本發(fā)明涉及水利工程勘察使用的全波列聲波測(cè)井探管，尤其是涉及水利工程全波列聲波測(cè)井探管隔聲體的設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

水利工程勘察工作中大量使用全波列聲波測(cè)井技術(shù)，采集地下巖體的縱、橫波速等地質(zhì)信息，用于水利工程設(shè)計(jì)。其探測(cè)裝備的主要部件是全波列聲波測(cè)井探管，探管主要由聲波發(fā)射器件、聲波接收器件、電子艙段、聲波隔離器件（隔聲體）等組成，其中聲波隔離器件是探管組成的重要且必不可少的器件之一。

聲波隔離器件設(shè)置在聲波發(fā)射器件、聲波接收器件之間，以及設(shè)置在相鄰兩聲波接收器件之間，功能是隔離由聲波發(fā)射器件產(chǎn)生的沿探管壁直達(dá)聲波接收器件的直達(dá)聲波，以及相鄰兩聲波接收器件之間的相互干擾聲波。目前所用的隔聲體一般為鏤空鋼管型結(jié)構(gòu)，主要針對(duì)石油、煤炭等大口徑中深鉆孔聲波測(cè)試，設(shè)計(jì)加工復(fù)雜，應(yīng)用于水利工程淺表層小口徑鉆孔測(cè)試存在隔離度與延時(shí)量不足、易卡孔等問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種水利工程全波列聲波測(cè)井探管隔聲體的設(shè)計(jì)方法，以實(shí)現(xiàn)加工工藝簡(jiǎn)單、聲隔離度高、外形光滑不易卡孔。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取下述技術(shù)方案：

本發(fā)明所述水利工程全波列聲波測(cè)井探管隔聲體的設(shè)計(jì)方法，根據(jù)聲波在不同媒質(zhì)的交界面將產(chǎn)生折射與反射原理，依據(jù)聲波正入射時(shí)交界面的聲能反射系數(shù)r=(z1-z2)/(z1+z2)，其中：r-反射系數(shù)；z-媒質(zhì)的聲阻抗；z=ρ×v，ρ為媒質(zhì)密度；v-聲波在媒質(zhì)中的傳播速度；按照下述步驟進(jìn)行：

第一步、在選擇隔聲體材料時(shí)，既要選取聲阻抗差異大的兩種固體材料，同時(shí)又要考慮兩種所述固體材料的加工性能，保證所選兩種固體材料能夠進(jìn)行精加工，以確保測(cè)井探管整體的水密封性能；因此，選取不銹鋼材料和高分子聚乙烯材料兩種固體材料作為隔聲體材料，所述不銹鋼材料的縱波特性阻抗和切變波特性阻抗分別為45.7和24.5，單位：106kg/m2s；所述高分子聚乙烯材料的縱波特性阻抗和切變波特性阻抗分別為1.5和0.48，單位：106kg/m2s；計(jì)算可知：縱波反射系數(shù)和切變波反射系數(shù)分別達(dá)到93.6%和96.2%；

第二步、將所述不銹鋼材料和高分子聚乙烯材料分別制成不銹鋼圓柱管單體和高分子聚乙烯圓柱管單體，將所述不銹鋼圓柱管單體和高分子聚乙烯圓柱管單體相互密封銜接制成隔聲單元體，將多個(gè)所述隔聲單元體依次密封銜接即構(gòu)成隔聲體。

根據(jù)聲波傳播原理，隔聲單元體長(zhǎng)度越長(zhǎng)則其濾波曲線的震蕩越多，其對(duì)高頻的濾波效果越差，對(duì)低頻的濾波效果越好；反之，單元體長(zhǎng)度越短則其濾波曲線的震蕩越少，其對(duì)高頻的濾波效果越好，對(duì)低頻的濾波效果越差；綜合考慮水利工程全波列測(cè)井的聲波頻率在20-25khz之間，且水利規(guī)程要求全波列聲波測(cè)井探管總長(zhǎng)度應(yīng)限制在3000mm以內(nèi)，因此將所述不銹鋼圓柱管單體的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為100mm，將高分子聚乙烯圓柱管單體的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為200mm。

所述不銹鋼圓柱管單體和高分子聚乙烯圓柱管單體的外徑均為50mm；不銹鋼圓柱管單體的兩端管口均設(shè)置成臺(tái)階孔，所述臺(tái)階孔的內(nèi)孔設(shè)置有內(nèi)螺紋而外孔為光孔；位于不銹鋼圓柱管單體的外周面上開(kāi)設(shè)有緊固工具卡口；所述高分子聚乙烯圓柱管單體兩端管口的外周面自管口一端沿軸向依次均設(shè)置有外螺紋段和密封圈安裝環(huán)槽段，所述外螺紋段的外螺紋與設(shè)置在臺(tái)階孔所述內(nèi)孔的所述內(nèi)螺紋相匹配。

本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下方面：

1、本發(fā)明所述隔聲體用于水利工程全波列聲波測(cè)井探管，可以把聲波發(fā)射器件產(chǎn)生的直達(dá)波幅度壓制到毫伏級(jí)，有效解決水利工程淺表層鉆孔測(cè)試存在的隔離度與延時(shí)量不足等問(wèn)題。

2、隔聲體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、易加工，操作使用方便，水密封性能良好，可以滿足水深數(shù)百米內(nèi)的水利工程鉆孔測(cè)試要求。

