CN105093335A - 基于聚焦电流法的减小视电阻率测量误差的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于聚焦电流法的减小视电阻率测量误差的系统和方法，该系统包括反馈控制电路、驱动电路、测量电路、测量电极、屏蔽电极所构成。在地质前探中，在护盾的前部和尾部分别设置屏蔽电极和测量电极，并且在前部和尾部的同一圆周线上设置成对的电压监测点，驱动电路分别给屏蔽电极和测量电极通电流，测量电路测量各对电压监测点的电位差ΔV，反馈控制电路根据所测得的电位差，反馈调节的电流，使各点V的总体相对变化Σa_i(ΔV_i)²最小，从而维持屏蔽电极与测量电极之间的电流分界线的位置基本不变。按照本发明，可以抑制由于护盾、刀盘与地质体的接触电阻的变化而导致测量电极和屏蔽电极面积的变化，从而减小视电阻率测量误差。

Description

基于聚焦电流法的减小视电阻率测量误差的系统和方法

技术领域

本发明属于隧道工程地质前探应用领域，更具体地，涉及一种聚焦电流法地质前探中减小视电阻率的系统和方法。

背景技术

传统的隧道地质超前预报方法有地震波法、地质雷达法、高密度电法、超前钻探法等，这些预报方法都没有借助TBM掘进机本身的特点进行实时预报。

德国GeohydraulicData公司在2002年推出世界上第一台基于聚焦电流频率域激发极化方法的电法隧道超前探测仪器BEAM（Bore-TunnelingElectricalAheadMonitoring），该探测仪器可以与TBM结合，实时探测前方地质情况。

但是，BEAM仪器的测量电极和屏蔽电极都是接在护盾上，只是测量电极靠近刀盘，而刀盘与护盾是金属导体连接的，电流可从护盾经刀盘流入地质体。BEAM的屏蔽电极置于护盾的后部，因此这两个电极是电导通的，由于护盾、刀盘与地质体的接触电阻在掘进过程中总是发生不均匀的变化，所以导致实际从护盾、刀盘上流入地质体的屏蔽电流和测量电流的电极面积在不断发生变化，这会导致视电阻率的计算产生误差。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于聚焦电流法的减小视电阻率误差的系统和方法，它可以抑制由于护盾、刀盘与地质体的接触电阻的变化而导致测量电极和屏蔽电极面积的变化，从而减小视电阻率测量误差。

按照本发明的一个方面，提供了一种基于聚焦电流法的减小视电阻率测量误差的系统，其特征在于，该系统包括反馈控制电路、驱动电路、测量电路、屏蔽电极、测量电极；

在护盾的外圆周面的前部和靠近刀盘的后部分别沿护盾周向圆周线上设置若干电压监测点，所述前部和后部的电压监测点一一对应；

测量电极一端与后部的某一电压监测点相接触，另一端与驱动电路相连；

屏蔽电极一端与所述后部的电压监测点相对应的前部监测点相接触，另一端与驱动电路相连；

由此，驱动电路分别通过屏蔽电极和测量电极给所述护盾提供相同的电流I；

测量电路与反馈控制电路相连，测量其它一一对应的监测点之间的电压差ΔV_i反馈给所述反馈控制电路；

反馈控制电路与所述驱动电路相连，反馈控制所述电流I。

进一步地，所述反馈控制电路控制所述电流I使测得的所述电压差的平方和最小。

另外，本发明还提供了一种基于聚焦电流法的减小视电阻率测量误差的方法，其特征在于，在护盾外圆周面的前部和靠近刀盘的后部分别设置屏蔽电极和测量电极；通过驱动电路分别给屏蔽电极和测量电极提供相等的电流I；调节所述驱动电路提供的电流I，使得屏蔽电极和测量电极的电流分界线的位置基本不变。

进一步地，调节所述驱动电路提供的电流I的方法为，在护盾上屏蔽电极与测量电极所在点的沿护盾周向的圆周线上设置若干电压监测点，前部和后部的电压监测点一一对应；

测量电路与反馈控制电路相连，测量所述前部和后部一一对应的监测点之间的各电压差ΔV_i反馈给所述反馈控制电路；

反馈控制电路与所述驱动电路相连，反馈控制所述电流I。

本发明具有以下的特点：

1.驱动电路可以保证恒流；

2.电极布置方便；

3.保证测量电极的电流大部分经过刀盘流入隧道；

4.结构简洁，实现方便；

5.抑制由于护盾接触电阻变化导致视电阻率误差的影响。

附图说明

图1为按照本发明的一种聚焦电流法地质前探中减小视电阻率测量误差的系统和方法；

在所有附图中，相同的附图标记用于表示相同的元件或结构，其中：

1反馈控制电路2驱动电路3屏蔽电极4测量电极5刀盘6电压监测点7测量电极与屏蔽电极之间的电流分界线8多路开关9护盾10测量电路

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的一种基于聚焦电流法的减小视电阻率测量误差的系统和方法方案如图1所示。主要由反馈控制电路1、驱动电路2、测量电路11、测量电极4、屏蔽电极3所构成，图1中测量电极4接在护盾后部靠近刀盘处，屏蔽电极3接在护盾9前部位置，同时沿护盾9周向同一圆周线上设置若干电压监测点，电压监测点一一成对布置。

