专利名称：一种在水面上作水底地质勘查装置的制作方法
技术领域：
本发明属于水声法地质勘查技术，特别涉及可以在江河湖海对地底下的泥、砂、砾石、卵石层、抛片石层作高分辨率的厚度、深度探查，也可对深水底下的地层进行高分辨率探查的一种在水面上作水底地质勘查装置。
背景技术：
目前国内外的水声法探查仪器或称作“浅地层剖面仪”，其弱点是无法穿透粗砂、卵石、片石层，对水底岩层的穿透能力亦极弱；或穿透力虽强但其分辨率不高，因为无论其发射源发射频率是分段发射或扫频发射，其接收装置均为窄频，它们的水听器在工作频率范围内会因固有频率而放大了某些频率信号，压制其它信号，产生余振，降低分辨率；若采用声学发射源，发射及接收的频率高，分辨率高，但发射能量弱，穿透力弱；若采用电火花发射源，发射能量强，但使用频率较低，分辨率低。而且这些水听器均有一定的余振，使得它们在接收到反射波之后还有2-3个周期的余振，降低了它们的分辨率。对于水底的薄层来说，淤泥层、砂层，是容易被声波穿透的，而卵石层、片石层等则是强反射、散射面，频率高的声波被反射或散射回来，不能向下穿透；较低频的弹性波则穿透力较强，但分辨率不够。而且还会因不同的反射面及介质，对不同频段声波的反射和穿透性能不同。这就使得现有的水声勘探仪器或浅地层剖面仪穿不透粗砂、卵石、片石层，而分辨率不够。例如在“工程物探”1998年10月的第三期上发表的使用美国Edgetech公司生产的X-STAR剖面仪采用4组相匹配的发射阵列和接受阵列，可穿透砂层和泥层，在黄河上可测出淤泥层及其下覆的水底片石层的顶界，但不能穿透片石层，以及美国MEP305系列浅地层剖面仪，采用电火花震源，放电功率达800J，接受的反射波频率为300～400Hz，显然频率偏低且频宽太窄。及中国产的GPY水域浅地层剖面探测系统等，都未考虑超宽频带高保真的接收和分段带通滤波的数据处理。
发明内容
本发明的目的是提供一种在水面作水底地质勘查装置，包含发射宽频带声波的发射源，如使用电火花、气枪或使用钢桶机械敲击为震源、使用超宽频带水听器和超宽频带数字化接收器，其特征在于使用可调发射能量的电火花发生器，用于在发射能量小时，发射高频段波，分辨率高，充电时间短；在发射能量大时，发射中低频段波，穿透能力强，分辨率降低，充电时间加长，但可勘探深度大；有时使用钢桶机械敲击为震源，发射宽频带的波。
所述水听器为采用压电材料作拾震器元件，选择接收频段远在其固有频率之外的加速度传感器，并有放大信号作用，因其超宽频带、定向性强的特性，因此用于在几Hz-几KHz范围内接收反射信号，并且无畸变地接收全频段的反射信号，得到无余振的效果。
所述宽频带数字接收器至少包含一个DSP数字信号处理的信息流阵列协处理器，或便携式微机作接收机主件，可以将接收到的全部信号存贮于仪器中，用于将实时现场采集的信息进行必要的资料处理，资料处理时可根据被测对象反射信号的特点分频段分别作多个窗口的带通滤波，分别提取不同频段的信息。这样处理的资料可以用不同频段窗口更好地反映了某一或某几个反射面，将不同窗口处理的资料相互对比进行资料解释。
本发明的有益效果是采用超宽带可调节的声波发射源，超宽带水听器及数字化接收器。可在从几m到约几十m深的水面上实测得到剖面图，再经过计算处理后，可以看到波已穿透了淤泥层和江底抛石层，并可根据淤泥面反射波的频率(约1500～2500Hz)、抛石表面散射(反射)波的频率(约3000～4000Hz)和江底的反射波的频率(约1500Hz)的不同将它们辨认出来，可分辨出仅厚1m的层。将不同窗口的处理资料对比，作出水底地质图。
图1为在一次实测中接收到的信号的频谱；图2为现场所测的剖面图。
