專利名稱：鉆孔沉渣厚度超聲測量系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種檢測設備，特別是一種適用于對鉆孔沉渣厚度進行超聲測量 的系統(tǒng)。
背景技術：
鉆孔灌注樁具有承載力高、施工方便等特點，道路、橋梁、碼頭、高層建筑等基礎建 設中被廣泛采用。其施工工藝是利用鉆孔機在樁位成孔，然后在樁孔內放入鋼筋骨架再灌 混凝土而成的就地灌注樁。鉆孔是混凝土灌注樁施工中的一個重要部分，若其出現(xiàn)塌孔、縮 徑、樁孔偏斜、沉渣超標等問題，將直接影響到樁身質量和造成樁承載力下降，成為工程質 量和安全的大隱患。目前，國內沉渣檢測方法主要有重錘法和取芯法。重錘法的做法是澆筑混凝土前， 手持繩纜系吊一約2 3kg帶錐尖的重錘，放入孔底，憑手感探測沉渣的存在；取芯法在澆 筑混凝土成樁并達到初始齡期后，在樁的中心軸線鉆孔，并取芯超過樁尖深度，憑取芯觀察 有無沉渣泥層存在以及判定其厚度。也有人提出壓力探測法，即吊系一個平板下到鉆孔底 部，然后加壓到一定壓力后，記錄平板深度，此處認為是渣頂，之后再用渣底探測錐刺入沉 渣中，當所施加的壓力到了某個值后，認為觸及到了渣底，記錄探測錐的深度，由渣頂和渣 底深度可求出沉渣厚度。此外，人們還試圖借助于地球物理測井技術(如使用微電極系測 求孔底沉渣的界面等)或用靜力觸探測定沉渣。但該這些檢測方法存在弊端①重錘法憑手感作探測，既無客觀依據(jù)又無可靠的 定量準則，不僅會因人而異，而且會導致設計、施工、監(jiān)理之間的不同判斷與爭論；②取芯方 法，雖直觀可靠，但屬事后判斷；③壓力探測法對渣頂渣底的閾值壓力會因沉渣組成、孔底 地質狀況而改變，確定具體情況下的閾值壓力是個難點；④地球物理測井技術或用靜力觸 探測定沉渣的方法，需要沉渣與泥漿之間有明顯的界面或大差異的物理參數(shù)，但實際上由 于沉渣在孔底的堆積情況因地基土層而異，也因人工造漿(膨潤土)或自然造漿而異，因此 在沉渣與泥漿之間沒有明顯的界面，更沒有明顯不同的物理參數(shù)可以用于鑒別和區(qū)分。因 此這些方法遠達不到準確測量沉渣厚度的目的，這對大直徑深樁基礎施工和工程質量是個 很大的隱患。

實用新型內容針對上述現(xiàn)有技術的缺陷，本實用新型的目的是提供一種準確描述孔底的形狀， 準確地測量沉渣的厚度的鉆孔沉渣厚度超聲測量系統(tǒng)。為達到上述目的，本實用新型采用如下技術方案—種鉆孔沉渣厚度超聲測量系統(tǒng)，包括井下儀和井上儀，所述井下儀通過電纜連 接井上儀，所述井下儀的下部設置有超聲換能器，超聲換能器向下每發(fā)射一次超聲波信號 能接收第一、第二兩個反射面的反射波信號，并將發(fā)射信號和接收到的反射波信號通過所 述電纜傳送到所述井上儀，所述井上儀對所述井下儀傳送來發(fā)射信號和反射波信號進行處理、分析，計算沉渣的厚度。本實用新型的鉆孔沉渣厚度超聲測量系統(tǒng)，其中所述井上儀包括地面處理裝置、 依次連接的調理裝置、模數(shù)轉換裝置、數(shù)字信號處理裝置和數(shù)據(jù)處理、繪圖、顯示、存儲與打 印裝置，所述調理裝置、所述模數(shù)轉換裝置、所述數(shù)字信號處理裝置和所述數(shù)據(jù)處理、繪圖、 顯示、存儲與打印裝置分別連接所述地面處理裝置。