[发明专利]一种桩底溶洞声纳探测装置及方法

权利要求书

1.一种桩底溶洞声纳探测装置，它包括设置在桩外的现场主机(1)和设置在桩底(4)的声纳探测探头(2)，所述声纳探测探头(2)包括声纳应力波驱动模块(2.1)、声纳应力波发射器(2.3)、声纳应力波接收传感器(2.4)、声纳应力波信号处理模块(2.5)、单片机(2.6)和三维电子罗盘(2.2)，其中，所述三维电子罗盘(2.2)的信号输出端连接单片机(2.6)的罗盘信号输入端，声纳应力波驱动模块(2.1)的信号输入端连接单片机(2.6)的应力波信号输出端，声纳应力波驱动模块(2.1)的应力波驱动信号输出端连接声纳应力波发射器(2.3)，所述声纳应力波接收传感器(2.4)通过声纳应力波信号处理模块(2.5)连接单片机(2.6)的声纳信号输入端，所述单片机(2.6)的通信端通过通信电缆(3)连接现场主机(1)，所述声纳探测探头(2)垂直与桩底(4)。

2.根据权利要求1所述的桩底溶洞声纳探测装置，其特征在于：所述现场主机(1)包括系统总线(1.1)、中央处理器(1.2)、存储器(1.3)、人机交互设备(1.4)、USB通信接口(1.5)，其中，所述中央处理器(1.2)、存储器(1.3)、人机交互设备(1.4)、USB通信接口(1.5)均与系统总线(1.1)连接。

3.根据权利要求1所述的桩底溶洞声纳探测装置，其特征在于：它还包括架设在桩孔(5)顶部的孔口支架(6)，所述孔口支架(6)在桩口托起通信电缆(3)。

4.根据权利要求1所述的桩底溶洞声纳探测装置，其特征在于：所述声纳应力波接收传感器(2.4)和声纳应力波信号处理模块(2.5)均有多个，所述每个声纳应力波接收传感器(2.4)均通过对应的声纳应力波信号处理模块(2.5)连接单片机(2.6)的声纳信号输入端，所述多个声纳应力波接收传感器(2.4)沿声纳探测探头(2)底部的周向均匀布置。

5.根据权利要求1所述的桩底溶洞声纳探测装置，其特征在于：所述声纳探测探头(2)内的声纳应力波发射器(2.3)、声纳应力波接收传感器(2.4)和三维电子罗盘(2.2)均垂直与桩底(4)。

6.一种利用权利要求1～5中任意一项所述桩底溶洞声纳探测装置的桩底溶洞探测方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1：在桩孔(5)的桩底(4)灌入水，使桩底(4)具有10～20cm高的水层(7)，此时声纳探测探头(2)浸泡在上述水层(7)中；

步骤2：现场主机(1)通过通信电缆(3)向声纳探测探头(2)内的单片机(2.6)发送声纳应力波控制指令，单片机(2.6)根据声纳应力波控制指令向声纳应力波驱动模块(2.1)发送声纳应力波控制信号，声纳应力波驱动模块(2.1)根据声纳应力波控制信号控制声纳应力波发射器(2.3)向桩底(4)下方发射功率范围为1KW～7KW，频率范围为1000～10000HZ的声纳应力波，每个声纳应力波接收传感器(2.4)接收到一个上述声纳应力波的反射信号，每个声纳应力波信号处理模块(2.5)对相应的声纳应力波的反射信号依次进行放大处理、滤波处理和模数转换处理，得到一组处理后的声纳应力波的反射信号，声纳应力波信号处理模块(2.5)将一组处理后的声纳应力波的反射信号发送给单片机(2.6)，同时，三维电子罗盘(2.2)感应到声纳探测探头(2)内每个声纳应力波接收传感器(2.4)此时的方向，从而得到一组方向数据，并将该组方向数据传输给单片机(2.6)；

步骤3：单片机(2.6)将上述一组处理后的声纳应力波的反射信号通过通信电缆(3)传输给现场主机(1)，同时单片机(2.6)将上述声纳应力波接收传感器(2.4)此时的一组方向数据通过通信电缆(3)传输给现场主机(1)；

步骤4：将声纳探测探头(2)旋转20～30度，并重复进行步骤2和步骤3，使现场主机(1)得到另一组处理后的声纳应力波的反射信号和所有声纳应力波接收传感器(2.4)在旋转后的另一组方向数据，现场主机(1)利用上述两组处理后的声纳应力波的反射信号和两组声纳应力波接收传感器(2.4)方向数据根据现有的声纳应力波成像法得到待测面的声纳反射应力波波形剖面图；

步骤5：对上述待测面的声纳反射应力波波形剖面图进行现有的应力波反射法分析确定桩底(4)底部下方10m以内区域是否存在溶洞或软弱岩体。

7.根据权利要求6所述的桩底溶洞探测方法，其特征在于：所述步骤2中，三维电子罗盘(2.2)将声纳探测探头(2)此时的声纳探测探头倾角数据也传输给单片机(2.6)；步骤3中，单片机(2.6)将声纳探测探头倾角数据通过通信电缆(3)传输给现场主机(1)，现场主机(1)根据声纳探测探头倾角数据确认此时的声纳探测探头(2)是否与桩底(4)垂直，如果声纳探测探头(2)不与桩底(4)垂直，需要将声纳探测探头(2)调整成与桩底(4)垂直。