专利名称：浅地层裂隙孔洞探测仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及基础地质条件、地下埋体工程隐患、堤防险情等方面的探测仪器，它是以地下地层的电性差异为基础，根据观测到的地下人工或天然电场空间分布规律来探测地质情况，为各项工程建设如设防工程、人防工程、高层建筑、地下铁道、高速公路、桥梁港口、机场及河堤水坝等各类工程项目，提供经济、快速、准确可靠的地下勘察。
背景技术：
在高速发展的国防建设和国民经济建设中，基础地质条件探测是各项工程建设的前提，发现隐患险情是减灾防灾的关键。随着设防工程、人防工程、高层建筑、地下铁道、高速公路、桥梁港口、机场及河堤水坝等各类高标准工程项目的日益增多，环境地质评价和监测领域(诸如掩埋坑道口部、堤坝险情、山体滑坡、裂隙渗漏等)不断扩大，要求经济、快速、准确可靠地完成各项设防工程地下勘察任务。电测方法则是解决上述问题的重要手段，它是以地下地层的电性差异为基础，根据观测到的地下人工或天然电场空间分布规律来解决地质问题的。一般地，在地下具有一定规模的洞穴空间或断层裂隙，未被地下水或其它物质充填时，反映在电性上为高阻异常特征；反之，为低阻异常特征，图1是电阻率法工作原理图，图中A、B为电源，M、N为电极。目前北京地质仪器厂生产的DUK-1型电法探测系统，就是采用这种高密度电阻率法，探测浅地层地质情况的。它主要是由主机、集中式电极转换开关、电缆、电极和电源等组成。工作过程是电极在现场采集来的数据，送到主机中存储，需要处理和显示时，主机外接计算机，由计算机处理、成像显示。它存在的问题是1、由于它采用集中式电极转换开关，不但该转换开关重量和体积庞大，而且它的每个采集端子带一根电缆和十根电极，当探测点多时，需要很多根电缆，导致整个仪器的体积庞大，不便携带，在复杂的条件下不易快速勘查；2、其主机仅能数据存储，无自身处理功能不能现场处理，降低工作效率；3、所采集的数据单一，仅能电阻率测量，不便于地下情况进行准确的综合分析。

发明内容
本发明的目的在于提供一种可解决上述不足的浅地层裂隙孔洞探测仪。
本发明的目的是这样实现的它是由主机、电极、电源组成，其特征是1、它还有分布式电极开关串型电缆，它通过串型电缆将若干个开关彼此连接成串。为解决由仪器主机发送来的指令信号的接收和自动选址问题，设计了一个传送指令的接口电路。该电路采用串行输出方式，主计算机将指令通过接口电路作串行变化，再经过输出电路作电平提升后形成DATA数据流、CLOCK时钟及ENABLE功能，将SCI串行数据流输出给每一个电极开关。该接口电路的特点是无需判断每个开关盒自身号码，只按排列顺序而定其位置，从而达到了自动选址的目的。同时，分布式电极开关电气结构采用大规模集成电路技术，用贴片封装技术加工，使单个开关体积减小到φ15×110mm。此外，研制出抗干扰的专用复合电缆，作为分布式电极的串型连接电缆。为解决电缆中同时存在有高压供电线、测量线、数码通讯线和电源线的线间相互严重干扰问题，线中设计了双层屏蔽，其中AB供电线加铝膜屏蔽，整个电缆为铝膜加编裸线屏蔽。外皮采用抗老化聚丁晴氯材料，具有很高的绝缘度。这样一来，使得电缆和电极转换开关形成一体化，又是电缆，又是电极转换开关，大大减少了系统的重量和体积；2、所说的主机选择内存大、数据处理快速的高性能工控机作为主处理器，并设计了与计算机并行口相关联的控制采集接口电路，使计算机将控制指令通过并行口输出至主控板，由主控板译码控制各部分工作，主控板将采集到的V、I信号通过接口送入计算机，由计算机进行运算、处理、成图。
3、为实时显示地电结构的电阻率色谱图，反演成像是本次研究中的一个重点，本发明应用RES2DINV高密度电阻率资料反演程序，有效地解决了这一问题。它采用的是准牛顿优化(Loke and Barker1996)最小二乘法技术，这种技术较常规最小二乘法的运算速度快10倍以上，并且可以调整阻尼系数和平滑滤波系数，以适应不同模型的需要。
4、为适应不同探测目标的需要，提高测量工作的精确度和分辨率，仪器增加了高密度双频激电法。该方法是通过测量二次场的频散率来解决地质问题的。要有效地测量到二次场的频散率，必须解决高压供电导线与测量导线之间的干扰问题，提高仪器的抗干扰能力。我们通过对仪器电路的改进和电子元件的优化选择，提高了仪器的测量精度和抗干扰能力，研制出的分布式电极开关和双重屏蔽电缆，克服了线间干扰，从而使仪器能够精确地测量到微弱的二次场，实现高密度双频激电测量功能。