本實用新型的鉆孔沉渣厚度超聲測量系統(tǒng)，其中所述井下儀包括連接所述地面處 理裝置的發(fā)射信號產生裝置、連接所述發(fā)射信號產生裝置的功率驅動裝置，連接所述功率 驅動裝置的發(fā)射換能器裝置和連接所述調理裝置的接收換能器裝置。本實用新型的鉆孔沉渣厚度超聲測量系統(tǒng)，其中第一反射面為泥漿層與沉渣層的 分界面，所述第二反射面為泥漿層與沉渣層的分界面。本實用新型的鉆孔沉渣厚度超聲測量系統(tǒng)，其中所述沉渣厚度為H2, H2 = ο. 5*ν2*α2-、)，其中、為超聲從發(fā)射到接收到由第一反射面反射回來回波信號的時間，t2 為從發(fā)射到接收到由第二反射面反射回來的回波信號的時間，V1為泥漿中超聲的聲速，V2 為沉渣中聲速。本實用新型的鉆孔沉渣厚度超聲測量系統(tǒng)，其中所述超聲波的速度V2采用如下公 式得到V2 = 2*d/t，其中d為把所述沉渣層的部分沉渣抽出來，裝到容器中，用尺子測量得 到的厚度，t為把超聲換能器緊貼在沉渣上表面，發(fā)射和接收超聲波，從發(fā)射到接收的時間。本實用新型的鉆孔沉渣厚度超聲測量系統(tǒng)，其中所述井上儀對所述井下儀取得的 多次數(shù)據(jù)取平均值作為最終獲取的沉渣厚度。本實用新型的鉆孔沉渣厚度超聲測量系統(tǒng)，其中所述井上儀還對所述井下儀在多 個位置上的測量結果把孔底的形狀表現(xiàn)出來。本實用新型的鉆孔沉渣厚度超聲測量系統(tǒng)，其中所述井下儀通過穿過滑輪的電纜 連接絞車，所述絞車通過所述電纜連接井上儀，所述滑輪設置在鉆孔的正上方。采用本實用新型的鉆孔沉渣厚度超聲測量系統(tǒng)，通過多次測量，更加準確的描述 孔底的形狀，也更加準確地確定了沉渣的厚度。

圖1是本實用新型鉆孔沉渣厚度超聲測量系統(tǒng)結構原理示意圖；圖2是本實用新型鉆孔沉渣厚度超聲測量系統(tǒng)井上儀和井下儀的結構框圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型鉆孔沉渣厚度超聲測量系統(tǒng)的實施方式進行詳細說 明。參見圖1和圖2，本實用新型的鉆孔沉渣厚度超聲測量系統(tǒng)，包括井下儀1和井上 儀2。井下儀1通過穿過滑輪3的電纜4連接絞車5，通過絞車5下放和升起井下儀1，絞車 5通過電纜4連接井上儀2，滑輪3設置在鉆孔的正上方，其中電纜4優(yōu)選為鎧裝電纜。井上儀2包括地面處理裝置201、依次連接的調理裝置202、模數(shù)轉換裝置203、數(shù) 字信號處理裝置204和數(shù)據(jù)處理、繪圖、顯示、存儲與打印裝置205，以上裝置分別連接地面 處理裝置201，井下儀1的下部設置有超聲換能器，包括通過電纜4連接地面處理裝置201的發(fā)射信號產生裝置101、連接發(fā)射信號產生裝置101的功率驅動裝置102，連接功率驅動 裝置102的發(fā)射換能器裝置103和連接調理裝置204的接收換能器裝置104。