一种岩体风化程度测量装置及方法与流程

1.本发明涉及地质勘察工程技术领域，具体而言，涉及一种岩体风化程度测量装置及方法。


背景技术：

2.岩体的风化程度是反应岩体物理力学性质的重要因素，在水利工程勘察设计工作中，根据岩体风化程度的不同，将岩体划分为全风化、强风化、弱风化、微风化和新鲜5类。在《水利发电工程地质勘察规范》gb50297中，有依据锤击岩石声响判断岩石风化程度的方法，但是对于声哑、较清脆、清脆等定性描述，不同的人通过听音分析，可能会得到不同的结论，风化程度测量结果的可靠性不高。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是如何提高岩体风化程度测量结果的可靠性，目的在于提供一种岩体风化程度测量装置。
4.本发明通过下述技术方案实现：
5.一方面，本技术提供一种岩体风化程度测量装置，其包括：
6.拾音器，用于获取岩体被锤击时产生的声波；
7.控制器，与所述拾音器连接，其配置有数据库，所述控制器用于解析所述拾音器反馈的声波信息的振幅及频率并将所述振幅及频率与所述数据库进行匹配；
8.显示器，与所述控制器连接，用于显示所述振幅及频率与所述数据库的匹配结果。
9.在一种可能的实施例中，包括锤击球和限位组件；
10.所述限位组件具有吸附端，所述锤击球被吸附限位在所述吸附端；
11.竖向上，所述锤击球位于所述拾音器的一侧。
12.在一种可能的实施例中，所述锤击球为钢制球。
13.在一种可能的实施例中，所述吸附端被配置成电磁铁。
14.在一种可能的实施例中，该岩体风化程度测量装置包括导向组件，其具有导向通道；所述导向通道一端与限位组件上的锤击球对应且另一端与所述拾音器的一侧对应。
15.在一种可能的实施例中，所述导向组件为直径大于锤击球的圆管。
16.在一种可能的实施例中，该岩体风化程度测量装置包括防护罩体，所述锤击球、限位组件以及拾音器均设置于所述防护罩体的内侧，所述控制器和显示器设置于所述防护罩体的外侧。
17.另一方面，本技术提供一种岩体风化程度测量方法，基于上述任一种岩体风化程度测量装置实现，该岩体风化程度测量方法包括以下步骤：
18.于控制器内构建数据库；
19.获取拾音器的声波信息；
20.解析所述声波信息以得到声波振幅及声波频率；
21.将所述声波振幅以及声波频率同时与所述数据库进行匹配获得岩体风化评级；
22.将所述岩体风化评级输出至显示器。
23.在一种可能的实施例中，在解析所述声波信息之前，对所述声波信息进行滤波降噪。
24.在一种可能的实施例中，将所述声波振幅以及声波频率同时与所述数据库进行匹配之前，重复获取拾音器的声波信息五次并分别解析，分别获取五次解析得到声波振幅的平均值、声波频率的平均值以匹配所述数据库。
25.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
26.1、本发明实施例提供的一种岩体风化程度测量装置，通过拾音器获得锤击时产生的声波信息后，通过控制器对声波信息进行解析以获得准确的声波振幅和声波频率，利用声波振幅以及声波频率作为评价基础而获得的风化程度结果可靠性更高。
27.2、本发明实施例提供的一种岩体风化程度测量方法，通过控制器对获取的声波进行定量分析，将锤击时发出的声音清晰度量化并作为岩体风化程度的评价依据，获得的风化程度结果的可靠性更高。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
29.图1为本发明实施例提供的岩体风化程度测量装置的结构示意图；
30.图2为本发明实施例提供的岩体风化程度测量的流程示意图。
31.附图中标记及对应的零部件名称：
32.1-拾音器，2-控制器，3-显示器，4-防护罩体，5-锤击球，6-导向组件，7-限位组件，8-开关按钮。
具体实施方式
33.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
