CN105259584B - 一种水域电法勘探系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水域电法勘探系统，包括：主控平台、多通道接收机、发送机、水下拖曳探测电缆、多个电场传感器。主控平台与所述多通道接收机连接，发送机与所述多通道接收机连接，电场传感器安装在水下拖曳探测电缆上，水下拖曳探测电缆与多通道接收机连接，水下拖曳探测电缆与发送机连接。用于完成淡水水域的电法勘探，从而测得地电参数可以反映岩石性质如岩性、成分、孔隙度、裂隙程度和水饱和度等，有效解决了现有点状勘探很难发现构造破碎带、透镜体及溶洞等不良地质现象的技术问题，通过本发明提供的水域电法勘探系统辅助水上勘探，从而提高了水上钻探的可靠性。

Description

一种水域电法勘探系统

技术领域

本发明涉及水域地质勘探技术领域，尤其涉及一种水域电法勘探系统。

背景技术

近些年来长输管道频繁的穿越大型河流(例如长江、澜沧江等)，穿越断面的地质条件也日趋复杂，单一钻探方法难以满足现状，采用多种勘探手段，加强水域综合物探方法的应用，是水域水底岩土工程勘察工作的发展方向，也是解决大型河流穿越岩土工程勘察最有效的技术手段。但是水上钻探勘察受制于自然条件和人为因素，因此目前水上钻探只是点状勘探，很难发现构造破碎带、透镜体及溶洞等不良地质现象。

发明内容

本发明实施例通过提供一种水域电法勘探系统，解决了现有点状勘探很难发现构造破碎带、透镜体及溶洞等不良地质现象的技术问题。

本发明实施例提供的一种水域电法勘探系统，包括：主控平台、多通道接收机、发送机、水下拖曳探测电缆、多个电场传感器；

所述主控平台与所述多通道接收机连接，所述发送机与所述多通道接收机连接，所述电场传感器安装在所述水下拖曳探测电缆上，所述水下拖曳探测电缆与所述多通道接收机连接，所述水下拖曳探测电缆与所述发送机连接；

其中，所述主控平台将第一控制信号经所述多通道接收机传输给所述发送机，所述主控平台还发送第二控制信号给所述多通道接收机，所述发送机在所述第一控制信号的控制下生成交变电流信号发送至水下产生水下电场；多个所述电场传感器采集不同深度的地电电压和所述发送机的发送电流后，经所述多通道接收机反馈给所述主控平台，所述主控平台基于所述地电电压和所述发送电流确定出所在水下地质对应的地电参数。

优选的，所述主控平台具体包括：

数据预处理模块，用于对所述地电电压和所述发送电流进行预处理得到所述地电电压的电压有效值和所述发送电流的电流有效值；

数据分析模块，用于将所述电压有效值除以所述电流有效值的结果分别乘以所述多通道接收机的每个通道的装置系数以获得所述每个通道的视电阻率值。

优选的，所述主控平台还包括：

反演解释成图模块，用于基于所述每个通道的视电阻率值对应所述每个通道的测点地理位置反演解释成图。

优选的，所述主控平台还包括：

参数配置模块，所述参数配置模块用于配置装置类型、所述发送电流的信号频率、所述发送机的激励电压值、所述多通道接收机的采样参数、所述电场传感器上的接收电极极距、以及所述多通道接收机的采集通道号中的一种或多种参数后生成参数配置文件；

自然电位测试模块，所述自然电位测试模块用于选择所述采集通道号，以获得所述每个通道的自然电位信息；

系统自检模块，所述系统自检模块用于从所述参数配置文件中读取所述激励电压值和待测的所述采集通道号，控制所述发送机发送第一频率的方波自检信号以检测所述发送机反馈的与所述方波自检信号对应的反馈信息，并根据所述反馈信息输出故障提示。

优选的，所述主控平台还包括：

数据预采集模块，所述数据预采集模块用于根据所述参数配置文件中的参数采集至少一个周期的预先地电电压和预先发送电流，根据所述预先地电电压和所述预先发送电流设置所述每个通道的放大倍数和所述每个通道的数模转换参考电压。

