CN101419294B - 一种多通道测量电极转换器及其测量方法 - Google Patents

Abstract

一种多通道测量电极转换器，由电缆部分、转换器部分以及电法接收机部分等组成，该发明解决了多通道电法勘探仪器测量时人工反复移动测量电极的劳动强度，既可以实现多通道测量电极同时转换，也可以实现多通道滚动测量，测量电极间可以任意转换，根据不同的测量装置类型和测量方式进行多种变换，充分发挥多通道电法勘探设备测量速度快的特点，只通过电极转换开关的调整，就可完成测量电极的移动，避免了人工移动测量电极的重复劳动，大大节省了人力和时间，在提高了电法勘探的工作效率同时，由于采用屏蔽电缆，还能有效防止人工场源对测量电极的干扰。

Description

一种多通道测量电极转换器及其测量方法

技术领域

本发明是涉及地球物理勘探领域短导线电法勘探用测量电极转换器。

背景技术

电法勘探是地球物理勘探领域的一个重要分支，大功率电法勘探是探测地下深部矿体与深层地下水资源的有效手段。为了提高野外电法勘探的工作效率和数据采集速度，国内引进大量的大功率、多通道电法勘探设备，有效提高了勘探的工作效率。

然而，与浅层高密度电法不同，作为普通电法勘探的一个分支，高密度电法的仪器主要由电极转换器和电法接收机两部分组成，发射机采用电瓶供电，发射功率小，探测地下深度一般小于100米，主要用于解决浅层工程地质问题，因此高密度电法仪的发射机和接收机设计成一体的，野外工作时需要先将待测量的电极和电缆一次性布置完毕，测量电极最多要布置近200根，加上测量所需的电缆，实际开始测量前的准备工作是一项耗时和繁重的工作，测量采用单通道测量方式，每测量一次，通过计算机控制实现电极之间的相互转换，且测量极距相对较小，通常在1-20米之间，目前高密度电法受布极方式的限制，供电与测量均采用相同的金属电极，由于金属电极普遍具有一定的极化作用，因此不能进行时间域激发极化测量。对于目前国内引进的大功率、多通道、多功能电法勘探设备，可以根据工作需要完成普通电法勘探中的时间域和频率域激发极化、可控源电磁法等多种电法勘探工作，常规有4-8个电场测量通道，多的有16个电场测量通道同时进行测量，由于发射功率较大，最大有30千瓦，发射机与接收机是分离的，属于短导线测量方式，供电电极采用金属电极，测量电极采用不极化电极，因而提高了信号的观测强度和观测精度，该类仪器主要用于解决地下几百米-上千米的地质问题。就接收机而言，由于电场测量电极间距，通常在20-100米左右，以测量间距为50米进行普通电法测量为例，应用8通道接收机，每次电场测量常规要布设9根，最长450米的电线，测量完一次，需要9个人次重新收线和布线，并移动接收机，因此消耗大量的人员劳动和时间，降低了野外勘探的工作效率。

发明内容

本发明提供了一种多通道测量电极转换器。为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：

一种多通道测量电极转换器，包括供电电极、测量电极、电缆部分、转换器以及电法接收机部分组成，其特征在于：

所述的转换器设有输入端口、输出端口、多组电极转换开关以及二个切换开关，所述输入端口连接电缆部分与电极转换开关，所述输出端口连接电极转换开关与接收机；所述电缆部分由多节电缆组成，每节电缆中包括有屏蔽线和多根电缆芯线；所述每组电极转换开关的数量与电缆的节数和电缆芯线数量相等；所述二个切换开关其中之一分别连接两组电极转换开关与输出端口，另一切换开关连接其中一组的电极转换开关，通过切换开关的转换，可以实现两组电极转换开关之间的断开和连通。

所述电极转换开关为一刀多掷波段开关，其中设有一空挡位；所述一刀多掷波段开关上设有一个动触点和多个静触点，每个静触点分别与所述输入端口中的相对应的导线连接，多个静触点中有一个静触点不与任何导线连接。