34.在地质勘察工程中，钻孔勘探是一种常用的揭露地质环境的方式。通过对钻孔钻取的岩芯进行鉴定，可以对岩芯的风化程度和岩体的风化带划分有大致的认识。根据《水利发电工程地质勘察规范》gb50297中，对于岩体风化带的定义中，风化程度分为全风化、强风化、弱风化、微风化和新鲜5类。风化程度不同的岩体在色泽、岩体组织结构、矿物蚀变程度和锤击声等方面存在差异。
35.现有方法在通过锤击声鉴定岩芯风化程度的过程中，主要依靠地质工作人员用地质锤敲击岩芯，通过人对敲击声音的判断，根据锤击声的清晰程度判断岩体的风化程度。但是，对于听力不同的工作人员来说，针对同一岩体进行风化程度的测量时，其测量结果的准确性也不尽相同；并且，人工对于全风化和强风化、微风化和新鲜这两组风化程度对应的声
音清晰度难以辨析，拥有不同工程经验的工作人员所获得的风化程度结果也不尽相同。即目前通过人工辨析锤击声清晰度来评价岩体风化程度，其评价结论的可靠性不高。
36.实施例1
37.本技术实施例提供一种岩体风化程度测量装置，该岩体风化程度测量装置包括拾音器1、控制器2和显示器3；拾音器1用于获取岩体被锤击时产生的声波；控制器2与拾音器1连接，其配置有数据库，控制器2用于解析拾音器1反馈的声波信息的振幅及频率并将振幅及频率与数据库进行匹配；显示器3与控制器2连接，用于显示振幅及频率与数据库的匹配结果。
38.本技术实施例中，拾音器1可以由麦克风和音频放大电路构成，其可以是数字式的，也可以是模拟式的，其具体的设置位置不作限定，只要在使用时能够使其靠近锤击声源即可；拾音器1与控制器2之间可以采用无线连接，即在拾音器1内设置一通讯模块即可，如此可以减少连接线路的配置且可以便于拾音器1跟随锤击声源移动，该通讯模块可以是诸如蓝牙模块、wifi模块等。控制器2中的数据库配置有岩体风化程度级别数据和与之对应的标准振幅数据、标准频率数据。
39.测量时，将拾音器1放置或者安装于锤击声源附近，打开控制器2、拾音器1和显示器3的供电开关，当锤击声产生时，通过拾音器1拾取锤击声波信息，拾音器1将锤击声波转换为电信号输入至控制器2，控制器2基于接收到的电信号解析出锤击声波的振幅和频率，将解析获得的振幅数据和频率数据与数据库中的标准振幅数据和标准频率数据分别进行比对，最终匹配出锤击声波对应的岩体风化程度级别，最后将岩体风化程度级别输出至显示器3进行可视化表达以供工作人员参考。
40.本技术实施例中，拾音器1在工作状态下可以通过其他的固定工具固定在锤击声源一侧使得拾音器1与岩体相互独立，避免在锤击过程中将振动能量传递至拾音器1导致噪音的产生；也可以将拾音器1放置在岩体上以提高测量过程中的便捷性，此时可以为拾音器1加装缓冲组件来消耗拾音器1接收到的振动能量，例如可以在拾音器1的底部设置橡胶减震垫、弹簧减震座等，从而可以在具有较高测量便捷性的前提下保证拾音器1反馈的声波信息的准确性。
41.本技术实施例中，拾音器1与控制器2之间可以连接一滤波器，滤波器可以对拾音器1周围的例如锤击时产生的摩擦声、气流声或者周围其他工具设备产生的杂音进行过滤，从而使得控制器2接收到的电信号更为精确，进一步提高测量结果的可靠性。
42.本技术实施例提供的岩体风化程度测量装置，通过拾音器1对锤击声波进行采集，将声波信号转换为电信号传输至控制器2，而后通过控制器2实现锤击声的量化，最终与数据库中的标准数据进行匹配而获得岩体风化程度级别，其测量结果可靠性较高。
43.实施例2
44.本技术实施例提供一种岩体风化程度测量装置，该岩体风化程度测量装置包括拾音器1、控制器2、锤击球5、限位组件7和显示器3；拾音器1用于获取岩体被锤击时产生的声波；控制器2与拾音器1连接，其配置有数据库，控制器2用于解析拾音器1反馈的声波信息的振幅及频率并将振幅及频率与数据库进行匹配；显示器3与控制器2连接，用于显示振幅及频率与数据库的匹配结果；限位组件7具有一吸附端，锤击球5在吸附端的吸附作用下固定于吸附端上。