优选的，所述多通道接收机包括：

数字输出模块，所述数字输出模块用于从所述主控平台接收所述第一控制信号时生成PWM波，并将所述第一控制信号和所述PWM波发送给所述发送机；

模拟信号同步采集模块，所述模拟信号同步采集模块与所述水下拖曳电缆连接，所述模拟信号同步采集模块用于根据所述第二控制信号控制所述电场传感器采集所述地电电压和所述发送电流，所述模拟信号同步采集模块还将所述地电电压和所述发送电流传输给所述主控平台。

优选的，所述多通道接收机还包括：同步时钟模块，所述同步时钟模块用于生成同步时钟给所述数字输出模块、所述模拟信号同步采集模块和所述发送机。

优选的，所述发送机具体包括：ARM处理器、电源管理电路、驱动电路、激励电源、驱动电源、发送机电池、激励逆变电路；

其中，所述ARM处理器从所述多通道接收机接收到所述第一控制信号、所述PWM波和所述同步时钟后将所述PWM波发送给所述驱动电路，将所述第一控制信号发送给所述电源管理电路和所述驱动电路；

其中，所述发送机电池提供所述激励电压给所述激励电源和所述驱动电源，所述电源管理电路根据所述第一控制信号中的电源控制参数分别向所述激励电源和所述驱动电源发送供电控制信号，所述激励电源根据所述供电控制信号对所述激励逆变电路供电，所述驱动电源根据所述供电控制信号向所述驱动电路供电，所述驱动电路控制所述激励逆变电路由所述PWM波调整为与所述PWM波同频同相的所述交变电流信号。

优选的，所述发送机还包括：检测电路，所述检测电路用于采集所述交变电流信号中的至少一种信号参数发送给ARM处理器；

所述ARM处理器，还用于基于所述至少一种信号参数判断所述发送机是否工作正常，并在所述发送机不正常时控制对所述发送机进行调整。

优选的，所述水下拖曳探测电缆由前导段、在所述前导段之后的发射段、在所述发射段之后的浅地层探测段、在所述浅地层探测段之后的中地层探测段、以及在所述中地层探测段之后的深地层探测段共同组成。

通过本发明提供的一个或多个技术方案，至少实现了如下技术效果或优点：

通过本发明提供的水域电法勘探系统，发送机在主控平台的控制下输出成交变电流信号发送至水下产生水下电场，则多通道接收机通过电场传感器和水下拖曳探测电缆接收反映不同深度的地电信息的地电电压，并采集发送机的发送电流一起传输给主控平台，进而通过主控平台对多通道接收机各个通道的接收信号得到反映水下地质情况的地电参数，从而完成淡水水域的电法勘探，从而测得的地电参数可以反映岩石性质如岩性、成分、孔隙度、裂隙程度和水饱和度等，从而有效解决了现有点状勘探很难发现构造破碎带、透镜体及溶洞等不良地质现象的技术问题，通过本发明提供的水域电法勘探系统辅助水上勘探，从而提高了水上钻探的可靠性。

进一步，由于通过本发明提供的水域电法勘探系统能够完成淡水水域的电法勘探了解水下地质情况，弥补了由于部分关键钻孔不能进行钻探施工而导致的获取不到关键钻孔的数据的问题，因此增大了水下勘探信息量。

进一步，本发明提供的水域电法勘探系统设置了GPS模块，从而能够采用走航式勘探方式，从一方面提高了水下勘探精度和勘探深度。

进一步，本发明提供的水域电法勘探系统基于水下拖曳探测电缆能够实现拖动作业，大大提高了水下电场传感器采集数据的可靠性，从另一方面提高了水下勘探精度和勘探深度，水下勘探深度可达水底100m以上。

进一步，本发明提供的水域电法勘探系统基于正交矢量型锁相放大器具有很好的抗干扰能力和测量重复性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中水域电法勘探系统的电路结构图；

图2为本发明实施例中水下拖曳探测电缆的结构示意图；

图3是本发明实施例中主控平台进行数据预处理和数据分析的流程示意图；

图4是本发明实施例中水域电法勘探系统的工作流程图示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参考图1所示，本发明实施例提供的一种水域电法勘探系统，包括：主控平台1、多通道接收机2、发送机3、水下拖曳探测电缆4、多个电场传感器5。主控平台1与多通道接收机2连接，发送机3与多通道接收机2连接，电场传感器5安装在水下拖曳探测电缆4上，水下拖曳探测电缆4与多通道接收机2连接，水下拖曳探测电缆4与发送机3连接。