所述每节电缆按照一定顺序进行编号，每套电缆数量为电法接收机最大测量通道数量加1，每节电缆两端分别设有插头和插座，所述插头或插座为金属外壳，所述电缆中的每根芯线在插头和插座上都有一个静触点，通过插头和插座使相邻电缆芯线与所述具有金属外壳的插头或插座相连接，所述每节电缆中与电缆编号相对应的其中一根电缆芯线与所述插头或插座的金属外壳并联连接，测量电极导线与插头或插座的金属外壳连接。

该多通道测量电极转换器具有以下有益效果：

(1)上述三部分组成的测量电极转换器，适用于多通道电法接收机进行电场测量，以16通道电法接收机为例，通过调节电极转换开关X1-X17和Y1-Y17以及切换开关Q1、Q2，测量电极间可以相互组合转换，通过与大功率发射机的供电电极的配合，可以完成普通电法中的单极-单极、单极-偶极、偶极-偶极、中间梯度等多种测量方式，与磁探头配合还可以完成天然场音频大地电磁法和可控源音频大地电磁法的测量工作。调节开关所需的时间只有几秒钟即可完成，既减少了传统人工移动测量电极的次数，同时也节省了测量工作的时间，提高了原有工作效率的4-8倍或以上。

(2)上述的测量电极转换器，由于完全采用机械式控制，不存在电能消耗问题，测量电极转换过程中稳定可靠，野外易于维护和修理，而对于利用微机控制电极转换器，如高密度电法仪器，除了方法功能不完全一样外，电能损耗、计算机和电子元器件的稳定性、野外维护修理都可能给野外工作带来影响。

(3)利用上述测量电极转换器，可以实现测量电极的滚动测量。以偶极-偶极测深方式为例，使用16通道电法接收机，从起点位置开始，沿测线先布设一套17条测量电缆线，并按顺序连接，如为D1、D2、D3...D17，使每条电缆线的插头或插座朝向测量起始点位置，同时将待测量电极M1、M2、M3...M17一端接地，另一端通过导线用金属夹子分别连接在相对应的电缆金属插头或插座上，然后将末端的电缆，如D17，与转换器R1相连接，接收机置于位置1(见图1)，其中D1-D17为测量电缆，M1-M17为不极化测量电极，A、B为供电电极，a为测量电极间距，n为电极关系系数，H为转换插头，将电极转换开关X1-X17，根据对应的电缆编号D1-D17，分别旋转至与电缆编号相同的波段位置，如X1与D1对应则旋转至1波段(即1号静触点位置)，其它依次类推，将电极转换开关Y1-Y17旋转至18波段(空挡位)，将Q1旋转至1波段(即1掷①状态)，将Q2旋转至2波段(即2掷②状态)(见图3、4)。供电电极A、B位于测量电极M1以外距供电电极B为na的位置，发射机供电后，接收机开始测量，完成一次测量后，17个测量电极M1-M17连同供电电极，需要同时向大号测量点方向移动一个测量间距a的距离，传统的工作方法是，除供电电极移动外，至少还需要18个人次同时移动测量电极和接收机，而采用本测量电极转换器，只需要将第一条电缆D1和电极M1取下，同时移动到测量电极M18的测点位置，并通过转换插头H将D1连接到转换器R2上，将X1旋转至与目前处于第一个电缆位置D2电缆编号相同的2波段，X2旋转至3波段...X16旋转至17波段，X17旋转至18波段(实际为空挡位)，同时将Y17旋转至1波段，然后继续测量，第二次测量完成后，将电缆D2和电极M2取下，移动到测量电极M19的测点位置，先将D2与D1连接，再将X1旋转至3波段，X2旋转至4波段...X15旋转至17波段，X16、X17均旋转至18波段，同时将Y16旋转至1波段，Y17旋转至2波段，此后，每测量完成一次都依据上述方法进行移极和操作，直至接收机左侧的电缆全部移至接收机右侧，并完成测量工作，再将接收机从位置1移动到位置2，重复上述测量工作，随着测量的进度，通过依次移动电缆和电极，并不断调整电极转换开关，完成整条测线的测量工作，从而实现一种滚动的测量方式。

