一种含气粉土沉积物声学特性测试系统及操作方法技术方案

本发明专利技术公开了一种含气粉土沉积物声学特性测试系统，包括电脑控制端和数据采集设备，所述数据采集设备包括两个呈上下竖直设置的支撑圈，位于下方所述支撑圈的底部设有支撑装置，两个所述支撑圈的之间外侧上固定连接有第一防护壳，两个所述支撑圈内部之间设有隔热压力容器装置。本发明专利技术为避免进行CT扫描测试和声学测试分别制样带来的误差，通过使用特制的数据采集设备在进行声学测试时，还可进行CT测试，保证测试样品的同一性，进而大大提高含气沉积物测试的精准性。沉积物测试的精准性。沉积物测试的精准性。

【技术实现步骤摘要】
一种含气粉土沉积物声学特性测试系统及操作方法


[0001]本专利技术涉及含气沉积物测试
，尤其涉及一种含气粉土沉积物声学特性测试系统及操作方法。

技术介绍

[0002]海洋含气沉积物作为一种非饱和土，气相通常以孤立气泡的形态存在，在压力较高的海底，浅层气体突然释放会剧烈改变海底沉积物的稳定性，影响海上结构物服役安全。压力不高的浅层气也会对海底土体的工程特性造成严重影响，海底含气沉积物的力学性质会因为沉积物中“气”的存在而发生改变，通常会使得沉积物强度降低，可能发生异常沉降、侧向或旋转滑移甚至引发海床失稳破坏，造成系列海洋工程地质灾害。
[0003]为了归纳海洋含气沉积物中临界等效半径气泡与声速相互关系，需要对含气沉积物进行CT和声学测试，但现有技术中，因为CT扫描测试和声学测试通过分别制样进行测试，故存在CT扫描测试和声学测试分别制样带来的测量误差。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种含气粉土沉积物声学特性测试系统及操作方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0006]一种含气粉土沉积物声学特性测试系统，包括电脑控制端和数据采集设备，所述数据采集设备包括两个呈上下竖直设置的支撑圈，位于下方所述支撑圈的底部设有支撑装置，两个所述支撑圈的之间外侧上固定连接有第一防护壳，两个所述支撑圈内部之间设有隔热压力容器装置，所述隔热压力容器装置包括两个挡板，两个所述挡板分别抵在两个支撑圈相对一侧的侧壁上，两个所述挡板之间固定连接有第二防护壳，两个所述第二挡板之间填充有需要测试的沉积物，其中一个所述第二挡板的侧壁上设有第一换能器，另一个所述第二挡板的侧壁上设有第二换能器，所述隔热压力容器装置上设有气压调节装置；
[0007]所述数据采集设备还包括探测器和X射线管，所述探测器、X射线管和隔热压力容器装置分别位于同一直线位置处，所述探测器和X射线管分别位于第一防护壳的两侧，所述探测器、第一换能器和第二换能器均与电脑控制端电信号连接。
[0008]作为本技术方案的进一步改进方案：所述支撑装置包括连接筒，所述连接筒的侧壁上固定连接有三个支撑腿，三个所述支撑腿呈环形整列固定在连接筒的外侧壁上，所述连接筒固定在位于下方的支撑圈的底侧壁上。
[0009]作为本技术方案的进一步改进方案：所述气压调节装置包括气泵、进气管和出气管，所述进气管一端固定连接在气泵的出气端，所述进气管的另一端固定连接在位于下方挡板的侧壁上并与第二防护壳的内部相连通，所述进气管上设有阀门，所述出气管的一端固定连接在位于上方挡板的侧壁上并与第二防护壳的内部相连通，所述出气管的另一端固定连接有压力传感器，所述压力传感器与电脑控制端电信号连接。
[0010]作为本技术方案的进一步改进方案：所述第一防护壳和第二防护壳均采用透明的有机玻璃材质。
[0011]作为本技术方案的进一步改进方案：所述第一换能器用于发射出50～80kHz的声波，所述第二换能器用于接收第一换能器发射出且在含气沉积物中传播后的声波，之后第二换能器把声能转换成微弱的电信号送至电脑控制端。
[0012]作为本技术方案的进一步改进方案：所述X射线管与第一防护壳之间的距离为13
‑
17cm。
[0013]作为本技术方案的进一步改进方案：所述电脑控制端内设有MATLAB软件。
[0014]作为本技术方案的进一步改进方案：所述电脑控制端内设有VG Studio Max软件。
[0015]本专利技术还提供一种含气粉土沉积物声学特性测试系统的操作方法，包括以下方法：
[0016]S1，声学测试，首先控制电脑控制端向压电材料制成的第一换能器发射出50～80kHz的声波，声波在含气沉积物中传播后传给另外一端的第二换能器，第二换能器把声能转换成微弱的电信号送至电脑控制端，之后在经信号放大，模数转换后，可在电脑控制端屏幕上显示波形；
[0017]S2，CT扫描测试，首先将数据采集设备放置在旋转台上，然后调整X射线管与第一防护壳之间的距离，在保证探测器上的CT切片清晰度的前提下，将最佳探测距离设置为15cm，然后打开X射线管对沉积物进行CT扫描使得探测器获得沉积物的CT扫描切片，同时控制旋转台角速度旋转为每秒0.3
°
，使得数据采集设备旋转360
°
，从而可获得含气土样品的CT扫描切片，得到原始切片可传输到电脑控制端中，电脑控制端通过VG Studio Max软件导出原始切片，进而得到含气沉积物的各位置和整体的固、液、气体积分数，可提取出不同等效半径气泡的数量和体积分布情况；
