CN107219558B - 一种可用于物探测量的快速电极布设装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可用于物探测量的快速电极布设装置及方法，装置包括连接装置、伸缩装置、旋转装置，连接装置与主机连接，实现电信号传输，同时与伸缩装置连接，伸缩装置通过其弹性，对同一测点布设不同范围的电极圈，达到不同的接地效果，旋转装置通过电机开关实现多路电机同时运转，带动旋转齿轮组，实现钻杆旋转，带动钻头钻入土层，完成电极布设。本发明实现电极自动旋转，实现电极布设，提高了电极布设的效率，自动化程度高。

Description

一种可用于物探测量的快速电极布设装置及方法

技术领域

本发明涉及一种可用于物探测量的快速电极布设装置及方法。

背景技术

激发极化法是通过地质介质中因外电流激发而引起介质内部出现电荷分离，差生附加“过电位”的一种物理化学现象。可分为直流激发极化法和交流激发极化法。

高密度电法是集中电剖面法和电测深法，野外测量时只需将几十至上百根电极置于测点上，通过控制测量仪器即可实现数据采集。

上述两种方法数据采集的准确度一方面取决于测量仪器对采集数据中的有用信息的提取与干扰信息的剔除；另一方面取决于测量电极接地电阻的大小。在以往的研究中，大多数研究学者将精力集中在仪器对数据有用信息的提取上，而在电极布设速度、降低电极接地电阻上关注较少，然而接地电阻的大小对采集数据的影响不容忽视。在以往的测量中，电极布设采用人工锤击铁电极进行电极布设，费时费力；降低电极接地电阻采用人工浇注盐水，盐水因不同地质环境具有不同的渗透速率。因此研制快速有效的电极布设装置，是物探测量亟待解决的重要问题。

对于本发明而言，为实现电极的快速布设，降低电极的接地电阻，电极布设装置面临如下难题：

(1)野外测量时，如何保证电极占用空间小，携带方便，减小野外作业负担。

(2)电极布设时，如何取代费时费力的传统布设方式：锤击布设。

(3)链接电极时，如何降低电极与大地的接地电阻，如何取代人工挖坑、浇水等繁琐步骤。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种可用于物探测量的快速电极布设装置及方法，本发明具有操作简单、携带方便、省时省力、自动化的特点，同时满足低接地电阻的要求。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可用于物探测量的快速电极布设装置，包括连接装置、伸缩装置、旋转装置，所述连接装置与主机连接，实现电信号传输，同时与伸缩装置的一端连接，所述伸缩装置的另一端与旋转装置连接，所述旋转装置的末端连接有布设电机的钻杆与钻头，所述伸缩装置通过其弹性改变钻杆与连接装置的相对长度，实现对同一测点布设不同范围的电极圈，达到不同的接地效果，旋转装置通过电机开关实现多路电机同时运转，带动旋转齿轮组，实现钻杆旋转，带动钻头钻入土层，完成电极布设。

进一步的，所述连接装置包括电极接线柱、喇叭状保护套、注水口、导水管和连接柱，所述电极接线柱设置于连接柱上，且嵌套于喇叭状保护套内，所述连接柱上设置有若干个注水管，所述注水管首端设置有注水口，末端设置有导水口。

进一步的，所述连接装置通过电极连接柱实现电极与主机间电流信号的传输。

进一步的，所述喇叭状保护套开口朝上，以利于水流向注水口灌注，防止外溢。

所述连接装置通过注水管末端设置的连接口实现连接柱与伸缩装置的对接，同时使灌注水通过连接口流向伸缩装置，所述连接口具有一弯折处，其伸缩装置卡合于连接口的不同位置。

所述伸缩装置包括弹性元件、导水管、连接头、伸缩杆、引水管、钻杆和钻头，所述伸缩杆设置与连接装置末端，其内设置有弹性元件，弹性元件与连接头通过弹性元件的压缩与舒张，实现伸缩装置在连接口中不同位置的伸缩固定，以根据需求对电极布设的范围进行调节，伸缩杆内部中空留有导水管，所述伸缩杆末端设置有竖直向下的钻杆，所述钻杆末端是钻头，所述钻杆内的导水管连通有多个引水管。