具体实施例方式
本发明为一种在水面上作水底地质勘查装置，它包含发射宽频带声波的发射源，如使用电火花、气枪或使用钢桶机械敲击为震源，使用超宽频带水听器和超宽频带数字化接收器。本发明使用可调发射能量的电火花发生器为声波发射的震源，用于在发射能量小时，发射高频波，分辨率高，充电时间短；在发射能量大时，发射中低频波，穿透能力强，分辨率降低，充电时间加长，但可勘探深度大。有时还使用钢桶机械敲击作为震源发射宽带波。
本发明水声器为采用压电材作拾震器元件，选择接收频段远在其固有频率之外的加速度传感器。并有放大信号的功能。因具有超宽带和定向性强的特性，因此在用于在几Hz-几KHz范围内接收信号，并无畸变地接收全频段的反射信号，不会产生余振；如图1所示，在低频和高频段的接收发射信号的频谱比较干净、完整。
本发明使用的超宽频带数字接收器至少包含一个DSP数字信号处理的信息流阵列协处理器，或用便携式微作接收机主件。可以将接收到的全部信号存贮于仪器中，便于对现场采集的信息进行必要的实时资料处理，特别是可根据被测对象反射信号的特点分频段分别作多个窗口的带通滤波(每个窗口通频带在100～200Hz、甚或1000Hz的宽频带)，分别提取不同频段的信息。这样处理的资料可能用不同频段窗口更好地反映了某一或某几个反射面，如图2所示的现场所测剖面图中所示A为淤泥层，B为抛石层，C为江底。将不同窗口处理的资料相互对比，得出水底地质概况图来，并进行资料解释。
权利要求
1.一种在水面上作水底地质勘查装置，包含发射宽频带的声波的发射源，如使用电火花、气枪或使用钢桶机械敲击为震源、使用超宽频带水听器和超宽频带数字化接收器，其特征在于使用可调发射能量的电火花发生器，用于在发射能量小时，发射高频段波，分辨率高，充电时间短；在发射能量大时，发射中低频段波，穿透能力强，分辨率降低，充电时间加长，但可勘探深度大；有时使用钢桶机械敲击为震源，发射宽频带的波。
2.根据权利要求1所述一种在水面上作水底地质勘查装置，其特征在于所述水听器为采用压电材料作拾震器元件，选择接收频段远在其固有频率之外的加速度传感器，并有放大信号作用，因其超宽频带、定向性强的特性，因此用于在几Hz-几KHz范围内接收反射信号，并且无畸变地接收全频段的反射信号，得到无余振的效果。
3.根据权利要求1所述一种在水面上作水底地质勘查装置，其特征在于所述宽频带数字接收器至少包含一个DSP数字信号处理的信息流阵列协处理器，或便携式微机作接收机主件，可以将接收到的全部信号存贮于仪器中，用于将实时现场采集的信息进行必要的资料处理，资料处理时可根据被测对象反射信号的特点分频段分别作多个窗口的带通滤波，分别提取不同频段的信息，这样处理的资料可以用不同频段窗口更好地反映了某一或某几个反射面，将不同窗口处理的资料相互对比进行资料解释。
全文摘要
本发明公开了属于地质勘查设备的一种在水面作水底地质勘查装置。它使用了可调发射强度的宽频带发射源，超宽带并对信号有放大功能的水听器及宽频带数字化接收器，在水面可对水底地层的地质概况进行勘查，在几Hz到几KHz的全频段内接收全部反射信号，不会发生余振；其灵敏度基本一致，具有全信息、高保真的特性。可以和计算机数字化连接、存储全部信息，并可用宽频带通数字滤波器分窗口面分别提取不同频段的反射信号，并进行对比处理，经定性定量解释，作出水底地形及地质图。
文档编号G01V1/38GK1403835SQ0212081
公开日2003年3月19日 申请日期2002年6月3日 优先权日2002年6月3日
发明者钟世航, 孙宏志, 王荣 申请人:钟世航, 孙宏志, 王荣