主動聲源探測法是通過發(fā)射裝置音頻振動器向管道內(nèi)發(fā)射一個(gè)特定頻率的聲波信號。此信號在管道壓力氣體的推動下沿管道向前傳播，同時(shí)此振動信號帶動PE管的振動，再通過管壁土壤立體傳播至地面，在地面上再通過拾音器來捕捉此頻率的聲波信號。在管道正上方，距離管道最近，信號最強(qiáng)；在管道兩邊，距離管道越遠(yuǎn)，信號越弱，垂直管道進(jìn)行搜索，信號最強(qiáng)處就是管道的位置，從而達(dá)到對管道的準(zhǔn)確定位。
 

工作原理

聲波信號柱狀圖

 

聲波頻段圖

目前市面上的聲波探測儀的工作頻率均為400-700Hz。

為什么選擇這個(gè)范圍的頻率作為激發(fā)信號呢？這是因?yàn)榇祟l段的聲波信號穿透管壁、土壤介質(zhì)到達(dá)地面的能力更強(qiáng)，也更容易在地面被檢測到。而低于400Hz，高于700Hz的聲波信號，從管壁穿透，到達(dá)地面被接收并快速識別出來的效果不好。我們可以將400-700Hz的聲波設(shè)定為400Hz、500Hz、700Hz三種，分別代表低頻、中頻和高頻。

實(shí)際工作中選擇哪種頻率開展探測工作，可以從下面幾個(gè)方面來考慮：

1、探測距離的遠(yuǎn)近
聲波探測儀探測的距離遠(yuǎn)近取決于兩個(gè)因素：1）管道的深度。管道埋設(shè)越深，探測到的距離越短；管線越淺，探測到的距離越遠(yuǎn)。2）聲波在管道內(nèi)傳播時(shí)能量的衰減程度。高頻的聲波，信號衰減快，傳播的距離近，探測到的距離短；低頻的聲波信號衰減慢，傳播距離相對遠(yuǎn)，探測到距離也遠(yuǎn)一些。所以當(dāng)我們在探測比較深的管道或者需要探測距離比較長時(shí)，可以采用400Hz的低頻，但是由于探測環(huán)境中汽車等噪音頻率和低頻信號和重合度較高，探測時(shí)容易受到外界低頻噪聲的干擾。因此在市區(qū)探測時(shí)，適當(dāng)選擇高頻，在遠(yuǎn)郊，適當(dāng)選擇低頻。

2、分辨率
分辨率就是探測到管道的精度（誤差）或者準(zhǔn)確率。
聲波頻率越高,波長越短,分辨率越高。工作中為什么我們不一直使用高頻呢？因?yàn)楦哳l信號有個(gè)缺點(diǎn)就是波長短、衰減快，傳播距離近，信號還未傳到地面，能量就消失已盡，拾音器壓根檢測不到來自管道的聲波信號。高頻的傳播距離不如低頻傳的遠(yuǎn)，但高頻有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是能夠形成一個(gè)衰減強(qiáng)度差異。

聲波在覆蓋層傳播時(shí)會產(chǎn)生衰減，從而形成一個(gè)強(qiáng)度差異，我們測量的正是這個(gè)聲強(qiáng)的變化。主動聲源探測法利用的正是聲音在介質(zhì)中傳播會衰減這一特性，在純土質(zhì)覆蓋層測量時(shí)，地表形成的聲強(qiáng)梯度很大，非常便于測量；在水泥和瀝青路面上，聲強(qiáng)梯度變化較小，不便于測量。在探測中選擇高頻，利用高頻衰減快的特點(diǎn)，在水泥和瀝青路面上獲得更大的梯度變化。

因此，在純土質(zhì)路面適合選擇較低的頻率探測，在水泥、瀝青、方磚等非純土質(zhì)路面選擇較高的頻率探測。在探測中，我們要根據(jù)路面介質(zhì)的變化，靈活更換頻率來獲得一個(gè)比較好的探測效果。
 

高頻信號衰減快，探測的準(zhǔn)確度高，定位誤差小，經(jīng)常用在管道信號比較寬（如水泥路面或者庭院并排的管道）的地方。高頻分辨率高，但傳播距離又相對較短，不利于長距離的追蹤探測。低頻信號衰減慢，但波長長，在傳遞的過程中，遇到與聲波波長相同或比波長還長的障礙物時(shí)，聲波會產(chǎn)生衍射，繞過障礙物繼續(xù)往前傳播，導(dǎo)致地面上檢測到的最大音量發(fā)生偏移，從而導(dǎo)致管道探測不準(zhǔn)確，定位誤差大。工作中選擇高頻還是低頻，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況和需求來靈活選擇。

通過以上的知識，關(guān)于如何正確使用頻率，總結(jié)如下：
1、燃?xì)釶E管道穿越套管、遠(yuǎn)距離沒有信號接入口，周圍噪聲干擾較小時(shí)，可以選擇低頻，通過“多剖面”探測方法，多次探測以減少定位誤差。
2、探測庭院管時(shí)，由于分支管道多，水泥地面信號強(qiáng)度差異較小無法分辨最強(qiáng)點(diǎn)的時(shí)候，采用高頻來探測，通過尋找最強(qiáng)的音量區(qū)達(dá)到定位管道的目的。
3、在距離振動器較近的瀝青、水泥路和方磚路面上，選用高頻探測，可以獲得一個(gè)精度更高的探測效果。
4、為了減少項(xiàng)目的示意性探測管段的長度，在采用常用的工作頻率探測到信號末端時(shí)，可以通過更換更低的頻率，繼續(xù)往前探測很長距離。
5、對于頂管穿越管，由于管道埋設(shè)較深，推薦使用更低頻率探測。這是因?yàn)榈皖l信號衰減慢，有足夠的時(shí)間傳導(dǎo)到地面，也便于拾音器的捕捉。
6、管徑大的管道探測適合選擇低頻探測，管徑小的管道探測適合選擇高頻探測。
7、在振動器與檢測點(diǎn)之間，分支管越多，探測的距離越短。分支管多，從振動器傳播過來的振動能量不可避免的分流，衰減，導(dǎo)致檢測點(diǎn)處的聲波能量降低，地面拾音器檢測到信號弱，甚至沒有，無法定位管道。低頻信號傳輸距離遠(yuǎn)，探測村內(nèi)管道，適合選擇低頻探測。
地下燃?xì)釶E管道探測是一項(xiàng)比較復(fù)雜的技術(shù)工作，需要我們不斷地摸索、實(shí)踐和總結(jié)，在工作中選好工作頻率，是做好這項(xiàng)工作的關(guān)鍵。在探測過程中，找不到管道時(shí)，可以通過更換頻率，或許能得到一個(gè)不一樣的結(jié)果，切不可一個(gè)頻率一探到底。

作者：鄧小軍