[0018]S3，相关性分析，根据第一换能器的共振频率与气泡等效半径的关系推算得到共振频率对应的临界等效气泡半径，并由含气沉积物不同声速频率下的声速特征，归纳临界等效半径气泡与声速相互关系。
[0019]作为本技术方案的进一步改进方案：需要在不同空气压力下对沉积物进行测试时，可打开阀门，使得气泵将压缩空气输入到沉积物中，压缩空气可对沉积物产生压强，之后压缩空气通过出气管传输到压力传感器上，压力传感器上可探测到沉积物内的空气压强并发送到电脑控制端，达到精准控制沉积物受到的不同空气压力。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0021]本专利技术为避免进行CT扫描测试和声学测试分别制样带来的误差，通过使用特制的数据采集设备在进行声学测试时，还可进行CT测试，保证测试样品的同一性，进而大大提高含气沉积物测试的精准性。
[0022]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本专利技术的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
[0023]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本发
明的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0024]图1为本专利技术提出的一种含气粉土沉积物声学特性测试系统中数据采集设备的正面剖视结构示意图；
[0025]图2为本专利技术提出的一种含气粉土沉积物声学特性测试系统中两个支撑圈之间剖视结构示意图；
[0026]图3为本专利技术提出的一种含气粉土沉积物声学特性测试系统中数据传输系统示意图；
[0027]图4为本专利技术含气粉土接收声波波形图。
[0028]附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0029]1、支撑圈；2、第一换能器；3、第一防护壳；4、探测器；5、沉积物；6、挡板；7、第二换能器；8、出气管；9、压力传感器；10、第二防护壳；11、X射线管；12、阀门；13、进气管；14、支撑腿；15、连接筒；16、气泵；17、电脑控制端。
具体实施方式
[0030]以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含气粉土沉积物声学特性测试系统，包括电脑控制端(17)和数据采集设备，其特征在于，所述数据采集设备包括两个呈上下竖直设置的支撑圈(1)，位于下方所述支撑圈(1)的底部设有支撑装置，两个所述支撑圈(1)的之间外侧上固定连接有第一防护壳(3)，两个所述支撑圈(1)内部之间设有隔热压力容器装置，所述隔热压力容器装置包括两个挡板(6)，两个所述挡板(6)分别抵在两个支撑圈(1)相对一侧的侧壁上，两个所述挡板(6)之间固定连接有第二防护壳(10)，两个所述第二挡板(6)之间填充有需要测试的沉积物(5)，其中一个所述第二挡板(6)的侧壁上设有第一换能器(2)，另一个所述第二挡板(6)的侧壁上设有第二换能器(7)，所述隔热压力容器装置上设有气压调节装置；所述数据采集设备还包括探测器(4)和X射线管(11)，所述探测器(4)、X射线管(11)和隔热压力容器装置分别位于同一直线位置处，所述探测器(4)和X射线管(11)分别位于第一防护壳(3)的两侧，所述探测器(4)、第一换能器(2)和第二换能器(7)均与电脑控制端(17)电信号连接。2.根据权利要求1所述的一种含气粉土沉积物声学特性测试系统，其特征在于，所述支撑装置包括连接筒(15)，所述连接筒(15)的侧壁上固定连接有三个支撑腿(14)，三个所述支撑腿(14)呈环形整列固定在连接筒(15)的外侧壁上，所述连接筒(15)固定在位于下方的支撑圈(1)的底侧壁上。3.根据权利要求1所述的一种含气粉土沉积物声学特性测试系统，其特征在于，所述气压调节装置包括气泵(16)、进气管(13)和出气管(8)，所述进气管(13)一端固定连接在气泵(16)的出气端，所述进气管(13)的另一端固定连接在位于下方挡板(6)的侧壁上并与第二防护壳(10)的内部相连通，所述进气管(13)上设有阀门(12)，所述出气管(8)的一端固定连接在位于上方挡板(6)的侧壁上并与第二防护壳(10)的内部相连通，所述出气管(8)的另一端固定连接有压力传感器(9)，所述压力传感器(9)与电脑控制端(17)电信号连接。4.根据权利要求1所述的一种含气粉土沉积物声学特性测试系统，其特征在于，所述第一防护壳(3)和第二防护壳(10)均采用透明的有机玻璃材质。5.根据权利要求1所述的一种含气粉土沉积物声学特性测试系统，其特征在于，所述第一换能器(2)用于发射出50～80kHz的声波，所述第二换能器(7)用于接收第一换能器(2)发射出且在含气沉积物(5)中传播后的声波，之后第二换能器(7)把声能转换成微弱的电信号送...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏秀婷，刘涛，乔阿龙，郭珍琪，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：