專利名稱：貼壁式干孔聲波探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種貼壁式干孔聲波探頭，屬于地球物理勘探設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
聲波測(cè)井是地球物理勘探行業(yè)常用的測(cè)試方法。由于聲波在不同介質(zhì)中傳播時(shí)，速度、幅度及頻率的變化等聲學(xué)特性也不相同。聲波測(cè)井就是利用巖石的這些聲學(xué)性質(zhì)來研究鉆井的地質(zhì)剖面，判斷固井質(zhì)量的一種測(cè)井方法。由于該方法測(cè)量的巖體聲學(xué)參數(shù)可直接用于評(píng)價(jià)巖體質(zhì)量，在工程勘察、工程檢測(cè)行業(yè)廣泛使用。在實(shí)際應(yīng)用中，由于很多鉆井內(nèi)無液體介質(zhì)，因此當(dāng)聲波探測(cè)探頭伸入鉆井中，聲波探頭上的聲波換能器無法貼在孔壁上，而造成聲波信號(hào)無法收發(fā)。為實(shí)現(xiàn)聲波換能器與孔壁的耦合，當(dāng)前市場(chǎng)使用的干孔聲波測(cè)試探頭采用了一種間接的“干”孔測(cè)試，其解決的技術(shù)方案是探頭采用有孔液的一發(fā)雙收常規(guī)聲波探頭，在測(cè)試孔段內(nèi)，在探頭下(上)端設(shè)計(jì)一個(gè)止水塞，然后再通過水泵注水至探頭浸沒其中，滿足有液耦合狀態(tài)進(jìn)行測(cè)試，然后再移動(dòng)止塞，重復(fù)下一段的測(cè)試工作。該方案由于采用的是補(bǔ)救設(shè)計(jì)方案，裝置結(jié)構(gòu)附件多、現(xiàn)場(chǎng)工作費(fèi)時(shí)費(fèi)力、測(cè)試深度受限、波形信號(hào)質(zhì)量不高、工作效率低，其測(cè)試效果還是不夠理想。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種貼壁式干孔聲波探頭，該探頭不需孔液耦合即能實(shí)現(xiàn)探頭與孔壁的緊貼，減小現(xiàn)場(chǎng)工作量，并且測(cè)試深度更廣，波形信號(hào)質(zhì)量也更高。為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的，本實(shí)用新型的一種貼壁式干孔聲波探頭，包括探管，其中，在所述探管上設(shè)有發(fā)射彈臂和接收彈臂，在發(fā)射彈臂和接收彈臂上設(shè)有傳感器橡膠滑動(dòng)板，傳感器橡膠滑動(dòng)板上設(shè)有聲波換能器，聲波換能器與設(shè)在所述探管端頭的電纜連接頭相連；在探管上還設(shè)有彈臂控制裝置和觸發(fā)裝置。這樣，通過發(fā)射彈臂和接收彈臂的設(shè)計(jì)，使本實(shí)用新型的干孔聲波探頭在伸入干孔中后使彈臂彈開，彈臂上的聲波換能器便能夠適應(yīng)不同孔徑的需要緊貼在孔壁上，解決了傳統(tǒng)的探頭需要液體介質(zhì)耦合的弊端。進(jìn)一步的，所述探管是中空桿體結(jié)構(gòu)。這樣既可以減小整體裝置的重量，使操作更加便利，同時(shí)在中空桿體內(nèi)部也可以根據(jù)需要設(shè)置其他結(jié)構(gòu)部件。更進(jìn)一步的，所述彈臂控制裝置由設(shè)在所述探管上的彈臂鎖、彈臂彈簧和控制環(huán)組成；所述觸發(fā)裝置由設(shè)在所述探管尾端的觸發(fā)錘和觸發(fā)錘彈簧組成。彈臂控制裝置和觸發(fā)裝置，是能根據(jù)不同的實(shí)際情況適應(yīng)不同的干孔條件，以便根據(jù)不同的需求進(jìn)行人為操作，達(dá)到不同的測(cè)試目的，使工作更加便利，應(yīng)用更為廣泛。更進(jìn)一步的，所述發(fā)射彈臂和接收彈臂在所述探管上環(huán)環(huán)相套對(duì)稱布置。所述發(fā)射彈臂和接收彈臂的一端固定在探管上，另一端可通過滑動(dòng)連接控制管在探管上滑動(dòng)。這樣發(fā)射彈臂和接收彈臂可以方便的彈開或收攏，并且互不干擾。