طراحی و ساخت سامانه تصویربرداری صوتی از تاسیسات زیرزمینی

از تاسیسات مخفی زیرزمینی برای کاربردهای مختلف استفاده می شود. در نتیجه وجود سامانه های تصویربردار که اقدام به کشف این تاسیسات کند یکی از نیازمندی ها می باشد. در این مقاله تصویربرداری به وسیله انتشار امواج مکانیکی در خاک بررسی می شود. می توان غالب تاسیسات زیرزمینی را محفظه های هوا فرض کرد که در میانه خاک قرار گرفته اند. هوا و خاک تفاوت فاحشی در میزان مقاومت صوتی دارند، بنابراین تاسیسات زیرزمینی می توانند سیگنال بازتابی بزرگی را تولید کند چرا که دامنه سیگنال بازتابی به تفاوت مقاومت دو ماده وابسته است. سامانه های لرزه نگاری و تست غیرمخرب بتن نیز از فرایند انتشار امواج مکانیکی در ماده بهره می گیرند، هرچند سامانه های لرزه نگاری، عملکرد موفقی برای کشف داشته اند اما نیاز به چند ده متر فضا برای چیدمان تجهیزات و پیچیدگی حمل و نقل از مشکلات آنها است. آنها برای فضای شهری نامناسب هستند چرا که ذاتاً برای تشخیص منابع آب در عمق چند صد متری خاک طراحی و ساخته شده اند. از طرفی تجهیزاتی مانند سامانه آزمون غیرمخرب بتن، هر چند دارای ابعاد کوچکی هستند، اما عمق نفوذ پایینی و برای این موضوع عملاً کاربردی ندارند. سامانه های لرزه نگاری و تست غیرمخرب بتن به ترتیب در محدوده فرو صوت و فراصوت عمل می کنند، در این طرح تحقیقاتی، فرکانس کاری مابین دو سامانه نامبرده انتخاب می شود، با این ایده می توان به تجهیزاتی با ابعاد کوچک‌تر از سامانه لرزه نگاری رسید، درحالی‌که عمق تصویربرداری بهتر از سامانه های تست غیرمخرب است. این تحقیق در مطالعه موردی خود توانسته از فضای خالی احداث شده در زیرزمین (به‌صورت استوانه ای با قطر 1 متر و در عمق 4 متری سطح زمین) تصویربرداری کند. دقت مکان یابی وابسته به دانستن سرعت انتشار صوت در ماده است. از آنجا که روابط دقیقی برای سرعت انتشار صوت در هوا وجود دارد قطر استوانه با دقت حدود 4 درصد تخمین زده شد ولی به دلیل ابهام در میزان سرعت انتشار صوت در خاک (عدم امکان اندازه گیری در این طرح تحقیقاتی) از اعداد موجود در مراجع مختلف استفاده شد که دقت 4 الی 20 درصد را نتیجه می دهد.

The Design and Construction of an Acoustic Imaging System for Imaging Underground Facilities

As underground hidden facilities are used for various applications, imaging systems are requiredfor the detection and recognition of these facilities. In this paper, imaging by mechanical wavepropagation in the soil is investigated. Most underground facilities can be considered as airchambers located in the middle of the soil. Air and soil have a large difference in acousticimpedance, so underground facilities can produce a large reflective signal because the amplitudeof the reflected signal depends on the difference in impedance of the two materials. Seismic andnondestructive concrete testing systems also use the process of propagation of mechanicalwaves in the material. Although seismic systems have been successful in the detection issue,they require several meters of space for equipment layout, and transportation complexity is alsoone of their problems. They are unsuitable for urban space because they are inherently designedto detect water sources at depths of several hundred meters. On the other hand, while thenondestructive concrete testing system equipment have suitable dimensions, they have lowpenetration depth which is impractical for this purpose. Seismic and nondestructive testingsystems of concrete operate in the range of subsonic and ultrasonic waves, respectively. Thisresearch project proposes the idea that by choosing an operating frequency between the twomentioned ranges, it is possible to obtain equipment with the appropriate dimensions forimaging underground facilities. In this project we managed to image an undergroundconstructed cylindrical cavity with the diameter of 1 meter and the depth of 4 meters. Theaccuracy of this method depends on the sound propagation speed in the material. Since there areaccurate relationships for the propagation speed of sound in air, the diameter of the cylinder wasestimated with an accuracy of about 4%, but with the measurement of propagation speed beinginfeasible in this project, leading to the ambiguity in the value of propagation speed of sound insoil, the values cited in several reference sites were used, giving the accuracy of 4 to 20%.