本发明涉及岩体声波检测技术领域，具体涉及超声波探头导入及耦合装置、岩体声波检测装置及方法。
背景技术：
这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
随着基础建设的不断深化发展，越来越多的穿山越岭隧道提上了日程。这些隧道往往要穿过复杂的地层环境，为了施工的安全高效进行，就必须了解隧道穿越区域的岩体质量情况，岩体声波测试作为有效的工程手段得到了广泛的应用。岩体声波测试是以声波在岩体中的传播特性与岩体的物理力学参数相关性为基础，通过测定声波在岩体中的传播特性参数，为评价工程岩体力学性质提供依据。其在岩石工程中应用广泛，主要有工程岩体质量分级、围岩松动圈的测定、大坝基础灌浆效果检测、岩体动静弹模对比、建基面基岩质量评价和验收、爆破开挖影响范围检测、测定风化系数、完整性系数和各向异性系数、断层和岩溶等地质缺陷探查等等。
在岩体声波测试过程中，需要让超声波探头(发射换能器和接收换能器)在目标位置与岩体耦合方能采集到准确的信号。所谓耦合是指让超声波探头和被测岩体表面密切接触，尽量避免能量损失。对于平面探头，虽然探头面和岩体测试面都是平的，但是实际上岩体和探头表面都有无数肉眼无法观察到的凹凸，里面存在空气，如果直接进行测试会导致超声能量被这些表面的凹凸部位中的空气吸收衰减，大大影响超声穿透能力，因此必须采用黄油、凡士林等糊状物来填补岩体测试面与探头接触面之间的空隙,形成良好的耦合。对于柱状径向探头，采用水进行耦合，这对于竖直向下或者倾斜向下的钻孔来说尚好，但发明人发现，如果是竖直向上或者倾斜向上的钻孔则无法进行灌水耦合。而且灌水耦合需要大规模调水，浪费了大量的水资源，灌水时间长，考虑到岩体的钻孔中往往存在较多裂隙，水会通过裂隙流失，影响耦合效果。并且由于水的超声波速度和阻抗比空气大得多，和空气相比，超声波在水中传播的速度大，衰减小,因此如果岩体中的缺陷被流失的水分填充，将会造成超声传播的“水短路”，导致缺陷判别的困难。
因此，为了准确高效地进行岩体声波测试，亟需一种可以将超声波探头自动导入目标位置，并将探头与目标位置岩体耦合的装置。
技术实现要素：
本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种超声波探头自动导入及耦合装置，能够将超声波探头送入钻孔内，钻孔灌水耦合时节省了水资源，避免了水通过裂隙向岩体渗入导致测试结果不准确。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明的实施例提供了超声波探头自动导入及耦合装置，包括：能够分别设置在超声波探头两端的第一密封机构及第二密封机构，第一密封机构及第二密封机构均包括环状的行走盘和能够与超声波探头端部密封连接的固定盘，行走盘和固定盘通过第一伸缩件连接，行走盘和固定盘之间的距离能够通过第一伸缩件调节，行走盘外周面设置有多个可伸缩支撑臂，能够向钻孔孔壁施加沿行走盘径向的作用力，行走盘和固定盘之间设置有密封胎，行走盘向固定盘的运动能够带动密封胎产生沿轴向的压缩和沿径向的膨胀运动，第一密封机构的密封盘能够与注水管连接，注水管用于向两个密封胎之间的空间注水。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的一种可能实施方式，所述伸缩支撑臂包括固定在行走盘外周面的第二伸缩件，所述第二伸缩件一端与行走盘固定连接，另一端固定有支撑弧板。