本发明与现有技术相比，具有以下优点1、体积和重量大大缩小了，适应各种复杂条件下现场作业，野外探测机动、灵活；2、主机由奔腾工控计算机板、大屏幕液晶显示器、信息采集系统、电子矩阵开关、键盘、硬盘、软盘和智能供电系统组成，装在一个箱体内。将计算机板与采集主板一体化设计，实现了高速采集、快速处理、实时显示、网络通讯、可视化操作，使现场信息采集、数据处理、资料解释、成像图示一体化，有效地提高了探测的准确性。


下面结合附图进一步说明本发明。
图1是电阻率法工作原理图。
图2是本发明的工作原理框图。
图3是本发明主机的连接原理示意图。
图4是电极转换开关电气结构5是复合电缆结构示意图。
具体实施例方式
它是由主机、电极、电源和电缆组成，其特征是1、它还有分布式电极转换开关，它通过串型电缆将若干个开关彼此连接成串，参见图4、5，图5中的复合电缆为9芯，A、B为供电线组，M、N为测量线组，也就是电极，1是内层屏蔽层，2为外层屏蔽层，3为数据通讯绞线组，4为开关供电线组。为解决由仪器主机发送来的指令信号的接收和自动选址问题，设计了一个传送指令的接口电路。该电路采用串行输出方式，主计算机将指令通过接口电路作串行变化，再经过输出电路作电平提升后形成DATA数据流、CLOCK时钟及ENABLE功能，将SCI串行数据流输出给每一个电极开关。该接口电路的特点是无需判断每个开关盒自身号码，只按排列顺序而定其位置，从而达到了自动选址的目的。同时，分布式电极开关电气结构采用大规模集成电路技术，用贴片封装技术加工，使单个开关体积减小到φ15×110mm。此外，研制出抗干扰的专用复合电缆，作为分布式电极的串型连接电缆。为解决电缆中同时存在有高压供电线、测量线、数码通讯线和电源线的线间相互严重干扰问题，线中设计了双层屏蔽，其中AB供电线加铝膜屏蔽，整个电缆为铝膜加编裸线屏蔽。外皮采用抗老化聚丁晴氯材料，具有很高的绝缘度。这样一来，使得电缆和电极转换开关形成一体化，又是电缆，又是开关，大大减少的重量和体积；2、所说的主机选择内存大、数据处理快速的高性能工控机作为主处理器，并设计了与计算机并行口相关联的控制采集接口电路，使计算机将控制指令通过并行口输出至主控板，由主控板译码控制各部分工作，主控板将采集到的V、I信号通过接口送入计算机，由计算机进行运算、处理、成图。
3、为实时显示地电结构的电阻率色谱图，反演成像是本次研究中的一个重点，我们应用RES2DINV高密度电阻率资料反演程序，有效地解决了这一问题。它采用的是准牛顿优化(Loke and Barker1996)最小二乘法技术，这种技术较常规最小二乘法的运算速度快10倍以上，并且可以调整阻尼系数和平滑滤波系数，以适应不同模型的需要。
4、为适应不同探测目标的需要，提高测量工作的精确度和分辨率，仪器增加了高密度双频激电法。该方法是通过测量二次场的频散率来解决地质问题的。要有效地测量到二次场的频散率，必须解决高压供电导线与测量导线之间的干扰问题，提高仪器的抗干扰能力。我们通过对仪器电路的改进和电子元件的优化选择，提高了仪器的测量精度和抗干扰能力，研制出的分布式电极开关和双重屏蔽电缆，克服了线间干扰，从而使仪器能够精确地测量到微弱的二次场，实现高密度双频激电测量功能。
权利要求
1.一种浅地层裂隙孔洞探测仪，它是由主机、电极、电源和电缆组成，其特征是(1)、它还有分布式电极转换开关，它通过串型电缆将若干个开关彼此连接成串。(2)、所说的主机选择工控机作为主处理器，计算机与采集主板一体化，并设计了与计算机并行口相关联的控制采集接口电路，使计算机将控制指令通过并行口输出至主控板，由主控板译码控制各部分工作，主控板将采集到的V、I信号通过接口送入计算机，由计算机进行运算、处理、成图。
全文摘要
本发明提供了一种浅地层裂隙孔洞探测仪，所要解决的技术问题是现有的同类探测仪设备繁多、重量重、体积大，信息采集和数据处理慢，不利现场快速探测和准确分析地下地质情况。本发明的要点是它采用分布式电极转换开关，通过串型电缆将若干个开关彼此连接成串，这样分布式电极开关盒与串型电缆合为一体。主机采用工控机，计算机与采集主板一体化，不但能存储数据，还能在现场处理数据和成像，本发明的积极效果是信息采集、电子开关、数据处理和智能供电有机地综合为一体，体积和重量大大缩小了；主机采用工控机，可实时信息采集、数据处理、资料分析、成像图示，提高了勘查效率和精度，本发明适合于浅地层裂隙孔洞的各类地质勘查。
文档编号G01V3/38GK1680828SQ20041002123
公开日2005年10月12日 申请日期2004年4月6日 优先权日2004年4月6日
发明者龙凡, 宋长青, 韩天成, 杨旭升, 刘羽, 连德宗, 刘成伟, 赵宝民, 周强 申请人:中国人民解放军沈阳军区司令部工程科研设计所