(4)利用上述测量电极转换器，在野外勘探和实验中，可以在两条相邻的平行测线上布设测量电极和电缆，通过调节电极转换开关和切换开关，进行数据采集工作。以中间梯度电法勘探为例，传统方法是单一测线测量方式，采用上述测量电极转换器，应用16道电法接收机，只需将切换开关Q2旋转至1波段，将两条测线上布设的两套电缆分别通过输入端口R1和R2与转换器进行连接，使接收机位于测量的大号点M17位置(见图2、3、4)，两条测线的距离最大控制在2倍的单条电缆长度内，测量时通过切换开关Q1和电极转换开关X1-X17和Y1-Y17，先后完成两条测线的数据采集工作，测量完成后，将位于接收机一侧靠近测量小号点M1方向的电极和电缆，除D17号电缆保持原有位置外，将其它电缆整体移至接收机的另一侧靠近测量大号点M34方向(见图2，用虚线表示)，通过调整电极转换开关X1-X17和Y1-Y17与电缆D1-D17排列的顺序关系，继续进行测量，第二次布极测量完成后，可以按照上述布极方式，整体移动电极、电缆和接收机，并以测量电极M34为起点重新布极测量。通过与传统布极方法的对比研究，采用此双线测量方式，在接收机位置不变的情况下，可以完成两条测线64个测量点的测量工作，提高了原有工作效率4倍以上，在大大降低人员工作强度的同时，也有利于现场观测两条测线的异常数据的变化情况。

附图说明

图1为本发明多通道电极转换器中偶极-偶极装置测量电极布置示意图；

图2为本发明多通道电极转换器中梯装置测量电极布置示意图。

图3为本发明的多通道电极转换器部分结构示意图；

图4为本发明的多通道电极转换器接线方式示意图；

图5为本发明图4所标I部分局部放大示意图；

图6为本发明图4所标III部分局部放大示意图；

图7为本发明图4所标II部分局部放大示意图；

附图标记说明：

D1-D17测量电缆，M1-M17为不极化测量电极，A、B为供电电极，a为测量电极间距，n为电极关系系数，H为转换插头。

具体实施方式

结合图1-7，将对本发明多通道电极转换系统的实施例作进一步详细说明：

一种多通道测量电极转换器，包括供电电极、测量电极、电缆部分、转换器以及电法接收机部分组成，其特征在于：

所述的转换器设有输入端口、输出端口、多组电极转换开关以及二个切换开关，所述输入端口连接电缆部分末端与电极转换开关，所述输出端口连接电极转换开关与接收机；所述电缆部分由多节电缆组成，每节电缆中包括有屏蔽线和多根电缆芯线；所述每组电极转换开关的数量与电缆的节数和电缆芯线数量相等；所述二个切换开关其中之一分别连接两组电极转换开关与输出端口，另一切换开关连接其中一组的电极转换开关，通过切换开关的转换，可以实现两组电极转换开关之间的断开和连通。

所述电极转换开关为一刀多掷波段开关，其中设有一空挡位；所述一刀多掷波段开关上设有一个动触点和多个静触点，每个静触点分别与所述输入端口中的相对应的导线连接，多个静触点中有一个静触点不与任何导线连接。

所述每节电缆按照一定顺序进行编号，电缆数量为电法接收机最大测量通道数量加1，每节电缆两端分别设有插头和插座，所述插头或插座为金属外壳，所述电缆中的每根芯线在插头和插座上都有一个静触点，通过插头和插座使相邻电缆芯线与所述具有金属外壳的插头或插座相连接，所述每节电缆中与电缆编号相对应的其中一根电缆芯线与所述插头或插座的金属外壳并联连接，测量电极导线与插头或插座的金属外壳连接。

一种多通道测量电极转换器的测量方法，其中包括偶极-偶极测深方法和中间梯度测量方法，

其特征在于，所述的偶极-偶极测深方法包括以下步骤：

步骤一、预先将二个供电电极(A，B)和多个测量电极(M1、M2、M3...)都排列在一条直线之上，所述多个测量电极位于二个供电电极(A，B)的一侧，二个供电电极(A，B)之间的距离与任意两相邻测量电极之间的距离相等；

步骤二、由多节电缆组合的电缆部分(D1、D2、D3...)沿着多个测量电极(M1、M2、M3...)方向布置，多个测量电极分别连接在每节电缆连接处的金属外壳插头或插座上，每节电缆的长度与任意两相邻测量电极之间的距离相等；