在地面處理裝 置201的控制下，發(fā)射信號產生裝置101產生超聲發(fā)射信號，并經功率驅動裝置102進行功 率放大后，驅動發(fā)射換能器裝置103向沉渣發(fā)射出超聲脈沖信號；沉渣界面的反射波被接 收換能器裝置104接收后通過電纜4送入調理裝置202，經過調理裝置202對信號的放大、 濾波等信號調理，再由模數(shù)轉換裝置203將模擬信號轉換成為數(shù)字信號送入數(shù)字信號處理 裝置204，數(shù)字信號處理裝置204對數(shù)字化后的超聲信號進行更高級的處理，如FFT、數(shù)字濾 波、相關、時變放大、脈沖壓縮等，從而獲得相應的參數(shù)，如聲時差、波幅、衰減系數(shù)等；數(shù)據(jù) 處理后通過數(shù)據(jù)處理、繪圖、顯示、存儲與打印裝置205以圖像、報表等形式輸出結果。其中 的發(fā)射換能器裝置103和接收換能器裝置104也可以是收發(fā)二合一的換能器。地面處理裝置201控制各個裝置的運行，控制發(fā)射信號的形式、參數(shù)，控制功率放 大倍數(shù)、回波放大倍數(shù)及濾波器中心頻率、帶寬等參數(shù)；同時還要與數(shù)字信號處理、數(shù)據(jù)處 理等模塊進行數(shù)據(jù)交互。鉆孔上部充滿著一定比重的泥漿，下部沉淀著沉渣，其厚度記為H2,孔底端面一般 是巖石或硬質土層。設置本實用新型的鉆孔沉渣厚度超聲測量系統(tǒng)，及其本系統(tǒng)的工作過程為在鉆孔的正上方固定好滑輪3，電纜4繞過滑輪3并吊系著井下儀1下放到鉆孔 中，待井下儀1下放到沉渣上方一定距離后(根據(jù)設計孔深和發(fā)放電纜4的長度確定，記為 H1),停止下放并靜止；井下儀1的超聲換能器開始向鉆孔底部發(fā)射超聲波，超聲波遇到泥漿層6與沉渣 層8的分界面后反射回來作為第一次反射波被超聲換能器接收，經處理電路和轉換電路處 理后，經電纜4傳送到井上儀2 ；另一部分超聲波穿過泥漿層6與沉渣層8的分界面到達沉 渣層8與孔底9的分界面后反射回來作為第二次反射波被超聲換能器接收，再經過處理電 路和轉換電路處理后，經電纜4傳送到井上儀2 ；井上儀2對發(fā)射信號和接收的反射信號進行處理、分析，獲取超聲從發(fā)射到接收 到由第一反射面反射回來回波信號的時間、。再獲取從發(fā)射到接收到由第二發(fā)射面反射回 來的回波信號的時間t2。假設泥漿中超聲的聲速為V1,沉渣中聲速為V2，則可求出沉渣厚 度，H2 = 0. 5*ν2*( 2-、)。沉渣中速度的確定，可以用標定的方式得出，其中一種方法為在清孔的時候會把 部分沉渣從孔底抽出來，利用這些抽到地面的沉渣來標定超聲在其中的聲速V2。首先把沉 渣放到一個容器中，用尺子等方式測量其厚度d，把換能器緊貼沉渣上表面，發(fā)射接收超聲 波，假設從發(fā)射到接收到底面回波的經歷的時間為t，則聲速為V2 = 2*d/t。井下儀1在一個位置上重復發(fā)送多次超聲波進行測量，井上儀2對多次數(shù)據(jù)取平 均值作為最終獲取的沉渣厚度。一個位置測完后，調整井下儀1的位置，按照上述方法進行另一個位置沉渣厚度 的測量，并利用井下儀1在多個位置上的測量結果把孔底9的形狀表現(xiàn)出來，同時也可由這 些數(shù)據(jù)確定出更準確的沉渣厚度。以上的實施例僅是對本實用新型的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本實用新型的 范圍進行限定，在不脫離本實用新型設計精神的前提下，本領域普通工程技術人員對本實
5用新型的技術方案做出的各種變形和改進，均應落入本實用新型的權利要求書確定的保護 范圍內。
