专利名称：集中电流场法堤坝渗漏检测仪及测量方法
技术领域：
本发明涉及一种采用集中电流场法探测堤坝渗漏的检测仪及测量方法，特别是涉及一种用特殊电流场分布来探测堤坝有水一侧的漏水位置的方法和相应的仪器。
堤坝包括所有阻止江、河、湖水漫流的堤和坝，堤坝的一侧有水(或高水位)，称为水侧，另一侧无水(或低水位)，称为干侧。在实际工程中常常是在堤坝的干侧发现有水漏出，但不知道此漏水来自水侧的什么部位。为了实施堵漏治理，需要探测水侧中漏水点的确切位置。以往的探测方法有自然电场法，电阻率法和激发极化法三类，它们都是勘探地球物理中的方法在本领域中的应用。自然电场法探测漏水位置所依据的原理是水流过岩石或土的微孔隙时，岩石有选择性地吸附水中的负离子，因而形成在水流前方为正、后方为负的自然电场，测定自然电场的分布可以了解漏水位置。在简单的情况下，此法有一定效果。但形成自然电场的原因甚多，如金属物的氧化还原电场，植物根系形成电场，以及区域的自然电场因堤坝周围地形等影响而形成局部异常等，故使得自然电场法的可靠性降低。电阻率法的探测依据是漏水通道的电阻率低于堤坝的电阻率。由于通道较小，且距堤坝顶部有一定深度，其异常弱，而且，土坝、湖堤等本身就不均匀，因而分辨率低，结果可信度不高。激发极化法有时可以取得比电阻率法高一些的分辨率，但并非所有漏水通道都能测到明显可靠的激法极化法异常。上述方法所使用的都是勘探地球物理工作中常规的仪器，如自然电位仪、电阻率仪、激发极化仪或这三者结合在一起的仪器。上述三种方法还有一个共同的缺点就是测量时间长、工作效率低，漏水点定位精度差，特别不适应在抗洪抢险中的需要。
本发明的目的是提供一种探测漏水通道入口处位置的检测仪，提高探测结果的可靠性，提高确定漏水入口位置的精度，提高探测速度，以适应工程抢险的需要。
本发明所依据的原理是在堤坝两侧或只在干侧供电，一个供电电极直接放在漏水出口，由于水的电阻率比堤坝的电阻率低，因而，漏水通道成了电流通过的主要通道；另一个供电电极放在水侧的水中或放在干侧，并距堤坝有一定距离，以便在堤坝附近形成较均匀电流场。
根据微分形式的欧姆定律有j→=E→ρ----(1)]]>式中
为电流密度矢量，ρ为介质的电阻率，
为电场强度矢量；从场论可知，电场强度等于电位的负梯度，即E→=-gradφ----(2)]]>式中grad为梯度符号，j为电位；将(2)式代入(1)式得j→=-1ρgradφ----(3)]]>通过测量电位的梯度，按(3)式便可得到电流场的分布。
渗漏的存在，使电流场出现异常，其幅度增大，方向指向渗漏处，故可找到渗漏处。
本发明通过信号源产生一定频率的信号，该信号通过功率放大后输出到供电电极，并在水侧产生电流场，接收部分的置于水中的接收探头检测电流场的分布信号，接收到的信号放大后通过指示电路显示电流场，以准确获取漏水点的位置。
本发明包括提供在水中测量时所需要的电流场的发送机1、接收电极系(即探头)和测量电位差以获得电流密度的接收机2。发送机1包括用来向供电电极供电的电源3，可产生直流或频率为0.1～3000Hz信号的信号源4，功率放大电路8和功率输出电路9，电极A、B，为了保证过流过压时及时切断功率输出电路且接通或关闭高压时的尖峰干扰，本发明还包括供电同步电路6和具有过流、过压、空载保护作用的保护电路7，使波形发生信号、供电同步信号、过流过压保护信号同时控制电极输出电流的驱动控制电路5。其主要参数如下输出电压20～400伏；输出电流200毫安～5安培；输出波形直流或频率可选的等幅正弦波、或等幅方波、或包含音乐或特殊信号的波形。接收电极系(探头)用铜电极或铝电极或不极化电极，电极接地电阻应不大于5千欧姆，工作水深可达300米。接收机2包括根据不同频率的波形设置不同的测量方式的通道方式选择电路10，为抑制50Hz工频干扰的50Hz陷波电路11，放大倍数可调的程控放大电路12，显示检测结果的指示电路13和80C32单片机系统14，可测电流密度的X分量、Y分量、Z分量，或其中之二，或之一，其工作频率与发送机相同，指示电路13既可用数字表示或模拟表头显示，也可用其他视听显示器。必要时可加GPS接口。
