[发明专利]水库渗漏多普勒探测仪用三向水听器阵列探头

说明书

技术领域

本发明涉及一种探测设备的重要部件，具体地说是一种应用在水库渗漏探测仪上的三向水听器阵列探头，是直接探测水库渗漏源的专用传感器，主要作用是完成水库渗漏探测仪发射和接收超声波的功能，用于获取库水流速参数，确定水库渗漏流场的分布。

背景技术

目前我国已经成为世界上的水利水电大国，建成的大坝有8.7万多座，但目前全国仍有4万多座中小型水库存在病险问题。很多水库因大坝渗漏已经不敢蓄水，让水资源白白的流走，在需要水时还要抽取地下水，形成了巨大的浪费。

导致大坝渗漏的原因众多，这加大了病险水库改造工作的难度，迫切需求能够探测渗漏位置的方法技术。水库的渗漏探测一般情况下是利用一些物探的方法进行探测，常用的自然电位法、充电法、温度场法等，配合一些其他方法也能解决一些问题。但很多渗漏问题难以利用这些方法进行探测，主要原因：一是因为常规物探方法都是间接测量方法，不能直接获得渗漏流场数据，二是因为大坝渗漏的原因很多，可能是绕坝渗漏、大坝的基础渗漏、大坝坝体渗漏等，再加上坝体结构和防渗的多样性，前述的一些方法可能束手无策；另外，即使渗漏位置找到了，进行了处理，那么处理的效果怎么样呢？因此需要从源头上寻找到渗漏位置，并且还能够连续监控该位置的渗漏处理是否到位。鉴于此，研究开发一种直接测量渗漏流场，且准确、快捷、方便、低成本的探测仪器十分急需，也显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是针对当前渗漏水库占病险水库比例高，渗漏位置探测难度大、成本高、精度差等问题，而提供一种基于多普勒效应原理，利用超声波在水体流动的影响下，传播过程中会发生频率变化的特性，用于获取库水流速参数，确定水库渗漏流场的分布，确定渗漏位置的探测仪器专用的三向水听器阵列探头。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：提供一种水库渗漏多普勒探测仪用三向水听器阵列探头，包括水听器，所述的水听器共有三组组成水听器阵列；采用互相垂直的六通塑胶管在X、Y、Z三维方向上各连接二段塑胶管，每一组有两个水听器分别安装在同向的二段塑胶管壁上，两个水听器的连线与所在塑胶管的轴线相交；每一组的两个水听器其中一个用于发射，另一个用于接收；所述的发射水听器通过水库渗漏多普勒探测仪的收发电路模块激发超声波信号，接收水听器接收经过水体传播过来的超声波信号，通过三向水听器阵列实现超声波信号的三维采样。

本发明所述的三向水听器阵列探头设有连接发射、接收、控制电路的接口，每一组的两个水听器结构相同，在探测仪总控电路的指令下可进行发射和接收互换，每一个方向的实际测量为该方向上一组水听器发射接收互换测量的综合。

本发明所述的水听器的中心频率为1MHz。

本发明所述的各向塑胶管直径d为10～20cm，每向塑胶管连接后总长度为25～50cm，塑胶管由低密度低速材料制成。

本发明三向水听器阵列探头的测量原理是：本发明基于水下多普勒渗漏探测技术，利用声波在传播过程中的多普勒效应：波在波源移向接收者时接收频率变高，而在波源远离接收者时接收频率变低。当接收者移动、波源不动时也能得到同样的结论。根据运动的相对性，当波源和接收者固定在相对静止的地方，而介质在波源和接收者之间移动，波在传播过程中的频率也发生相应的变化。水体流动时，三向水听器阵列中每一组的发射水听器发出的超声波，经过水体的传播由同组中接收水听器接收到，当水流由发射水听器流向接收水听器时，接收到的频率是变小的，当水流由接收水听器流向发射水听器时，接收到的频率是变大的；通过测试发射水听器和接收水听器之间的声波频率变化量，就可以确定水流的速度和渗漏情况，考虑到水流方向不可能正好处在收、发水听器的连线上，因此采用三组相互垂向的水听器组成阵列，自动逐向测试各个方向的水流场。本发明的探头在三维方向上获得超声波信号经由水库渗漏多普勒探测仪内置单片计算机的配套软件对信号进行多普勒效应分析，分别获得三个方向的水体流速，并最终还原为水体真实流速。

本发明的水库渗漏多普勒探测仪用三向水听器阵列探头具有的效果是：

1、本发明首次提出基于超声波在流动水体中传播时产生的多普勒效应原理，用于探测超声波在流动水体中频率和时间的变化，测量渗漏流场，确定渗漏位置，对于小流量的渗流也能精确定位。

2、本发明的探头灵敏度高、操作简单，是直接探测水库渗漏源的专用传感器，适用绕坝渗漏、大坝的基础渗漏、大坝坝体渗漏等各种情况，从根本上解决除险加固问题中渗漏水库的探测问题。

3、本发明水库渗漏多普勒探测仪用三向水听器阵列探头使用方便，利于推广。

附图说明