>【主權(quán)項】
1.一種聲波測試耦合裝置，其特征在于:它包括至少一個聲波發(fā)射換能器(2)、至少一個中部聲波接收換能器(3)和至少一個底部聲波接收換能器(4);所述的聲波發(fā)射換能器(2)設(shè)置在頂部鋼圈(I)上朝向底部鋼圈(5)—側(cè)；所述的底部聲波接收換能器(4)設(shè)置在底部鋼圈(5)上朝向頂部鋼圈(I) 一側(cè)；所述的中部聲波接收換能器(3)設(shè)置在聲波發(fā)射換能器(2)和底部聲波接收換能器(4)之間；聲波發(fā)射換能器(2)、中部聲波接收換能器(3)和底部聲波接收換能器(4)，相鄰兩兩之間設(shè)置有連接電纜(8)和固定用的承重連接件(9);所述頂部鋼圈(I)上未設(shè)置聲波發(fā)射換能器(2)的一側(cè)上設(shè)置有設(shè)備連接線束(10); 沿所述的底部鋼圈(5)的外周圍設(shè)置有底部氣囊(7);所述的底部鋼圈(5)軸向上貫穿設(shè)置有底部連接氣管(12);所述底部連接氣管(12)連通氣泵(18)和底部氣囊(7)；沿所述的頂部鋼圈(I)的外周圍設(shè)置有頂部氣囊(6);頂部鋼圈(I)軸向上貫穿設(shè)置有底部連接氣管(12)、頂部連接氣管(11)、進(jìn)水管(13)、上部排氣管(14);其中，頂部連接氣管(11)連通氣泵(18)和頂部氣囊￠);底部連接氣管(12)連通氣泵(18)和底部氣囊(7)充氣；進(jìn)水管(13)連接水泵； 在頂部鋼圈(I)上沿軸向上貫穿設(shè)置有下部排氣管(15);所述的下部排氣管(15)為可拆卸式且長度可調(diào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲波測試耦合裝置，其特征在于:底部連接氣管(12)和頂部連接氣管(11)均使用外徑6?10毫米的鋼制壓力管；進(jìn)水管(13)、上部排氣管(14)和下部排氣管(15)采用外徑10?25毫米的鋼制承壓管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲波測試耦合裝置，其特征在于:所述的頂部鋼圈(I)和底部鋼圈(5)均為圓柱形不銹鋼制結(jié)構(gòu)，沿頂部鋼圈(I)的外側(cè)圓柱面的中部徑向開有凹槽以安裝頂部氣囊(6);所述頂部氣囊(6)的外側(cè)弧面突出于頂部鋼圈(I)外周圍表面；沿底部鋼圈(5)的外側(cè)圓柱面的中部徑向開有凹槽以安裝底部氣囊(7);所述底部氣囊(7)的外側(cè)弧面突出于底部鋼圈(5)外周圍表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的聲波測試耦合裝置，其特征在于:頂部氣囊(6)和底部氣囊(7)均為彈性材質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲波測試耦合裝置，其特征在于:所述的中部聲波接收換能器(3)和聲波發(fā)射換能器(2)之間間距LI > 20厘米；所述的中部聲波接收換能器(3)和底部聲波接收換能器(4)之間間距L2 > 20厘米；而且，中部聲波接收換能器(3)的設(shè)置在:底部聲波接收換能器(4)和聲波發(fā)射換能器(2)之間的1/4?3/4處，即1/3 < L1/L2< 3 ;所述的底部聲波接收換能器(4)和聲波發(fā)射換能器(2)之間的距離為在0.5?2米范圍內(nèi)，即0.5米< L1+L2 < 2米。
6.一種如權(quán)利要求1所述的聲波測試耦合裝置的測試方法，其特征在于，包括如下步驟: 當(dāng)探孔為向下時: 步驟1:將聲波測試耦合裝置放入探孔內(nèi)，將其固定到測試點位置； 步驟2:啟動氣泵(18)，打開底部氣囊閥門(17)，通過底部連接氣管(12)往底部氣囊(7)中充氣，直到底部氣囊(7)與探孔孔壁緊密貼合，關(guān)閉底部氣囊閥門(17)和氣泵(18); 步驟3:打開進(jìn)水管(13)的閥門，啟動水泵，通過進(jìn)水管(13)往探孔內(nèi)注水，直到水位接近頂部鋼圈(I)時停止加水； 步驟4:打開頂部氣囊閥門(16)，啟動氣泵(18)，往頂部氣囊￠)中充氣，直至頂部氣囊(6)與探孔孔壁緊貼； 