一种检测井壁质量的地震滑车扫描仪及其检测方法

摘要

本发明公开了一种检测井壁质量的地震滑车扫描仪及其检测方法，扫描仪由主机、激发接收单元和设有编码器的移动载体构成；激发接收单元包括电磁激振器和传感器，两者固定在移动载体上，所述电磁激振器、传感器和编码器与主机连接。本发明结构设计简单，使用方便，节省测量时间；改变了传统激发需要人为进行锤击等模式，冲击单元内置滚轮脉冲控制激振器设计，通过主机来控制激发电磁激振器进行自动激发，提高了检测效率，能满足井壁快速勘探要求；传感器对超高频信号响应完整，满足超浅层检测要求；仅需一人完成操作，受晃动探测平台环境影响小，数据资料可靠性强，能用于井壁内部缺陷检测，并能对测试结果进行成像，直观显示内部缺陷情况。

说明书

技术领域

本发明涉及地球物理勘探仪器领域，特别涉及一种检测井壁质量的地震滑车扫描仪。

背景技术

据统计，自20世纪90年代以来，全国有80余个地处深厚含水松散层的井筒先后发生了井底涌水及井壁破损现象，这不仅影响了正常生产,而且带来了严重的安全隐患，造成的经济损失巨大。井筒施工过程中混凝土浇筑不密实出现空洞现象，而且井筒随着地压的增大、含水层水位下降、温度的变化等因素影响，井壁常存在着一些裂缝，在纵向变形、环向变形及径向变形作用下这些裂缝会增大甚至连通。在地下高压水的作用下会造成井壁结构的涌漏水，给矿井的安全生产带来了严重威胁。因此，对井壁质量的检测显得尤为重要。目前利用的检测手段以钻探及物探手段为主，其中物探手段以地震反射波法为主，通过布置纵向和环向双向测线，利用获取的高频反射波波速、振幅及频率等多种地震属性参数确定井壁及壁后空间的异常范围，实现快速检测。

但是，目前地震反射波法探测装备是人为组合的地震仪、震源枪及检波器；通过一个震源枪或小锤激发地震波，利用两个检波器接收信号，并采用一台地震仪采集两个地震道信号；在探测过程中需要一个人操作带有两个检波器的导杆，一个人操作震源枪，一个人操作采集设备，三个人根据偏移距、道间距、激发点移动步距参数协同操作完成探测任务，整个操作工作比较复杂；而且三个人操作平台为悬空的罐笼，晃动平台易对三人组合采集的数据资料造成干扰。因此，设计一种施工快捷、操作简便及稳定性强的地震信号采集装备十分迫切。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述背景技术中存在的不足，根据地震勘探原理，结合井筒无损检测探测环境，并针对当前地震反射波法探测过程中存在的问题，提出一种快速、方便有效的地震滑车扫描仪。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：由主机、激发接收单元和设有编码器的移动载体三部分构成；所述激发接收单元包括电磁激振器和传感器，两者固定在移动载体上，所述电磁激振器、传感器和编码器与主机连接。

所述移动载体包括滚轮、中梁、固定架、把杆及撑杆，所述固定架为框式结构，所述中梁横跨固定在固定架上，所述把杆经两侧支板固定在固定架上并位于中梁上方，一侧支板上设有航插插口；所述撑杆的一端固定在所述把杆的中部；两组滚轮位于固定架两侧，所述编码器安装在其中一滚轮的中轴上，所述电磁激振器和传感器固定在固定中梁上；所述电磁激振器、传感器和编码器经航插插口和线缆与主机连接。

所述撑杆上设有调节其长度的伸缩扣。

所述传感器可为速度传感器、加速度传感器或MEMS传感器。

本发明的另一目的是提供所述地震滑车扫描仪的检测方法，步骤如下：

（1）根据探测需求，在主机内设定若干个电脉冲为一脉冲时段，即此时段内，移动载体所移动的相应距离作为一个移动定长，每一个移动定长结束时电磁激振器击打被测面一次；

（2）在主机内设定频率和阈值参数进行有效信号的接收；

（3）连接主机与移动载体上激发接收单元及编码器；

（4）使移动载体贴被测体表面移动，传感器接收击打信号并传入主机完成一个点的测量，移动载体再向前移动一个定长时，即可完成下一个点的测量，当所有布置测线检测完后，将采集的数据进行成图分析，并作出解释。