3、外徑較小，滿足了水利工程淺表層鉆孔對(duì)全波列聲波測(cè)井探管外徑的要求。

4、不銹鋼材料和高分子聚乙烯材料都具有較好的冷加工性能，可以進(jìn)行精密加工成型，使得加工成型的隔聲體外形光滑成圓柱形，有效解決了水利工程淺表層鉆孔測(cè)試存在的易卡孔問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明所述不銹鋼圓柱管單體的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1的a-a向剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明所述高分子聚乙烯圓柱管單體的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明所述隔聲單元體的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明應(yīng)用于所述全波列聲波測(cè)井探管上的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述實(shí)施例。

如圖1-4所示，本發(fā)明所述水利工程全波列聲波測(cè)井探管隔聲體的設(shè)計(jì)方法，根據(jù)聲波在不同媒質(zhì)的交界面將產(chǎn)生折射與反射原理，依據(jù)聲波正入射時(shí)交界面的聲能反射系數(shù)r=(z1-z2)/(z1+z2)，其中：r-反射系數(shù)；z-媒質(zhì)的聲阻抗；z=ρ×v，ρ是媒質(zhì)密度；v-聲波在媒質(zhì)中的傳播速度；

由此可知，兩側(cè)媒質(zhì)的聲阻抗差異越大，聲能量反射系數(shù)越大，隔聲效果越好；通過(guò)本發(fā)明的設(shè)計(jì)，使兩側(cè)媒質(zhì)的聲阻抗差異越大，聲能量反射系數(shù)越大，聲波能量大部分被反射，透射能量很?。浑S著隔聲單元數(shù)量的增加，透射能量越來(lái)越小，則通過(guò)隔聲體到達(dá)探頭的直達(dá)波能量就越小，隔聲效果同時(shí)變得更好；具體實(shí)現(xiàn)按照下述步驟進(jìn)行：

第一步、在選擇隔聲體材料時(shí)，既要選取聲阻抗差異大的兩種固體材料，同時(shí)又要考慮兩種所述固體材料的加工性能，保證所選兩種固體材料能夠進(jìn)行精加工，以確保測(cè)井探管整體的水密封性能；

本發(fā)明選取不銹鋼材料和高分子聚乙烯材料兩種固體材料作為隔聲體材料，所述不銹鋼材料的縱波特性阻抗和切變波特性阻抗分別為45.7和24.5，單位：106kg/m2s；所述高分子聚乙烯材料的縱波特性阻抗和切變波特性阻抗分別為1.5和0.48，單位：106kg/m2s；聲阻抗差異分別達(dá)到30.5倍和51倍，計(jì)算可知：縱波反射系數(shù)和切變波反射系數(shù)分別達(dá)到93.6%和96.2%；

第二步、將所述不銹鋼材料和高分子聚乙烯材料分別制成不銹鋼圓柱管單體1和高分子聚乙烯圓柱管單體2，將所述不銹鋼圓柱管單體1和高分子聚乙烯圓柱管單體2相互密封銜接制成如圖4所示的隔聲單元體，將多個(gè)所述隔聲單元體依次密封銜接即構(gòu)成隔聲體；多級(jí)組合的隔聲單元體可以達(dá)到良好的聲隔離效果；另外，不銹鋼材料和高分子聚乙烯材料都具有較好的冷加工性能，可以進(jìn)行精密加工成型。

根據(jù)聲波傳播原理，隔聲單元體長(zhǎng)度越長(zhǎng)則其濾波曲線的震蕩越多，其對(duì)高頻的濾波效果越差，對(duì)低頻的濾波效果越好；反之，單元體長(zhǎng)度越短則其濾波曲線的震蕩越少，其對(duì)高頻的濾波效果越好，對(duì)低頻的濾波效果越差；綜合考慮水利工程全波列測(cè)井的聲波頻率一般在20-25khz之間，且水利規(guī)程要求全波列聲波測(cè)井探管總長(zhǎng)度應(yīng)限制在3000mm以內(nèi)，因此，將不銹鋼圓柱管單體1的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為100mm，將高分子聚乙烯圓柱管單體2的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為200mm。

不銹鋼圓柱管單體1和高分子聚乙烯圓柱管單體2的外徑均為50mm；不銹鋼圓柱管單體1的兩端管口均設(shè)置成臺(tái)階孔，所述臺(tái)階孔的內(nèi)孔3設(shè)置有內(nèi)螺紋而外孔4為光孔，位于不銹鋼圓柱管單體1的外周面上均布開(kāi)設(shè)有三個(gè)緊固工具卡口5；高分子聚乙烯圓柱管單體2兩端管口的外周面自管口一端沿軸向依次均設(shè)置有外螺紋段6和密封圈安裝環(huán)槽段7，外螺紋段6的外螺紋與設(shè)置在臺(tái)階孔內(nèi)孔3的內(nèi)螺紋相匹配。

如圖4所示，隔聲單元體制作時(shí)，首先在高分子聚乙烯圓柱管單體2的密封圈安裝環(huán)槽段7內(nèi)套裝橡膠密封圈8，然后將高分子聚乙烯圓柱管單體2的外螺紋段6與不銹鋼圓柱管單體1內(nèi)孔3的內(nèi)螺紋螺接即可。

圖5是本發(fā)明所述隔聲單元體用于水利工程全波列聲波測(cè)井探管的示意圖。圖5中9為電纜連接段，10為聲波發(fā)射單元，11為電子倉(cāng)段，12為第一聲波接收單元，13為第二聲波接收單元，14為尾段。由圖5可以看出，沿軸向相鄰的不銹鋼圓柱管單體1和高分子聚乙烯圓柱管單體2均構(gòu)成一個(gè)隔聲單元體。