朱維，王尚旭*，吳何珍，翟鴻宇，和泰名，李長(zhǎng)征

1 中國(guó)石油大學(xué)(北京)油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249 2 中國(guó)地震局地球物理研究所，北京 100081 3 黃河水利科學(xué)研究院，鄭州 450003

0 引言

巖石超聲檢測(cè)技術(shù)是研究地震波傳播特征的重要物理模擬手段，實(shí)驗(yàn)室超聲檢測(cè)結(jié)果能夠?yàn)槿斯さ卣鸷吞烊坏卣鹛綔y(cè)地下介質(zhì)變化提供參考和理論依據(jù)，是實(shí)驗(yàn)地震學(xué)的重要內(nèi)容.利用超聲波檢測(cè)巖石的聲學(xué)參數(shù)，如彈性模量、聲速和衰減系數(shù)等，能夠獲得巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)和巖石強(qiáng)度.

巖石聲學(xué)特性的廣泛深入研究開始于20世紀(jì)60年代，主要分為巖石超聲波速度和衰減的測(cè)量及其應(yīng)用研究.一方面，利用巖石超聲波速不僅可以計(jì)算巖石的彈性參數(shù)(Winkler and Liu，1996)，還可監(jiān)測(cè)巖石所受應(yīng)力的變化(Gladwin，1982).另一方面，由于超聲波衰減對(duì)介質(zhì)物性變化的敏感性高于超聲波速度，因而能更精準(zhǔn)地反映巖石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及應(yīng)力狀態(tài).然而，衰減測(cè)量十分容易受到外部因素的影響，因而一直是實(shí)驗(yàn)地震學(xué)研究的難點(diǎn).Auberger和Rinehart(1961)利用250～1000 kHz的超聲波檢測(cè)了八種不同巖石的衰減系數(shù)，發(fā)現(xiàn)以上頻段內(nèi)巖石的衰減與頻率并不滿足線性關(guān)系.Toks?z等(1979)通過對(duì)比干燥和飽和巖石的超聲波衰減說(shuō)明流體會(huì)增加衰減.何國(guó)梁等(2007)利用超聲波衰減系數(shù)研究了砂巖高溫前后內(nèi)部裂隙的發(fā)展情況，認(rèn)為衰減可以用來(lái)評(píng)價(jià)巖石強(qiáng)度.梁利喜等(2015)通過數(shù)值實(shí)驗(yàn)研究了超聲波衰減特性與孔洞結(jié)構(gòu)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)孔洞形狀、尺寸、分布和密度都對(duì)衰減有影響.然而，巖石超聲波衰減的測(cè)量十分依賴于檢測(cè)信號(hào)的信噪比，信噪比越高檢測(cè)結(jié)果就越可靠.

通過提高信號(hào)發(fā)射功率可以增強(qiáng)信號(hào)能量并提高信噪比.但是，由于受到儀器參數(shù)和技術(shù)規(guī)范的限制，信號(hào)發(fā)射功率仍然有限.增加信號(hào)長(zhǎng)度也能提高信號(hào)能量，但會(huì)降低信號(hào)的分辨率.因此，編碼激勵(lì)技術(shù)應(yīng)用而生，它通過發(fā)射一長(zhǎng)串調(diào)制編碼信號(hào)提高平均峰值功率和增強(qiáng)信號(hào)能量；在接收端，它利用匹配濾波器或失配濾波器將時(shí)域上的長(zhǎng)串信號(hào)壓縮為一段窄脈沖，來(lái)達(dá)到提高接收信號(hào)信噪比的同時(shí)增加系統(tǒng)分辨率的目的.目前編碼激勵(lì)技術(shù)已被應(yīng)用于醫(yī)學(xué)超聲成像 (O′Donnell，1992；Misaridis et al.，2000；Zhao et al.，2007；Fu et al.，2014；Zhou et al.，2014)、無(wú)損檢測(cè)(Wei et al.，2010；Li et al.，2013；Arora and Mulaveesala，2017；Lasaygues et al.，2018)以及地震探測(cè)領(lǐng)域(Bernhardt and Peacock,1978；Chapman et al.，1981；Barbier，1982；Park et al.，1996；Wong and Stewart，2006；葛洪魁等，2006).常用編碼信號(hào)可以被分為連續(xù)編碼，如頻率調(diào)制信號(hào)，和相位編碼，如巴克序列和正交Golay互補(bǔ)序列等(Chiao and Hao,2003；Zhao et al.，2007；Fu et al.，2014).其中，線性調(diào)頻信號(hào)(LFM)是最簡(jiǎn)單且最重要的編碼，已被用來(lái)檢測(cè)人體內(nèi)部器官病變(O′Donnell，1992；Misaridis et al.，2000；Misaridis and Jensen，2005)、材料內(nèi)部缺陷(Wei et al.，2010；周正干等，2014)以及巖石的速度(李長(zhǎng)征等，2013).LFM信號(hào)優(yōu)點(diǎn)突出，但對(duì)硬件要求較高，需要多級(jí)的發(fā)射器和用于匹配濾波的多級(jí)解碼濾波器.二進(jìn)制編碼信號(hào)只需要二相脈沖發(fā)生器和解碼器，因而成本更低(Zhao et al.，2007)，最近也逐漸受到人們重視(Hu et al.，2006；Leavens et al.，2009；Mulaveesala and Ghali，2011；Zhou et al.，2014；Fu et al.，2014；Lu et al.，2015；朱維和吳何珍，2017；Zhang et al.，2018；Wu et al.，2020).由于Barker編碼具有完美的自相關(guān)性能，它已被用于醫(yī)學(xué)高頻超聲成像(劉凱和高上凱，2007)、混凝土缺陷檢測(cè)(李長(zhǎng)征和王銳，2013)以及非接觸超聲無(wú)損檢測(cè)等方面.最近，它被引入到巖石的超聲波速度的精確檢測(cè)中(Wu et al.，2020；李長(zhǎng)征等，2013；朱維和吳何珍，2017).

