專利名稱：淺地層裂隙孔洞探測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基礎(chǔ)地質(zhì)條件、地下埋體工程隱患、堤防險情等方面的探測儀器，它是以地下地層的電性差異為基礎(chǔ)，根據(jù)觀測到的地下人工或天然電場空間分布規(guī)律來探測地質(zhì)情況，為各項工程建設(shè)如設(shè)防工程、人防工程、高層建筑、地下鐵道、高速公路、橋梁港口、機場及河堤水壩等各類工程項目，提供經(jīng)濟、快速、準確可靠的地下勘察。
背景技術(shù)：
在高速發(fā)展的國防建設(shè)和國民經(jīng)濟建設(shè)中，基礎(chǔ)地質(zhì)條件探測是各項工程建設(shè)的前提，發(fā)現(xiàn)隱患險情是減災(zāi)防災(zāi)的關(guān)鍵。隨著設(shè)防工程、人防工程、高層建筑、地下鐵道、高速公路、橋梁港口、機場及河堤水壩等各類高標準工程項目的日益增多，環(huán)境地質(zhì)評價和監(jiān)測領(lǐng)域(諸如掩埋坑道口部、堤壩險情、山體滑坡、裂隙滲漏等)不斷擴大，要求經(jīng)濟、快速、準確可靠地完成各項設(shè)防工程地下勘察任務(wù)。電測方法則是解決上述問題的重要手段，它是以地下地層的電性差異為基礎(chǔ)，根據(jù)觀測到的地下人工或天然電場空間分布規(guī)律來解決地質(zhì)問題的。一般地，在地下具有一定規(guī)模的洞穴空間或斷層裂隙，未被地下水或其它物質(zhì)充填時，反映在電性上為高阻異常特征；反之，為低阻異常特征，圖1是電阻率法工作原理圖，圖中A、B為電源，M、N為電極。目前北京地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的DUK-1型電法探測系統(tǒng)，就是采用這種高密度電阻率法，探測淺地層地質(zhì)情況的。它主要是由主機、集中式電極轉(zhuǎn)換開關(guān)、電纜、電極和電源等組成。工作過程是電極在現(xiàn)場采集來的數(shù)據(jù)，送到主機中存儲，需要處理和顯示時，主機外接計算機，由計算機處理、成像顯示。它存在的問題是1、由于它采用集中式電極轉(zhuǎn)換開關(guān)，不但該轉(zhuǎn)換開關(guān)重量和體積龐大，而且它的每個采集端子帶一根電纜和十根電極，當(dāng)探測點多時，需要很多根電纜，導(dǎo)致整個儀器的體積龐大，不便攜帶，在復(fù)雜的條件下不易快速勘查；2、其主機僅能數(shù)據(jù)存儲，無自身處理功能不能現(xiàn)場處理，降低工作效率；3、所采集的數(shù)據(jù)單一，僅能電阻率測量，不便于地下情況進行準確的綜合分析。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可解決上述不足的淺地層裂隙孔洞探測儀。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的它是由主機、電極、電源組成，其特征是1、它還有分布式電極開關(guān)串型電纜，它通過串型電纜將若干個開關(guān)彼此連接成串。為解決由儀器主機發(fā)送來的指令信號的接收和自動選址問題，設(shè)計了一個傳送指令的接口電路。該電路采用串行輸出方式，主計算機將指令通過接口電路作串行變化，再經(jīng)過輸出電路作電平提升后形成DATA數(shù)據(jù)流、CLOCK時鐘及ENABLE功能，將SCI串行數(shù)據(jù)流輸出給每一個電極開關(guān)。該接口電路的特點是無需判斷每個開關(guān)盒自身號碼，只按排列順序而定其位置，從而達到了自動選址的目的。同時，分布式電極開關(guān)電氣結(jié)構(gòu)采用大規(guī)模集成電路技術(shù)，用貼片封裝技術(shù)加工，使單個開關(guān)體積減小到φ15×110mm。此外，研制出抗干擾的專用復(fù)合電纜，作為分布式電極的串型連接電纜。為解決電纜中同時存在有高壓供電線、測量線、數(shù)碼通訊線和電源線的線間相互嚴重干擾問題，線中設(shè)計了雙層屏蔽，其中AB供電線加鋁膜屏蔽，整個電纜為鋁膜加編裸線屏蔽。