45.本技术实施例中，锤击球5和限位组件7共同构成了锤击机构，即在测量过程中，锤击声的产生由锤击球5和限位组件7的相互作用完成。在竖向上，锤击球5与拾音器1的具有一定的高度差，本实施例中将锤击球5与拾音器1的高度差设置为30cm，保证锤击球5与岩体撞击时具有足够的冲击力，在其他实施例中，根据锤击球5的质量不同，该高度差可以更小或更大。限位组件7的具体构造可以不做限定，主要用于对锤击球5进行高度限位，其只要具有能够吸附锤击球5的吸附端且在测量过程中保证吸附端能够位于拾音器1的竖向一侧即可；吸附端在水平方向可以是固定的，在测量过程中需要调整锤击位置时，移动整个限位组件7即可，吸附端在水平方向也可以是活动的，在测量过程中需要调整锤击位置时，调节吸附端在水平方向的位置即可。
46.测量时，将拾音器1设置于待锤击点的一侧，打开控制器2、拾音器1和显示器3的供电开关，解除限位组件7吸附端对锤击球5的吸附作用，锤击球5在自身重力作用下自由下落并与岩体撞击产生锤击声，通过拾音器1拾取锤击声波信息，拾音器1将锤击声波转换为电信号输入至控制器2，控制器2基于接收到的电信号解析出锤击声波的振幅和频率，将解析获得的振幅数据和频率数据与数据库中的标准振幅数据和标准频率数据分别进行比对，最终匹配出锤击声波对应的岩体风化程度级别，最后将岩体风化程度级别输出至显示器3进行可视化表达以供工作人员参考。
47.本技术实施例中，吸附端对于锤击球5的吸附作用可以是气力吸附，也可以是磁力吸附；并可以通过控制器2解除吸附端对锤击球5的吸附作用，也可以通过人工解除吸附端对锤击球5的吸附作用。
48.例如采用气力吸附时，可以在气路上设置一电磁阀并将电磁阀与控制器2连接，控制器2、拾音器1和显示器3的供电开关被打开后，可以在控制器2内预设一定时器，在控制器2、拾音器1和显示器3工作预热一定时间后，控制器2控制电磁阀关断气路以解除吸附作用。
49.例如采用磁力吸附时，吸附端整体被构造成电磁铁，相应的锤击球5被构造成含有铁、铬、镍中一种或多种金属成分的球体，例如锤击球5可以被构造成易于获得的钢球。吸附端被构造成电磁铁后，将电磁铁的电源端与控制器2连接即可。将吸附端设置为电磁铁时，其能源供应可以从控制器2处获得，不需要配置其他的功能设备，装置的结构更加简单。
50.在一种可能的实施例中，该岩体风化程度测量装置包括导向组件6，其具有导向通道；导向通道一端与限位组件7上的锤击球5对应且另一端与拾音器1的一侧对应。
51.本技术实施例中，导向组件6可以为锤击球5提供一定的导向作用，从而使得锤击球5能够准确的与待锤击点进行撞击，有利于测量结果可靠性的提高；并且，由于拾音器1设置在待锤击点的一侧，导向组件6的设置还可以对拾音器1起到保护作用，防止锤击球5与拾音器1撞击。导向通道可以是非封闭式的，例如半圆槽；也可以是封闭式的，例如圆通管道，即导向组件6整体可以被构造成直径大于锤击球5的圆管。
52.在一种可能的实施例中，该岩体风化程度测量装置包括防护罩体4，锤击球5、限位组件7以及拾音器1均设置于防护罩体4的内侧，控制器2和显示器3设置于防护罩体4的外侧。
53.本技术实施例中，防护罩体4的形状构造可以不做限定，例如可以是方形、圆形、圆筒形等，本实施例中将防护罩体4设置为圆筒形。限位组件7、拾音器1可以分别与防护罩体4的内侧面连接，控制器2和显示器3可以分别与防护罩体4的外侧面连接。防护罩体4的设置
一方面对其内部的拾音器1、限位组件7形成保护作用，另一方面其将控制器2、显示器3、拾音器1和限位组件7进行集成，在更换锤击点位时，可以直接移动防护罩体4进行实现，操作更为便捷，再一方面，防护罩体4也能够隔绝外部噪声的干扰，使得拾音器1获取的锤击声波更为准确，有利于测量结果可靠性的提高。
54.在一种可能的实施例中，防护罩体4的外侧面上可以设置开关按钮8以控制显示器3、拾音器1、控制器2以及电磁铁的电源通断。
