型之间的耦合基本一致，以确保实验的可重复性。

本发明的地震模型速度检测方法在检测过程中，自动化程度高，无需人工干预，降低人工干预对测定结果所造成的误差，本发明的地震模型速度检测方法还通过气垫隔振台隔离外界的低频振动干扰信号，实现测量结果准确的目的。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1为本发明的地震模型速度检测方法的流程图；

图2为本发明的地震模型速度检测系统的组成框图；

图3为本发明的地震模型速度检测系统的结构示意图。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围，下面将结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，地震模型速度检测方法包括如下步骤：

S1)固定待检测的所述地震模型；

S2)向所述地震模型的一端发射等幅振动波；

S3)对所述地震模型的另一端的振动波进行检测；

S4)计算所述等幅振动波在地震模型中的传播速度。

具体的，在步骤S1)中，将地震模型固定夹紧到预定的压力值，在本发明中地震模型受到的夹紧力由压力传感器来检测，以保证每次实验检测过程中，被测地震模型和检测系统之间的耦合基本一致，以确保实验的可重复性。

在步骤S2)中包括以下三个步骤：

S21)计算机通过数模转换器将电功率信号传输到叠堆压电陶瓷上来生成输出振动波；

S22)所述振动波的输出振幅值由第一激光检测器检测，所述输出振幅值与设定振幅值的差值超过设定差值时，调节所述电功率信号的驱动电压使所述输出振幅值与设定振幅值的差值低于设定差值，将所述振动波的频率范围内各频点所对应的所述驱动电压记录在表格内；

S23)：所述计算机根据所述表格内的各所述频点所对应的所述驱动电压驱动所述叠堆压电陶瓷来生成所述等幅振动波。通过生成等幅振动波来增加测定结果的准确性。

在步骤S4)中，根据对所述振动波的检测结果，对所述振动波的振幅进行计算，得出所述振动波的共振频点，根据公式v＝λf＝2Lf/n计算得出所述地震模型中波的传播速度值。

如图2和图3所示，本发明的地震模型速度检测方法中使用的地震模型系统设置在实验台1上，地震模型速度检测系统包括两个夹板2，至少一个夹板2能够相对实验台1相对滑动，两个夹板2之间夹设待检测的地震模型3(或称为被测地震模型3)，夹板2上设有透孔21，透孔21与地震模型3相对设置，以便于激光光束透过，地震模型3的两端分别设有第一激光测振仪4和第二激光测振仪5，第一激光测振仪4与地震模型3之间设有振动信号发射分析仪6，振动信号发射分析仪6与第一激光测振仪4和第二激光测振仪5相电接。

具体的，实验台1为气垫隔震台，该气垫隔震台可有效地隔离来自外界的高于1hz信号地面振动干扰的，从而增加测量结果的准确性。

一个夹板2固定连接在实验台1上，另一个夹板2通过滑轨7与实验台1相接，另一个夹板2能够相对滑轨7来回滑动，在本发明的一具体实施方式中，滑轨7设置在实验台1上，滑轨7包括能在滑轨7上来回滑动的滑块71，滑块71与另一个夹板2相接，通过滑块71在滑轨7上来回滑动，即实现另一个夹板2能够相对试验台1相对滑动，从而达到该地震模型速度检测系统能够适应不同尺寸的地震模型的效果。

进一步地，第二激光测振仪5和地震模型3之间设有能对地震模型3受到的夹紧力进行检测的压力传感器8，通过对夹板2与被测地震模型3之间压力的检测和控制，保证每次实验夹板2和被测地震模型3之间夹紧力相同，即实现保证每次实验夹板2和被测地震模型3的耦合基本一致，以确保实验的可重复性。

振动信号发射分析仪6包括计算机61、数模转换器62和叠堆压电陶瓷63，数模转换器62分别与计算机61和叠堆压电陶瓷63电连接，计算机61还分别与第一激光测振仪4和第二激光测振仪5相电接。

进一步地，数模转换器62和叠堆压电陶瓷63之间设有功率放大器64，功率放大器64分别与数模转换器62和叠堆压电陶瓷63相电接，以实现信号准确的传输到叠堆压电陶瓷63上的目的。

计算机61通过数模转换器62将需要发送的波形发给功率放大器64放大后送给叠堆压电陶瓷63，叠堆压电陶瓷63将电功率信号转换为振动信号发射到被测地震模型3，在地震模型3上产生振动波，第一激光测振仪4通过检测叠堆压电陶瓷63的背面的振动检测其实际振动输出，并将该值转换为电压值后送给控制计算机61用于幅度控制，压力传感器8对地震模型3压紧的力进行监测，第二激光测振仪5则对叠堆压电陶瓷63的振动输出进行检测，并将检测结果发给计算机61，计算机61将采集到的振幅值进行计算，得到共振频点f，由此得到地震模型3的速度值。

如图3所示，地震模型3还通过多个支架31连接在实验台上，以增加地震模型3夹设在两个夹板2之间的稳定性。在此需要说明的是图2由两个支架31来支撑，地震模型3没有被两个夹板2夹设，即此时的夹板2对地震模型3的夹紧力为0。

