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如何用超聲波換能器水下測距儀來測量溶洞內部地形地貌？
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2020-08-21
溶洞作為旅游景觀的時候是一種資源，但是當工程建設遇到地下有溶洞的情況，就會變?yōu)橐粋€潛在的危害。在溶洞地區(qū)，一般是通過鉆探方法，打孔到地下一定深度，來找到溶洞。找到溶洞后，想知道溶洞內部的地形和地貌，進行進一步研究，溶洞如果大部分是空氣，那就比較簡單了，直接放入攝像頭就可以查看。如果都是被水淹沒的，這個時候就需要用到超聲波來測量溶洞內部的地形地貌。
目前已經(jīng)有貴州的高校采用宇征6波束水下測距儀來測量充滿水的溶洞內部地形地貌。
具體操作的示意圖如下：
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圖1 用超聲波水下測距探測溶洞內部情況 
通過宇征6波速水下測距儀水平放入水中，假設是鉆探的井口往下100厘米，向水中水平方向6個方向發(fā)射超聲波波速，超聲波波速遇到水中的巖石、泥土等會反射回來，通過發(fā)射和接收的時間差就計算出對應的距離。后臺計算機就把這個距離值記錄下來，然后測距儀繼續(xù)下沉，以每次10厘米～30厘米的高度下沉，每下沉一次就做一次水中測量，一直到碰到溶洞底部為止。通過這個方式，在計算機軟件上就可以把每一層測量到的6個方向距離拼接起來，就得到了整個溶洞的地形和地貌。
圖2 宇征6波束水下測距儀發(fā)射角度示意圖
經(jīng)過多次試驗后，用戶覺得6波束的發(fā)射角度大，測量出來的溶洞輪廓過于粗獷，每個波束之間有20°的空白區(qū)域測量不到，希望發(fā)射波束可以做小，發(fā)射的波速能夠增加至少一倍，這樣測量出來的溶洞輪廓會清晰一些。根據(jù)用戶這個要求，用了5個月時間做了一個宇征16波速水下測距儀，每一路的發(fā)射角度比6波束的小了50%，每個波束之間的空白區(qū)域也縮小到了2.5°，詳見下圖：
圖3 宇征16波束水下測距儀發(fā)射角度示意圖
用戶拿到宇征16波束水下測距儀后，到了原來測量過的溶洞進行重新測量，發(fā)現(xiàn)計算機上出來的溶洞內部輪廓和地形地貌清晰了很多，細節(jié)也多了很多。
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