外皮采用抗老化聚丁晴氯材料，具有很高的絕緣度。這樣一來，使得電纜和電極轉(zhuǎn)換開關(guān)形成一體化，又是電纜，又是電極轉(zhuǎn)換開關(guān)，大大減少了系統(tǒng)的重量和體積；2、所說的主機選擇內(nèi)存大、數(shù)據(jù)處理快速的高性能工控機作為主處理器，并設(shè)計了與計算機并行口相關(guān)聯(lián)的控制采集接口電路，使計算機將控制指令通過并行口輸出至主控板，由主控板譯碼控制各部分工作，主控板將采集到的V、I信號通過接口送入計算機，由計算機進行運算、處理、成圖。
3、為實時顯示地電結(jié)構(gòu)的電阻率色譜圖，反演成像是本次研究中的一個重點，本發(fā)明應(yīng)用RES2DINV高密度電阻率資料反演程序，有效地解決了這一問題。它采用的是準牛頓優(yōu)化(Loke and Barker1996)最小二乘法技術(shù)，這種技術(shù)較常規(guī)最小二乘法的運算速度快10倍以上，并且可以調(diào)整阻尼系數(shù)和平滑濾波系數(shù)，以適應(yīng)不同模型的需要。
4、為適應(yīng)不同探測目標的需要，提高測量工作的精確度和分辨率，儀器增加了高密度雙頻激電法。該方法是通過測量二次場的頻散率來解決地質(zhì)問題的。要有效地測量到二次場的頻散率，必須解決高壓供電導(dǎo)線與測量導(dǎo)線之間的干擾問題，提高儀器的抗干擾能力。我們通過對儀器電路的改進和電子元件的優(yōu)化選擇，提高了儀器的測量精度和抗干擾能力，研制出的分布式電極開關(guān)和雙重屏蔽電纜，克服了線間干擾，從而使儀器能夠精確地測量到微弱的二次場，實現(xiàn)高密度雙頻激電測量功能。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點1、體積和重量大大縮小了，適應(yīng)各種復(fù)雜條件下現(xiàn)場作業(yè)，野外探測機動、靈活；2、主機由奔騰工控計算機板、大屏幕液晶顯示器、信息采集系統(tǒng)、電子矩陣開關(guān)、鍵盤、硬盤、軟盤和智能供電系統(tǒng)組成，裝在一個箱體內(nèi)。將計算機板與采集主板一體化設(shè)計，實現(xiàn)了高速采集、快速處理、實時顯示、網(wǎng)絡(luò)通訊、可視化操作，使現(xiàn)場信息采集、數(shù)據(jù)處理、資料解釋、成像圖示一體化，有效地提高了探測的準確性。


下面結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明。
圖1是電阻率法工作原理圖。
圖2是本發(fā)明的工作原理框圖。
圖3是本發(fā)明主機的連接原理示意圖。
圖4是電極轉(zhuǎn)換開關(guān)電氣結(jié)構(gòu)5是復(fù)合電纜結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
它是由主機、電極、電源和電纜組成，其特征是1、它還有分布式電極轉(zhuǎn)換開關(guān)，它通過串型電纜將若干個開關(guān)彼此連接成串，參見圖4、5，圖5中的復(fù)合電纜為9芯，A、B為供電線組，M、N為測量線組，也就是電極，1是內(nèi)層屏蔽層，2為外層屏蔽層，3為數(shù)據(jù)通訊絞線組，4為開關(guān)供電線組。為解決由儀器主機發(fā)送來的指令信號的接收和自動選址問題，設(shè)計了一個傳送指令的接口電路。該電路采用串行輸出方式，主計算機將指令通過接口電路作串行變化，再經(jīng)過輸出電路作電平提升后形成DATA數(shù)據(jù)流、CLOCK時鐘及ENABLE功能，將SCI串行數(shù)據(jù)流輸出給每一個電極開關(guān)。該接口電路的特點是無需判斷每個開關(guān)盒自身號碼，只按排列順序而定其位置，從而達到了自動選址的目的。同時，分布式電極開關(guān)電氣結(jié)構(gòu)采用大規(guī)模集成電路技術(shù)，用貼片封裝技術(shù)加工，使單個開關(guān)體積減小到φ15×110mm。