其中，主控平台1将第一控制信号经多通道接收机2传输给发送机3，主控平台1还发送第二控制信号给多通道接收机2，发送机3在第一控制信号的控制下生成交变电流信号发送至水下产生水下电场；多个电场传感器采集不同深度的地电电压和发送机3的发送电流后经多通道接收机2反馈给主控平台1，主控平台1基于地电电压和发送电流确定出所在水下地质对应的地电参数。

下面，继续参考图1～图4所示，对本发明提供的水域电法勘探系统的每个组成部件分别进行详细解释说明：

水下拖曳探测电缆4

参考图2所示，水下拖曳探测电缆4由前导段41、在前导段41之后的发射段42、在发射段42之后的浅地层探测段43、在浅地层探测段之43后的中地层探测段44、以及在中地层探测段44之后的深地层探测段45共同组成。

下面给出水下拖曳探测电缆4的一种实例，前导段41为32m，为深水探测仪器连接水下探测用电缆。具体的，前导段41为12芯，前导段41的12芯有：地线，接收电极M0、M1、M2、M3…M8的分叉单芯电缆、发送电极的分叉单芯电缆A、B。其中，接收电极M0、M1、M2、M3…M8包括电场传感器5的8个接收电极和发送电流的1个接收电极，下面不再赘述。

发射段42为64米长，在发射段42的32米处和64米处留有0.1米长的发送电极的分叉单芯电缆A、B；过了A点后，发射段42变为11芯，其中包括地线，发送电极的分叉单芯电缆B，接收电极M0、M1、M2、M3…M8的分叉单芯电缆。

浅地层探测段43为64米长，从B点开始的1m、2m、4m、8m、16m、32m、64m处为接收电极M0、M1、M2、M3、M4、M5、M6的分叉单芯电缆，单芯分叉电缆长0.1米；过M0后电缆变为9芯，过M1后电缆变为8芯…过M6后电缆变为3芯等等。即：每抽头一次减少一芯，减少的每芯可填充和抽头电缆相同直径的绝缘体，这样保证电缆直径不变。

中地层探测段44为64米长，在64米处抽头电缆M7，分叉电缆长0.1米；过M6后电缆变为3芯，即为地线和接收电极M7、M8的分叉单芯电缆，即每抽头一次减少一芯，减少的每芯可填充和抽头电缆相同直径的绝缘体，这样保证电缆直径不变；

深地层探测段45为64米长，在64米处抽头电缆M8，分叉电缆长0.1米；过M7后电缆变为2芯。即为地线和接收电极M8。每抽头一次减少一芯，减少的每芯可填充和抽头电缆相同直径的绝缘体，这样保证电缆直径不变。

主控平台1

采用基于虚拟仪器技术LabVIEW(Laboratory Virtual instrument EngineeringWorkbench)来开发本发明提供的水域电法勘探系统的上位机软件作为主控平台1。具体的，主控平台1用于完成对多通道接收机2和发送机3的控制，并对采集的数据进行处理、分析、实时显示、存储，波形回放，报警处理。下面，对主控平台1完成对多通道接收机2和发送机3的控制和对数据的处理等进行详细描述：

主控平台1输出第一控制信号经多通道接收机2传输给发送机3。具体的，传输给发送机3的第一控制信号包括激励电压值、PWM波信号、启停信号等，从而对发送机3的激励电压的大小进行设置，发送机3开启以及紧急停止。从而实现发送机3在第一控制信号的控制下生成交变电流信号发送至水下产生水下电场。

主控平台1还发送第二控制信号给多通道接收机2，第二控制信号为主控平台1针对多通道接收机2的采集控制信号，以对多通道接收机2接收地电电压和发送机3的发送电流进行控制。从而多通道接收机2接收到水下拖曳探测电缆4连接的多个电场传感器5采集的水域中不同深度的地电电压。进而通过第二控制信号控制多通道接收机2将多通道接收机2自身接收到的地电电压和发送电流传输给主控平台1。

具体来讲，主控平台1包括数据预处理模块11和数据分析模块12。其中，在主控平台1接收到来自多通道接收机2的地电电压和发送电流后，数据预处理模块11用于对地电电压和发送电流进行预处理，从而经过预处理得到地电电压的电压有效值和发送电流的电流有效值。数据分析模块12，用于将电压有效值除以电流有效值的结果分别乘以多通道接收机2每个通道的装置系数以获得每个通道的视电阻率值。