然而，要將該項(xiàng)技術(shù)引入到巖石品質(zhì)因子Q值檢測(cè)中仍存在較大困難.朱維和吳何珍(2017)指出衰減引起的波形畸變會(huì)降低編碼信號(hào)的脈沖壓縮性能，可能會(huì)影響衰減的檢測(cè).因此為了獲取準(zhǔn)確的Q值，必須選擇脈沖壓縮性能受衰減影響更小的編碼信號(hào).為了評(píng)估衰減對(duì)編碼信號(hào)脈沖壓縮性能的影響，我們利用數(shù)值實(shí)驗(yàn)對(duì)編碼激勵(lì)技術(shù)進(jìn)行了測(cè)試.通過使用編碼激勵(lì)方法的實(shí)驗(yàn)室實(shí)例，給出了檢測(cè)巖石品質(zhì)因子Q值的流程，并介紹了如何利用衰減監(jiān)測(cè)三軸壓縮時(shí)巖石的變形過程.

1 基本原理

1.1 衰減檢測(cè)

一般來(lái)說(shuō)，穿過衰減介質(zhì)后，超聲波的頻域表達(dá)式可以寫為：

W(ω)=S(ω)*Gtr(ω)*Hm(ω)+N(ω),

(1)

式中，*代表乘積，ω是角頻率，S(ω)是激勵(lì)信號(hào)頻譜，N(ω)是噪聲頻譜,Gtr(ω)和Hm(ω)分別是換能器和衰減介質(zhì)的傳遞函數(shù)：

(2)

式中，c和Q分別是衰減介質(zhì)的速度和品質(zhì)因子，z為超聲波在介質(zhì)中的傳播距離.實(shí)驗(yàn)室中，巖石樣品的衰減往往是相對(duì)于已知速度和衰減的參考樣品進(jìn)行測(cè)定的，這就是被人熟知的譜比法.如果選定的參考樣品近似為無(wú)衰減介質(zhì)(如鋁樣)，則兩個(gè)樣品的振幅譜之比可以寫為：

(3)

式中，τ為透射系數(shù)，下標(biāo)“r”代表參考樣品，SNR是信號(hào)與噪聲的振幅之比：

SNR=|W(ω)|/|N(ω)|,

(4)

如果SNR很高，即1/SNR～0，那么方程(3)可以表示為：

(5)

式中，α為衰減系數(shù)：

(6)

因此，衰減系數(shù)可以通過方程(5)的線性擬合之斜率k來(lái)確定.于是品質(zhì)因子Q就可以利用方程(6)計(jì)算得到.然而，當(dāng)SNR很低時(shí)噪聲的影響無(wú)法被忽略，斜率k不能代表衰減系數(shù).因此，低信噪比信號(hào)不能通過譜比法準(zhǔn)確檢測(cè)衰減.為了提高衰減檢測(cè)精度，提高接收信號(hào)信噪比成為關(guān)鍵.本研究將編碼激勵(lì)方法引入到巖石衰減檢測(cè)中，通過脈沖壓縮來(lái)提高接收信號(hào)信噪比.