测量电极4的一端与后部的某一电压监测点相接触，另一端与驱动电路2相连，屏蔽电极一端与后部的电压监测点相对应的前部监测点相接触，另一端与驱动电路2相连。

电流分界线7表示测量电极与屏蔽电极两者的电流流向的分界位置，由于驱动电路提供的电流，屏蔽电极3通过护盾与地质体形成了电流的回路，同样，测量电极4通过护盾与地质体形成了电流的回路，由于两者的电流方向是相同的，由于电流的同向相排斥的原理，两个回路的中间会出现电流分界线7。

同样，采用本发明的系统来减小测量误差的方法是通过，测量电路10与反馈控制电路1相连，测量其它一一对应的监测点之间的电压差ΔV_i反馈给所述反馈控制电路1，测量过程中，随着护盾9中刀盘与地质体的接触电阻的变化，前进的时候地质体的性质的变化引起的接触电阻的变化，必然引起测量电极与地质体之间的主电流的变化，引起屏蔽电极与地质体之间的主电流的变化，这种变化的不均衡性会导致屏蔽电极和测量电极的等效面积会变化。

测量电路10用来测量各前后部一一对应的电压监测点之间的电位差ΔV_i，反馈控制电路1根据测量的电位ΔV_i，反馈调节屏蔽电极3和测量电极4输入的电流I，使得Σa_i(ΔV_i)²最小即电压差的平方和最小，从而维持护盾上屏蔽电流与测量电流的电流分界线基本不变，也就是维持屏蔽电极和测量电极的实际面积基本不变，从而实现屏蔽电极面积和测量电极面积变化最小的目标，即实现对视电阻率测量中误差的抑制。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于聚焦电流法的减小视电阻率测量误差的系统，其特征在于，该系统包括反馈控制电路（1）、驱动电路（2）、测量电路（10）、屏蔽电极（3）、测量电极（4）；

在护盾（9）的外圆周面的前部和靠近刀盘的后部分别沿护盾（9）周向圆周线上设置若干电压监测点，所述前部和后部的电压监测点一一对应；

测量电极（4）一端与后部的某一电压监测点相接触，另一端与驱动电路（2）相连；

屏蔽电极（3）一端与所述后部的电压监测点相对应的前部监测点相接触，另一端与驱动电路（2）相连；

由此，驱动电路（2）分别通过屏蔽电极和测量电极（4）给所述护盾（9）提供相同的电流I；

测量电路（10）与反馈控制电路（1）相连，测量其它一一对应的监测点之间的电压差ΔV_i反馈给所述反馈控制电路（1）；

反馈控制电路（1）与所述驱动电路（2）相连，反馈控制所述电流I。

2.如权利要求1所述的基于聚焦电流法的减小视电阻率测量误差的系统，其特征在于，所述反馈控制电路（1）控制所述电流I使测得的所述电压差的平方和最小。

3.一种基于聚焦电流法的减小视电阻率测量误差的方法，其特征在于，在护盾（9）外圆周面的前部和靠近刀盘的后部分别设置屏蔽电极（3）和测量电极（4）；通过驱动电路（2）分别给屏蔽电极（3）和测量电极（4）提供相等的电流I；调节所述驱动电路（2）提供的电流I，使得屏蔽电极（3）和测量电极（4）的电流分界线（7）的位置基本不变。

4.如权利要求3所述的基于聚焦电流法的减小视电阻率测量误差的方法，其特征在于，调节所述驱动电路（2）提供的电流I的方法为，在护盾（9）上屏蔽电极（3）与测量电极（4）所在点的沿护盾周向的圆周线上设置若干电压监测点，前部和后部的电压监测点一一对应；

测量电路（10）与反馈控制电路（1）相连，测量所述前部和后部一一对应的监测点之间的各电压差ΔV_i反馈给所述反馈控制电路（1）；

反馈控制电路（1）与所述驱动电路（2）相连，反馈控制所述电流I。