步骤三、电缆部分远离二个供电电极(A，B)的一端与转换器的一个输入端口(R1)相连接，与输出端口(C)相连接的切换开关(Q1)连通该组与输入电缆相对应的电极转换开关后，开通电源进行测量，直至测量完成；

步骤四、将距离二个供电电极(A，B)最近的一节电缆线(D1)拆下后，连接至转换器的另一个输入端口(R2)，同时也设置有相同的测量电极；二个供电电极(A，B)同时沿测线向测量电极方向移动一个测量间距(a)的位置；

步骤五、将连接不同组电极转换开关的切换开关(Q2)与另一组电极转换开关连通，开通电源后，连接另一个输入端口(R2)上的电缆线(D1)可以将测量的信号传送至另一组电极转换开关中的任何一个；

所述的中间梯度测量方法包括以下步骤：

步骤一、先在大地上布设二个供电电极(A，B)，在A、B中间1/3～2/3AB地段，平行于A、B连线布设多条平行测量直线；

步骤二、将两组多个测量电极(M1、M2、M3...)分别排列在两条相邻的测线之上，所述每条测线上任意两相邻测量电极之间的距离相等；

步骤三、由两组多节电缆组合的电缆部分，沿着两条平行测量线直线方向布置，多个测量电极分别连接在每节电缆连接处的金属外壳插头或插座上，每节电缆的长度与任意两相邻测量电极之间的距离相等；两条测线上连接测量电极的电缆部分分别连接转换器上不同的输入端口(R1、R2)；

步骤三、开通电源进行测量；

步骤四、测量完毕后，再将各条多节电缆组合的电缆部分沿着测量电极直线向前平移一定距离，然后开通电源再进行测量；

转换器接线方式具体表现为，见图4、5、6、7：

(1)电极转换开关X1、X2...X17上，每个开关有18个静触点，将它们之间，按静触点1与静触点1、静触点2与静触点2...静触点17与静触点17的对应关系，分别用导线相互焊接连接。注意静触点18不与任何导线连接，为空挡位，见图4。

(2)电极转换开关Y1、Y2...Y17上，每个开关有18个静触点，将它们之间，按静触点1与静触点1、静触点2与静触点2...静触点17与静触点17的对应关系，分别用导线相互焊接连接。注意静触点18不与任何导线连接，为空挡位，见图4。

(3)将输入端口R1上标有1、2...17的接线触点与电极转换开关X1、X2...X17中任意一个开关上的前1-17个静触点，按接线触点1与静触点1、接线触点2与静触点2...接线触点17与静触点17的对应关系，分别用导线焊接连接，见图5。

(4)电极转换开关X1、X2...X17上，每个开关有一个动触点，共17个动触点，将17个动触点与切换开关Q1上1掷①的17个静接触点，按电极转换开关X1上的动触点与切换开关Q1上1掷①的静触点1、电极转换开关X2上的动触点与切换开关Q1的1掷①上的2静触点...电极转换开关X17上的动触点与切换开关Q1上1掷①的静触点17，分别顺序用导线焊接联接，见图6。

(5)电极转换开关Y1、Y2...Y17上，每个开关有一个动触点，共17个动触点，将17个动触点与切换开关Q1上2掷②的17个静接触点，按电极转换开关Y1上的动触点与切换开关Q1上2掷②的静触点1、电极转换开关Y2上的动触点与切换开关Q1的2掷②上的2静触点...电极转换开关Y17上的动触点与切换开关Q1上2掷②的静触点17，分别顺序用导线焊接联接，见图6。

(6)将切换开关Q1上的1-17个动触点与输出端口C上的编号为1-17接线触点，按动触点1与接线触点1、动触点2与接线触点2......动触点17与接线触点17，分别顺序用导线焊接联接，见图6。

(7)将切换开关Q2上的1-17个动触点与切换开关Q1上1掷①的1-17个静触点，按动触点1与静触点1、动触点2与静触点2......动触点17与静触点17的对应关系，分别用导线相互焊接连接，见图6。

(8)将切换开关Q1上2掷②的1-17个静触点与切换开关Q2上2掷②的1-17个静触点，按1与1、2与2......17与17的对应关系，分别用导线相互焊接连接，见图6。

