一種電法勘探的多電極多個供電單元系統的制作方法
【專利摘要】一種電法勘探的多電極多個供電單元系統，供電電極A和供電電極B的數目均等于電流發送單元的個數；發射控制器包括相互之間連接的發射電流調制控制器和發射延時控制器；接收機與發射電流調制控制器之間連接，每個電流發送單元均與發射延時控制器之間連接；每個電流發送單元均與接收機之間通訊連接；接收機上設有分別用于連接測量電極M和測量電極N，并且用以測量測量電極M和測量電極N之間的電位差的端子；每個電流發送單元上均分別連接供電電極A和對應的供電電極B。本實用新型電流發送單元的供電電流不超過1A，供電電壓不超過200V，各發射單元功率小，易實現，在隧道中使用和安裝在全金屬的隧道全斷面掘進機上安全。
【專利說明】一種電法勘探的多電極多個供電單元系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及淺層地球物理勘查(工程地質勘查)【技術領域】，尤其是涉及一種電法勘探的多電極多個供電單元系統。
【背景技術】
[0002]視電阻率法和激發極化法均是通過A、B兩個電極向大地供電，用M、N兩個電極接收因A、B供電產生的電場及地下不同電阻率介質對電場的影響而在MN電極間形成電位差AUw，探查深度與AB間距離或AO間距離(0點為MN中點)有關，同時也與通過AB向大地的供電強度有關，AUmn與接收的儀器的靈敏度和精度也有關。[0003]為了增加探查深度，出現了“聚焦法”和“補償法”，特別在隧道施工地質預報時，為在掌子面上布置電極能最大限度避免隧道側邊的干擾，有些工作人員更希望用聚集焦法。即想利用在供電電極A旁外側另設一個A'電極，通以同極性的電流，在供電電極B外側設B/電極，亦通以同極性的電流，試圖通過A'、B'同性電流排斥A和供電電極B通向巖體的電流，將A、B的供電擠向深部，以這種方法增加探查深度。但是對這些方法有爭議，實踐效果也不好。它的原理是以電流線的吸收和排斥為基礎的。而電流線與磁力線不同，并不是個物理的現象。電流線實際上是數學的概念，它是電流密度j?的虛擬的連線。而按電場的理論，電場強度是電場電位的負梯度，即云=Iradu ,其中U是介質中某一點的電位。而電流密度^/ = /1，其中P為介質電阻率。實際上電場的理論都是基于介質中一點A的電荷在一點M處的電位。若介質中有多個電荷存在，每個電荷都會產生電場，介質中一點M的電位是諸電荷產生電位之和。電場中的電位是物理概念，是實際存在的。而=pC -graclU則是數學概念，是虛擬的物理量。因此，如果以一臺發送機供電，而且供電電流總和相同，則以一個電極A供電還是以2個、3個電極AA' A"供電。M點的電位相差不大的，當然由于AM〈A" M，探查深度可以因極距大小而有差別。
[0004]從理論上可證明，無論用什么的電極布置的供電方法,其基礎均為I個供電電極A供電，I個電極M測量電位的2極法的測量結果的組合。同時，在制造儀器時，由一個供電儀器分流出兩個或三個同極性供電電極，若要加大供電電流，特別是激發極化法需要供較大電流，并在供電時要保持一定時間的恒流，增加了儀器設計、制造的困難。同時，當儀器裝備在隧道中應用時，特別是儀器設備載于隧道全斷面掘進機(硬巖TBM或軟巖盾構掘進機)這種全金屬的大型機械時采用超過2A的過大電流或超過200V的電壓向電極供電。，將是大的安全隱患，對工作人員是個直接的威脅。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的在于設計一種新型的電法勘探的多電極多個供電單元系統，解決上述問題。
[0006]為了實現上述目的，本實用新型采用的技術方案如下:[0007]—種電法勘探的多電極多個供電單元系統，包括接收機、發射控制器、測量電極M、測量電極N、供電電極A、供電電極B和至少4個電流發送單元；所述供電電極A和所述供電電極B的數目均等于所述電流發送單元的個數；