更進(jìn)一步的，所述發(fā)射彈臂和接收彈臂是高彈力彈臂結(jié)構(gòu)。這種高彈力彈臂結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上是鋼質(zhì)材料制成的弧形薄片結(jié)構(gòu)，厚度為2mm。另外，作為本實(shí)用新型更進(jìn)一步的限制，所述探管為不銹鋼材質(zhì)制成的結(jié)構(gòu)，其管壁厚度為1.5mm。本實(shí)用新型的貼壁式干孔聲波測(cè)試探頭是一種用于工程勘察或檢測(cè)領(lǐng)域的聲波測(cè)試所需的集聲波發(fā)射和接收為一體的探頭，采用了獨(dú)特的機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)和工藝，使探頭能有效自動(dòng)收斂和擴(kuò)張，實(shí)現(xiàn)不需孔液耦合，直接進(jìn)行聲波直達(dá)波測(cè)試的目的。探頭采用單發(fā)單收設(shè)計(jì)，電纜連接頭安裝固定在探頭的最前(上)端，可方便與電纜接插并設(shè)計(jì)有防水功能；探頭的中部設(shè)計(jì)了環(huán)環(huán)相套的兩對(duì)對(duì)稱彈臂，彈臂的外觀、尺寸、材料均進(jìn)行了特別的設(shè)計(jì)，保證了彈臂擴(kuò)張、收斂的需要，同時(shí)也保證了一發(fā)雙收聲波換能器間距、尺寸、貼壁的需要，兩對(duì)彈臂的上端固定在探管的中心桿體上，下端采用滑動(dòng)設(shè)計(jì)，保持彈臂的擴(kuò)張與收斂；探頭的末(下)端設(shè)計(jì)了一組控制彈臂擴(kuò)張和收斂的機(jī)關(guān)，使探頭觸底時(shí)能自動(dòng)擴(kuò)張；探頭的桿體采用變徑中空設(shè)計(jì)，將電纜連接線、擴(kuò)張觸發(fā)裝置巧妙地隱藏在桿體內(nèi)部，桿體最下部設(shè)計(jì)一重錘即觸發(fā)錘，能保護(hù)探頭和有效觸發(fā)開關(guān)的功能。本探頭采用將兩個(gè)聲波換能器有效全部貼壁的設(shè)計(jì)方案，不需要另外注水就能直接測(cè)得孔壁巖石的聲波波速，由于該探頭采用的是直接貼壁，聲波能量比一般的有水聲波探頭和其它形式的干孔聲波探頭的參量信號(hào)均強(qiáng)，解決了一般干孔聲波探頭附件多(需要水泵、水管、氣囊、水箱等)、現(xiàn)場(chǎng)操作復(fù)雜(打塞一注水一測(cè)試一泄水)、工作效率低、聲波干擾大(氣囊和水體流動(dòng)產(chǎn)生干擾)等的問題。工程試驗(yàn)表明，本實(shí)用新型的貼壁式干孔聲波探頭應(yīng)用效果較好，可用于下垂、上斜孔的測(cè)試，也可用于有水孔的測(cè)試，值得推廣。
圖1是本實(shí)用新型的探頭彈臂打開示意圖；圖2是本實(shí)用新型的探頭彈臂合閉示意圖。附圖中的標(biāo)記為:1-發(fā)射彈臂，2-接收彈臂，3-探管，4-滑動(dòng)連接控制管，5-觸發(fā)錘，6-彈臂鎖，7-彈臂彈簧，8-控制環(huán)，9-觸發(fā)錘彈簧，10-傳感器橡膠滑動(dòng)板。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明?？磮D1和圖2，其中圖1是本實(shí)用新型的探頭的發(fā)射彈臂I和接收彈臂2處于彈開時(shí)的狀態(tài)的示意圖，而圖2則是發(fā)射彈臂I和接收彈臂2處于合閉時(shí)的狀態(tài)的示意圖。在圖1的狀態(tài)下，傳感器橡膠滑動(dòng)板10因受到彈性擴(kuò)張力而向外擴(kuò)張，直至緊貼住鉆孔的孔壁。這樣位于傳感器橡膠滑動(dòng)板10上的聲波換能器與孔壁直接接觸，這樣鉆孔巖體直接作為聲波傳播的介質(zhì)，而不需要在二者之間增加液體介質(zhì)，使聲波信號(hào)的質(zhì)量更好，而且也因此使該貼壁式干孔聲波探頭的結(jié)構(gòu)相比傳統(tǒng)的采用氣囊充水的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，附件更少，工作也更加便利。