一种能遥控产生大能量低频声波的装置★

冯桥木 许年春 王国胜 唐 熙

(1.重庆科技学院建筑工程学院，重庆 401331; 2.新疆交建市政工程有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830016)

·岩土工程·地基基础·

一种能遥控产生大能量低频声波的装置★

冯桥木1许年春1王国胜2唐 熙1

(1.重庆科技学院建筑工程学院，重庆 401331; 2.新疆交建市政工程有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830016)

对大能量低频声波产生装置进行了设计与制作，实现了大能量低频声波产生装置的远距离遥控；通过多次试验发现声波能量随装置气压升高而增大，可通过增大气压的方法得到更大能量的声波；并对钢质撞击挡板和铜质撞击挡板作了对比，结果发现钢质撞击挡板在相同气压下产生的能量远大于铜质撞击挡板，宜优先采用钢质撞击挡板。

低频声波，声波产生装置，遥控，气压

声波探测广泛应用于桩基完整性检测、土层地质物探，判定水工隧洞围岩类别等[1,2]。翟锐、赵帮亚[3]用声波测试在马鞍山隧道中进行了隧道围岩完整性的判别,取得了良好的效果。林玫玲等[4]在受损岩体中进行了声波特性分析与研究，获得了凝灰岩声波的相关参数，为分析和评价凝灰岩的质量和结构特征提供了依据。曹安业等[5]在孤岛面开采强矿震异常区采用了被动声波探测技术，证明被动声波探测技术能够对孤岛面开采强矿震危险性与危险区域做出有效动态评价。目前市场上销售的手锤式低频声波(5 Hz～9 kHz)检测仪，需工作人员用手臂直接操作，有的检测空间工作人员不能直接进入(如盾构机开挖面、地面钻孔)，操作无法完成，有些检测地点比较危险，不宜工作人员长时间停留。另外，由于手锤每次锤击的力度、角度、位置均不相同，当采用信号叠加(提高信噪比)时不能达到理想的效果。为解决手锤式低频声波检测仪的不足，需发明一种能遥控产生大能量稳定声波的装置。

1 声波产生装置的设计

声波产生装置要求能够产生稳定的大能量的声波，撞击能产生大能量的稳定声波，是比较理想的声源，因此采用钢球撞击铜板或钢板作为声源。因为声源装置要放到工作人员无法进入的地方(如钻孔中)，因此需要通过遥控的方式来实现，遥控方式分为有线遥控和无线遥控，无线遥控难度较大，采用有线遥控较为合适。通过对设计方案的比较，采用方案如下：在电磁阀两端各连接一段钢管，一段作为撞击钢管，将钢球置于撞击钢管内，另一段作为储气室，通过气泵泵气产生压力，用遥控装置控制电源，打开电磁阀，压缩空气瞬间冲出推动钢球，让钢球获得动力，撞击铜板或其他材料的板，产生声源。在气泵的管道上接气压表，使每次气压值都相同，从而保证钢球每次撞击的力度相同，因为钢球都是在钢管内运动，而钢管内径与钢球的直径十分接近，所以每次撞击的角度也相同。为了消除撞击对钢管产生的影响，在撞击钢管顶端焊接法兰盘，法兰盘与撞击板之间加上橡胶圈，法兰盘、橡胶圈与撞击板通过螺栓相连，并在撞击钢管上设置排气孔，排出撞击后剩余的气体。遥控装置可通过购买市场上现有的遥控装置加以改进。

图1为声波产生装置的设计图。

2 声波产生装置的制作

声波产生装置的制作质量高低关系到装置的使用效果，在声波产生装置制作过程中，有些零部件通过机床加工，有些零部件不易加工，或加工费用昂贵，通过其他途径得到，如购买一些常见的小装置进行拆卸，得到所需的部件，还有的需要到机电市场去广泛选取。购买到电磁阀、钢球、弹簧、钢管等零部件和材料，通过机床加工得到一个铜质撞击板、一个钢质撞击板、一个法兰盘和一个密封底板，对钢管进行打孔与钻丝。各部件组装如下：电磁阀一端与储气钢管连接，另一端与撞击钢管连接，可在钢管与电磁阀连接处缠绕生丝，避免漏气；储气钢管末端连接气泵，撞击钢管末端连接撞击挡板，钢球通过弹簧与插销连接，置于撞击钢管内，插销安置在撞击钢管与电磁阀连接处的稍前部位。图2为声波产生装置制作的成品图。

3 声波产生试验

声波产生装置制作完成后，开展声波产生试验测试。测试仪器选用武汉中岩科技生产的RSM-PRT(N)基桩低应变检测仪。将声波产生装置的撞击挡板与基桩低应变检测仪的感应探头安置在同一工作面上，探头与工作面接触点需涂上耦合剂(如黄油)，探头与撞击挡板的距离大约为5 cm，本次试验采用的工作面为混凝土面；仪器安置完成之后，通过气泵向装置泵气，待气压达到试验值时，遥控打开电磁阀，气压瞬间推动钢球撞击挡板，产生声波，基桩低应变检测仪随之记录。经过多次试验，装置产生的声波信号稳定，每次产生的声波形态基本相同，图3为气压0.15 MPa时钢球撞击钢质挡板测得的波形图。

通过多次试验得到了声波能量与气压的关系，声波能量随着气压的增大而增大，可以通过增大气压的方法得到更大能量的声波，以满足测试要求。当然，由于考虑到气泵的气压极限和钢管与电磁阀接头的受拉承载能力，气压不能无限增大。在声波测试试验中选取了钢质撞击挡板和铜质撞击挡板，对它们进行了相同气压下的声波能量对比，经过多次试验发现，在相同气压下，钢质撞击挡板产生的能量远大于铜质撞击挡板，结果如图4所示。

4 结语

通过设计制作出的低频声波产生装置，可以遥控产生大能量低频声波，作用于待检测体(土层或桩体)。装置产生的声波信号稳定，每次产生的声波基本相同，可通过信号叠加有效提高信噪比；可通过增大气压的方法得到更大能量的声波，以满足测试要求；在相同气压下，钢质撞击挡板产生的声波比铜质撞击挡板的能量大，因此宜优先采用钢质撞击挡板。

[1] 牛继民.声波探测技术在判定水工隧洞围岩类别的应用[J].甘肃水利水电技术，2014(12):23-26.

[2] 周涌泉.声波透射法在桩基检测中的应用[J].交通建设与管理,2014(Z2):40-41.

[3] 翟 锐,赵帮亚.声波测试法在隧道围岩完整性判别中的应用[J].现代交通技术，2014(3):51-53,76.

[4] 林玫玲,黄真萍,孙艳坤,等.受损岩体声波特性分析与研究[J].路基工程,2014(2):29-35.

[5] 曹安业,井广成,窦林名,等.孤岛面开采强矿震异常区的被动声波探测技术及应用[J].采矿与安全工程学报,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 ★ ：重庆科技学院研究生科技创新计划项目：孔壁振动收发器的研发及其在地层探测中的应用(项目编号：YKJCX1620609)

冯桥木(1992- )，男，在读硕士