本发明的有益效果：第一，本发明移动载体在能承载激发接收单元及编码器前提下，其形态设计简单方便，节省了测量时间；第二，改变了传统激发需要人为进行锤击等模式，冲击单元内置滚轮脉冲控制激振器设计，可以通过主机来控制激发电磁激振器进行自动激发，提高了检测效率，能满足井壁快速勘探要求；第三，传感器对超高频信号响应完整，满足超浅层检测要求；第四，本发明仅需一人完成操作，受晃动探测平台环境影响小，数据资料可靠性强，能用于井壁内部缺陷检测，并能对测试结果进行成像，直观显示内部缺陷情况。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明撑杆结构示意图；

图3是本发明工作步骤框图。

图中，1.主机，1-1电磁激振器，1-2传感器，2.滚轮，3.固定架，4.编码器，5.把杆，6.中梁，7.支板，8.撑杆，9.航插插口，11.线缆，12.伸缩扣。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

如图1、图2所示，本发明由主机1、激发接收单元和移动载体三大部分。激发接收单元包括电磁激振器1-1和传感器1-2，两者固定在移动载体上，电磁激振器、传感器和编码器与主机连接。

移动载体包括滚轮2、中梁6、固定架3、把杆5及撑杆8，固定架3为框式结构，中梁6横跨固定在固定架3上，把杆5经两侧支板7固定在固定架3上并位于中梁6上方，一侧支板7上设有航插插口9；所述撑杆8上伸缩扣12，可根据被测体的距离来调节其长度，两组滚轮位于固定架3两侧，编码器4安装在其中一滚轮的中轴上，电磁激振器1-1和传感器1-2固定在固定中梁6上；电磁激振器、传感器和编码器经航插插口9和线缆11与主机1连接。传感器可采用速度传感器、加速度传感器或MEMS传感器。

主机1用于对激发接收单元及移动载体上编码器4进行参数设置并对其进行激发接收；电磁激振器1-1用于对被测体表面进行敲打激发，传感器1-2用于接收电磁激振器1-1敲击地面后地下异常体反射出来的反射波信号；移动载体用于承载激发接收单元，并根据探测需求人为对其进行移动；根据滚轮2转动的圈数，编码器4将移动圈数转换成脉冲信号，并传至主机1。电磁激振器1-1和传感器1-2及编码器4通过航插9与主机1连接，由主机1向电磁激振器1-1和传感器1-2和编码器4供电并进行数据采集。

本发明检测步骤如下：

（1）根据探测的需要，在主机内设定若干个电脉冲为一脉冲时段，即此时段内，移动载体所移动的相应距离作为一个移动定长，每一个移动定长结束时电磁激振器击打被测面一次；

（2）在主机内设定频率和阈值参数进行有效信号的接收；

（3）连接主机与移动载体上激发接收单元及编码器；

（4）使移动载体贴被测体表面移动，传感器接收击打信号并传入主机完成一个点的测量，移动载体再向前移动一个定长时，即可完成下一个点的测量，当所有布置测线检测完后，将采集的数据进行成图分析，并作出解释。

如图3所示，将主机与移动载体上激发接收单元及编码器连接后，移动移动载体，编码器根据移动载体移动的圈数，如移动载体滚轮移动一圈，即编码器中轴旋转一圈产生60个电脉冲，此时小车移动24cm左右。依据这个原理，在主机里设定20个电脉冲（在20个电脉冲的发射时段，小车移动8cm左右），或在主机里设定30个电脉冲（在30个电脉冲的发射时段，小车移动12cm左右），电磁激振器击打地面一次，传感器接收击打信号并传入主机完成一个点的测量，移动载体再向前移动8cm或12cm时，即可完成下一个点的测量，当所有布置测线检测完之后，可随即将采集到的数据进行成图分析，并作出解释。

在施工过程中，由于井壁凹凸不平，本发明电磁激振器可能会在没有接到主机命令时就自动激发，这样会导致错误信号被传感器接收。考虑此问题后，本发明在具体操作时，选定频率和设定的阈值共同来控制有效信号的接收。

上述仅为本发明的实施例而已，对本领域的技术人员来说，本发明有多种更改和变化。凡在本发明的发明思想和原则之内，作出任何修改，等同替换，改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。