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的一种可能实施方式，所述第一密封机构及第二密封机构的支撑弧板外弧侧面上均固定有第一压力传感器。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的一种可能实施方式，第一密封机构及第二密封机构的支撑弧板靠近密封胎的端面设置有水压传感器。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的一种可能实施方式，第二密封机构的支撑弧板远离密封胎的端面设置有第二压力传感器。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的一种可能实施方式，所述密封胎的一端与固定盘固定连接，行走盘靠近密封胎的端面设置有卡环，密封胎压缩时，其另一端能够与卡环接触，卡环能够限制密封胎的径向收缩运动，使密封胎沿径向只能做膨胀运动。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的一种可能实施方式，所述密封胎的外周面设置有密封环，所述密封环设置有第三压力传感器。
第二方面，本发明实施例提供了一种岩体声波检测装置，包括超声波探头及安装在超声波探头上的所述的超声波探头自动导入及耦合装置，所述超声波探头的一端与第二密封机构的固定盘密封固定连接，超声波探头的另一端与第一密封机构的固定盘密封固定连接，第一密封机构的固定盘与注水管连接，注水管能够向两个密封胎之间的空间注水，所述超声波探头与外部设备连接，能够将采集的信息传输给外部设备。
第三方面，本发明实施例提供了一种岩体声波检测装置的工作方法：将安装有超生波探头自动导入及耦合装置的超生波探头置入钻孔的底部，位于下方的密封胎在第一伸缩件的作用下压缩膨胀，直至与钻孔孔壁紧密贴合，在两个密封胎之间的空间内注入设定量水，将位于上方的密封胎压缩膨胀，使得注入的水位于两个密封胎之间的密封空间内，启动超声波探头，对岩体进行声波检测。
结合第三方面，本发明实施例提供了第三方面的一种可能实施方式，
钻孔朝下或倾斜朝下时，超声波探头采用悬吊下方的方式送至钻孔底部；
当钻孔朝上或倾斜朝上时，超声波探头采用行走方式送至钻孔底部，包括以下步骤：
步骤1：第一密封机构的可伸缩支撑臂伸长，支撑住钻孔的孔壁；
步骤2：第一密封机构及第二密封机构的第一伸缩件均伸长；
步骤3：第二密封机构下落至最大距离后，第二密封机构的可伸缩支撑臂伸长，支撑住钻孔的孔壁。
步骤4：第一密封机构的可伸缩支撑臂收缩，第一密封机构及第二密封机构的第一伸缩件均收缩，完成一步行走；
步骤5：重复步骤1-4，直至超声波探头送入钻孔底部。
本发明的有益效果：
1.使用本发明的超声波探头自动导入及耦合装置，安装和操作简单，仅对两个密封胎之间的空间进行注水，实现了仅对目标位置的钻孔岩壁与超声波探头之间用水进行耦合，相比于传统的钻孔灌水耦合方法节省了大量的水资源，避免了大规模调水的麻烦，节省了灌水的时间，同时避免了水通过裂隙向岩体渗入而影响缺陷的判定，提高了工作效率和测试结果的准确性。
2.本使用本发明的超声波探头自动导入及耦合装置，无论是向下还是向上的钻孔，均可将超声波探头运送至目标位置，并通过水将超声波探头与钻孔岩壁进行耦合，大大提高了岩体声波测试对于不同钻孔的适应性。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。
图1为本发明实施例1整体结构示意图；
图2为本发明实施例1行走盘与可伸缩支撑臂结构示意图；
图3为本发明实施例1第一密封机构固定盘示意图；
