一種能遙控產生大能量低頻聲波的裝置★

馮橋木 許年春 王國勝 唐 熙

(1.重慶科技學院建筑工程學院，重慶 401331; 2.新疆交建市政工程有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830016)

·巖土工程·地基基礎·

一種能遙控產生大能量低頻聲波的裝置★

馮橋木1許年春1王國勝2唐 熙1

(1.重慶科技學院建筑工程學院，重慶 401331; 2.新疆交建市政工程有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830016)

對大能量低頻聲波產生裝置進行了設計與制作，實現了大能量低頻聲波產生裝置的遠距離遙控；通過多次試驗發現聲波能量隨裝置氣壓升高而增大，可通過增大氣壓的方法得到更大能量的聲波；并對鋼質撞擊擋板和銅質撞擊擋板作了對比，結果發現鋼質撞擊擋板在相同氣壓下產生的能量遠大于銅質撞擊擋板，宜優先采用鋼質撞擊擋板。

低頻聲波，聲波產生裝置，遙控，氣壓

聲波探測廣泛應用于樁基完整性檢測、土層地質物探，判定水工隧洞圍巖類別等[1,2]。翟銳、趙幫亞[3]用聲波測試在馬鞍山隧道中進行了隧道圍巖完整性的判別,取得了良好的效果。林玫玲等[4]在受損巖體中進行了聲波特性分析與研究，獲得了凝灰巖聲波的相關參數，為分析和評價凝灰巖的質量和結構特征提供了依據。曹安業等[5]在孤島面開采強礦震異常區采用了被動聲波探測技術，證明被動聲波探測技術能夠對孤島面開采強礦震危險性與危險區域做出有效動態評價。目前市場上銷售的手錘式低頻聲波(5 Hz～9 kHz)檢測儀，需工作人員用手臂直接操作，有的檢測空間工作人員不能直接進入(如盾構機開挖面、地面鉆孔)，操作無法完成，有些檢測地點比較危險，不宜工作人員長時間停留。另外，由于手錘每次錘擊的力度、角度、位置均不相同，當采用信號疊加(提高信噪比)時不能達到理想的效果。為解決手錘式低頻聲波檢測儀的不足，需發明一種能遙控產生大能量穩定聲波的裝置。

1 聲波產生裝置的設計

聲波產生裝置要求能夠產生穩定的大能量的聲波，撞擊能產生大能量的穩定聲波，是比較理想的聲源，因此采用鋼球撞擊銅板或鋼板作為聲源。因為聲源裝置要放到工作人員無法進入的地方(如鉆孔中)，因此需要通過遙控的方式來實現，遙控方式分為有線遙控和無線遙控，無線遙控難度較大，采用有線遙控較為合適。通過對設計方案的比較，采用方案如下：在電磁閥兩端各連接一段鋼管，一段作為撞擊鋼管，將鋼球置于撞擊鋼管內，另一段作為儲氣室，通過氣泵泵氣產生壓力，用遙控裝置控制電源，打開電磁閥，壓縮空氣瞬間沖出推動鋼球，讓鋼球獲得動力，撞擊銅板或其他材料的板，產生聲源。在氣泵的管道上接氣壓表，使每次氣壓值都相同，從而保證鋼球每次撞擊的力度相同，因為鋼球都是在鋼管內運動，而鋼管內徑與鋼球的直徑十分接近，所以每次撞擊的角度也相同。為了消除撞擊對鋼管產生的影響，在撞擊鋼管頂端焊接法蘭盤，法蘭盤與撞擊板之間加上橡膠圈，法蘭盤、橡膠圈與撞擊板通過螺栓相連，并在撞擊鋼管上設置排氣孔，排出撞擊后剩余的氣體。遙控裝置可通過購買市場上現有的遙控裝置加以改進。

圖1為聲波產生裝置的設計圖。

2 聲波產生裝置的制作

聲波產生裝置的制作質量高低關系到裝置的使用效果，在聲波產生裝置制作過程中，有些零部件通過機床加工，有些零部件不易加工，或加工費用昂貴，通過其他途徑得到，如購買一些常見的小裝置進行拆卸，得到所需的部件，還有的需要到機電市場去廣泛選取。購買到電磁閥、鋼球、彈簧、鋼管等零部件和材料，通過機床加工得到一個銅質撞擊板、一個鋼質撞擊板、一個法蘭盤和一個密封底板，對鋼管進行打孔與鉆絲。各部件組裝如下：電磁閥一端與儲氣鋼管連接，另一端與撞擊鋼管連接，可在鋼管與電磁閥連接處纏繞生絲，避免漏氣；儲氣鋼管末端連接氣泵，撞擊鋼管末端連接撞擊擋板，鋼球通過彈簧與插銷連接，置于撞擊鋼管內，插銷安置在撞擊鋼管與電磁閥連接處的稍前部位。圖2為聲波產生裝置制作的成品圖。

