跨孔电磁波CT成像装置的制作方法

跨孔电磁波ct成像装置
技术领域
1.本实用新型涉及电磁波勘探技术领域，尤其涉及一种跨孔电磁波ct成像装置。


背景技术：

2.跨孔电磁波ct法是利用无线电波在两个钻孔中分别发射和接收，根据不同位置上接收的场强的大小，来确定地下不同介质分布的一种地下地球物理勘查方法，也称井中无线电磁波透视法。跨孔电磁波ct成像技术起源于20世纪30年代，它以图像的方式直观和清晰地显示地球内部物质结构特征，并广泛应用于地球内部结构、地球动力学、工程、灾害地质和金属矿产资源勘探等地学研究领域，有力推动了地球物理技术的发展。
3.目前，现有跨孔电磁波ct成像多是采用一发一收技术，施工效率低，施工容易出错。采用一发多收技术可以提高勘探的精确度，但如何实现多个接收机和发射机信号的同步采集则成为一个严峻的问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术中所存在的不足，本实用新型提供了一种跨孔电磁波ct成像装置，以解决相关技术中，在探勘过程中采用一发多收技术的同时如何确保信号的同步采集的技术问题。
5.本实用新型提供了一种跨孔电磁波ct成像装置，包括上位机，所述上位机包括控制模块、gnss模块、电源模块和通讯模块，所述电源模块分别连接控制模块、gnss模块及通讯模块并为其提供电源；
6.通讯模块，其连接所述控制模块，所述通讯模块包括wifi通讯单元和有线通讯单元，所述wifi通讯单元分别连接有发射探管和所述控制模块，所述发射探管用于发射电磁波；所述有线通讯单元分别连接有至少两个接收探管和所述控制模块，至少两个所述接收探管均包含有至少两个电感滤波器串联，所述接收探管用于接收所述电磁波；
7.gnss模块，其连接所述控制模块，所述gnss模块用于分别向所述发射探管和所述接收探管提供同步信号。
8.可选地，所述成像装置还包括发射下井模块和接收下井模块，所述发射下井模块分别连接所述控制模块和所述发射探管，所述发射下井模块用于控制所述发射探管下井；所述接收下井模块分别连接所述控制模块和所述接收探管，所述接收下井模块用于控制所述接收探管下井。
9.可选地，所述发射探管包括发射gnss单元、第一晶振器、dds信号源、射频驱动单元、功率合成器、发射wifi单元、发射天线及发射mcu；
10.发射gnss单元，连接所述发射mcu，用于输出启动时钟；
11.第一晶振器，连接所述dds信号源，用于输出调幅信号；
12.发射mcu，分别连接所述发射wifi单元和所述dds信号源，所述发射mcu通过所述发射wifi单元与所述控制模块实现交互，所述dds信号源根据所述调幅信号输出正弦信号；
13.射频驱动单元，分别连接所述dds信号源和功率合成器，所述射频驱动单元根据需要将所述正弦信号输出为固定射频信号；
14.功率合成器，连接所述发射天线，其用于将所述固定射频信号合成和放大，并通过所述发射天线输出电磁波。
15.可选地，所述发射探管还包括检测单元和模数转换器；所述检测单元连接所述功率合成器，所述模数转换器分别连接所述检测单元和所述发射mcu，所述检测单元用于接收并处理所述功率合成器输出的电磁波，并将所述电磁波经由所述模数转换器发送至所述发射mcu。
16.可选地，所述接收探管包括接收天线、射频放大器、混频器、低通滤波器、中频放大器、数字检波器、dsp控制器、数字频率合成器、第二晶振器及接收通讯单元；
17.射频放大器，分别连接所述接收天线和混频器，所述接收天线用于接收所述发射天线输出的电磁波，所述射频放大器用于将所述电磁波进行放大；
18.混频器，分别连接数字频率合成器和所述低通滤波器，所述数字频率合成器连接所述dsp控制器，所述数字频率合成器输出方波信号，所述混频器用于将所述方波信号和射频放大器放大后的电磁波进行混频并输出混频信号；
19.低通滤波器，分别连接所述混频器和所述中频放大器，所述低通滤波器用于将所述混频信号进行滤波并输出滤波信号，所述中频放大器用于将所述滤波信号放大；