图4为本发明实施例1第二密封机构固定盘示意图；
图5为本发明实施例1密封胎主视图；
图6为本发明实施例1密封胎俯视图；
图7为本发明实施例3自动导入及耦合装置行走示意图一；
图8为本发明实施例3自动导入及耦合装置行走示意图二；
图9为本发明实施例2工作状态示意图；
其中，1.固定盘，1-1.第一环部，1-2.第二环部，2.行走盘，3.第一液压缸，4.密封胎，5.固定环，6.卡环，7.第三压力传感器，8.密封环，9.第二液压缸，10.支撑弧板，11.第一压力传感器，12.水压传感器，13.第一安装孔，14.第二安装孔，15.第二压力传感器，16.超声波探头，17.线缆，18.注水管，19.输水管，20.钻孔，21.水。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
正如背景技术所介绍的，目前的岩体声波测试的钻孔灌水耦合法浪费了大量的水资源，且测试结果不准确，针对上述问题，本申请提出了超声波探头自动导入及耦合装置。
本申请的一种典型实施方式实施例1中，如图1-6所示，超声波探头自动导入及耦合装置，包括用于密封固定在超生波探头两端的第一密封机构及第二密封机构。
所述第一密封机构包括能够与超声波探头一端密封固定连接的固定盘1及与固定盘同轴平行设置的行走盘2，所述行走盘为圆环型结构，所述固定盘和行走盘之间设置有沿圆周均匀分布的四个第一伸缩件，所述第一伸缩件采用第一液压缸3，所述第一液压缸的缸体与固定盘焊接固定，第一液压缸的活塞杆端部与行走盘焊接固定，通过第一液压缸能够调节行走盘和固定盘之间的距离。
所述行走盘和固定盘之间设置有与其同轴设置的环状的密封胎4，所述密封胎一端与固定环5固定连接，所述固定环与固定盘同轴固定连接，所述密封胎外周面的中部位置设置有密封环8，所述密封胎及密封环均采用防水橡胶材质制作。
所述行走盘靠近密封胎的端面固定有与其同轴设置的卡环6，所述卡环位于密封胎端部的内侧。
第一液压缸能够带动行走盘向固定盘运动，对密封胎产生沿其轴向的压缩，在卡环的限位作用下，密封胎同时沿径向产生膨胀，卡环使密封胎只能产生径向的膨胀而无法产生径向的收缩。
密封胎产生的径向膨胀能够带动密封环运动，进而使密封环紧密贴紧钻孔的孔壁，所述密封环上沿圆周设置有四个第三压力传感器7，用于检测密封环与钻孔孔壁之间的作用力。
所述行走盘的外周面沿圆周均匀固定有四个可伸缩支撑臂，所述可伸缩支撑臂包括第二伸缩件，所述第二伸缩件采用第二液压缸9，所述第二液压缸的缸体与行走盘的外周面固定连接，第二液压缸的活塞杆固定有与钻孔孔壁相匹配的支撑弧板10，第二液压缸能够带动支撑弧板对钻孔孔壁施加载荷，进而使可伸缩支撑臂利用钻孔孔壁支撑住行走盘。
所述支撑弧板的外侧弧面上固定有第一压力传感器11，用于检测支撑弧板与钻孔孔壁之间的作用力。
所述支撑弧板靠近密封胎的端面上设置有水压传感器12。
本实施例中，所述固定盘包括固定连接的第一环部1-1和第二环部1-2，所述第二环部同轴设置在第一环部内部，第二环部具有用于与超声波探头固定的第一安装孔13及用于与注水管固定的第二安装孔14，用于连接密封胎的固定环设置在第一环部上。
所述第二密封机构与第一密封机构的结构相同，区别在于其支撑弧板远离密封胎的端面设置第二压力传感器15，另外第二密封机构的固定盘的第二换不上无需设置第二安装孔。其余结构与第一密封机构相同，在此不进行详细叙述。
实施例2：