[0008]所述發射控制器包括相互之間連接的發射電流調制控制器和發射延時控制器；所述接收機與所述發射電流調制控制器之間連接，每個所述電流發送單元均與所述發射延時控制器之間連接；
[0009]每個所述電流發送單元均與所述接收機之間通訊連接；
[0010]所述接收機上設有分別用于連接所述測量電極M和所述測量電極N，并且用以測量所述測量電極M和所述測量電極N之間的電位差的端子；每個所述電流發送單元上均分別連接所述供電電極A和對應的所述供電電極B。
[0011 ] 每個所述電流發送單元由一個獨立的電源供電。 [0012]對于二級裝置，所述測量電極M設置在隧道掌子面上，所述測量電極N置于已開挖隧道遠方，所述測量電極M與所述N電極之間的距離>100m ;所述掌子面上向遠方邊墻方向設置n個所述供電電極A1' A2、A3...An, n ^ 3 ;剩余的所述供電電極An+1、An+2、An+3.? ?距離所述掌子面由近及遠布置在所述邊墻上；所述供電電極B設置在更遠處的所述邊墻上，所述供電電極A與其對應的所述供電電極B之間的距離>400m。
[0013]對于三級裝置，所述測量電極M與所述測量電極N均設置在掌子面上，所述掌子面上向遠方邊墻方向設置11個所述供電電極41、42、43...An, n ^ 3 ;剩余的所述供電電極An+1、An+2、An+3...距離所述掌子面由近及遠布置在所述邊墻上；所述供電電極B設置在更遠處的所述邊墻上，所述供電電極A與其對應的所述供電電極B之間的距離>200m。
[0014]一種電法勘探的多電極多個供電單元系統的勘探方法，包括步驟如下:
[0015]第一步，將所述測量電極M、所述測量電極N、所述供電電極A和所述供電電極B布置在隧道的掌子面和邊墻上；
[0016]第二步，將所述測量電極M和所述測量電極N連接到所述接收機上，用以測量AUmn ;將每個所述供電電極A和與其對應的所述供電電極B連接到一個所述電流發送單元上；
[0017]第三步，開始勘測:所述發射控制器控制所述電流發送單元電源供電電流大小及波形，并且分別檢測各所述電流發送單元的發送電流的供電時間和斷電時間，然后調整各所述電流發送單元的供電開始時間之間一致性，并且調整各所述電流發送單元的供電和斷電關斷時間之間的一致性；
[0018]所述電流發送單元將其供電電流和供電電壓的數值傳輸到所述接收機上，并將供電的起始時間、斷電的關斷時間通過輸送到所述發射控制器上，并接收所述發射控制器的供電開始時間指令和斷電關斷時間指令；
[0019]各所述電流發送單元將供電電流和供電電壓的數值輸入所述接收機，并在所述接收機上顯示。
[0020]所述發射電流調制控制器調節所述電流發送單元電源的供電電流的直流或交流及供電電流大小，并在交流供電時調節波形。
[0021]所述第一步中，
[0022]采用二級裝置時，所述測量電極M設置在隧道掌子面上，所述測量電極N置于已開挖隧道遠方，所述測量電極M與所述測量電極N之間的距離>100m ;所述掌子面上向遠方邊墻方向設置n個所述A供電電極Ap A2, A3...An, n ^ 3 ;剩余的所述A供電電極An+1、An+2、
An+3......距離所述掌子面由近及遠布置在所述邊墻上；所述供電電極B設置在更遠處的
所述邊墻上，所述供電電極A與其對應的所述供電電極B之間的距離>400m。
[0023]所述第一步中，
[0024]采用三極裝置時，所述測量電極M與所述測量電極N均設置在掌子面上，所述掌子面上向遠方邊墻方向設置n個所述供電電極Ap A2, A3...An,, n ^ 3 ;剩余的所述供電電極An+1、An+2、An+3，...距離所述掌子面由近及遠布置在所述邊墻上；所述供電電極B設置在更遠處的所述邊墻上，所述供電電極A與其對應的所述供電電極B之間的距離>200m。