1.2 編碼激勵(lì)

如圖1所示，編碼信號(hào)s(t)激勵(lì)換能器向巖石樣品發(fā)射超聲波，超聲波在穿透巖石后在另一端被接收換能器接收并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)：

圖1 編碼激勵(lì)超聲測(cè)試系統(tǒng)與脈沖壓縮原理Fig.1 Ultrasonic testing system for coded excitation and the principle of the pulse compression

y(t)=(s(t)?hTtr(t)?hm(t))?hRtr(t)+n(t),

(7)

式中，?表示卷積，hm(t)為巖石樣品傳輸特性函數(shù)，n(t)為隨機(jī)噪聲，hTtr(t)為發(fā)射換能器響應(yīng)函數(shù)，hRtr(t)為接收換能器響應(yīng)函數(shù)，通常二者是相等的.在得到接收信號(hào)y(t)后，需通過匹配濾波器對(duì)其進(jìn)行脈沖壓縮(或稱解碼).設(shè)匹配濾波器為spc(t)，并令gtr=hTtr(t)?hRtr(t)，則脈沖壓縮結(jié)果可表示為：

ypc(t)=(s(t)?gtr(t)?hm(t)+n(t))?spc(t)

=s(t)?spc(t)?gtr(t)?hm(t)+n(t)?spc(t),

(8)

理想情況下，

s(t)?spc(t)=κδ(t),

(9)

式中κ為大于1的常數(shù)，則(8)式可寫為：

ypc(t)=k·gtr(t)?hm(t)+n(t)?spc(t),

(10)

式中n(t)?spc(t)即噪聲與接收信號(hào)的互相關(guān).由于它們是不相關(guān)的，因此經(jīng)過脈沖壓縮后噪聲得到了明顯的抑制.

常用的編碼信號(hào)主要可以分為頻率編碼和相位編碼.每個(gè)編碼信號(hào)會(huì)使用不同的調(diào)制函數(shù).對(duì)于線性調(diào)頻信號(hào)(LFM)，其調(diào)制函數(shù)可以寫為：

s(t)=sin(2π(f0-B/2)t+πμt2)，0≤t≤T

(11)

式中f0是換能器的中心頻率，B是LFM的帶寬，μ=B/T是掃頻速率，T是LFM的持續(xù)時(shí)間.圖2a展示了LFM信號(hào)的波形.對(duì)于相位編碼，其調(diào)制函數(shù)由(12)式給定:

(12)

式中，p(t)是決定了相位編碼信號(hào)的頻譜的載頻函數(shù)，c是長(zhǎng)度為N的編碼，Tp是每片編碼的持續(xù)時(shí)間.圖2e展示了正弦載頻調(diào)制的巴克編碼信號(hào)(BS).

圖2 編碼信號(hào)及相應(yīng)脈沖壓縮信號(hào)(a)LFM信號(hào)；(b)匹配濾波后(a)的脈沖壓縮信號(hào)；(c)幅度削減的LFM信號(hào)；(d)匹配濾波后(c)的脈沖壓縮信號(hào)；(e)BS信號(hào)；(f)傳統(tǒng)匹配濾波后(e)的脈沖壓縮信號(hào)；(g)BS信號(hào)的逆濾波器；(h)利用逆濾波器匹配濾波后(e)的脈沖壓縮信號(hào).Fig.2 Coded signals and their corresponding pulse compressed signals(a)LFM signal;(b)Pulse compressed signal of (a)after matched filtered;(c)Tapered LFM signal;(d)Pulse compressed signal of (c)after matched filtered;(e)BS signal;(f)Pulse compressed signal of (e)after traditionally matched filtered;and (g)Inverse filter of BS;(h)Pulse compressed signal of (e)after matched filtered by inverse filter.

然而，不同編碼信號(hào)的脈沖壓縮性能是不同的，通?？梢杂尚旁氡仍鲆?GSNR)、距離旁瓣水平(RSL)以及主瓣寬度(MLW)進(jìn)行評(píng)價(jià).信噪比增益通常是指信號(hào)匹配濾波前后信噪比的增加值，理論上GSNR由編碼信號(hào)的時(shí)間帶寬積(TBP)決定：

GSNR=10log10(TBP)(dB).