本实施例公开了一种岩体声波检测装置，包括超声波探头16，所述超声波探头通过线缆17与外部设备连接，所述外部设备采用现有的超声波探头工作时连接的外部设备即可，在此不进行详细叙述，超声波探头能够将采集的数据信息传输给外部设备，所述超声波探头的两端分别与第一密封机构及第二密封机构的固定盘密封固定，第一密封机构的固定盘与注水管连接，注水管18通过输水管19与外部水源连接，外部水源能够通过输水管和注水管向两个密封胎之间的空间注入水。
本实施例中，所述第一安装孔和第二安装孔处设置钢箍，钢箍设置在安装孔周边的密封材质内部，安装好注水管和超声波探头后，通过收紧钢箍进一步使得密封材质与注水管和超声波探头压合紧密，防止注水管及超声波探头从固定盘上滑落。
实施例3：
本实施例公开了一种岩体声波检测装置的工作方法：如图7-9所示，钻孔20朝下或倾斜朝下时，第二密封机构位于第一密封机构下方，包括以下步骤：
步骤a：利用线缆将超声波探头、自动导入及耦合装置采用悬吊下方的方式送入钻孔底部，当第二压力传感器检测到压力时，证明超声波探头到达钻孔底部，此时第二密封机构靠近钻孔底面。
步骤b：超声波探头到达钻孔底部目标位置后，第一密封机构的可伸缩支撑臂均伸长，向钻孔孔壁施加载荷，第二密封机构的第一液压缸驱动行走盘向固定盘运动，密封胎被压缩产生径向膨胀，直至第三压力传感器检测到的密封环与钻孔孔壁压力值达到设定值，完成探头下方的密封。
步骤c：利用输水管和注水管向两个密封胎之间的空间内注水，注水量使第一密封机构的水压传感器检测到水压，停止注水，第一密封机构的第一液压缸工作，带动固定盘向行走盘运动，使得第一密封机构的密封胎压缩膨胀，直至第三压力传感器检测值达到设定值，注入的水21位于两个密封胎形成的密封空间内。
步骤d：启动超声波探头，超声波探头在水的耦合下发射超声波脉冲并采集信号，完成目标位置的岩体声波检测。
检测完成后，第一密封机构的可伸缩支撑臂收缩，第二密封机构的第一液压缸伸长，密封胎解除膨胀状态，水可排入钻孔底部，然后解除第一密封机构密封胎膨胀状态，将超声波探头、自动导入及耦合装置取出。
当钻孔向上火倾斜向上时，采用行走的方式将超声波探头送入钻孔底部目标位置，此时第二密封机构位于第一密封机构上方：超声波探头的送入过程具体包括以下步骤：
步骤1：第一密封机构的可伸缩支撑臂伸长，利用支撑弧板支撑住钻孔的孔壁。
步骤2：第一密封机构及第二密封机构的第一液压缸均伸长至最大长度；
步骤3：第二密封机构下落至最大距离后，第二密封机构的可伸缩支撑臂伸长，利用支撑弧板支撑住钻孔的孔壁。
步骤4：第一密封机构的可伸缩支撑臂收缩，行走盘与钻孔孔壁解除固定状态，第一密封机构及第二密封机构的第一液压缸均收缩，完成一步行走。
步骤5：重复步骤1-4，直至超声波探头送入钻孔底部，当第二压力传感器检测到压力时，证明超声波探头到达钻孔底部目标位置。
超声波探头到达目标位置后，将第一密封机构的可伸缩支撑臂伸长，支撑住孔壁，然后第一液压缸工作，第一密封机构的密封胎压缩膨胀，与孔壁贴紧接触，然后注入水，当第二密封机构的水压传感器检测到水压时，停止注水，第二密封机构的第一液压缸工作，带动密封胎膨胀与孔壁贴紧接触，水位于两个密封胎形成的密封空间内，此时启动超声波探头进行岩体的声波检测，检测完成后，第一密封机构的密封胎恢复原状，从钻孔内排出水，然后第二密封机构的密封胎恢复原状，取出超声波探头、自动导入及耦合装置。
本实施例中，进行岩体声波检测时首先进行密封胎与岩体之间的密封性测试，测定二者之间满足密封水要求的最小压力值，即为设定值。
进行岩体声波测试之前首先进行支撑弧板与岩体之间的摩擦系数测试，从而确定固定超声波探头所需的压力设定值。