[0025]控制從各所述電流發送單元通向各電極的供電電線長度和電線阻抗盡量一致，避免各電極供電時間出現大的不一致。
[0026]本實用新型涉及視電阻率法和激發極化法向大地的供電方式和測量形式，應用于隧道施工地質預報中，屬淺層地球物理勘查(工程地質勘查)領域。
[0027]本實用新型的目的是針對前述的“聚焦法”和“補償法”的缺點，提出一種新的思路和辦法。
[0028]本實用新型的方案是:實際工作中所測得的基本參數，對電阻率法，視電阻率，= 對激發極化法為極化電位AU。
[0029]其中p s為視電阻率，單位為歐姆?米；
·[0030]K為裝置系數，是由各電極之間幾何關系計算的已知系數；
[0031]I為通過供電電極向大地的供電電流，單位為安培；
[0032]AUw為A、B供電電極供電時，通過M、N電極測量的電位差；
[0033]AU為A、B供電電極供電后，使含水體產生極化電位、停止供電后通過M、N電極測得的電位差，單位為毫伏。
[0034]實際上，當供電電流I大時，按公式F可知，所測得AUw也大；對激
發極化法,激發電流加大,極化電流AU也加大。同一臺供電主機，增多供電電極等于加大了主機的功率,若采用4對、5對電極向大地供電，供電主機則不堪負擔。同時供電電流和電壓過大，在隧道中工作不安全。
[0035]本實用新型為克服這些不足提出:
[0036](I)采用多臺獨立的電流發送單元分別向不同的電極同時供電，用一臺接收儀器接收。這樣增加了供電電流，使得AUb^P AU加大，在同等精度的測量主機的情況下，AUmn,A U越大，測量的信嗓比越高，對深一些的探查對象反映明顯，測量的深度也越大，這就加大了探查深度。
[0037](2)目前，一些電阻率法儀器采用低頻交流供電，時間域激發極化法也多用方波連續供以激發電流，因此多臺儀器供電和斷電必須同步。各臺儀器間要設一個同步信號電路。
[0038]本實用新型中向供電電極A、供電電極B供電的是多組電流發送單元分別向多個供電電極A、供電電極B同時供電，通過一臺接收機測量M、N電極間電位差A Umn，接收機通過連接線與發射控制器連接，發射控制器由電流調制器和與之連接的延時控制器組成，通過延時控制器與3~6組電流發送單元連接，電流發送單元分別連接電流發送單元電源，并分別連接各對供電電極A、供電電極B向介質供電，每臺電流發送單元通過接線連接接收機輸出數據；
[0039]接收機通過發射控制器控制多個電流發送單元，各電流發送單元分別連接電流發送單元電源，并分別通過A、B兩個接線柱連接一對A、供電電極B供電，并將各自向介質供電的電流和電壓數值輸入接收機，將供電的起始時間和斷電時間輸送到發射控制器上；
[0040]發射控制器中的發射電流調制控制器根據接收機的指令調節供電的波形及供電電流大小，并通過延時控制器控制電流發送單元；
[0041]發射控制器中的延時控制器先測量各電流發送單元的通電和斷電時間，然后設定延時時間來控制各電流發送單元的供電和斷電時間的一致性，減小各電流發送單元的供電和斷電時間的時間差；
[0042]在隧道中作掌子面前方探查時，可以用二極法和三極法。二極法的電極布置是在掌子面上設測量電極M，測量電極N則置于已開挖隧道后遠方，MN距離>100m，在掌子面上向遠方設供電電..An，n≥3，供電電極An+1布置在邊墻上，更遠方設An+2、An+3...供電電極，供電電極和分別供電的發送單元數目隨需要和可能而增加，即可設多個供電電極A，并用不同發送機向每個電極供電；另一供電電極B則放于更遠處，ABMOOm以上。三極法的電極布置是在隧道掌子面上設M、N兩個測量電極，在掌子面上向遠方邊墻方向設供電電極“‘..An, n ^ 3，供電電極An+1電極布置在邊墻上，更遠方設An+2、An+3...供電電極，供電電極和分別供電的發送單元數目隨需要和可能而增加，即可設多個供電電極A，并用不同發送機向每個電極供電；另一供電電極B則放于已開挖隧道遠方，AB>200m。