具体的，数据预处理模块11进行的预处理具体为：将地电电压和发送电流经过去直流、截止频率可调的数字低通滤波器，再利用数字正交矢量型锁相放大器进行测量，从而地电电压的电压有效值和发送电流的电流有效值。

下面参考图3，对数据预处理模块11和数据分析模块12进行数据预处理和数据分析的过程进行描述：

S101、对发送电流和地电电压共9路原始接收信号(M0-M8)去除直流分量；

S102：对每路接收信号(M0-M8)进行数字低通滤波，滤除高频的干扰噪声；

S103：在主控平台1上产生两路幅度为D、与发射频率相同的方波正交参考信号；

S104：预处理之后的9路接收信号(M0-M8)分别与0度方波参考信号进行基于FFT(Fast Fourier Transformation，快速傅里叶变换)算法的数字互相关运算，分别得到延时时刻为0时的无偏估计值I；

S105：预处理之后的9路接收信号(M0-M8)分别与90度方波参考信号进行基于FFT算法的数字互相关运算，分别得到延时时刻为0时的无偏估计值Q。

S106：初步判断9路接收信号(M0-M8)与0度方波参考信号之间的相位差θ与90度的关系。

S107：根据数字正交矢量型锁相放大器测量电流有效值R的原理，得到电流有效值R与参考信号幅度D，数字正交矢量型锁相放大器的同相输出I，正交输出Q，以及相位差θ的关系为：

根据相位差θ与90度的关系，代入相应的有效值分段表达式，求得9路接收信号的有效值。即：求得了发送电流的电流有效值和地电电压的电压有效值。

S108：将8路地电电压的有效值分别除以发送电流的有效值得到对应电阻值，根据对应电阻值和各个通道的装置系数K计算得到每个通道的视电阻率值，再采用电阻率法反演得到反映水下地质情况的地电参数。

进一步的，结合本发明实施例提供的技术方案，主控平台1还包括反演解释成图模块13。反演解释成图模块13用于基于每个视电阻率值与每个通道的测点地理位置反演解释成图。反演解释成图模块13通过LabVIEW中内置的CMD(command，命令提示符)命令来调用画图软件(比如“SURFER”)来反演解释成图。

进一步的，结合本发明实施例提供的技术方案，主控平台1还包括参数配置模块14、自然电位测试模块15和系统自检模块16。参数配置模块14用于配置装置类型、发送电流的信号频率、发送机3的激励电压值、多通道接收机2的采样参数、电场传感器上的接收电极极距、以及多通道接收机2的采集通道号中的一种或多种参数后生成参数配置文件。

具体的，水域电法勘探系统的配置装置类型为对称四级或偶极-偶极，设置发送电流的信号频率为0.25Hz、0.5Hz、1Hz、2Hz、4Hz中的一种，发送机3的激励电压值为100V、200V、300V、400V、500V、600V中的一种，多通道接收机2的采样参数的设置包括采样率、采样点数、低通滤波器截止频率、采集通道号和极距等。其中，采集通道号根据装置类型和接收电极的排布进行选择配置，极距根据电极的实际位置确定。在具体实施过程中，在每一步配置完成确定后才开始进行下一项参数的配置，也可以回到上一步的参数配置界面进行重新配置，每一步配置时都可以选择中途退出配置，所有参数设置完毕后确定保存为参数配置文件。

自然电位测试模块15用于选择采集通道号，获得每个通道的自然电位信息；具体的，选择的采集通道号进行采集，从而开始采集、显示、存储各个采集通道的自然电位信息，所采集的自然电位信息通过主控平台1上的波形图实时观察各个采集通道的自然电位信息。

系统自检模块16用于从参数配置文件中读取激励电压值和待测的采集通道号，控制发送机3发送第一频率的方波自检信号，以检测发送机3反馈的与方波自检信号对应的反馈信息，并根据反馈信息输出故障提示。

具体的，第一频率可以但不限定为1kHz，分别观察发送机3的反馈电压、各个通道的时域波形及主频，如果反馈电压超过上限电压阈值或低于下限电压阈值，则关闭发送机3，故障提示以提醒操作人员发送机3输出不正常；然后重新自检，直至排除所有的故障。