此外，研制出抗干擾的專用復(fù)合電纜，作為分布式電極的串型連接電纜。為解決電纜中同時存在有高壓供電線、測量線、數(shù)碼通訊線和電源線的線間相互嚴重干擾問題，線中設(shè)計了雙層屏蔽，其中AB供電線加鋁膜屏蔽，整個電纜為鋁膜加編裸線屏蔽。外皮采用抗老化聚丁晴氯材料，具有很高的絕緣度。這樣一來，使得電纜和電極轉(zhuǎn)換開關(guān)形成一體化，又是電纜，又是開關(guān)，大大減少的重量和體積；2、所說的主機選擇內(nèi)存大、數(shù)據(jù)處理快速的高性能工控機作為主處理器，并設(shè)計了與計算機并行口相關(guān)聯(lián)的控制采集接口電路，使計算機將控制指令通過并行口輸出至主控板，由主控板譯碼控制各部分工作，主控板將采集到的V、I信號通過接口送入計算機，由計算機進行運算、處理、成圖。
3、為實時顯示地電結(jié)構(gòu)的電阻率色譜圖，反演成像是本次研究中的一個重點，我們應(yīng)用RES2DINV高密度電阻率資料反演程序，有效地解決了這一問題。它采用的是準牛頓優(yōu)化(Loke and Barker1996)最小二乘法技術(shù)，這種技術(shù)較常規(guī)最小二乘法的運算速度快10倍以上，并且可以調(diào)整阻尼系數(shù)和平滑濾波系數(shù)，以適應(yīng)不同模型的需要。
4、為適應(yīng)不同探測目標的需要，提高測量工作的精確度和分辨率，儀器增加了高密度雙頻激電法。該方法是通過測量二次場的頻散率來解決地質(zhì)問題的。要有效地測量到二次場的頻散率，必須解決高壓供電導(dǎo)線與測量導(dǎo)線之間的干擾問題，提高儀器的抗干擾能力。我們通過對儀器電路的改進和電子元件的優(yōu)化選擇，提高了儀器的測量精度和抗干擾能力，研制出的分布式電極開關(guān)和雙重屏蔽電纜，克服了線間干擾，從而使儀器能夠精確地測量到微弱的二次場，實現(xiàn)高密度雙頻激電測量功能。
權(quán)利要求
1.一種淺地層裂隙孔洞探測儀，它是由主機、電極、電源和電纜組成，其特征是(1)、它還有分布式電極轉(zhuǎn)換開關(guān)，它通過串型電纜將若干個開關(guān)彼此連接成串。(2)、所說的主機選擇工控機作為主處理器，計算機與采集主板一體化，并設(shè)計了與計算機并行口相關(guān)聯(lián)的控制采集接口電路，使計算機將控制指令通過并行口輸出至主控板，由主控板譯碼控制各部分工作，主控板將采集到的V、I信號通過接口送入計算機，由計算機進行運算、處理、成圖。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種淺地層裂隙孔洞探測儀，所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有的同類探測儀設(shè)備繁多、重量重、體積大，信息采集和數(shù)據(jù)處理慢，不利現(xiàn)場快速探測和準確分析地下地質(zhì)情況。本發(fā)明的要點是它采用分布式電極轉(zhuǎn)換開關(guān)，通過串型電纜將若干個開關(guān)彼此連接成串，這樣分布式電極開關(guān)盒與串型電纜合為一體。主機采用工控機，計算機與采集主板一體化，不但能存儲數(shù)據(jù)，還能在現(xiàn)場處理數(shù)據(jù)和成像，本發(fā)明的積極效果是信息采集、電子開關(guān)、數(shù)據(jù)處理和智能供電有機地綜合為一體，體積和重量大大縮小了；主機采用工控機，可實時信息采集、數(shù)據(jù)處理、資料分析、成像圖示，提高了勘查效率和精度，本發(fā)明適合于淺地層裂隙孔洞的各類地質(zhì)勘查。
文檔編號G01V3/38GK1680828SQ20041002123
公開日2005年10月12日 申請日期2004年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月6日
發(fā)明者龍凡, 宋長青, 韓天成, 楊旭升, 劉羽, 連德宗, 劉成偉, 趙寶民, 周強 申請人:中國人民解放軍沈陽軍區(qū)司令部工程科研設(shè)計所