[0043]本實用新型的有益效果可以總結如下:
[0044]1、本實用新型采用多臺獨立的電流發送單元分別向多組A、供電電極B供電；各臺電流發送單元的供電電流不超過1A，供電電壓不超過200V，各發射單元功率小，易實現，在隧道中使用和安裝在全金屬的隧道全斷面掘進機上安全。
[0045]2、各臺供電儀器的供電起始時間和斷電時間需要同步，并和測量儀器同步；同步控制器是一個延時控制器，控制各臺發送機儀器(電流發送單元)在開機后到開始供電及各個方波的延時時間一致。
[0046]3、本實用新型結構簡單，無復雜零件的加工，使用方便，制造成本低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0047]圖1為電極在隧道掌子面及邊墻作前方地質預報時的電極布置形式之一；
[0048]圖2為電極在隧道掌子面及邊墻作前方地質預報時的電極布置形式之二 ；
[0049]圖3為接收機和電流調制及延時控制器和發送單元示意圖；
[0050]圖4為接收機和電源發送單元和發射控制器之間連接關系的示意圖；
[0051]其中:1_接收機；2_發射控制器；3_接收機與發射控制器的連接線；4_發射電流調制控制器；5_發射延時控制器；6_電流發送單元；7_電流發送單元電源；8_發射控制器與電流發射單元的連接線；9_電流發送單元向接收機發送數據的連接線；10_掌子面；11-邊墻；12_隧道開挖方向，其中箭頭前方為未開挖，箭頭后方為開挖；13-測量電極M ;14-測量電極N ; 15-供電電極A ;16_供電電極B?！揪唧w實施方式】
[0052]為了使本實用新型所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0053]如圖1至圖4所示的一種電法勘探的多電極多個供電單元系統，包括接收機、發射控制器、測量電極M、測量電極N、供電電極A、供電電極B和至少4個電流發送單元；所述供電電極A和所述供電電極B的數目均等于所述電流發送單元的個數；
[0054]所述發射控制器包括相互之間連接的發射電流調制控制器和發射延時控制器；所述接收機與所述發射電流調制控制器之間連接，每個所述電流發送單元均與所述發射延時控制器之間連接；
[0055]每個所述電流發送單元均與所述接收機之間通訊連接；
[0056]所述接收機上設有分別用于連接所述測量電極M和所述測量電極N，并且用以測量所述測量電極M和所述測量電極N之間的電位差的端子；每個所述電流發送單元上均分別連接所述供電電極A和對應的所述供電電極B。
[0057]在更加優選的實施例中，每個所述電流發送單元由一個獨立的電源供電。
[0058]在更加優選的實施例中，所述測量電極M設置在隧道掌子面上，所述測量電極N置于已開挖隧道遠方，所述測量電極M與所述N電極之間的距離>100m;所述掌子面上向遠方邊墻方向設置n個所述供電電極Ap A2, A3...An, n ^ 3 ;剩余的所述供電電極An+1、An+2、An+3...距離所述掌子面由近及遠布置在所述邊墻上；所述供電電極B設置在更遠處的所述邊墻上，所述供電電極A與其對 應的所述供電電極B之間的距離>400m。
[0059]或者:
[0060]所述測量電極M與所述測量電極N均設置在掌子面上，所述掌子面上向遠方邊墻方向設置11個所述供電電極41、42、43...An, n ^ 3 ;剩余的所述供電電極An+1、An+2、An+3...距離所述掌子面由近及遠布置在所述邊墻上；所述供電電極B設置在更遠處的所述邊墻上，所述供電電極A與其對應的所述供電電極B之間的距離>200m。