步驟5:打開上部排氣管(14)上的閥門，啟動水泵繼續(xù)往探孔內(nèi)注水，直到有水從上部排氣管(14)中排出時關(guān)閉上部排氣管(14)上的閥門，然后關(guān)閉進(jìn)水管(13)的閥門和水栗; 步驟6:啟動聲波儀，進(jìn)行聲發(fā)射耦合測試，記錄并存儲數(shù)據(jù)； 步驟7:測試完成后，打開頂部氣囊閥門(16)，從頂部氣囊￠)中排氣直至與探孔孔壁脫離時關(guān)閉頂部氣囊閥門(16); 步驟8:打開底部氣囊閥門(17)，從底部氣囊(7)中排氣直到底部氣囊(7)與探孔孔壁接觸壓力很小至能移動時；迅速關(guān)閉底部氣囊閥門(17)，移出本設(shè)備； 當(dāng)探孔為類水平時: 步驟I和探孔為向下時的步驟I相同； 步驟2:打開頂部氣囊閥門(16)和底部氣囊閥門(17)，通過底部連接氣管(12)和頂部連接氣管(11)往底部氣囊(7)和頂部氣囊￠)中同時充氣； 步驟3:同時打開上部排氣管(14)和下部排氣管(15)上的閥門，打開進(jìn)水管(13)上的閥門并啟動水泵，往探孔內(nèi)注水； 步驟4:注水將滿時，若水先從上部排氣管(14)中排出，就先關(guān)閉上部排氣管(14)的閥門，等水從下部排氣管(15)中排出后就再關(guān)閉下部排氣管(15)的閥門；若水先從下部排氣管(15)中排出，就先關(guān)閉下部排氣管(15)的閥門，等水從上部排氣管(14)中排出后就再關(guān)閉上部排氣管(14)的閥門；上部排氣管(14)和下部排氣管(15)的閥門均關(guān)閉后，等10秒后關(guān)閉進(jìn)水管(13)上的閥門和水泵； 步驟5:啟動聲波儀，進(jìn)行聲發(fā)射耦合測試，記錄并存儲數(shù)據(jù)； 步驟6:測試完成后，同時打開底部氣囊閥門(17)和頂部氣囊閥門(16)，直到底部氣囊(7)和頂部氣囊(6)與探孔孔壁接觸壓力很小且能移動時，迅速同時關(guān)閉底部氣囊閥門(17)和頂部氣囊閥門(16);移出本設(shè)備; 當(dāng)探孔為向上時: 步驟I和探孔為向下相同； 步驟2和探孔為類水平相同； 步驟3:打開下部排氣管(15)上的閥門，打開進(jìn)水管(13)上的閥門并啟動水泵，往探孔內(nèi)注水； 步驟4:直到有水從下部排氣管(15)中排出后就關(guān)閉下部排氣管(15)，然后關(guān)閉進(jìn)水管(13)上的閥門和水泵； 步驟5:啟動聲波儀，進(jìn)行聲發(fā)射耦合測試，記錄并存儲數(shù)據(jù)。 步驟6和探孔水平時相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的聲波測試耦合裝置的測試方法，其特征在于:不同情況下的所有步驟I中，在測試前，頂部氣囊(6)和底部氣囊(7)外部邊緣涂上密封劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的聲波測試耦合裝置的測試方法，其特征在于:探孔向下時，不設(shè)置下部排氣管(15);探孔類水平或者探孔向上時，下部排氣管(15)的頂端距離底部鋼圈(5)不多于2厘米。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種聲波測試耦合裝置及測試方法。該裝置包括聲波發(fā)射換能器、中部聲波接收換能器和底部聲波接收換能器；底部鋼圈軸向上貫穿設(shè)置有底部連接氣管；頂部鋼圈軸向上貫穿設(shè)置有底部連接氣管、頂部連接氣管、進(jìn)水管、上部排氣管、下部排氣管。分別套在頂部鋼圈和底部鋼圈上的頂部氣囊和底部氣囊充氣后邊緣部分膨脹，與探孔孔壁緊貼成封閉式的測試空間。往該測試空間注水后進(jìn)行測試即可。由于聲波發(fā)射換能器、接收換能器與孔壁直接通過水耦合，能量傳遞損失極小，保證了聲波的良好耦合和環(huán)形發(fā)射、環(huán)形接收的特性，從而實現(xiàn)準(zhǔn)確測試。
【IPC分類】G01N29-14
【公開號】CN104713950
【申請?zhí)枴緾N201510148631
【發(fā)明人】胡大偉, 郭翰群, 周輝, 張傳慶, 楊凡杰, 盧景景, 朱勇, 張帆
【申請人】中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2015年3月31日