进一步的，结合本发明实施例提供的技术方案，主控平台1还包括数据预采集模块17，数据预采集模块17用于根据参数配置文件中的参数采集至少一个周期的预先地电电压和预先发送电流，分析预先地电电压的有效值和预先发送电流的有效值，根据预先地电电压的有效值和预先发送电流的有效值设置每个通道的放大倍数和每个通道的数模转换参考电压，从而实际工作中每个通道的放大倍数和数模转换参考电压更合适。

进一步，结合本发明实施例提供的技术方案，主控平台1还包括GPS(GlobalPositioning System，全球定位系统)模块18，GPS模块18通过LabVIEW中内置的VISA(Virtual Instruments Software Architecture，虚拟仪器软件体系结构)串口函数控制GPS模块18的波特率，设置GPS模块18输出定位信息的频率。从GPS模块18输出的定位信息中解析出下列信息：经度、纬度、GPS状态、海波高度和大地水准面高度。从而确定水域电法勘探系统所在精确位置，从而能够实现走航式勘探方式。

在具体实施过程中，结合本发明实施例提供的技术方案，该主控平台1还设置有实时显示模块19，通过实时显示模块19用不同的色标直观的实时显示GPS定位信息、航迹图、各个通道的地电电压、发送电流、视电阻率等。

在具体实施过程中，结合本发明实施例提供的技术方案，该主控平台1还包括异常处理模块20：异常处理模块20对水域电法勘探系统的运行状态进行监测。具体的，异常处理模块20进行监测的有发送电流、各接收电极的地电电压、电池电压、GPS状态等是否出现异常。在其中某个检测的值出现异常时进行提示，并且将相应异常源的错误信息存储在主控平台1上，便于分析和查找错误的原因。

在具体实施过程中，主控平台1还包括：历史数据回放模块21，历史数据回放模块21可以选择数据文件查看历史数据和视电阻率图。

多通道接收机2

参考图1所示，多通道接收机2包括：数字输出模块21、模拟信号同步采集模块22。具体的，数字输出模块21用于从主控平台1接收第一控制信号时生成PWM波并将第一控制信号和PWM波发送给发送机3。模拟信号同步采集模块22与水下拖曳电缆4连接，从而模拟信号同步采集模块22用于根据第二控制信号控制电场传感器采集反映不同深度地电电压，模拟信号同步采集模块22还同步采集发送机3的发送电流，模拟信号同步采集模块22再将地电电压和发送电流一起传输给主控平台1。具体实施过程中，可以通过RJ45网口或无线传输方式传输给主控平台1。

进一步，多通道接收机2还包括同步时钟模块23，同步时钟模块23用于生成同步时钟给数字输出模块21、模拟信号同步采集模块22和发送机3，从而同步控制对发送机3的发送电流的采集和对多通道接收机2的地电电压采集。

多通道接收机2还包括电池供电模块24和同步卡槽25，电池供电模块24以向数字输出模块21、模拟信号同步采集模块22和同步时钟模块23供电。

多通道接收机2还包括针对每个接收电极均设置有信号处理电路26，每个信号处理电路26均与模拟信号同步采集模块22连接。

比如，数字输出模块21为具有8个输出通道的数字输出卡，数字输出卡的每个通道具有过压保护、过流保护和短路保护电路。模拟信号同步采集模块22为16个差分通道的模拟输入采集卡，模拟输入采集卡的最大电压范围为±10V。数字输出卡和模拟输入采集卡通过标准接口与同步卡槽25连接，同步卡槽25提供与主控平台1连接的通信接口，可以根据需要选择通信方案，例如RJ45网线通信或WIFI无线通信等。数字输出卡和模拟输入采集卡集成度较高，可以有效缩小多通道接收机2的体积，并且采用同步卡槽25可以提高同步精度。

具体的，同步时钟模块23包括恒温晶振时钟模块和GPS时钟模块。对于单台发送机3和单台多通道接收机2时，仅采用恒温晶振时钟模块，恒温晶振技术的同步控制精度可达皮秒级(10-12秒)。当采用多台多通道接收机2和多台发送机3组成采集站时，还采用GPS时钟模块所提供的授时信号对多台多通道接收机2和多台发送机3进行时钟校准，这样可以有效保证多通道接收机2和发送机3的同步工作，其控制精度可达纳秒级(10-9秒)。

