CN105093336A - 聚焦电流法地质前探视电阻扫描测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚焦电流法地质前探视电阻扫描测量系统，该系统包括由双向恒流驱动电路、电压与功率控制电路、电压V测量电路、电流表、测量电极、屏蔽电极所构成。双向恒流驱动电路给屏蔽电极供以恒定的电流，然后经电流表从护盾上引电流至不同半径滚刀入地质体，同时测量护盾与地质体之间的电压V，随着滚刀的转动，可以实现滚刀横截面上的地质体的扫描测试。按照本发明，可以实现视电阻的扫描测试，且结构简单、安装便捷、易于实现，可以实现实时、不中断地视电阻的测量。

Description

聚焦电流法地质前探视电阻扫描测量系统

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视电阻扫描测量系统与方法。

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仪器的工作模式是，以恒流驱动测量电极，以反馈控制使屏蔽电极电压与测量电极电压相等，但是在实际的地质探测中，当刀盘转动时滚刀与地质体的接触电阻迅速变化，导致测量电极电压迅速变化，实际上导致屏蔽电极电压与测量电极的电压并不相等，这给屏蔽电极电压的反馈控制造成了困难，也给视电阻的测量带来了不稳定的因素。

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地质体视电阻测量系统，它通过经护盾向滚刀测量电极供电的方式，保证了屏蔽电极与测量电极电压的相等，避免了屏蔽电极电压的反馈控制，可实现动态掘进过程中的地质体视电阻高精度测量，尤其适用于分层的地质体的视电阻的测量。

按照本发明的一个方面，该系统包括双向恒流驱动电路(1)、控制器(14)、电压测量电路(13)、屏蔽电极(2)和电流表，其中电压测量电路(13)、控制器(14)与双向恒流驱动电路(1)依次相连；屏蔽电极(2)一端接触于用于地质掘进的护盾(3)的头部，另一端与所述双向恒流驱动电路(1)电路相连并由其通过屏蔽电极(2)给护盾(3)施加恒定驱动电流，其特征在于：

在所述护盾(3)尾部的刀盘中的滚刀处设置有测量电极，并且所述测量电极的一端电接触于所述滚刀，另外一端通过电流表与所述屏蔽电极(2)相连；电流表测量所述屏蔽电极(2)与地质体之间的电流I_0m；以此方式，使所述滚刀处的电位与所述屏蔽电极(2)的电位基本相等，电流表测量的电流反映滚刀与地质体之间的电流；

所述电压测量电路(13)测量所述屏蔽电极(2)与地质体之间的电压V；

通过计算滚刀处视电阻。

另外，本发明提供了一种基于聚焦电流法的地质前探视电阻的扫描测量中获得测量电流的方法，其特征在于：双向横流驱动电路(1)通过位于护盾(3)前部的屏蔽电极(2)给护盾(3)施加恒定驱动电流，测量电极的一端通过电流表与屏蔽电极(2)相连，另外一端电接触于护盾(3)尾部的刀盘中的滚刀，所述电流表测量屏蔽电极(2)通过电流表与滚刀与地质体之间的电流。

进一步地，所述电流表选择内阻小的，使得所述屏蔽电极(2)的电位与滚刀处的电位基本相等。

按照本发明，具有如下的特点：

1.可以测量滚刀盘掌子面各半径处的视电阻，有利于对分层的地质体的探测；

2.护盾电压和各滚刀电压基本满足等电位要求，从而实现测量电流的聚焦。

3.双向恒流驱动电路可以保证恒流，从而减小因电流表的内阻引起的屏蔽电极与滚刀处的电位差，保证屏蔽电极和滚刀处的电位基本相等。

附图说明

图1为按照本发明的基于聚焦电流法的地质前探扫描模式系统；

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双向恒流驱动电路2屏蔽电极3护盾4滚刀15滚刀6测量电极7测量电极8电流表9电流表11刀盘13电压测量电路14控制器

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。

本实施例系统主要由如图1所示的双向恒流驱动电路1、控制电路14、电压测量电路13、电流表8、9、测量电极6、7、屏蔽电极2所构成，测量电极6电接触滚刀4上，测量电极7电接触于滚刀5上，屏蔽电极2接在护盾3的前端，电流表8连接于屏蔽电极2与滚刀4的测量电极6之间，电流表9连接于屏蔽电极2与滚刀5的测量电极7之间，使得电流从屏蔽电极流经电流表8、9至各滚刀4、5上，并且流向地质体从而形成电流的回路。

在实际系统的运用过程中，应当选择现有电流表中内阻尽量小的，由于电流表8、9内阻R_g很小，护盾3上的屏蔽电极2处的电压与各滚刀电压基本满足等电位，各滚刀电流I_0m则因所接触的地质体的不同而变化，从而反映横向地质差异，同时用测量电路测量护盾3与地质体之间的电压V，则各滚刀4、5处的地质体视电阻为：

$R_m=\frac{V}{I_{0m}}---\left(1\right)$

其中，如果刀盘11在进行地质探测的过程中进行转动，就可以实现对地质体的分层的扫描测量。

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 (3)

1.一种聚焦电流法地质前探视电阻扫描测量系统，该系统包括双向恒流驱动电路(1)、控制器(14)、电压测量电路(13)、屏蔽电极(2)和电流表，其中电压测量电路(13)、控制器(14)与双向恒流驱动电路(1)依次相连；屏蔽电极(2)一端电接触于用于地质掘进的护盾(3)的头部，另一端与所述双向恒流驱动电路(1)电路相连并由其通过屏蔽电极(2)给所述护盾(3)施加恒定驱动电流，其特征在于：

在所述护盾(3)尾部的刀盘中的滚刀处设置有测量电极，并且所述测量电极的一端电接触于所述滚刀，另外一端通过电流表与所述屏蔽电极(2)相连；

电流表测量所述屏蔽电极(2)与地质体之间的电流I_0m；以此方式，使所述滚刀处的电位与所述屏蔽电极(2)的电位基本相等，电流表测量的电流反映滚刀与地质体之间的电流；

所述电压测量电路(13)测量所述屏蔽电极(2)与地质体之间的电压V；

通过计算滚刀处视电阻。

2.一种聚焦电流法地质前探视电阻扫描测量中获得测量电流的方法，其特征在于，双向横流驱动电路(1)通过位于护盾(3)前部的屏蔽电极(2)给护盾(3)施加恒定驱动电流，测量电极的一端通过电流表与屏蔽电极(2)相连，另外一端电接触于护盾(3)尾部的刀盘中的滚刀，所述电流表测量屏蔽电极(2)通过电流表与滚刀与地质体之间的电流。

3.如权利要求2所述的一种聚焦电流法地质前探视电阻扫描测量中获得测量电流的方法，其特征在于，所述电流表选择内阻小的，使得所述屏蔽电极(2)的电位与滚刀处的电位基本相等。