(13)

一般而言，編碼信號(hào)通過匹配濾波后，在主瓣附近還會(huì)出現(xiàn)比較明顯的旁瓣，為了衡量主瓣與旁瓣的相對(duì)大小可以用峰值旁瓣水平(PSL)進(jìn)行評(píng)價(jià).PSL越低說(shuō)明編碼信號(hào)的脈沖壓縮性能越好.

(14)

但是旁瓣往往是無(wú)法避免的，一般采用數(shù)學(xué)方法抑制這些旁瓣對(duì)速度或Q值檢測(cè)的影響.對(duì)頻率編碼信號(hào)(如LFM信號(hào))，需要采用諸如振幅削減技術(shù)的方法對(duì)發(fā)射源進(jìn)行處理，從而達(dá)到抑制旁瓣的目的，但會(huì)損失一定的軸向分辨率.根據(jù)圖2b可以看到其脈沖壓縮波形存在嚴(yán)重旁瓣.圖2c為振幅削減后的線性調(diào)頻信號(hào)(TLFM)，從圖2d可以看到其脈沖壓縮波形旁瓣得到了明顯抑制.對(duì)于相位編碼信號(hào)(如Barker編碼)，可以通過設(shè)計(jì)新的匹配濾波器(如偽逆濾波器)抑制旁瓣；圖2f展示了BS信號(hào)通過傳統(tǒng)匹配濾波后的脈沖壓縮波形，而圖2h則展示了利用偽逆濾波器濾波后的脈沖壓縮波形，可以看到旁瓣得到了明顯抑制.最后一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)——主瓣寬度一般是指編碼信號(hào)自相關(guān)函數(shù)主瓣的寬度，它是衡量信號(hào)軸向分辨率的重要指標(biāo)，主瓣寬度越窄說(shuō)明系統(tǒng)的分辨率越高，因此編碼信號(hào)經(jīng)過脈沖壓縮后必須具有較窄主瓣寬度.

選擇合適的編碼信號(hào)以后，我們就可以進(jìn)行衰減檢測(cè)了.利用編碼信號(hào)檢測(cè)超聲波衰減的基本流程如圖3所示.

圖3 利用編碼激勵(lì)技術(shù)檢測(cè)巖石衰減的流程圖Fig.3 Flow chart of the measurement of the attenuation in rock using coded excitation technique

2 數(shù)值實(shí)驗(yàn)

由于衰減會(huì)嚴(yán)重影響編碼信號(hào)的脈沖壓縮性能，對(duì)不同編碼信號(hào)檢測(cè)衰減的能力評(píng)估是十分必要的.我們選擇正弦信號(hào)(Sine)、BS信號(hào)以及TLFM信號(hào)作為激勵(lì)信號(hào)生成了40組接收波形，其Q值范圍為5～200，合成信號(hào)都加入了相同功率的噪聲.圖4展示了Q=5時(shí)利用不同激發(fā)源生成的接收波形及相應(yīng)的脈沖壓縮波形.從圖中可以看到，脈沖壓縮后噪聲被明顯抑制.

圖4 Q=5時(shí)，不同激勵(lì)源激發(fā)得到的理論接收信號(hào)及脈沖壓縮信號(hào)(a)、(b)和(d)分別是Sine信號(hào)、TLFM和BS信號(hào)作為激勵(lì)源的接收信號(hào)；(c)和(e)分別是匹配濾波后(b)的脈沖壓縮信號(hào)和利用逆濾波器匹配濾波后(d)的脈沖壓縮信號(hào).Fig.4 The synthetic received signals and pulse compressed signals obtained by different excitation sources when Q=5Received signals excited with (a)Sine signal,(b)TLFM signal and (d)BS signal;(c)Pulse compressed signal of (b)after matched filtered;(e)Pulse compressed signal of (d)after matched filtered by inverse filter.

圖5是衰減對(duì)編碼信號(hào)脈沖壓縮性能影響的評(píng)估結(jié)果.可以看到，衰減會(huì)嚴(yán)重影響編碼信號(hào)的脈沖壓縮性能.一方面，TLFM信號(hào)的GSNR會(huì)隨衰減的增大而減小，而BS信號(hào)卻并不受衰減的影響.由于不同頻率的能量衰減不同，高頻信息容易缺少或丟失，從而導(dǎo)致接收信號(hào)的中心頻率向低頻偏移，因而導(dǎo)致頻率編碼接收波形畸變十分嚴(yán)重；而相位編碼信號(hào)的頻率信息包含在載波信號(hào)中，因此相位編碼激勵(lì)源接收信號(hào)失配較小.另一方面，當(dāng)Q值>5時(shí)，BS信號(hào)的GSNR和MLW都大于TLFM信號(hào)；當(dāng)Q=5時(shí)，則正好相反.然而，由于TLFM信號(hào)的信噪比增益明顯低于BS信號(hào)，利用編碼信號(hào)求取Q值時(shí)，TLFM信號(hào)不如BS信號(hào)適合Q值的檢測(cè).