當(dāng)然，為實(shí)現(xiàn)使發(fā)射彈臂I和接收彈臂2能夠按照實(shí)際需求進(jìn)行控制，本實(shí)用新型的貼壁式干孔聲波探頭在探管3上還設(shè)計(jì)了彈臂控制裝置和觸發(fā)裝置。為了便于設(shè)置彈臂控制裝置和觸發(fā)裝置，本實(shí)用新型的探管3設(shè)計(jì)成為中空桿體結(jié)構(gòu)，這樣可以在桿體內(nèi)部進(jìn)行更進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時(shí)也減輕了裝置的重量。其中一種較好的實(shí)施方式是將探管3采用不銹鋼材質(zhì)制成，其管壁厚度為1.5mm。當(dāng)然，根據(jù)各種情況也可采用其他材質(zhì)如竹木材料、合金材料、高分子復(fù)合材料等制成，管壁厚度也可根據(jù)各種材質(zhì)的特性進(jìn)行調(diào)整，只要能達(dá)到本實(shí)用新型的目的，都屬于本實(shí)用新型可取的實(shí)施方式。作為對(duì)上述彈臂控制裝置和觸發(fā)裝置的進(jìn)一步細(xì)化設(shè)計(jì)，本實(shí)用新型的彈臂控制裝置由設(shè)在探管3上的彈臂鎖6、彈臂彈簧7和控制環(huán)8組成，看圖1和圖2，彈臂鎖6主要起到一個(gè)卡子的作用，限制彈臂伸縮范圍，彈臂彈簧7提供了彈臂伸縮的動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)彈臂的擴(kuò)張和合閉，而控制環(huán)8則對(duì)彈臂彈簧7進(jìn)行限位控制。本實(shí)用新型的觸發(fā)裝置由設(shè)在探管3尾端的觸發(fā)錘5和觸發(fā)錘彈簧9組成。由于觸發(fā)錘5位于本實(shí)用新型的貼壁式干孔聲波探頭的底端，當(dāng)該探頭被放入鉆孔中到達(dá)孔底時(shí)，觸發(fā)錘5受到孔底阻擋而觸發(fā)，引起觸發(fā)錘彈簧9的壓縮，而觸發(fā)錘彈簧9將受到的力傳遞給探管3中部的彈臂鎖6，彈臂鎖6打開，使彈臂彈簧7失去約束而彈開，從而使發(fā)射彈臂I和接收彈臂2向外擴(kuò)張貼住鉆孔孔壁。為了使發(fā)射彈臂I和接收彈臂2的布置更加優(yōu)化，避免二者工作時(shí)互相干擾，將發(fā)射彈臂I和接收彈臂2在探管3上環(huán)環(huán)相套對(duì)稱布置。并且，發(fā)射彈臂I和接收彈臂2的一端固定在探管3上，另一端可通過滑動(dòng)連接控制管4在探管3上滑動(dòng)。這樣可以很方便的實(shí)現(xiàn)兩個(gè)彈臂的擴(kuò)張或收攏。而為了使兩個(gè)彈臂的擴(kuò)張或收攏效果更好，該發(fā)射彈臂I和接收彈臂2采用了高彈力彈臂結(jié)構(gòu)，更確切的說，這種高彈力彈臂結(jié)構(gòu)是以鋼質(zhì)材料制成的弧形薄片結(jié)構(gòu)，厚度為2mm。當(dāng)然，如果采用其他彈性材料或者其他方式也能達(dá)到使兩個(gè)彈臂可以很好的彈開或者收攏，也可以采用其他實(shí)施方式。本實(shí)用新型實(shí)施時(shí)，將設(shè)置在本實(shí)用新型的貼壁式干孔聲波探頭的探管3前端的電纜連接頭用電纜與聲波測(cè)試儀器連接，并通過小滑輪或者其他裝置將已連接好的探頭放入需要進(jìn)行聲波測(cè)試的干孔中，當(dāng)探頭到達(dá)所需深度時(shí)，觸發(fā)錘5觸發(fā)，彈臂鎖6打開，發(fā)射彈臂I和接收彈臂2彈開，傳感器橡膠滑動(dòng)板10貼住孔壁，使聲波換能器與孔壁直接接觸，這時(shí)打開聲波測(cè)試儀器開始進(jìn)行聲波測(cè)試。聲波測(cè)試完畢后，向上提起該探頭，兩個(gè)彈臂由于是弧形薄片結(jié)構(gòu)，受到巖壁從側(cè)邊的壓縮作用便會(huì)向內(nèi)收攏，并由于電纜的提升作用使滑動(dòng)連接控制管4拉動(dòng)兩彈臂的活動(dòng)端向尾端滑動(dòng)并且被彈臂鎖卡住，然后可將本實(shí)用新型的探頭從干孔中取出，完成了 一次干孔聲波測(cè)試。