该地震模型速度检测系统安装完成后，通过控制装置和合适的工作流程，使得地震模型的速度测试自动完成，无需进行人工干预。

在本发明的地震模型速度检测方法所使用的地震模型速度检测系统的一具体实施例中，该地震模型速度检测系统的参数如下：

震源信号输出频率：1Hz-100KHz

可测试地震模型(样品)材料：有机玻璃、环氧树脂、金属材料、煤样、岩石样本等。

样品最大长度：1.5m；

样品最小长度：10cm；

样品最大直径：10cm；

样品最小直径2.5cm；

样品最大水平压力500N；

样品最小水平压力0N；

滑轨最大运行范围：500mm。

实验台的参数：

几何尺寸：长2.4m，宽1.2m，高0.8m；

平衡功能：气垫气压自动检测，自动平衡控制；

隔离效果：能有效隔离1Hz以上地面震动干扰。

使用本发明的地震模型速度检测方法中的地震模型速度检测系统对地震模型的测速过程包括以下过程：

(1)将测试模型进行安装

将地震模型3固定好，将其夹紧到预定的压力值。

(2)建立各频点等幅振动输出需要的驱动电压表格

叠堆压电陶瓷63在1-100khz工作频带范围内的振动输出响应不能做到等幅输出，即同幅度电压驱动信号得不到同输出振动信号，因此需要进行频率补偿。由于叠堆压电陶瓷63可在其正面和背面同时输出幅度相同、相位相反的振动信号，第一激光测振仪4可从叠堆压电陶瓷63的背面测量在同一幅度驱动电压条件下各频点的实际输出振动值，当某频点实际振动值高于或低于设定值的范围超过设定差值时，通过调节驱动电压使输出振动值与设定值的误差小于设定差值。将由此得到该频点的驱动电压值填入计算机表格中，当频带范围内的所有频点都检测完后，计算机可根据此表格按频点顺序和电压值驱动叠堆压电陶瓷63在工作频带内进行等幅振动输出。

(3)采用第二激光测振仪5对振动波采集

第二激光测振仪5通过夹板2上的透孔21对被测地震模型3的另一端面上的振动波进行检测，即实现振动波由第二激光检测器来检测的目的。由于第二激光测振仪5可在宽带(1-1Mhz)范围内做到非接触等振幅接收，因此不会产生耦合问题和接收端不等幅接收的问题。

(4)计算得到地震模型3的速度值

将第二激光测振仪5采集到的振幅值进行计算，得到共振频点f，根据v＝λf＝2Lf/n公式计算得到地震模型3的速度值。

本发明的地震模型速度检测方法对地震模型固定夹紧到预定的压力值，保证每次实验夹板和被测模型之间的耦合基本一致，以确保实验的可重复性。

本发明的地震模型速度检测方法在检测过程中，自动化程度高，无需人工干预，降低人工干预对测定结果所造成的误差，本发明的地震模型速度检测方法还通过气垫隔振台隔离外界的低频振动干扰信号，实现测量结果准确的目的。

且本发明的地震模型速度检测方法中使用的地震模型速度检测统结构简单，该系统能比较准确快捷的用于测试地震模型的速度。通过设置第一激光测振仪能够实现该系统能做到在1hz-100khz带宽范围内的各个频点上输出等幅振动的驱动信号，通过设置第二激光测振仪能对透过地震模型的振动信号进行宽频接收，且该系统操作过程中无需进行人工干预，通过对夹板与被测模型之间压力的检测和控制，保证每次实验夹板和被测模型之间的耦合基本一致，以确保实验的可重复性，该系统安装完成后，通过控制装置和合适的工作流程，使得该系统对地震模型速度的测试自动完成，无需进行人工干预，通过气垫隔振台隔离外界的低频振动干扰信号，实现测量结果准确的目的，本发明的气垫隔震台可有效地隔离来自外界的高于1hz信号地面振动干扰的，从而增加测量结果的准确性。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法。虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (8)

1.一种地震模型速度检测方法，其特征在于，所述地震模型速度检测方法包括如下步骤：

S1)固定待检测的所述地震模型；

S2)向所述地震模型的一端发射等幅振动波；

S3)对穿过所述地震模型的另一端的振动波进行检测；

S4)计算所述等幅振动波在地震模型中的传播速度；

在步骤S1)中，将所述地震模型固定夹紧到预定的压力值；

在步骤S2)中包括以下三个步骤：

S21)计算机通过数模转换器将电功率信号传输到叠堆压电陶瓷上来生成输出振动波；

S22)所述输出振动波的输出振幅值由第一激光检测器检测，所述输出振幅值与设定振幅值的差值超过设定差值时，调节所述电功率信号的驱动电压使所述输出振幅值与设定振幅值的差值低于所述设定差值，将所述输出振动波的频率范围内各频点所对应的所述驱动电压记录在表格内；

S23)：所述计算机根据所述表格内的各所述频点所对应的所述驱动电压来驱动所述叠堆压电陶瓷来生成所述等幅振动波。

2.如权利要求1所述的地震模型速度检测方法，其特征在于，所述地震模型受到的夹紧力由压力传感器来检测。

3.如权利要求1所述的地震模型速度检测方法，其特征在于，所述振动波由第二激光检测器来检测。

4.如权利要求1所述的地震模型速度检测方法，其特征在于，所述数模转换器和所述叠堆压电陶瓷之间电连接有功率放大器。

5.如权利要求1所述的地震模型速度检测方法，其特征在于，通过两个夹板来夹紧所述地震模型，所述夹板设在实验台上，至少一个所述夹板能相对所述实验台相对滑动。

6.如权利要求5所述的地震模型速度检测方法，其特征在于，一个所述夹板固设在所述实验台上，另一个所述夹板通过滑轨连接在所述实验台上，另一个所述夹板能相对所述滑轨来回滑动地连接在所述滑轨上。

7.如权利要求5或6所述的地震模型速度检测方法，其特征在于，所述实验台为气垫隔震台。

8.如权利要求1所述的地震模型速度检测方法，其特征在于，在步骤S4)中，根据对所述振动波的检测结果，对所述振动波的振幅进行计算，得出所述振动波的共振频点，计算得出所述地震模型中所述等幅振动波的传播速度值。

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