為了進(jìn)一步檢測(cè)編碼信號(hào)對(duì)衰減的檢測(cè)能力，我們對(duì)這些波形采用譜比法求取了Q值，如圖5d所示.根據(jù)計(jì)算結(jié)果，BS與TLFM激勵(lì)源檢測(cè)的Q值誤差都低于正弦激勵(lì)源的結(jié)果，這表明編碼激勵(lì)源能夠提高Q值的檢測(cè)精度.同時(shí)，從圖5d可以看到，Q<20時(shí)，TLFM激勵(lì)源計(jì)算的Q值誤差大于BS激勵(lì)源.這是因?yàn)樗p較大時(shí)，TLFM信號(hào)的脈沖壓縮性能受衰減影響較大，接收波形失配嚴(yán)重，從而導(dǎo)致了更大的Q值的計(jì)算誤差，因此TLFM信號(hào)并不適合應(yīng)用于較大衰減介質(zhì)的Q值檢測(cè).當(dāng)Q>20時(shí)，TLFM激勵(lì)源計(jì)算的Q值誤差小于BS激勵(lì)源，這是因?yàn)門LFM激勵(lì)源的接收信號(hào)經(jīng)過脈沖壓縮后保存了更多高頻能量的緣故.綜合以上結(jié)果可知，編碼激勵(lì)源能提高Q值的檢測(cè)精度；對(duì)于衰減較大的介質(zhì)，BS編碼激勵(lì)源檢測(cè)的Q值更準(zhǔn)確，而對(duì)衰減較小的介質(zhì)，TLFM激勵(lì)源檢測(cè)的Q值更準(zhǔn)確.

圖5 利用TLFM和BS激勵(lì)源合成的接收波形計(jì)算得到的脈沖壓縮波形的(a)信噪比增益，(b)峰值旁瓣水平，(c)主瓣寬度以及(d)Q值檢測(cè)相對(duì)誤差隨品質(zhì)因子的變化Fig.5 (a)The gain in SNR (GSNR),(b)peak sidelobes level (PSL)and (c)main-lobe width (MLW)of the waveforms compressed from the synthetic signals excited by TLFM and BS,and (d)the relative errors of Q varied with quality factor

3 實(shí)際應(yīng)用

我們利用編碼激勵(lì)技術(shù)測(cè)試了不同樣品的Q 值并監(jiān)測(cè)了巖石三軸加載過程時(shí)的衰減變化.

3.1 測(cè)試1：巖石Q值檢測(cè)

本測(cè)試采用中心頻率為1 MHz的超聲波換能器測(cè)試了有機(jī)玻璃、人工砂巖(環(huán)砂比為3∶8)及天然砂巖(采自重慶武隆)的Q值(圖6).利用單脈沖信號(hào)(這里采用Sine信號(hào))和編碼信號(hào)檢測(cè)的Q值列于表1中.表中還列出了利用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法獲得的Q值.從表中可以看到對(duì)于有機(jī)玻璃，TLFM編碼激勵(lì)源檢測(cè)的Q值最接近參考值，而對(duì)于人工砂巖和天然砂巖BS激勵(lì)源檢測(cè)的Q值最接近參考值.這與數(shù)值實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是一致的.

3.2 測(cè)試2：巖石破裂過程中的衰減監(jiān)測(cè)

巖石破裂過程中內(nèi)部會(huì)經(jīng)歷舊微裂紋閉合、新微裂紋產(chǎn)生、集結(jié)并最終發(fā)生宏觀破裂等過程.由于巖石微結(jié)構(gòu)的變化會(huì)引起巖石衰減的變化，因此通過監(jiān)測(cè)衰減就能反映巖石受壓過程中內(nèi)部微結(jié)構(gòu)的變化.本測(cè)試對(duì)測(cè)試1中天然砂巖開展了三軸壓縮實(shí)驗(yàn).加載設(shè)備為SANS電液伺服壓力機(jī)，其最大載荷為300 kN.巖石樣品置于圍壓容器中保持5 MPa圍壓不變，軸壓采用應(yīng)力控制模式(加載速率300 N·s-1).軸向位移隨應(yīng)力的變化如圖7中黑線所示.為了監(jiān)測(cè)巖石變形過程中超聲波衰減的變化，我們將換能器置于巖石樣品上下兩端用于發(fā)射和接收超聲波形.整個(gè)加載過程共記錄23組不同激勵(lì)源的檢測(cè)波形.利用這些波形我們計(jì)算了不同加載階段巖石的衰減(圖7).

