使用声学测量组成、密度和硬度层

Question

阿尔弗雷德大学我是一个工科学生和一些其他的同学和我正在做一个竞争,但我们需要完成的任务之一是自动测量组成、密度和硬度层表土。我认为使用声学可能完成这些事情。接下来就是我们要做的:

“2。创建一个数字的核心,其中包含以下信息:测试站的覆层数层的顺序从柔软到坚硬的每一层的厚度数字核心应该从信息获得使用系统遥测结果而不是通过把尺子的洞。团队可能不接触层确定硬度。”

阅读必须是连续的。例如我们可以做另一种方式这是测量电阻在我们试图挖个洞钻。这将提供一个连续阅读,但可能不准确,因为我们的相框里面钻可能不是固体。

问题是“我们可以使用声波测量组成、密度、和每一层的硬度吗?”The total overburden depth will be between 0.5 and 0.8 m. I don't know if this is a large enough volume to measure all of these things using sound waves.

Answer 1

你的问题的答案是“是的”:你可以使用声波探测任意复杂的媒介,并与扩散波遇到的物理性质在其路径:刚度(胡克定律),密度(牛顿定律),您可以通过找出定位层硬度和密度变化的地方。如果比赛只需要你提交一个假设的方法,这样的地震方法肯定符合该法案。

不幸的是,当涉及到实际实现这样的一个方法;我建议反对它。在你的道路上你会发现有太多障碍,需要专家输入和金钱。例如:

• 你需要一个很好控制来源:你需要确切地知道源函数(小波),最终在你的媒介;由致动器的频率响应,扭曲和扭曲的通常之间的弱耦合源和媒介。
• 你需要一个高分辨率的接收器,来记录介质中传播的信号,这是创建同样很重要。
• 解决这些问题(困难)之后,你必须把你的录音在表面成定量2 d / 3 d地球物理模型,即模型告诉你的速度中、每一层的厚度。这需要大量的数据处理和通常需要许多波数值模拟;只有这样,当你的数值模拟预测数据,类似于你的数据记录,你可能认为你可能已经找到近似的物理介质的状态。这种技术被称为全波形反演,是唯一一个我知道的,将提供你所有问题的答案。

最后一点的问题是由于这一事实表面录音提供大量欠定的问题。说,作为一个例子,你体重下降到介质,然后需要100 ms之前你听到的第一个回波来自媒体。然后你推断波来回旅行到深度以一定的速度。这样一个等式:100美元\ \文字{她}\大约\压裂{2 h} {V} $这并不揭示的深度h美元实际上是什么速度五美元实际上是!问题是因此受到不良数据,你需要大量的数据来得到地下的一个很好的理解。然后,此外,你的波传播的弹性介质激发许多类型的波:纵波、横波、表面波,\点美元,所有不同的速度和敏感,不同的物理性质。你需要一些好的数据处理孤立波,你感兴趣!

在评论中说,中等的大小没有限制,只需扩展波频率的超声地区!人们普遍认为可以定位对象的地球地下当他们隔开一段距离d \组\λ/ 2美元,在那里V $ \λ= \压裂{}{f} $波长,五美元介质的速度$ f $波的频率。压缩波在岩石的平均速度大约是5公里/秒,因此你至少需要的频率$ f = \压裂{5 \ 000 \ \文字{m / s}} {2 d \ \文字{m}} $找到你的对象的大小$ d $。如果你解决需要分离到1厘米,您需要一个波的频率至少80$ {kHz} $ \文本:在超声领域!

对不起给这样一个失去动力的答案,但地震学太复杂是一个可行的项目为一个成熟的多年商业或博士学位项目。我的建议是建立一个变异针入度试验衡量抗推着锥在地上(这是直接关系到岩石的硬度!)在一个固定的速度。每当你遇到一个新层的电阻变化,这样的大小和层数很容易推断。这将满足所有的需求,我认为。再一次,我没有这方面的专长与针入度试验,也许这并不是像我想象的那么容易…