本发明还包括所述检测仪的使用方法在堤坝的两侧或只在干侧供电，其中一个供电电极放在干侧的渗漏出口，电极可用铜棒或其他金属导体，将棒钉入渗漏处的泥中或置于水中，如有多处渗漏，则可在每一渗漏处布一电极，然后用导线将它们并联起来，另一电极可用任何联有导线的金属导体(如铜棒、铝板等)置于水侧水中或干侧泥土中，电极距堤坝的距离应大于10倍渗漏宽度，水侧用平行堤坝的线条状电极，这样可使电场均匀些，能更方便地探测到渗漏部位，接收电极系在水侧水中测量电流场的分布，根据电流场分布的特点，确定渗漏部位的位置，必要时可求出渗漏部位的形状。
本发明与现有技术相比具有以下优点(1)由于本发明是将电流集中在漏水通道，因此比已有的方法都更加直接。探测结果可靠性高、精度高，可测电流密度下限优于100mA/m2，交流可测量相位；(2)将电极放在水中测量，不需象在堤坝上测量那样逐点安电极，因而测量速度大为提高，甚至可实现以一定速度连续测量；(3)包含音乐电流的普及型，直观、易于掌握，可在抗洪抢险中大量推广使用；(4)多分量、自动记录加GPS(卫星定位系统)定位型可用船载或车载快速沿堤查险。
图1本发明结构原理方框图；图2本发明使用原理示意图，其中■堤坝，→示意存在于渗漏处电流场，
示意正常电流场；图3本发明测量结果示意图。
实施例选定座标系，用xyz直角座标系，令x轴平行堤坝(如堤坝弯曲则将X轴在渗漏处与堤坝相切)，y轴垂直堤坝、Z轴垂直水面并指向下(图2)1.供直流电流时，测量每一点电流场的X分量，Y分量和Z分量。沿着X轴，X分量在渗漏处两侧改变方向，Y分量在渗漏处最大，如果测量点在渗漏处与堤坝之间(如底部渗漏)，则Y还改变方向，Z分量在渗漏处最大。既可以同时测X、Y、Z三个分量，也可以只测其一或其二来发现渗漏处。
2.供交流电时，测量电流场的X、Y、Z三个分量，或其中二个，或其中一个。交流场的方向根据相位来判断，如果用包含音乐等的非等幅交流电，其幅值可用单位时间的平均幅值。
3.在防洪抢险紧急情况下，除了快速测量之外，还可不必逐点测量电场值，而是快速地定出渗漏点。此时使用供音频电流或含有音乐的电流，将带有接收电极的探头在水中移动(或拖动)，移动速度不大于1米/秒，并尽量均匀些。用耳机监听场值的相对大小，渗漏处的特征是
X分量达最低值，且沿X方向的前后各有一声音最大处；Y分量和Z分量声音最强。监测除可用耳机或其他视听器件外，同时还可用模拟或数字表头显示数据，经验说明，耳机加模拟表头效果最好。一般情况下，只测一个分量就够了，并且建议首选Z分量，因其变化单一，其次是Y分量，然后是X分量。
权利要求
1.一种集中电流场法堤坝渗漏检测仪，其特征在于本发明通过信号源产生一定频率的信号，该信号通过功率放大后输出到供电电极在水侧产生电流场，接收部分的置于水中的接收探头检测电流场的分布信号，接收到的信号放大后通过指示电路显示电流场，以准确获取漏水点的位置，包括提供在水中测量时所需要的电流场的发送机、接收电极系(即探头)和测量电位差以获得电流密度的接收机，其中发送机包括功率输出电路，供电同步电路和具有过流、过压、空载保护作用的保护电路，接地电阻不大于5千欧姆的接收电极系(探头)，接收机包括通道方式选择电路，陷波电路，程控放大电路，指示电路和单片机系统。
2.根据权利要求1所述的检测仪，其特征在于所述接收电极系用铜电极或铝电极或不极化电极。
3.根据权利要求1所述的检测仪，其特征在于所述指示电路既可用数字表示或模拟表头显示，也可用视听显示器。
4.一种利用权利要求1所述检测仪的测量方法，其特征在于本发明在堤坝的两侧或只在干侧供电，其中一个供电电极放在干侧的渗漏出口，将电极钉入渗漏处的泥中或置于水中，另一电极用任何联有导线的金属导体置于水侧水中或干侧泥土中，电极距堤坝的距离大于10倍渗漏宽度，接收电极系在水侧测量电流场的分布，根据电流场分布的特点，确定渗漏部位的位置。
全文摘要
一种集中电流场法堤坝渗漏检测仪及测量方法,本发明包括提供在水中测量时所需要的电流场的发送机、接收电极系(即探头)和测量电位差以获得电流密度的接收机。由于本发明是将电流集中在漏水通道,因此比已有的方法都更加直接,探测结果可靠性高、精度高,可测电流密度下限优于100mA/m
文档编号G01M3/16GK1241718SQ9911541
公开日2000年1月19日 申请日期1999年6月14日 优先权日1999年6月14日
发明者何继善 申请人:中南工业大学