所述引水管具有一定坡度，使得灌注的水顺利到达钻杆表层，渗入周围的介质，实现钻杆与周围介质的紧密接触。坡度优选为30°-70°。

所述旋转装置包括电机和旋转齿轮组，所述电机设置于伸缩装置的伸缩杆末端外部，伸缩杆末端内沿设置有旋转接头，旋转接头外侧套设有旋转齿轮组，所述旋转齿轮组设置于伸缩装置的伸缩杆末端，包括驱动齿轮与旋转齿轮，所述驱动齿轮包括轮齿和轮轴，轮轴在电机的作用下转动，带动轮齿旋转，旋转齿轮包括多个设置在边沿的凹槽，凹槽在轮齿带动下转动，实现电极的自动钻入。

所述旋转装置同时控制开关控制多路电机通断，实现多路电极的自动布设。

基于上述装置的工作方法，包括激发极化法电极布设：

(1)激发极化法选用双频激电法，测量方法为四极法；

(2)将主机放置在测线中央，通过滚轮将漆包线沿测线布设至测点位置，将快速电极布设装置随身携带至测点位置；

(3)根据电极布设范围的需求将伸缩杆通过连接头进行拼接，达到电极布设范围需求后，将钻杆与钻头拼接到旋转接头上，将伸缩杆连接头与连接柱的连接口连接，完成电极安装；

(4)将电极水平放置在测点上，启动电机控制开关，控制多路电机同时运转，驱动齿轮运转，带动钻杆旋转，钻头随之钻入土层；

(5)向喇叭状保护套内倒入一定量的盐水，将漆包线一端接头与电极接线柱连接，完成电极布设，进行测量。

基于上述装置的工作方法，包括高密度电法电极布设步骤：

(1)将主机放置在测线一端或中部，以主机放置在测线一端为例。将高密度电缆与主机连接后，牵引另一端至测点最远端；

(2)依次将测点上的电极布设装置的钻杆与钻头拼接到旋转接头上，将伸缩杆连接头与连接柱的连接口连接，完成电极安装；

(3)将电极水平放置在测点上，启动电机控制开关，控制多路电机同时运转，驱动齿轮运转，带动钻杆旋转，钻头随之钻入土层；

(4)向喇叭状保护套内倒入一定量的盐水，将漆包线一端接头与电极接线柱连接，完成电极布设，进行测量。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明提出了一种可折叠、可拆卸、可伸缩的电极布设装置，减小电极容纳空间，减轻电极的重量，增加电极的布设空间，有效减轻野外作业负担。

2、本发明提出一种单开关多驱动旋转装置，通过开关控制电极旋转装置的发动机，实现电极自动旋转，实现电极布设，提高了电极布设的效率，自动化程度高。

3、本发明提出一种电极内部加水的导水装置，通过导水管路，将外部盐水直接运送到电极底部，并渗入相应介质中，更大程度减小电极接地电阻。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本发明一种可用于物探测量的快速电极布设装置示意图；

图2(a)-图2(b)是本发明连接装置示意图；

图3(a)-图3(c)是本发明伸缩-连接装置示意图；

图4(a)-图4(b)是本发明伸缩-旋转装置示意图；

图5(a)-图5(b)是本发明旋转齿轮组示意图；

图6是本发明激发极化电极布设示意图；

图7是本发明高密度电法电极布设示意图；

其中，1.电极接线柱，2.喇叭状保护套，3.注水口，4.电机控制开关，5.注水管，6.连接柱，7.导水口，8.导水管，9.弹簧，10.伸缩杆，11.电机，12.旋转齿轮组，13.旋转接头，14.引水管，15.钻头，16.连接口，17.连接头，18.钻杆，19.挡板，20.轮齿，21.轮轴，22.凹槽，23.电极，24.不极化电极，25.激发极化主机，26.连接电缆，27.高密度电法主机。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在在电极布设速度、降低电极接地电阻上关注较少，然而接地电阻的大小对采集数据的影响不容忽视。在以往的测量中，电极布设采用人工锤击铁电极进行电极布设，费时费力；降低电极接地电阻采用人工浇注盐水，盐水因不同地质环境具有不同的渗透速率的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种可用于物探测量的快速电极布设装置，具有操作简单、携带方便、省时省力、自动化的特点，同时满足低接地电阻的要求。

如图1所示，本发明一种可用于物探测量的快速电极布设装置示意图，包括连接装置、伸缩装置和旋转装置。

连接装置包括电极接线柱1、喇叭状保护套2、注水口3、导水管8、连接口16、连接柱6六部分。其中电极连接柱1实现电极与主机间电流信号的传输；喇叭状保护套2有利于水流向注水口灌注，防止外溢；导水管8使加入的水按指定路径流动；连接口16实现连接柱与伸缩装置的对接，同时使灌注水通过连接口流向伸缩装置。