相比于传统的钻孔灌水耦合方法本发明实施例的方法只在两个密封胎之间的空间注水，节省了大量的水资源，避免了大规模调水的麻烦，节省了灌水的时间，同时避免了水通过裂隙向岩体渗入而影响缺陷的判定，提高了工作效率和测试结果的准确性。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
1.超声波探头自动导入及耦合装置，其特征在于，包括：能够分别设置在超声波探头两端的第一密封机构及第二密封机构，第一密封机构及第二密封机构均包括环状的行走盘和能够与超声波探头端部密封连接的固定盘，行走盘和固定盘通过第一伸缩件连接，行走盘和固定盘之间的距离能够通过第一伸缩件调节，行走盘外周面设置有多个可伸缩支撑臂，能够向钻孔孔壁施加沿行走盘径向的作用力，行走盘和固定盘之间设置有密封胎，行走盘向固定盘的运动能够带动密封胎产生沿轴向的压缩和沿径向的膨胀运动，第一密封机构的密封盘能够与注水管连接，注水管用于向两个密封胎之间的空间注水。
2.如权利要求1所述的超声波探头自动导入及耦合装置，其特征在于，所述伸缩支撑臂包括固定在行走盘外周面的第二伸缩件，所述第二伸缩件一端与行走盘固定连接，另一端固定有支撑弧板。
3.如权利要求2所述的超声波探头自动导入及耦合装置，其特征在于，所述第一密封机构及第二密封机构的支撑弧板外弧侧面上均固定有第一压力传感器。
4.如权利要求2所述的超声波探头自动导入及耦合装置，其特征在于，第一密封机构的支撑弧板靠近密封胎的端面设置有水压传感器。
5.如权利要求2所述的超声波探头自动导入及耦合装置，其特征在于，第二密封机构的支撑弧板远离密封胎的端面设置有第二压力传感器。
6.如权利要求1所述的超声波探头自动导入及耦合装置，其特征在于，所述密封胎的一端与固定盘固定连接，行走盘靠近密封胎的端面设置有卡环，密封胎压缩时，其另一端能够与卡环接触，卡环能够限制密封胎的径向收缩运动，使密封胎沿径向只能做膨胀运动。
7.如权利要求1所述的超声波探头自动导入及耦合装置，其特征在于，所述密封胎的外周面设置有密封环，所述密封环设置有第三压力传感器。
8.一种岩体声波检测装置，其特征在于，包括超声波探头及安装在超声波探头上的权利要求1-7任一项所述的超声波探头自动导入及耦合装置，所述超声波探头的一端与第二密封机构的固定盘密封固定连接，超声波探头的另一端与第一密封机构的固定盘密封固定连接，第一密封机构的固定盘与注水管连接，注水管能够向两个密封胎之间的空间注水，所述超声波探头与外部设备连接，能够将采集的信息传输给外部设备。
9.一种权利要求8所述的岩体声波检测装置的工作方法，其特征在于，将安装有超生波探头自动导入及耦合装置的超生波探头置入钻孔的底部，位于下方的密封胎在第一伸缩件的作用下压缩膨胀，直至与钻孔孔壁紧密贴合，在两个密封胎之间的空间内注入设定量水，将位于上方的密封胎压缩膨胀，使得注入的水位于两个密封胎之间的密封空间内，启动超声波探头，对岩体进行声波检测。
10.如权利要求9所述的工作方法，其特征在于，钻孔朝下或倾斜朝下时，超声波探头采用悬吊下方的方式送至钻孔底部；
当钻孔朝上或倾斜朝上时，超声波探头采用行走方式送至钻孔底部，包括以下步骤：
步骤1：第一密封机构的可伸缩支撑臂伸长，支撑住钻孔的孔壁；
步骤2：第一密封机构及第二密封机构的第一伸缩件均伸长；
步骤3：第二密封机构下落至最大距离后，第二密封机构的可伸缩支撑臂伸长，支撑住钻孔的孔壁；
步骤4：第一密封机构的可伸缩支撑臂收缩，第一密封机构及第二密封机构的第一伸缩件均收缩，完成一步行走；
步骤5：重复步骤1-4，直至超声波探头送入钻孔底部。
技术总结