接收电极M0-M8通过水下拖曳电缆4连接模拟信号同步采集模块22，构成8个差分通道，从而得到8路地电电压信号。本实施例中，每个电场传感器5采用低频电场传感器，每个电场传感器5的接收电极得到的信号会先通过电场传感器5的信号处理电路进行预处理后再通过水下拖曳电缆送入模拟信号同步采集模块22。

发送机3接收多通道接收机2传输来的第一控制信号、PWM波和同步时钟，以及来自发送机电池36的激励动力源，根据第一控制信号的控制参数生成与PWM波同频同相的交变电流信号，通过发送电极A、B发送至地下以激励大地产生电场。在具体实施过程中，发送机3的最大功率为3kW。

在具体实施例中，发送机3包括：ARM处理器31、电源管理电路32、驱动电路33、激励电源34、驱动电源35、发送机电池36、激励逆变电路37。具体的，ARM处理器31从多通道接收机2接收到第一控制信号、PWM波和同步时钟后将PWM波发送给驱动电路33，ARM处理器31将第一控制信号发送给电源管理电路32和驱动电路33。ARM处理器31配置有存储模块38，用于存储一些ARM控制信息。

具体的，发送机电池36提供激励电压给激励电源34、驱动电源35和电源管理电路32。电源管理电路32根据第一控制信号中的电源控制参数分别向激励电源34和驱动电源35发送供电控制信号，激励电源34根据供电控制信号对激励逆变电路37供电，驱动电源35根据供电控制信号向驱动电路33供电，驱动电路33控制激励逆变电路37由PWM波调整为与PWM波同频同相的交变电流信号。

进一步，本发明实施例提供的水域电法勘探系统，发送机3还包括检测电路39，检测电路39用于采集交变电流信号中的至少一种信号参数发送给ARM处理器31，ARM处理器31还用于基于至少一种信号参数判断发送机3是否工作正常，并在发送机3不正常时控制对发送机3进行调整。

进一步，本发明实施例提供的水域电法勘探系统，发送机3还包括DC-DC模块310和发送机电池36，DC-DC模块310为电源模块，具体的，DC-DC模块310与发电机电源模块36连接，从而DC-DC模块310接收到发送机电池36的电压。本实施例中，发送机电池36采用96V40Ah锂离子聚合物电池，可以输出稳定的24V电压，最大输出功率可以达到3kW，能够在恶劣的野外环境中持续工作。发送机电池36用于向发送机3提供激励动力源。本实施例采用可以输出稳定的24V电压，最大输出功率可以达到3kW。因此供电电流大，信号强，信噪比高。

DC-DC模块310输出设定电压值的激励电压至激励电源34。该电压信号为后续激励逆变电路37的母线直流电压，该激励电压值的大小可由主控平台1进行控制。

激励电源34接收DC-DC模块310发送的激励电压，并发送给驱动电源34，激励电源34还根据接收到的供电控制信号向激励逆变电路37供电。

驱动电源35接收激励电源34发送的激励电压，并根据接收到的供电控制信号向驱动电路33供电。

驱动电路33接收PWM波对激励逆变主电路模块37进行控制。增大PWM信号的电流，同时还可以使PWM波与激励逆变电路37实现电气隔离。

激励逆变电路37在驱动电路33控制下产生交变电流信号，该交变电流信号的电压值大小与DC-DC模块310输出的母线直流电压相同，与PWM波同频同相，该交变电流信号通过发送电极A、B输出。本实施例中，激励逆变电路37的开关管采用绝缘栅双极型晶体管，交变电流信号的最大输出电流为6A。

检测电路39采集激励逆变电路37输出的交变电流信号的至少一种信号参数(至少一种信号参数包括电压、电流、频率等)作为反馈信号发送给信号调理与处理模块311，信号调理与处理模块311再通过AD转换模块312进行模数转换后到达ARM处理器31。这些反馈信号用于ARM处理器31判断发送机3是否工作正常，如果不正常则进行调整。