伸缩装置包括导水口7、弹簧9、导水管8、连接头17、伸缩杆10、引水管14、钻杆18、钻头15。其中导水口7实现灌注水的引流；弹簧9与连接头17通过弹簧9的压缩与舒张，实现伸缩装置伸缩固定，可以根据需求对电极布设的范围进行调节；伸缩杆10是可拆卸拼接，根据需求延长或缩短电极布设范围，由于伸缩杆内部中空留有导水管，使得伸缩杆重量大大减小，便于电极携带；引水管14通过一定坡度的设计，使得通过注水口灌注的水顺利到达钻杆18表层，渗入周围的介质(土介质)，实现钻杆18与周围介质(土介质)的紧密接触，有利于降低接触电阻；钻杆18与钻头15在旋转装置的带动下，钻杆18随着钻头15的旋转插入大地介质中，完成电极安装。

所述旋转装置包括电机控制开关4、电机11、旋转齿轮组。其中电机控制开关控制4路电机通断，实现电极的自动布设；旋转齿轮组由驱动齿轮和旋转齿轮组成，在电机的带动下，驱动齿轮旋转，轮齿20经旋转齿轮凹槽22带动钻杆18旋转，使得钻头15向下钻进。

如图2(a)-图2(b)所示是本发明连接装置示意图，包括电极接线柱1、喇叭状保护套2、注水口3、注水管5、连接口16、连接柱6六部分。其中电极接线柱1实现电极与主机间电流信号的传输；喇叭状保护套2有利于水流向注水口灌注，防止外溢；注水口3与注水管5使加入的水按指定路径流动；连接口16实现连接柱6与伸缩装置的对接，同时使灌注水通过连接口流向伸缩装置。

如图3(a)-图3(c)所示是本发明伸缩-连接装置示意图，包括连接装置与旋转装置。图3(a)-图3(b)分别为伸缩装置与连接装置连接过程与连接两种不同的状态，图3(c)为连接状态三维图。

如图4(a)-图4(b)所示是本发明伸缩-旋转装置示意图，包括伸缩装置与旋转装置。分别为说所装置连接过程与连接两种状态。

如图5(a)-图5(b)所示是本发明旋转齿轮组示意图，包括驱动齿轮与旋转齿轮。

驱动齿轮包括轮齿20和轮轴21。其中轮轴21在电机的作用下转动，带动轮齿20旋转。

旋转齿轮包括凹槽22，凹槽22在轮齿20带动下转动，实现电极的自动钻入。其中旋转接头13是实现伸缩杆10与钻杆18分离钻杆18自由转动必不可少的部分。

如图6所示是本发明激发极化电极布设示意图，包括激发极化主机25，电缆26，电极23，测量电极24。其中电极23为供电电极，为本发明快速电极布设装置。

如图所示7是本发明高密度电法电极布设示意图，包括高密度电法主机27，电缆26，电极23。其中电极23为供电电极，为本发明快速电极布设装置。

本发明的工作过程如下：

1、激发极化法电极布设步骤：

(1)激发极化法选用双频激电法，仪器采用DQ-1000大深度轻便型激电仪，测量方法为四极法，包括激电测深与激电扫面。

(2)将主机放置在测线中央，通过滚轮将漆包线沿测线布设至测点位置，将快速电极布设装置随身携带至测点位置。

(3)根据电极布设范围的需求将伸缩杆通过连接头进行拼接，达到电极布设范围需求后，将钻杆与钻头拼接到旋转接头上，将伸缩杆连接头与连接柱的连接口连接，完成电极安装。

(4)将电极水平放置在测点上，启动电机控制开关，控制4路电机同时运转，驱动齿轮运转，带动钻杆旋转，钻头随之钻入土层。

(5)向喇叭状保护套内倒入一定量的盐水，将漆包线一端接头与电极接线柱连接，完成电极布设，进行测量。

2、高密度电法电极布设步骤：

(1)采用WGMD-4高密度电法仪进行高密度电法测量

(2)将主机放置在测线一端或中部，以主机放置在测线一端为例。将高密度电缆与主机连接后，牵引另一端至测点最远端。

(3)依次将测点上的电极布设装置的钻杆与钻头拼接到旋转接头上，将伸缩杆连接头与连接柱的连接口连接，完成电极安装。

(4)将电极水平放置在测点上，启动电机控制开关，控制4路电机同时运转，驱动齿轮运转，带动钻杆旋转，钻头随之钻入土层。

(5)向喇叭状保护套内倒入一定量的盐水，将漆包线一端接头与电极接线柱连接，完成电极布设，进行测量。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种可用于物探测量的快速电极布设装置，其特征是：包括连接装置、伸缩装置、旋转装置，所述连接装置与主机连接，实现电信号传输，同时与伸缩装置的一端连接，所述伸缩装置的另一端与旋转装置连接，所述旋转装置的末端连接有布设电机的钻杆与钻头，所述伸缩装置通过其弹性改变钻杆与连接装置的相对长度，实现对同一测点布设不同范围的电极圈，达到不同的接地效果，旋转装置通过电机开关实现多路电机同时运转，带动旋转齿轮组，实现钻杆旋转，带动钻头钻入土层，完成电极布设；