55.在一种可能的实施例中，防护罩体4可以是由透明材料制成。如此设置，能够提高定位拾音器1的便捷性。
56.在一种可能的实施例中，防护罩体4的内侧面和/或外侧面可以设置一隔音层以提高防护罩体的隔音性能，进一步减少外部噪声的干扰。
57.本技术实施例提供的岩体风化程度测量装置，通过限位组件7以及锤击球5的设置，在同一测量点位进行多次锤击测量时，可以保证每次锤击力度大致相等，降低多次测量的偏差，利于测量结果可靠性的提高；在设置限位组件7、导向组件6后，拾音器1与锤击球5的相对高度固定，并且导向通道的端部可以做锤击球5锤击点定位用，从而使得该测量装置在不同测量点位进行测量时，可以保证锤击球5在不同测量点位的锤击力度大致相等，继而进一步保证总体测量结果的可靠性。
58.实施例3
59.本技术实施例提供一种岩体风化程度测量方法，基于上述任一种岩体风化程度测量装置实现，该岩体风化程度测量方法包括以下步骤：
60.s1.于控制器2内构建数据库。
61.本技术实施例中，数据库内可以包含标准声波振幅数据和标准声波频率数据以及与前两者对应的岩体风化程度级别数据。
62.s2.获取拾音器1的声波信息。
63.本技术实施例中，控制器2可以通过有线通讯与拾音器1连接来获得拾音器1反馈的声波信息；也可以通过无线通讯与拾音器1连接来获得拾音器1反馈的声波信息。
64.本技术实施例中，当设置锤击球5、限位组件7以及导向组件6时，锤击球5经过一定时间自由下落后才会与岩体撞击产生锤击声，根据锤击球5与岩体的高差可以确定锤击球5在撞击岩体前的下落时间；控制器2内可以设置小于等于该下落时间的定时器，当定时器计时结束时，再获取拾音器1反馈的声波信息，如此可以过滤锤击球5在下落过程中与导向通道接触的摩擦声或者锤击球5带动的气流声；并且，还可以过滤锤击球5下落过程中来自装置外部的噪音，减少整个过程中噪音的摄入，提高测量结果的可靠性。
65.s3.解析声波信息以得到声波振幅及声波频率。
66.本技术实施例中，拾音器1是现有成品，其将声波信号转换成电信号反馈至控制器2，控制器2根据电信号的变化规律可以获得声波振幅及声波频率，该解析方法为行业内通用的解析方法，此处不再赘述。
67.s4.将声波振幅以及声波频率同时与数据库进行匹配获得岩体风化评级。
68.本技术实施例中，数据库中每个岩体风化评级对应的标准声波振幅数据和标准声波频率数据均为若干范围值，将获得的声波振幅和声波频率分别与前述若干范围的端值进行比对，最终确定获得的声波振幅和声波频率所对应的岩体风化级别。
69.s5.将岩体风化评级输出至显示器3。
70.在一种可能的实施例中，在解析声波信息之前，对声波信息进行滤波降噪。
71.本技术实施例中，由于噪音的干扰可能导致获得的声波振幅数据与声波频率数据分别匹配到不同的岩体风化评级，在解析声波信息之前进行滤波降噪，可以使被解析的声波信息更为准确，从而保证测量结果的唯一输出，继而保证测量结果的可靠性。
72.在一种可能的实施例中，将声波振幅以及声波频率同时与数据库进行匹配之前，重复获取拾音器1的声波信息五次并分别解析，分别获取五次解析得到声波振幅的平均值、声波频率的平均值以匹配数据库。
73.本技术实施例中，通过多次测量再取其平均值使得测量结果更加精确，可靠性更高。其中，重复获取拾音器1的声波信息的次数可以根据需要设置得更多或更少。
74.在以上描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
75.在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
76.在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
77.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。