土壤密实程度的现场测试方法及装置与流程

本公开属于检测，更具体地说，是涉及一种土壤密实程度的现场测试方法及装置。

背景技术：

1、在建筑、铁路、公路、采矿等行业，土壤的性能对于设计有重要的作用，因此需要知道土壤的一些性能指标，比如密实程度。土壤的密实程度一般和土壤的压缩波波速有关，土壤越密实，压缩波波速越高。另外地质勘察中，还可以根据压缩波波速对土壤进行分类。目前，通常采用超声波测试设备进行土壤密实程度的测试，具体测试方法分为两种，一种是实验室制备土样，如图1所示，采用超声仪主机配置平面夹心式声波换能器进行测试；一种是现场跨孔法进行测试，如图2所示，采用的是主机配置圆管压电陶瓷声波换能器（简称圆管声波换能器）。上述两种方法的测试原理为：发射换能器t用于向待测土壤发出超声波信号，超声波信号穿透土壤之后到达接收换能器r。超声仪主机通过计算从发射换能器t发出超声波信号到接收换能器r接收到超声波信号的时间差，可以得到超声波信号的传播时间，再基于超声波信号的穿透距离，可以得到待测土壤压缩波波速。

2、现有的土壤密实程度检测设备在对一些粘黏性比较差的、松散的土壤进行测试时，超声波穿透土壤以后能量会发生衰减，当能量衰减到一定程度，超声波信号就淹没在本底噪音中了，超声仪主机无法接收到或者无法完整接收到超声波信号，从而无法实现土壤密实程度的准确检测。

技术实现思路

1、本公开的目的在于提供一种土壤密实程度的现场测试方法及装置，以提高土壤密实程度的检测精度。

2、本公开实施例的第一方面，提供了一种土壤密实程度的现场测试方法，包括：

3、控制第一超声波发射器发出第一频率的第一超声波信号；

4、控制第一超声波接收器以第二频率接收所述第一超声波信号；所述第二频率基于第一频率和第一频率偏移量得到，所述第一频率偏移量基于预先构建的关系式得到；

5、响应于所述第一超声波接收器接收到所述第一超声波信号，基于所述第一超声波接收器接收所述第一超声波信号的时间、以及所述第一超声波发射器发出所述第一超声波信号的时间，计算待测土壤的压缩波波速；所述压缩波波速用于表征待测土壤的密实程度。

6、本公开实施例的第二方面，提供了一种土壤密实程度的现场测试装置，包括：

7、第一控制单元，用于控制第一超声波发射器发出第一频率的第一超声波信号；

8、第二控制单元，用于控制第一超声波接收器以第二频率接收所述第一超声波信号；所述第二频率基于第一频率和第一频率偏移量得到，所述第一频率偏移量基于预先构建的关系式得到；

9、第一计算单元，用于响应于所述第一超声波接收器接收到所述第一超声波信号，基于所述第一超声波接收器接收所述第一超声波信号的时间、以及所述第一超声波发射器发出所述第一超声波信号的时间，计算待测土壤的压缩波波速；所述压缩波波速用于表征待测土壤的密实程度。

10、本公开实施例的第三方面，提供了一种超声仪主机，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的土壤密实程度的现场测试方法的步骤。

11、本公开实施例的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的土壤密实程度的现场测试方法的步骤。

12、本公开实施例提供的土壤密实程度的现场测试方法及装置的有益效果在于：

13、在本公开实施例中，发明人发现现有的土壤密实程度检测设备在进行测试时超声波能量会发生衰减，主要是因为现有的土壤密实程度检测设备采用相同的超声波发射频率和超声波接收频率，而超声波在土壤传播过程中会发生多普勒现象、也即发生频率偏移，这样就会造成到达超声波接收器的超声波信号的频率与接收频率不一致，因此超声波接收器无法接收到超声波发生器发出的超声波信号。

14、基于上述原因，本公开实施例首先构建关系式，计算第一超声波信号穿透待测土壤之后的第一频率偏移量，并基于第一频率偏移量将第一超声波接收器的工作频率从传统的第一频率调整至第二频率，以提高第一超声波接收器检测到的超声波信号的强度，这样超声仪主机可以接收到更清晰的超声波信号，从而实现压缩波波速的准确检测。

技术特征：

1.一种土壤密实程度的现场测试方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的土壤密实程度的现场测试方法，其特征在于，所述预先构建的关系式为：

3.如权利要求2所述的土壤密实程度的现场测试方法，其特征在于，还包括：

4.如权利要求1所述的土壤密实程度的现场测试方法，其特征在于，还包括：

5.如权利要求4所述的土壤密实程度的现场测试方法，其特征在于，所述基于所述压缩波波速测试值确定所述第一超声波信号的第一频率，包括：

6.如权利要求4所述的土壤密实程度的现场测试方法，其特征在于，所述土壤样品的一侧设置有第二超声波发射器，所述土壤样品的另一侧设置有第二超声波接收器，基于第二超声波发射器发出的第二超声波信号获取土壤样品的压缩波波速测试值，包括：

7.如权利要求1所述的土壤密实程度的现场测试方法，其特征在于，待测土壤中间隔设置有第一测试孔和第二测试孔，所述第一超声波发射器位于所述第一测试孔中，所述第一超声波接收器位于所述第二测试孔中，所述土壤密实程度的现场测试方法还包括：

8.一种土壤密实程度的现场测试装置，其特征在于，包括：

9.一种超声仪主机，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述方法的步骤。

技术总结
本公开提供了一种土壤密实程度的现场测试方法及装置，该方法包括：控制第一超声波发射器发出第一频率的第一超声波信号；控制第一超声波接收器以第二频率接收所述第一超声波信号；所述第二频率基于第一频率和第一频率偏移量得到，所述第一频率偏移量基于预先构建的关系式得到；响应于第一超声波接收器接收到第一超声波信号，基于第一超声波接收器接收第一超声波信号的时间、以及第一超声波发射器发出第一超声波信号的时间，计算待测土壤的压缩波波速；压缩波波速用于表征待测土壤的密实程度。本公开提供的土壤密实程度的现场测试方法及装置可以提高土壤密实程度的检测精度。

技术研发人员：王杰,张基伟,郭永富,李锐志,张立刚,任志刚,王英波,郑建良,王贺奇,张星宇
受保护的技术使用者：中煤邯郸特殊凿井有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24