20.数值检波器，分别连接所述中频放大器和所述dsp控制器，所述数值检波器用于将经由中频放大器放大的信号转化为数字化信号，并将所述数字化信号发送至所述dsp控制器；
21.第二晶振器，所述第二晶振器连接所述dsp控制器；
22.接收通讯单元，所述接收通讯单元连接所述dsp控制器，所述dsp控制器通过所述接收通讯单元与所述控制模块实现交互。
23.可选地，所述第一晶振器和所述第二晶振器均采用恒温晶振器。
24.可选地，所述发射天线采用偶极天线。
25.可选地，所述接收天线采用鞭状天线。
26.可选地，所述发射下井模块至少包括用于下井的提拉绳；所述接收下井模块至少电缆和升降部。
27.可选地，所述成像装置还包括深度计算模块，所述深度计算模块连接所述控制模块。
28.相比于现有技术，本实用新型具有如下有益效果：
29.1、在采用一发多收技术的同时，采用gnss模块作为启动时钟，可以根据需要采用gsp、北斗、glonass、galileo等卫星导航定位系统的任意一种，确保了发射探管和所述接收探管的时钟同步。
30.2、采用至少两个接收探管，并于接收探管的内部串联设置有电感滤波器，避免了下井后长电缆对于接收探管的信号影响，同时多个接收探管可以对地质三维空间的探测。
附图说明
31.图1为本实用新型中上位机的结构示意图；
32.图2为本实用新型的整体实施结构示意图；
33.图3为本实用新型中发射探管的结构示意图；
34.图4为本实用新型中上位机和至少两个接收探管连接的结构示意图。
35.附图标号说明：
36.1、上位机；11、控制模块；12、gnss模块；13、电源模块；14、通讯模块；141、wifi通讯单元；142、有线通讯单元；15、深度计算模块；2、发射探管；20、发射gnss单元；21、第一晶振器；22、dds信号源；23、射频驱动单元；24、功率合成器；25、发射wifi单元；26、发射天线；27、发射mcu；28、检测单元；29、模数转换器；3、接收探管；30、接收天线；31、射频放大器；32、混频器；33、低通滤波器；34、中频放大器；35、数字检波器；36、dsp控制器；37、数字频率合成器；38、第二晶振器；39、接收通讯单元；4、发射下井模块；5、接收下井模块；6、重锤。
37.本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
38.为了使本实用新型的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，下面结合附图及实施例对本实用新型中的技术方案进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
39.参见图1和图2，本实用新型提供了一种跨孔电磁波ct成像装置，包括上位机1，所述上位机1包括控制模块11、gnss模块12、电源模块13和通讯模块14，所述电源模块分别连接控制模块11、gnss模块12及通讯模块14并为其提供电源；
40.通讯模块14，其连接所述控制模块11，所述通讯模块14包括wifi通讯单元141和有线通讯单元142，所述wifi通讯单元141分别连接有发射探管2和所述控制模块11，所述发射探管2用于发射电磁波；所述有线通讯单元142分别连接有至少两个接收探管3和所述控制模块11，至少两个所述接收探管3均包含有至少两个电感滤波器串联，所述接收探管3用于接收所述电磁波；
41.gnss模块12，其连接所述控制模块11，所述gnss模块12用于分别向所述发射探管2和所述接收探管3提供同步信号。