[0061]一種根據所述的電法勘探的多電極多個供電單元系統的勘探方法，包括步驟如下:
[0062]第一步，將所述測量電極M、所述測量電極N、所述供電電極A和所述供電
[0063]電極B布置在隧道的掌子面和邊墻上；
[0064]第二步，將所述測量電極M和所述測量電極N連接到所述接收機上，用以測量AUmn ;將每個所述電極A和與其對應的所述供電電極B連接到一個所述電流發送單元上；
[0065]第三步，開始勘測:所述發射控制器控制所述電流發送單元電源供電電流大小及波形，并且分別檢測各所述電流發送單元的發送電流的供電時間和斷電時間，然后調整各所述電流發送單元的供電開始時間之間一致性，并且調整各所述電流發送單元的供電和斷電關斷時間之間的一致性；
[0066]所述電流發送單元將其供電電流和供電電壓的數值傳輸到所述接收機上，并將供電的起始時間、斷電的關斷時間通過輸送到所述發射控制器上，并接收所述發射控制器的供電開始時間指令和斷電關斷時間指令；
[0067]各所述電流發送單元將供電電流和供電電壓的數值輸入所述接收機，并在所述接收機上顯示。
[0068]在更加優選的實施例中，所述發射電流調制控制器調節所述電流發送單元電源的供電電流的直流或交流及供電電流大小，并在交流供電時調節波形。
[0069]所述第一步中，
[0070]采用二極裝置時，所述測量電極M設置在隧道掌子面上，所述測量電極N置于已開挖隧道遠方，所述測量電極M與所述測量電極N之間的距離>100m ;所述掌子面上向遠方邊墻方向設置n個所述A供電電極Ap A2, A3...An, n ^ 3 ;剩余的所述A供電電極An+1、An+2、
An+3......距離所述掌子面由近及遠布置在所述邊墻上；所述供電電極B設置在更遠處的
所述邊墻上，所述供電電極A與其對應的所述供電電極B之間的距離>400m。
[0071]或者:[0072]所述第一步中，
[0073]采用三極裝置時，所述測量電極M與所述測量電極N均設置在掌子面上，所述掌子面上向遠方邊墻方向設置n個所述供電電極Ap A2, A3...An,, n ^ 3 ;剩余的所述供電電極An+1、An+2、An+3，...距離所述掌子面由近及遠布置在所述邊墻上；所述供電電極B設置在更遠處的所述邊墻上，所述供電電極A與其對應的所述供電電極B之間的距離>200m。
[0074]在更加優選的實施例中，控制從各所述電流發送單元通向各電極的供電電線長度和電線阻抗盡量一致，避免各電極供電時間出現大的不一致。
[0075]在某個具體的實施例中:
[0076]電極布置方式
[0077]例1，如圖1所示，采用二極法，在隧道掌子面上設測量電極M，測量電極N置于已開挖隧道遠方，麗距離>100m，在掌子面上向后遠方邊墻方向設供電電極Ap A2, A3...An,n ^ 3，供電電極An+1布置在邊墻上，更遠方設An+2、An+3...供電電極，供電電極和分別供電的發送單元數目隨需要和可能而增加，即可設多個供電電極A，并用不同發送機向每個電極供電；另一供電電極B則放于更遠處ABMOOm。
[0078]例2，如圖2所示，采用三極法，在隧道掌子面上設M、N兩個測量電極，在掌子面上向后遠方邊墻方向設供電電極Ap A2, A3...An, n ^ 3，供電電極An+1布置在邊墻上，更遠方設An+2、An+3...供電電極，供電電極和分別供電的發送單元數目隨需要和可能而增加，即可設多個供電電極A，并用不同發送機向每個電極供電；；另一供電電極B則放于更遠處AB>200mo
[0079]儀器設備設置方式
[0080]如圖3和圖4所示:
[0081]接收機I上的接線端連接M、N，用以測量AUmn ；
