一种圆形电极供电的地下异常体检测装置

技术领域

本发明属于建筑施工前进行异常体的探测和评估的专用仪器技术领域，尤其涉及一种圆形电极供电的地下异常体检测装置。

背景技术

本装置是利用电阻率法进行异常体勘探的，电阻率法是以地层中的成分导电性不同为基础，通过观察和分析人工建立的地层中电场分布的规律，进而解决一系列地质问题的电法勘探方法。可以用来探测油层中的采空区，测定地下水的分布，以及建筑物地基的断层。国内外利用电阻率法进行了堤坝渗漏探测，地下找水，隧道开挖前的地质探测，但是现在所用的电阻率法对小的异常体反应不够灵敏， 数据分析相对复杂，采用了势电阻率来代替代替真实电阻率，存在很大的误差，并不能准确的反应出地质体的电阻率，其测量的结果受地表条件和气候的因素比较大，造成测量结果存在很大的干扰。本装置利用圆形电极供电，可以产生更加规范的电场，抗干扰能力强，对异常体的反应更加灵敏，计算速度快，能准确的确定异常体所在位置。

发明内容

针对现有技术存在的不足之处，本发明一种圆形电极供电的地下异常体检测装置，采用圆形的供电系统，使电场的分布更加规律化，可以更加清楚的查明异常体所在的位置，进而分析该地的岩性，地下水分布情况。

一种圆形电极供电的地下异常体检测装置，主要由四个子系统组成：供电系统、电压采集系统、上位机控制系统、数据处理系统，系统的原理图如图1所示。

供电系统主要由一个棒状电极、一个圆形电极以及电源组成，圆形电极形状如图2所示，圆形电极是由单芯铜导线剥皮后围成大圆形制成的，电源可以用稳定的直流源给电极供电，也可以用发射电路板给电极供电，发射电路产生的阶跃信号能更多的反应地层信息，圆形电极和棒状电极可以作为正极或者负极。

电压采集系统是由阵列电极、导线、采集电路板组成把阵列电极布置在圆形供电电极所在的区域中，按顺序把阵列电极从左往右，从上到下编号，用导线把阵列电极的一端连到采集电路板的p口，把采集电路板所有的n口用跳线帽跳在一起，把供电电极的负极用导线连接到采集电路板的n口。采集电路板采用的是ads1274芯片，24位采集精度，误差在微安级别，交流供电时采用的采样频率是1000Hz或4000Hz，直流供电时采样频率100Hz，每次采集1600个时刻的数据。

上位机控制系统主要作用是发送采集指令和对采集到电压的接收，在上位机界面可以选择每次采集的时间间隔、采集次数、串口的选择，采集电路板收到指令后就开始采集1600个数据，然后通过usb转串口数据线，把采集到的电压信息传到上位机，完成一次采集，然后等待下一次采集指令；同时上位机还简单的绘制出各路电压值随时间的变化趋势，并分别把不同路采集到的电压值存到txt文件中，为进一步的处理做准备。

数据处理系统主要是对上位机控制系统接收到的电压值进行处理，由于数据量太大，所以需要用专用的作图软件matlab对数据进行处理，其中主要包括对不同电极接收到的1600个数求取平均值，把不同位置的电位值组成一个矩阵，用matlab画出不同时间的等高线图，根据等高线分布异常点找出异常体所在的位置，并把改点的数据进行进一步的分析，找出异常体更精确地信息。

一种圆形电极供电的地下异常体检测装置，采用圆形的供电电极，可以极大的增加供电电极与地面的接触，从而可以使电场的分布更加的规律，清楚的看出电场的分布；采用两种供电方式，如果只需要检测是否具有异常体，可以只采用直流供电，根据稳定时的电场分布就可以找出异常体所在的大概位置，如果需要知道异常体的深度，异常体的具体大小和具体平面位置，就需要通入阶跃信号，根据直流场和阶跃信号产生的场进行综合分析，精确地算出异常体的具体信息。

附图说明

图1是本发明的原理图；

图2是供电电极和阵列电极的布置图；

图3是采集到的有异常体和无异常体做差后的等高线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体数据处理实例、最佳实施方式对本发明作进一步说明，但本发明所要保护的范围并不限于此。

一种圆形电极供电的地下异常体检测装置，其测量步骤为：

步骤一：供电电极的布置，把圆形电极埋在土壤中，再把棒状电极插在圆形电极圆心处的土壤中，可以浇少量的水减少电极和土壤的接触电阻，棒状电极和圆形电极再与供电电源的正极或者负极相连。

步骤二：阵列电极的布置，这里以25个阵列电极为例，阵列电极采用5×5的方阵布置，把25个阵列电极放在圆形电极内，按阵列顺序标号，并埋入土壤中。

步骤三：通过导线把25路信号连到采集电路板上，25路信号依次连接到采集电路板的P1-P25引脚上，用导线把采集电路板的N1-N25引脚短接到一起，并与供电电极的负极连接在一起。

步骤四：接通电源，通过上位机给采集板发射采集信号，设定上位机的端口，设定采集的间隔时间，采集次数，启动上位机软件，采集板收到上位机发送的采集信号后，会连续采集1600个时间点的电压，每次的时间间隔是1ms，上位机会对每次采集到的1600个点进行求平均值处理，并按顺序把25路信号保存到一个txt文件夹中，需要多采集几次数据，减小实验的误差，同时每次采集到的1600个时间点的数据也存到一个txt文件中，作进一步的处理。

步骤五：对采集到的电压值进行处理，用MATLAB把采集到的电压值进行处理，用matlab画出25路电压采集到电压值的等高线图，根据等高线图找出异常体所在的位置，可以知道此装置在均匀导体中的等高线图，可以把采集到的数据与均匀导体中的电压值相减再画等高线，可以更清楚的反应电压异常的位置如图3。