42.本实施例中，所述上位机1内部包含有wifi通讯单元，可以通过移动端设备，例如手机、平板等对上位机进行操作控制，一方面避免了有线连接时，线路随意放置对场地空间的局限，另一方面远距离作业也提高了便利性和安全性。在使用时根据实际情况以及探测需求，可以先通过地质岩芯钻机对地表进行钻孔，为了更加精准的获取到地质三维空间数据，钻孔之间的间距要比较小，通常情况下根据实际情况而定，在5.5m～7.5m之间，钻孔的孔径大小控制在100mm～130mm之间，钻孔的深度在35m～55m范围内，为了避免对地质造成损坏，在钻孔过程中需要进行注水，利用水降低钻孔产生的延误和对地质的摩擦；
43.在实施时，通常钻取两个钻孔，其中一个钻孔作为发射探管2的发射孔，另一个孔放入串联的多个接收探管3，由于多个串联的接收探管3通过线缆串联，为了避免线缆长度对于接收探管3的信号影响，在接收探管3的内部设置多个串联的电感滤波器，减少了线缆长度所带来的问题；并且根据实际的需求从gnss模块12中选择gsp、北斗、glonass、galileo等卫星导航定位系统的任意一种，以确保在时钟功能实现在接收探管3和发射探管2的信号同步。
44.参见图2，可选地，所述成像装置还包括发射下井模块4和接收下井模块5，所述发射下井模块4分别连接所述控制模块11和所述发射探管2，所述发射下井模块4用于控制所述发射探管2下井；所述接收下井模块5分别连接所述控制模块11和所述接收探管3，所述接收下井模块5用于控制所述接收探管3下井。
45.本实施例中，所述发射下井模块4和接收下井模块5分别用于控制所述发射探管2和所述接收探管3的下井深度。其中，发射探管2的功能是向周围介质辐射电磁波，所述发射探管2通常包括发射机和钢管。发射机装在一个密封的无缝钢管之内，钢管的两端分别接发射天线26(上天线和下天线)。发射机结构分成内管和外管，内管上装有发射机整个电路，外管起密封防水作用；接收探管3的功能是接收介质中传播过来的电磁波，所述接收探管3也通常包括接收机和钢管。接收机装在一个密封的无缝钢管之内，它的下端接接收天线30，上端接电缆，经电缆与数据采集器相连，接收机结构也分成内管和外管，内管上装有接收机整个电路，外管起密封防水作用。
46.参见图3，可选地，所述发射探管2包括发射gnss单元20、第一晶振器21、dds信号源22、射频驱动单元23、功率合成器24、发射wifi单元25、发射天线26及发射mcu27；
47.发射gnss单元20，连接所述发射mcu27，用于输出启动时钟；
48.第一晶振器21，连接所述dds信号源22，用于输出调幅信号；
49.发射mcu27，分别连接所述发射wifi单元25和所述dds信号源22，所述发射mcu27通过所述发射wifi单元25与所述控制模块11实现交互，所述dds信号源22根据所述调幅信号输出正弦信号；
50.射频驱动单元23，分别连接所述dds信号源22和功率合成器24，所述射频驱动单元23根据需要将所述正弦信号输出为固定射频信号；
51.功率合成器24，连接所述发射天线26，其用于将所述固定射频信号合成和放大，并通过所述发射天线26输出电磁波。
52.本实施例中，所述发射探管2通过发射wifi单元25接收到所述wifi通讯单元141传递的启动时钟，所述发射mcu27控制所述dds信号源22输出正弦信号，所述正弦信号分别经由所述射频驱动单元23、功率合成器24及发射天线26能产生频率自o.535mhz至32.035mhz，频率间隔为0.1-9.9mhz的电磁波。
53.参见图3，可选地，所述发射探管2还包括检测单元28和模数转换器29；所述检测单元28连接所述功率合成器24，所述模数转换器29分别连接所述检测单元28和所述发射mcu27，所述检测单元用于接收并处理所述功率合成器24输出的电磁波，并将所述电磁波经由所述模数转换器29发送至所述发射mcu27。
54.本实施例中，采用检测单元28将输出的电磁波经处理后，发送至模数转换器29，模数转换器29用于输出数字信号，并将数字信号发送至发射mcu27，发射mcu27通过发射wifi单元25将数字信号传递至所述控制模块11，地面上的控制模块11可以了解发射探管2的发射频率和频率间隔，并控制调整发射探管2的电磁波。