信号调理与处理模块311将反馈信号进行信号调理后发送给AD转换模块310。AD转换模块312将调理后的反馈信号转化为数字信号发送给ARM处理器31。

本实施例中，发送机3还包括温度检测模块313，温度检测模块313用于实时监测发送机3内部的温度，并将温度检测值通过信号调理与处理模块311进行信号调理，以及AD转换模块312的模数转换后传给ARM处理器31，当检测值不正常时发出报警并做出相应的操作。

下面参考图4所示，对本发明实施例提供的水域电法勘探系统的工作流程图进行说明：

S201：水域电法勘探系统统启动后进行参数配置。

S202：主控平台1通过数字输出模块21向发送机3发送激励电压值，对发送机3的激励电压的大小进行设置。

S203：发送机3接收激励电压值后，选择相应的电压变换档位。

S204：主控平台1发送对发送机3的启动信号，发送机3启动后上电处于待机状态。

S205：发送机3接收到启动信号后启动内部电路，准备发送信号。

S206：主控平台1控制数字输出单元21向发送机3发送PWM波，同时主控平台1向多通道接收机2发送第二控制信号使多通道接收机2开始采集地电电压。

S207：多通道接收机2持续通过接收电极M0-M8进行地电电压采集，并将采集得到的地电电压一起通过RJ45网口传输给主控平台1。

S208：将时域的地电电压和时域的发送电流经过去直流、截止频率可调的数字低通滤波器，利用数字正交矢量型锁相放大器测量各个通道的电压有效值。将电场传感器的电压有效值除以电流有效值，再乘以各自通道的装置系数，就可以得到各个通道的视电阻率值，再采用电阻率法反演得到反映水下地质情况的地电参数。

S209、船继续航行，直至所有的探测线路完成。

通过上述本发明提供的一个或多个技术方案，至少实现了如下技术效果或优点：

通过本发明提供的水域电法勘探系统，发送机在主控平台的控制下输出成交变电流信号发送至水下产生水下电场，则多通道接收机通过电场传感器和水下拖曳探测电缆接收反映不同深度的地电信息的地电电压，并采集发送机的发送电流一起传输给主控平台，进而通过主控平台对多通道接收机各个通道的接收信号得到反映水下地质情况的地电参数，从而完成淡水水域的电法勘探，从而测得的地电参数可以反映岩石性质如岩性、成分、孔隙度、裂隙程度和水饱和度等，从而有效解决了现有点状勘探很难发现构造破碎带、透镜体及溶洞等不良地质现象的技术问题，通过本发明提供的水域电法勘探系统辅助水上勘探，从而提高了水上钻探的可靠性。

进一步，由于通过本发明提供的水域电法勘探系统能够完成淡水水域的电法勘探了解水下地质情况，弥补了由于部分关键钻孔不能进行钻探施工而导致的获取不到关键钻孔的数据的问题，因此增大了水下勘探信息量。

进一步，本发明提供的水域电法勘探系统设置了GPS模块，从而能够采用走航式勘探方式，从一方面提高了水下勘探精度和勘探深度。

进一步，本发明提供的水域电法勘探系统基于水下拖曳探测电缆能够实现拖动作业，大大提高了水下电场传感器采集数据的可靠性，从另一方面提高了水下勘探精度和勘探深度，水下勘探深度可达水底100m以上。

进一步，本发明提供的水域电法勘探系统基于正交矢量型锁相放大器具有很好的抗干扰能力和测量重复性。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种水域电法勘探系统，其特征在于，包括：主控平台、多通道接收机、发送机、水下拖曳探测电缆、多个电场传感器；

所述主控平台与所述多通道接收机连接，所述发送机与所述多通道接收机连接，所述电场传感器安装在所述水下拖曳探测电缆上，所述水下拖曳探测电缆与所述多通道接收机连接，所述水下拖曳探测电缆与所述发送机连接；

其中，所述主控平台将第一控制信号经所述多通道接收机传输给所述发送机，所述主控平台还发送第二控制信号给所述多通道接收机，所述发送机在所述第一控制信号的控制下生成交变电流信号发送至水下产生水下电场；多个所述电场传感器采集不同深度的地电电压和所述发送机的发送电流后，经所述多通道接收机反馈给所述主控平台，所述主控平台基于所述地电电压和所述发送电流确定出所在水下地质对应的地电参数；