[0082]接收機I上的控制線3連接到發射控制器2上；發射控制器2由兩部分組成，一個部分為電流調制器4，和與4相連接的延時控制器5。發射電流調制控制器4調節供電電流的直流或交流及供電電流大小，并在交流供電時調節波形；發射控制器2通過連接線8連接3~6個電流發送單元6，4和5組成的發射控制器2控制6，其一功能是控制供電電流大小及波形，其二功能是分別檢測各電流發送單元6的發送電流的供電和斷電時間，然后調整延時到基本同一時間供電和完全同一時間斷電。
[0083]每一個電流發送單元6的構成:[0084]每一電流發送單元6都單獨連接電流發送單元電源7，并通過A、B兩個接線端與供電電極A、供電電極B連接，同時通過連接線9將供電電流和供電電壓的數值傳輸到接收機I上，并將供電的起始時間、斷電的關斷時間通過連接線8輸送到發射控制器2上，并接收發射控制器2的延時供電及關斷指令，通過發射控制器2調整各電流發送單元供電及斷電關斷時間的一致性。同時，各電流發送單元6均通過連線9與接收機I連接將供電電流和供電電壓的數值輸入接收機I，并在接收機I上顯示。
[0085]以上通過具體的和優選的實施例詳細的描述了本實用新型，但本領域技術人員應該明白，本實用新型并不局限于以上所述實施例，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種電法勘探的多電極多個供電單元系統，其特征在于:包括接收機、發射控制器、測量電極M、測量電極N、供電電極A、供電電極B和至少4個電流發送單元；所述供電電極A和所述供電電極B的數目均等于所述電流發送單元的個數； 所述發射控制器包括相互之間連接的發射電流調制控制器和發射延時控制器；所述接收機與所述發射電流調制控制器之間連接，每個所述電流發送單元均與所述發射延時控制器之間連接； 每個所述電流發送單元均與所述接收機之間通訊連接； 所述接收機上設有分別用于連接所述測量電極M和所述測量電極N，并且用以測量所述測量電極M和所述測量電極N之間的電位差的端子；每個所述電流發送單元上均分別連接所述供電電極A和對應的所述供電電極B。
2.根據權利要求1所述的電法勘探的多電極多個供電單元系統，其特征在于:每個所述電流發送單元由一個獨立的電源供電。
3.根據權利要求1所述的電法勘探的多電極多個供電單元系統，其特征在于:所述測量電極M設置在隧道掌子面上，所述測量電極N置于已開挖隧道遠方，所述測量電極M與所述N電極之間的距離>100m;所述掌子面上向遠方邊墻方向設置n個所述供電電極Ap A2,A3...An，n≥3 ;剩余的所述供電電極An+1、An+2、An+3...距離所述掌子面由近及遠布置在所述邊墻上；所述供電電極B設置在更遠處的所述邊墻上，所述供電電極A與其對應的所述供電電極B之間的距離>400m。
4.根據權利要求1 所述的電法勘探的多電極多個供電單元系統，其特征在于:所述測量電極M與所述測量電極N均設置在掌子面上，所述掌子面上向遠方邊墻方向設置n個所述供電電極Ap A2, A3...An, n ^ 3 ;剩余的所述供電電極An+1、An+2、An+3...距離所述掌子面由近及遠布置在所述邊墻上；所述供電電極B設置在更遠處的所述邊墻上，所述供電電極A與其對應的所述供電電極B之間的距離>200m。
【文檔編號】G01V3/02GK203561752SQ201320627376
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年10月11日 優先權日:2013年10月11日
【發明者】鐘世航, 王榮, 孫宏志, 王澤峰, 鐘百同 申請人:鐘世航
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20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
