一种阵列感应探测地下低阻体的探测系统模型的制作方法

本发明属于地下探测、地球物理领域，尤其涉及一种阵列感应探测地下低阻体的探测系统模型。

背景技术：

现有高密度电法仪的测量方式，针对某一地点进行深度测量，由两个发射两个接收电极组成，可以测量其电位、电流信息，计算出该位置的电阻率，自然电位等信息，也可以整体移动测量收发装置，测量某一深度的剖面信息，该仪器的不足之处，测量参数需要不断跟随实际情况调整，仪器移动比较麻烦，探测结果有一定的偶然性，电极数量少，获得的数据有限。

多同性源电极阵列电阻率的地下工程超前探测方法及系统。该探测系统采用a为供电正极，b为供电负极，测量阵列电极的电势，来进行地下介质信息的提取，需要反复测量来减小偶然误差。

阵列电极系成象测井系统，用于地球物理石油测井测量电位梯度信号，计算电阻率剖面成像，进而判断油气水层，但是此发明局限性在于每次只能测出一条电阻率曲线，实验实施困难，需要调整许多参数。

现有的探测系统，在地下施工建造中，遇到地下水抽不尽的问题，无法确定渗水位置以及地下水体的位置，增加了施工难度。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的问题，本发明一种阵列感应探测地下低阻体的探测系统模型，基于现实中施工现场需要，改变其中相应的参数，利用简单易行的模型模拟出施工现场的复杂情况，根据实验数据进行作图、分析等方式，加以对比，进行施工现场的情况进行推断，确定地下情况，减少了现场施工的诸多麻烦，在建造地下空间或者地基时，遇到地下水难以彻底抽尽的问题，能够快速找到渗水的位置，减少不必要的地下幕墙工程，降低施工难度。

一种阵列感应探测地下低阻体的探测系统模型分为三部分，第一部分为电极板，采用了8*8阵列电极，阵列大小设置为8*8的64个接收电极阵列，并在板上设置出参考电极和发射电极位置，发射电极位置根据实验模型需要进行位置选定，可以在水体中上、下移动，也可以在接收电极板某个水平位置固定，发射电极、接收电极和参考电极本身采用直径3mm铝材质电极，长度为5cm，并用热熔胶棒粘合在电极板上。

第二部分采集系统部分由64路电路选8路的选通板和采用stm32设计的8路采集板构成。

第三部分为发射板部分，采集板给发射板提供5v启动电源，再由外部主电源提供发射电压，工作时发射板接收到采集提供的信号并产生正向导通，正向关断，反向导通和反向关断的电压信号，输送到电极板的正、负发射电极位置。

电极板上将接收电极以阵列形式排开（8*8），间距5cm矩形阵列。发射电极和参考电极可以改变位置，并将所有电极连接到选通板对应的位置，再将发射电极连接到发射板上，再将选通板引出八路选通信号连接到采集板；并且将采集板的gnd和选通板的gnd连接，发射板发射极一端和采集板的n共地，发射板可由采集板供vcc5电压启动电路，由外接主电源提供给发射板电压，主电源电压大小可调。再将选通板和采集板与上位机电脑相连，有上位机采集软件控制采集开始和采集结束。发射板的开始供电由采集板信号控制。

在连接好所有电路以后，打开上位机软件，开启选通板、采集板以及主电源，调整电源电压到需要的电压值，一般供电在0v到8v之间，电压值可以根据实际实验模型进行大小调整，之后开始电位信息采集，所采集数据由上位机自动建立文件夹储存到64个txt文件中，并且由上位机软件计算出每个电极上采集的1600个数据，取平均值存储64个数据到另外一个txt文件。

一种阵列感应探测地下低阻体的探测系统模型，可以改变相应的正、负以及参考电极相应的位置，获取不同的电位信息，也可以改变模型中水体的电阻率以及局部放置低阻体等，通过控制变量的手段，获取不同的信息，用来对应现实中复杂的地形情况。该探测模型可以比较容易模拟出实际施工现场坑基渗漏的复杂情况，通过模型实验得出的结果和实际现场的数据进行对比，可以更准确的找出地下情况。