權利要求1.一種鉆孔沉渣厚度超聲測量系統(tǒng)，包括井下儀(1)和井上儀O)，所述井下儀(1)通 過電纜(4)連接井上儀O)，其特征在于，所述井上儀( 包括地面處理裝置001)、依次連 接的調理裝置002)、模數(shù)轉換裝置003)、數(shù)字信號處理裝置(204)和數(shù)據(jù)處理、繪圖、顯 示、存儲與打印裝置005)，所述調理裝置002)、所述模數(shù)轉換裝置003)、所述數(shù)字信號 處理裝置(204)和所述數(shù)據(jù)處理、繪圖、顯示、存儲與打印裝置(20 分別連接所述地面處 理裝置001)，所述井下儀(1)的下部設置有超聲換能器，所述超聲換能器包括連接所述地 面處理裝置(201)的發(fā)射信號產生裝置(101)、連接所述發(fā)射信號產生裝置(101)的功率驅 動裝置(102)，連接所述功率驅動裝置(10 的發(fā)射換能器裝置(10 和連接所述調理裝置 (202)的接收換能器裝置(104)，所述超聲換能器向下每發(fā)射一次超聲波信號能接收第一、 第二兩個反射面的反射波信號，并將發(fā)射信號和接收到的反射波信號通過所述電纜(4)傳 送到所述井上儀ο)，所述井上儀( 根據(jù)公式壓=ο. 5*ν2*α2-、)對所述井下儀(1)傳 送來發(fā)射信號和反射波信號進行處理、分析，計算沉渣的厚度，其中，H2為沉渣厚度，、為超 聲從發(fā)射到接收到由第一反射面反射回來回波信號的時間，t2為從發(fā)射到接收到由第二反 射面反射回來的回波信號的時間，V1為泥漿中超聲的聲速，V2為沉渣中聲速，所述V2采用如 下公式得到V2 = 2*d/t，其中，d為把沉渣層(8)的部分沉渣抽出來，裝到容器中，用尺子 測量得到的厚度，t為把超聲換能器緊貼在沉渣上表面，發(fā)射和接收超聲波，從發(fā)射到接收 的時間。
2.根據(jù)權利要求1所述的鉆孔沉渣厚度超聲測量系統(tǒng)，其特征在于，所述井下儀(1)通 過穿過滑輪⑶的電纜⑷連接絞車(5)，所述絞車(5)通過所述電纜⑷連接井上儀(2)， 所述滑輪C3)設置在鉆孔的正上方，所述第一反射面為泥漿層(6)與沉渣層(8)的分界面， 所述第二反射面為泥漿層(6)與沉渣層(8)的分界面。
3.根據(jù)權利要求2所述的鉆孔沉渣厚度超聲測量系統(tǒng)，其特征在于，所述井上儀(2)對 所述井下儀(1)取得的多次沉渣厚度數(shù)據(jù)取平均值作為最終獲取的沉渣厚度。
專利摘要一種鉆孔沉渣厚度超聲測量系統(tǒng)，包括井下儀和井上儀，所述井下儀通過電纜連接井上儀，所述井下儀的下部設置有超聲換能器，超聲換能器向下每發(fā)射一次超聲波信號能接收第一、第二兩個反射面的反射波信號，并將發(fā)射信號和接收到的反射波信號通過所述電纜傳送到所述井上儀，所述井上儀對所述井下儀傳送來發(fā)射信號和反射波信號進行處理、分析，計算沉渣的厚度。從而提供一種準確描述孔底的形狀，準確地測量沉渣的厚度的鉆孔沉渣厚度超聲測量系統(tǒng)。
文檔編號E21B47/04GK201884023SQ20102053505
公開日2011年6月29日 申請日期2010年9月19日 優(yōu)先權日2010年9月19日
發(fā)明者曹茂永 申請人:山東科技大學