3 聲波產生試驗

聲波產生裝置制作完成后，開展聲波產生試驗測試。測試儀器選用武漢中巖科技生產的RSM-PRT(N)基樁低應變檢測儀。將聲波產生裝置的撞擊擋板與基樁低應變檢測儀的感應探頭安置在同一工作面上，探頭與工作面接觸點需涂上耦合劑(如黃油)，探頭與撞擊擋板的距離大約為5 cm，本次試驗采用的工作面為混凝土面；儀器安置完成之后，通過氣泵向裝置泵氣，待氣壓達到試驗值時，遙控打開電磁閥，氣壓瞬間推動鋼球撞擊擋板，產生聲波，基樁低應變檢測儀隨之記錄。經過多次試驗，裝置產生的聲波信號穩定，每次產生的聲波形態基本相同，圖3為氣壓0.15 MPa時鋼球撞擊鋼質擋板測得的波形圖。

通過多次試驗得到了聲波能量與氣壓的關系，聲波能量隨著氣壓的增大而增大，可以通過增大氣壓的方法得到更大能量的聲波，以滿足測試要求。當然，由于考慮到氣泵的氣壓極限和鋼管與電磁閥接頭的受拉承載能力，氣壓不能無限增大。在聲波測試試驗中選取了鋼質撞擊擋板和銅質撞擊擋板，對它們進行了相同氣壓下的聲波能量對比，經過多次試驗發現，在相同氣壓下，鋼質撞擊擋板產生的能量遠大于銅質撞擊擋板，結果如圖4所示。

4 結語

通過設計制作出的低頻聲波產生裝置，可以遙控產生大能量低頻聲波，作用于待檢測體(土層或樁體)。裝置產生的聲波信號穩定，每次產生的聲波基本相同，可通過信號疊加有效提高信噪比；可通過增大氣壓的方法得到更大能量的聲波，以滿足測試要求；在相同氣壓下，鋼質撞擊擋板產生的聲波比銅質撞擊擋板的能量大，因此宜優先采用鋼質撞擊擋板。

[1] 牛繼民.聲波探測技術在判定水工隧洞圍巖類別的應用[J].甘肅水利水電技術，2014(12):23-26.

[2] 周涌泉.聲波透射法在樁基檢測中的應用[J].交通建設與管理,2014(Z2):40-41.

[3] 翟 銳,趙幫亞.聲波測試法在隧道圍巖完整性判別中的應用[J].現代交通技術，2014(3):51-53,76.

[4] 林玫玲,黃真萍,孫艷坤,等.受損巖體聲波特性分析與研究[J].路基工程,2014(2):29-35.

[5] 曹安業,井廣成,竇林名,等.孤島面開采強礦震異常區的被動聲波探測技術及應用[J].采礦與安全工程學報,2015(1):20-27.

Adevicecapableofremotelyproducinglargeenergylow-frequencysoundwaves★

FengQiaomu1XuNianchun1WangGuosheng2TangXi1

(1.SchoolofCivilEngineeringandArchitecture,ChongqingUniversityofScienceandTechnology,Chongqing401331,China; 2.XinjiangMunicipalConstructionEngineeringCo.,Ltd,Urumqi830016,China)

The design and manufacture of high energy low frequency acoustic wave generating device, remote control to achieve high energy low frequency acoustic wave generating device, the test found that the acoustic energy increases with the increasing pressure device, can sound bigger energy by increasing pressure on steel, impact plate and copper impact plate are contrasted. Found the steel produced in the same impact plate under the pressure of energy is far greater than the impact of copper plate, should give priority to the impact of steel plate.

low-frequency acoustic wave, acoustic wave generating device, remote control, barometric pressure

P642

：A

1009-6825(2017)24-0053-03

2017-06-14 ★ ：重慶科技學院研究生科技創新計劃項目：孔壁振動收發器的研發及其在地層探測中的應用(項目編號：YKJCX1620609)

馮橋木(1992- )，男，在讀碩士