55.参见图4，可选地，所述接收探管3包括接收天线30、射频放大器31、混频器32、低通滤波器33、中频放大器34、数字检波器35、dsp控制器36、数字频率合成器37、第二晶振器38及接收通讯单元39；
56.射频放大器31，分别连接所述接收天线30和混频器32，所述接收天线30用于接收
所述发射天线26输出的电磁波，所述射频放大器31用于将所述电磁波进行放大；
57.混频器32，分别连接数字频率合成器37和所述低通滤波器33，所述数字频率合成器37连接所述dsp控制器36，所述数字频率合成器37输出方波信号，所述混频器用于将所述方波信号和射频放大器31放大后的电磁波进行混频并输出混频信号；
58.低通滤波器33，分别连接所述混频器32和所述中频放大器34，所述低通滤波器33用于将所述混频信号进行滤波并输出滤波信号，所述中频放大器34用于将所述滤波信号放大；
59.数值检波器，分别连接所述中频放大器34和所述dsp控制器36，所述数值检波器用于将经由中频放大器34放大的信号转化为数字化信号，并将所述数字化信号发送至所述dsp控制器36；
60.第二晶振器38，所述第二晶振器38连接所述dsp控制器36；
61.接收通讯单元39，所述接收通讯单元39连接所述dsp控制器36，所述dsp控制器36通过所述接收通讯单元39与所述控制模块11实现交互。
62.本实施例中，所述接收探管3采用dsp控制器36，用于实现数字信号处理，提供特殊的dsp指令，可以用来实现各种数字信号处理算法。所述接收模块中的接收天线30用于接收所述发射天线26输出的电磁波，并经由所述射频放大器31、数字频率合成器37、混频解调器、低通滤波器33、中频放大器34及数字检波器35处理后，输出至dsp控制器36，所述dsp控制器36将接收的数字信号处理后通过接收通讯单元39传递至所述控制模块11，所述控制模块11根据dsp控制器36反馈的参数进行成像计算。
63.可选地，所述第一晶振器21和所述第二晶振器38均采用恒温晶振器。
64.本实施例中，采用恒温晶振器是利用恒温槽使晶体振荡器中石英晶体谐振器的温度保持恒定，将由周围温度变化引起的振荡器输出频率变化量削减到最小的晶体振荡器，在下井的过程中可以确保高精度振荡的同时，其小体积的特点也不会影响所述接收探管3和所述发射探管2的体积。
65.可选地，所述发射天线26采用偶极天线。
66.本实施例中，所述发射天线26采用偶极天线，偶极天线作为360度信号覆盖的全向天线，具有不同角度的发射夹角，满足发射需求。
67.可选地，所述接收天线30采用鞭状天线。
68.本实施例中，由于鞭状天线具有全方向性、结构简单等特点，通常用于作为接收天线30。
69.参见图2，可选地，所述发射下井模块4至少包括用于下井的提拉绳；所述接收下井模块5至少电缆和升降部。
70.本实施例中，所述发射探管2下井的提拉绳通常采用尼龙材质，尼龙在拉伸至3-6％时，弹性回复率可达100％，能经受上万次折挠而不断裂；另外，所述接收探管3为了实现在下井时的通信，因此采用电缆来确保拉力和电信号，所述升降部可以采用电缆绞车来控制接收探管3的下井深度，同时为了确保探管下井的过程中保持垂直，通常在下井的最末端连接设有重锤6。
71.参见图1和图4，可选地，所述成像装置还包括深度计算模块15，所述深度计算模块15连接所述控制模块11。
72.本实施例中，所述深度计算模块15通常采用光电编码器，所述光电编码器连接所述电缆绞车的电机，所述光电编码器用于将所述电机的输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量，并反馈给所述控制模块11，以实现下井深度的控制。
73.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。