所述水下拖曳探测电缆由前导段、在所述前导段之后的发射段、在所述发射段之后的浅地层探测段、在所述浅地层探测段之后的中地层探测段、以及在所述中地层探测段之后的深地层探测段共同组成，其中，所述前导段为12芯，前导段的12芯有：地线，接收电极M0～M8的分叉单芯电缆、发送电极的分叉单芯电缆A、B。

2.如权利要求1所述的水域电法勘探系统，其特征在于，所述主控平台具体包括：

数据预处理模块，用于对所述地电电压和所述发送电流进行预处理得到所述地电电压的电压有效值和所述发送电流的电流有效值；

数据分析模块，用于将所述电压有效值除以所述电流有效值的结果分别乘以所述多通道接收机的每个通道的装置系数以获得所述每个通道的视电阻率值。

3.如权利要求2所述的水域电法勘探系统，其特征在于，所述主控平台还包括：

反演解释成图模块，用于基于所述每个通道的视电阻率值对应所述每个通道的测点地理位置反演解释成图。

4.如权利要求3所述的水域电法勘探系统，其特征在于，所述主控平台还包括：

参数配置模块，所述参数配置模块用于配置装置类型、所述发送电流的信号频率、所述发送机的激励电压值、所述多通道接收机的采样参数、所述电场传感器上的接收电极极距、以及所述多通道接收机的采集通道号中的一种或多种参数后生成参数配置文件；

自然电位测试模块，所述自然电位测试模块用于选择所述采集通道号，以获得所述每个通道的自然电位信息；

系统自检模块，所述系统自检模块用于从所述参数配置文件中读取所述激励电压值和待测的所述采集通道号，控制所述发送机发送第一频率的方波自检信号以检测所述发送机反馈的与所述方波自检信号对应的反馈信息，并根据所述反馈信息输出故障提示。

5.如权利要求4所述的水域电法勘探系统，其特征在于，所述主控平台还包括：

数据预采集模块，所述数据预采集模块用于根据所述参数配置文件中的参数采集至少一个周期的预先地电电压和预先发送电流，根据所述预先地电电压和所述预先发送电流设置所述每个通道的放大倍数和所述每个通道的数模转换参考电压。

6.如权利要求5所述的水域电法勘探系统，其特征在于，所述多通道接收机包括：

数字输出模块，所述数字输出模块用于从所述主控平台接收所述第一控制信号时生成PWM波，并将所述第一控制信号和所述PWM波发送给所述发送机；

模拟信号同步采集模块，所述模拟信号同步采集模块与所述水下拖曳电缆连接，所述模拟信号同步采集模块用于根据所述第二控制信号控制所述电场传感器采集所述地电电压和所述发送电流，所述模拟信号同步采集模块还将所述地电电压和所述发送电流传输给所述主控平台。

7.如权利要求6所述的水域电法勘探系统，其特征在于，所述多通道接收机还包括：同步时钟模块，所述同步时钟模块用于生成同步时钟给所述数字输出模块、所述模拟信号同步采集模块和所述发送机。

8.如权利要求7所述的水域电法勘探系统，其特征在于，所述发送机具体包括：ARM处理器、电源管理电路、驱动电路、激励电源、驱动电源、发送机电池、激励逆变电路；

其中，所述ARM处理器从所述多通道接收机接收到所述第一控制信号、所述PWM波和所述同步时钟后将所述PWM波发送给所述驱动电路，将所述第一控制信号发送给所述电源管理电路和所述驱动电路；

其中，所述发送机电池提供所述激励电压给所述激励电源和所述驱动电源，所述电源管理电路根据所述第一控制信号中的电源控制参数分别向所述激励电源和所述驱动电源发送供电控制信号，所述激励电源根据所述供电控制信号对所述激励逆变电路供电，所述驱动电源根据所述供电控制信号向所述驱动电路供电，所述驱动电路控制所述激励逆变电路由所述PWM波调整为与所述PWM波同频同相的所述交变电流信号。

9.如权利要求8所述的水域电法勘探系统，其特征在于，所述发送机还包括：检测电路，所述检测电路用于采集所述交变电流信号中的至少一种信号参数发送给ARM处理器；

所述ARM处理器，还用于基于所述至少一种信号参数判断所述发送机是否工作正常，并在所述发送机不正常时控制对所述发送机进行调整。