所述连接装置通过注水管末端设置的连接口实现连接柱与伸缩装置的对接，同时使灌注水通过连接口流向伸缩装置，所述连接口具有一弯折处，其伸缩装置卡合于连接口的不同位置；

所述伸缩装置包括弹性元件、导水管、连接头、伸缩杆、引水管、钻杆和钻头，所述伸缩杆设置与连接装置末端，其内设置有弹性元件，弹性元件与连接头通过弹性元件的压缩与舒张，实现伸缩装置在连接口中不同位置的伸缩固定，以根据需求对电极布设的范围进行调节，伸缩杆内部中空留有导水管，所述伸缩杆末端设置有竖直向下的钻杆，所述钻杆末端是钻头，所述钻杆内的导水管连通有多个引水管。

2.如权利要求1所述的一种可用于物探测量的快速电极布设装置，其特征是：所述连接装置包括电极接线柱、喇叭状保护套、注水口、导水管和连接柱，所述电极接线柱设置于连接柱上，且嵌套于喇叭状保护套内，所述连接柱上设置有若干个注水管，所述注水管首端设置有注水口，末端设置有导水口。

3.如权利要求2所述的一种可用于物探测量的快速电极布设装置，其特征是：所述连接装置通过电极连接柱实现电极与主机间电流信号的传输。

4.如权利要求2所述的一种可用于物探测量的快速电极布设装置，其特征是：所述喇叭状保护套开口朝上，以利于水流向注水口灌注，防止外溢。

5.如权利要求1所述的一种可用于物探测量的快速电极布设装置，其特征是：所述引水管具有一定坡度，使得灌注的水顺利到达钻杆表层，渗入周围的介质，实现钻杆与周围介质的紧密接触。

6.如权利要求1所述的一种可用于物探测量的快速电极布设装置，其特征是：所述旋转装置包括电机和旋转齿轮组，所述电机设置于伸缩装置的伸缩杆末端外部，伸缩杆末端内沿设置有旋转接头，旋转接头外侧套设有旋转齿轮组，所述旋转齿轮组设置于伸缩装置的伸缩杆末端，包括驱动齿轮与旋转齿轮，所述驱动齿轮包括轮齿和轮轴，轮轴在电机的作用下转动，带动轮齿旋转，旋转齿轮包括多个设置在边沿的凹槽，凹槽在轮齿带动下转动，实现电极的自动钻入。

7.基于权利要求1-6中任一项所述的装置的工作方法，其特征是：包括激发极化法电极布设：

(1)激发极化法选用双频激电法，测量方法为四极法；

(2)将主机放置在测线中央，通过滚轮将漆包线沿测线布设至测点位置，将快速电极布设装置随身携带至测点位置；

(3)根据电极布设范围的需求将伸缩杆通过连接头进行拼接，达到电极布设范围需求后，将钻杆与钻头拼接到旋转接头上，将伸缩杆连接头与连接柱的连接口连接，完成电极安装；

(4)将电极水平放置在测点上，启动电机控制开关，控制多路电机同时运转，驱动齿轮运转，带动钻杆旋转，钻头随之钻入土层；

(5)向喇叭状保护套内倒入一定量的盐水，将漆包线一端接头与电极接线柱连接，完成电极布设，进行测量。

8.基于权利要求1-6中任一项所述的装置的工作方法，其特征是：基于上述装置的工作方法，包括高密度电法电极布设步骤：

(1)将主机放置在测线一端或中部，将高密度电缆与主机连接后，牵引另一端至测点最远端；

(2)依次将测点上的电极布设装置的钻杆与钻头拼接到旋转接头上，将伸缩杆连接头与连接柱的连接口连接，完成电极安装；

(3)将电极水平放置在测点上，启动电机控制开关，控制多路电机同时运转，驱动齿轮运转，带动钻杆旋转，钻头随之钻入土层；

(4)向喇叭状保护套内倒入一定量的盐水，将漆包线一端接头与电极接线柱连接，完成电极布设，进行测量。

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