(9)将输入端口R2上标有1、2...17的接线触点与电极转换开关Y1、Y2...Y17中任意一个开关上的前1-17个静触点，按接线触点1与静触点1、接线触点2与静触点2...接线触点17与静触点17的对应关系，分别用导线焊接连接，见图7。

(10)将转换器部分与电法接收机部分用17芯屏蔽电缆线相连接，所述的17芯屏蔽电缆线一端焊接上一个17芯插头，使其能与输出端口C有效连接，另一端按照不同多通道电法接收机的测量电极的连接方式，以及电极的排列顺序一对一的有效连接，所述的连接方式可以是多芯插头，也可以是一组插头。

利用上述测量电极转换器，可以实现测量电极的滚动测量。以偶极-偶极测量方式为例，使用16通道电法接收机，从起点位置开始，沿测线先布设一套17条测量电缆线，并按顺序连接，如为D1、D2、D3...D17，使每条电缆线的插头或插座朝向测量起始点位置，同时将待测量电极M1、M2、M3...M17一端接地，另一端通过导线用金属夹子分别连接在相对应的电缆金属插头或插座上，然后将末端的电缆，如D17，与转换器R1相连接，接收机置于位置1，见图1。其中D1-D17为测量电缆，M1-M17为不极化测量电极，A、B为供电电极，a为测量电极间距，n为电极关系系数，H为转换插头，将电极转换开关X1-X17，根据对应的电缆编号D1-D17，分别旋转至与电缆编号相同的波段位置，如X1与D1对应则旋转至1波段，即1号静触点位置，其它依次类推，将电极转换开关Y1-Y17旋转至18波段，为空挡位，将Q1旋转至1波段，即1掷①状态，将Q2旋转至2波段，即2掷②状态。供电电极A、B位于测量电极M1以外距供电电极B为na的位置，发射机供电后，接收机开始测量，完成一次测量后，17个测量电极M1-M17连同供电电极，需要同时向大号测量点方向移动一个测量间距a的距离，传统的工作方法是，除供电电极移动外，至少还需要18个人次同时移动测量电极和接收机，而采用本测量电极转换器，只需要将第一条电缆D1和电极M1取下，同时移动到测量电极M18的测点位置，并通过转换插头H将D1连接到转换器R2上，将X1旋转至与目前处于第一个电缆位置D2电缆编号相同的2波段，X2旋转至3波段...X16旋转至17波段，X17旋转至18波段，实际为空挡位，同时将Y17旋转至1波段，然后继续测量，第二次测量完成后，将电缆D2和电极M2取下，移动到测量电极M19的测点位置，先将D2与D1连接，再将X1旋转至3波段，X2旋转至4波段...X15旋转至17波段，X16、X17均旋转至18波段，同时将Y16旋转至1波段，Y17旋转至2波段，此后，每测量完成一次都依据上述方法进行移极和操作，直至接收机左侧的电缆全部移至接收机右侧，并完成测量工作，再将接收机从位置1移动到位置2，重复上述测量工作，随着测量的进度，通过依次移动电缆和电极，并不断调整电极转换开关，完成整条测线的测量工作，从而实现一种滚动的测量方式。

利用上述测量电极转换器，在野外勘探和实验中，可以在两条相邻的平行测线上布设测量电极和电缆，通过调节电极转换开关和切换开关，进行数据采集工作。以中间梯度勘探法为例，传统方法是单一测线测量方式，采用上述测量电极转换器，应用16道电法接收机，只需将切换开关Q2旋转至1波段，将两条测线上布设的两套电缆分别通过输入端口R1和R2与转换器进行连接，使接收机位于测量的大号点M17位置，见图2。两条测线的距离最大控制在2倍的单条电缆长度内，测量时通过切换开关Q1和电极转换开关X1-X17和Y1-Y17，先后完成两条测线的数据采集工作，测量完成后，将位于接收机一侧靠近测量小号点M1方向的电极和电缆，除D17号电缆保持原有位置外，将其它电缆整体移至接收机的另一侧靠近测量大号点M34方向，见图2，用虚线表示，通过调整电极转换开关X1-X17和Y1-Y17与电缆D1-D17排列的顺序关系，继续进行测量，第二次布极测量完成后，可以按照上述布极方式，整体移动电极、电缆和接收机，并以测量电极M34为起点重新布极测量。通过与传统布极方法的对比研究，采用此双线测量方式，在接收机位置不变的情况下，可以完成两条测线64个测量点的测量工作，提高了原有工作效率4倍以上，在大大降低人员工作强度的同时，也有利于现场观测两条测线的异常数据的变化情况。