圖7 品質(zhì)因子Q值及軸向位移隨應(yīng)力的變化QSine，QBS和QTLFM分別代表Sine信號(hào)、BS信號(hào)和TLFM信號(hào)激勵(lì)源檢測(cè)波形得到的Q值；Da代表軸向位移.Fig.7 Quality factor Q and axial displacement varied with the stressQSine,QBS and QTLFM represent the quality factor measured with the signals excited by Sine,BS and TLFM,respectively.Da represents the axial displacement.

根據(jù)前人研究，巖石變形過程中，衰減會(huì)經(jīng)歷先變小達(dá)到一定值后保持穩(wěn)定最后由于新裂紋的產(chǎn)生又逐漸減小的過程(Lockner et al.，1977).從圖7中衰減隨應(yīng)力的變化曲線來(lái)看，三種信號(hào)都能很好地反映這一規(guī)律.這說(shuō)明編碼信號(hào)可以用于監(jiān)測(cè)受載巖石的變形和破裂過程.同時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明應(yīng)力小于25 MPa時(shí)，巖石的Q值小于20且TLFM激勵(lì)源檢測(cè)的Q值明顯小于單脈沖和BS激勵(lì)源的檢測(cè)結(jié)果.這再次驗(yàn)證了數(shù)值實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論——衰減較大時(shí)TLFM激勵(lì)源的檢測(cè)結(jié)果誤差更大.由于巖石受壓變形過程中Q值變化較大，要在整個(gè)過程中都獲得更小誤差的Q值，這就要求編碼信號(hào)具有更穩(wěn)定的脈沖壓縮性能.因此Barker編碼信號(hào)比TLFM信號(hào)更適合監(jiān)測(cè)巖石的變形過程.

4 結(jié)論

利用編碼激勵(lì)技術(shù)檢測(cè)巖石的Q值是可行的，結(jié)果是可靠的.通過對(duì)編碼激勵(lì)與脈沖壓縮的基本原理、方法、實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用的系統(tǒng)分析，得出編碼激勵(lì)技術(shù)可以通過脈沖壓縮提高信噪比，但是巖石的衰減會(huì)削弱編碼信號(hào)的脈沖壓縮性能的結(jié)論.雖然幅度削減的線性調(diào)頻信號(hào)的脈沖壓縮性能比正弦調(diào)制的Barker編碼更好，但是當(dāng)Q值小于20時(shí)即巖石衰減較大時(shí)，TLFM的信噪比增益下降更為嚴(yán)重，TLFM激勵(lì)源檢測(cè)的Q值誤差更大.我們利用正弦信號(hào)，正弦調(diào)制的Barker編碼信號(hào)和幅度削減的線性調(diào)頻信號(hào)測(cè)量了有機(jī)玻璃、人工砂巖以及天然砂巖Q值.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明編碼激勵(lì)技術(shù)能夠通過脈沖壓縮來(lái)抑制噪聲，提高Q值檢測(cè)精度.另外，我們還利用編碼激勵(lì)源檢測(cè)了砂巖在三軸壓縮過程中Q值的變化并監(jiān)測(cè)了巖石的變形和破裂過程.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與TLFM激勵(lì)源相比BS激勵(lì)源在衰減較大時(shí)檢測(cè)的Q值誤差更小，因而更適合監(jiān)測(cè)衰減不斷變化的受壓巖石的變形過程.

盡管我們已經(jīng)論證了編碼激勵(lì)在超聲頻段測(cè)試巖石Q值時(shí)的可靠性與適用性，但是當(dāng)巖石中黏土礦物含量較高或包含流體時(shí)，巖石的彈性波速度和Q值都可能出現(xiàn)頻散效應(yīng).當(dāng)然，對(duì)于超聲頻段的彈性波而言，這種頻散可能只有在巖石衰減很強(qiáng)時(shí)才會(huì)顯著.但是，由于頻散效應(yīng)的存在，要將編碼激勵(lì)在超聲頻段的應(yīng)用推廣至地震頻段仍需進(jìn)一步的研究.