附图说明

图1是本发明阵列接收电极排布方式示意图；

图2是本发明系统整体框架示意图；

图3是本发明实验初级接收的8个电极作图结果；

图4是二维电位等高线模拟图；

图5是各板电路部分连接图。

具体实施方式

下面结合实例附图对本发明的具体实施方式进行进一步详细说明。

一种阵列感应探测地下低阻体的探测系统模型，可以改变模型的电阻率，用来对应现实施工坑基的复杂状态。也可以改变收、发电极的相对位置，以及异常体的相对位置，对实际情况进行跟准确测量。传统的电极收发系统接收电极数量少，对于地下异常体不容易精确定位。传统高密度电法测深仪器中，接收电极通常排列为以列（和发射电极在一条直线上），本实验模型系统，采用8*8阵列电极，对于地下介质的信息采集更加丰富，定位更加准确，减小误差，模型灵活多变，适应性好，发射电极可以自由移动，放置在阵列电极周围或者中心位置，也可以在水下某一深度放置，电极引出线以行为单位，接入选通电路板。

传统电极电法探测装置可以选择测深和剖面模式，测量单一，探测方式复杂，需要不断移动装置，修改探测参数等，本实验模型，可以将装置参数固定，整体移动，不需要修改参数，直接对阵列电极下方的异常介质进行探测，数据量比较充足，测量准确度较高。

附图2中由发射板、选通板、采集板和电极板以及主电源组成，加上上位机形成一套独立的水下异常体采集系统模型，改变其中的电压参数或者水下异常体，进行不同的模拟实验，可以高效的进行对施工现场模拟，得出有商用价值的地下信息。

附图3为采集到的主电源供电6v，周期为1600ms正向导通，关断，反向导通，关断的周期电压信号，图中显示阵列电极的第一列数据波形情况。

附图4利用matlab软件，对电位二维信息分布进行的迭代，由高斯迭代算法计算出，单边供电100v时的二维点位分布图，分别为立体等高图，和二维图。

发射信号电压值、周期以及发射电极的大小尺寸等可以调整，多组实验结果进行模拟实验。64个接收电极依次连接在选通电路板上，再有选通电路板连接八路采集板，进行和上位机通讯，实时采集传输电位信号，发射电极连接在发射板上，由采集板提供开关信号，控制发射板发射周期性电位信号，每一个完整周期数据采集，可储存十万数据，利用计算机的数据处理能力得出相应的图像结果。根据有限差分迭代算法，可以理论计算出，在均匀介质中阵列电极的二维平面剖面电位分布的等高线。用于和实验模型结果进行对比分析。

技术特征：

1.一种阵列感应探测地下低阻体的探测系统模型，其特征在于：第一部分为电极，阵列大小设置为8*8的64个接收电极阵列，并在板上设置出参考电极和发射电极位置，发射电极、接收电极和参考电极本身采用直径3mm铝材质电极，长度为5cm，并用热熔胶棒粘合在电极板上；

第二部分采集系统部分由64路电路选8路的选通板和采用stm32设计的8路采集板构成；

第三部分为发射板部分，采集板给发射板提供5v启动电源，再由外部主电源提供发射电压，工作时发射板接收到采集板提供的信号并产生正向导通，正向关断，反向导通和反向关断的电压信号，输送到电极板的正、负发射电极位置；

电极板上将接收电极以8*8阵列形式排开，间距5cm矩形阵列；发射电极和参考电极可以改变位置，将所有电极连接到选通板对应的位置，再将发射电极连接到发射板上，将选通板引出八路选通信号连接到采集板；并且将采集板的gnd和选通板的gnd连接，发射板发射极一端和采集板的n共地，发射板可由采集板供vcc5电压启动电路，再由外接主电源提供给发射板电压，主电源电压大小可调；再将选通板和采集板与上位机电脑相连，有上位机采集软件控制采集开始和采集结束；发射板的开始供电由采集板信号控制。

技术总结
一种阵列感应探测地下低阻体的探测系统模型，主要由电极板、采集系统和发射板三个部分组成，能够基于现实中施工现场需要，改变其中相应的参数，利用简单易行的模型模拟出施工现场的复杂情况，根据实验数据进行作图、分析等方式，加以对比，进行施工现场的情况进行推断，确定地下情况，减少了现场施工的诸多麻烦，在建造地下空间或者地基时，遇到地下水难以彻底抽尽的问题，能够快速找到渗水的位置，减少不必要的地下幕墙工程，降低施工难度。

技术研发人员：沈建国;钱冬冬
受保护的技术使用者：天津大学青岛海洋技术研究院
技术研发日：2018.12.25
技术公布日：2020.07.03