以上只是本實(shí)用新型的一個(gè)具體應(yīng)用范例，本實(shí)用新型還有其他的實(shí)施方式，凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本本實(shí)用新型所要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種貼壁式干孔聲波探頭，包括探管(3)，其特征在于:在所述探管(3)上設(shè)有發(fā)射彈臂(I)和接收彈臂(2)，在發(fā)射彈臂(I)和接收彈臂(2)上設(shè)有傳感器橡膠滑動(dòng)板(10)，傳感器橡膠滑動(dòng)板(10)上設(shè)有聲波換能器，聲波換能器與設(shè)在所述探管(3)端頭的電纜連接頭相連；在探管(3)上還設(shè)有彈臂控制裝置和觸發(fā)裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貼壁式干孔聲波探頭，其特征在于:所述探管(3)是中空桿體結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的貼壁式干孔聲波探頭，其特征在于:所述彈臂控制裝置由設(shè)在所述探管(3)上的彈臂鎖(6)、彈臂彈簧(7)和控制環(huán)(8)組成；所述觸發(fā)裝置由設(shè)在所述探管(3 )尾端的觸發(fā)錘(5 )和觸發(fā)錘彈簧(9 )組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的貼壁式干孔聲波探頭，其特征在于:所述發(fā)射彈臂(I)和接收彈臂(2)在所述探管(3)上環(huán)環(huán)相套對(duì)稱布置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的貼壁式干孔聲波探頭，其特征在于:所述發(fā)射彈臂(I)和接收彈臂(2)的一端固定在探管(3)上，另一端可通過滑動(dòng)連接控制管(4)在探管(3)上滑動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的貼壁式干孔聲波探頭，其特征在于:所述發(fā)射彈臂(I)和接收彈臂(2)是高彈力彈臂結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的貼壁式干孔聲波探頭，其特征在于:所述發(fā)射彈臂(I)和接收彈臂(2)為鋼質(zhì)材料制成的弧形薄片結(jié)構(gòu),厚度為2mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的貼壁式干孔聲波探頭，其特征在于:所述探管(3)為不銹鋼材質(zhì)制成的結(jié)構(gòu)，其管壁厚度為1.5mm。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種貼壁式干孔聲波探頭，包括探管(3)，在所述探管(3)上設(shè)有發(fā)射彈臂(1)和接收彈臂(2)，在發(fā)射彈臂(1)和接收彈臂(2)上設(shè)有傳感器橡膠滑動(dòng)板(10)，傳感器橡膠滑動(dòng)板(10)上設(shè)有聲波換能器，聲波換能器與設(shè)在所述探管(3)端頭的電纜連接頭相連；在探管(3)上還設(shè)有彈臂控制裝置和觸發(fā)裝置。本探頭采用將兩個(gè)聲波換能器有效全部貼壁的設(shè)計(jì)方案，不需要另外注水就能直接測(cè)得孔壁巖石的聲波波速，由于該探頭采用的是直接貼壁，聲波能量比一般的有水聲波探頭和其它形式的干孔聲波探頭的參量信號(hào)均強(qiáng)，解決了一般干孔聲波探頭附件多、現(xiàn)場(chǎng)操作復(fù)雜、工作效率低、聲波干擾大等的問題。
文檔編號(hào)G01V1/52GK203054238SQ20132005413
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月31日
發(fā)明者王波 申請(qǐng)人:中國(guó)水電顧問集團(tuán)貴陽勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院