Claims (2)

1.一种多通道测量电极转换器，包括供电电极、测量电极、电缆部分、转换器以及电法接收机部分组成，其特征在于：

所述的转换器设有输入端口、输出端口、多组电极转换开关以及二个切换开关，所述输入端口连接电缆部分与电极转换开关，所述输出端口连接电极转换开关与接收机；所述电缆部分由多节电缆组成，每节电缆中包括有屏蔽线和多根电缆芯线；所述每组电极转换开关的数量与电缆的节数和电缆芯线数量相等；所述二个切换开关其中之一分别连接两组电极转换开关与输出端口，另一切换开关连接其中一组的电极转换开关，通过切换开关的转换，可以实现两组电极转换开关之间的断开和连通；所述电极转换开关为一刀多掷波段开关，其中设有一空档位；所述一刀多掷波段开关上设有一个动触点和多个静触点，每个静触点分别与所述输入端口中的相对应的导线连接，多个静触点中有一个静触点不与任何导线连接；所述每节电缆按照一定顺序进行编号，每套电缆数量为电法接收机最大测量通道数量加1，所述每节电缆两端分别设有插头和插座，所述插头或插座为金属外壳，所述电缆中的每根芯线在插头和插座上都有一个静触点，通过插头和插座使相邻电缆芯线与所述具有金属外壳的插头或插座相连接，所述每节电缆中的其中一根电缆芯线与所述插头或插座的金属外壳相连接，测量电极导线与插头或插座的金属外壳连接。

2.一种利用多通道测量电极转换器实现测量电极的滚动测量的测量方法，其特征在于，此方法可以进行偶极-偶极测深和中间梯度测量；其中，进行偶极-偶极测深包括以下步骤：

步骤一、预先将二个供电电极(A，B)和多个测量电极(M1、M2、M3…)都排列在一条直线之上，所述多个测量电极位于二个供电电极(A，B)的一侧，二个供电电极(A，B)之间的距离与任意两相邻测量电极之间的距离相等；

步骤二、由多节电缆组合的电缆部分(D1、D2、D3…)沿着多个测量电极(M1、M2、M3…)方向布置，多个测量电极分别连接在每节电缆连接处的金属外壳插头或插座上，每节电缆的长度与任意两相邻测量电极之间的距离相等；

步骤三、电缆部分远离二个供电电极(A，B)的一端与转换器的一个输入端口(R1)相连接，与输出端口(C)相连接的切换开关(Q1)连通该组与输入电缆相对应的电极转换开关后，开通电源进行测量，直至测量完成；

步骤四、将距离二个供电电极(A，B)最近的一节电缆线(D1)拆下后，连接至转换器的另一个输入端口(R2)，同时也设置有相同的测量电极；二个供电电极(A，B)同时沿测线向测量电极方向移动一个测量间距(a)的位置；

步骤五、将连接不同组电极转换开关的切换开关(Q2)与另一组电极转换开关连通，开通电源后，连接另一个输入端口(R2)上的电缆线(D1)可以将测量的信号传送至另一组电极转换开关中的任何一个；

其中，进行中间梯度测量包括以下步骤：

步骤一、先在大地上布设二个供电电极(A，B)，在A、B中间1/3～2/3AB地段，平行于A、B连线布设多条平行测量直线；

步骤二、将两组多个测量电极(M1、M2、M3…)分别排列在两条相邻的测线之上，所述每条测线上任意两相邻测量电极之间的距离相等；

步骤三、由两组多节电缆组合的电缆部分，沿着两条平行测量线直线方向布置，多个测量电极分别连接在每节电缆连接处的金属外壳插头或插座上，每节电缆的长度与任意两相邻测量电极之间的距离相等；两条测线上连接测量电极的电缆部分分别连接转换器上不同的输入端口(R1、R2)；

步骤三、开通电源进行测量；

步骤四、测量完毕后，再将各条多节电缆组合的电缆部分沿着测量电极直线向前平移一定距离，然后开通电源再进行测量。

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