CN107816639A - 基于电化学的地下水渗漏检测系统及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于电化学的地下水渗漏检测系统及检测方法，其中，所述系统包括发射机、发射电极、接收机、检测电极和上位机，所述方法包括如下步骤：S1、将发射电极分别垂直插入地连墙的两侧连接地下水的管道中，开启发射机电源，调节发射机电压，发送双极性方波；S2、在地连墙的待检测侧设计检测位点，检测不同检测位点的电位值并发送至接收机；S3、接收机将接收到的各个检测位点的电位值发送至上位机；S4、上位机接收来自接收机的数据并处理，然后根据处理后的数据绘制电位等值线图，通过电位的分布，确定渗漏存在的位置。本发明提出的地下水渗漏检测系统灵敏度和分辨率高、重量轻、体积小、操作简便、检测速度快。
Description
技术领域
本发明涉及地球物理探测领域，尤其涉及一种基于电化学的地下水渗漏检测系统及检测方法。
背景技术
随着社会的发展以及社会城市化进程的加快，地上占有空间越来越小，人们开始向地下场所进行研究和开发，比如地下商城、地铁等工程的数量不断增加,所以21世纪是被普遍认为是人类开发和利用“地下空间”的世纪。为了提高周围建筑物的稳定性和安全性，通常会采用费用低廉、施工方便的明挖法，但随之而来的是深基坑的数量不断增加。采用明挖法必须先浇筑地连墙或止水帷幕，但受施工质量、地质条件等影响，地连墙经常出现各种渗漏问题，尤其在深基坑工程中，基坑内外的地下水压力差较大，引起的渗漏更为严重，地下水的渗漏会对周围建筑的稳定和安全产生很严重的危害。近年来，越来越多的研究者开始关注地下水渗漏的检测仪器和检测方法。
公布号为CN102392461A专利申请公开了一种基坑止水帷幕隐伏渗漏点检测方法，其包括：在基坑的外部，沿止水帷幕横向方向，距离止水帷幕定长距离处布设测点；在基坑内部降水前，探测测点处的土层电阻率；在基坑内部降水后，探测测点处的土层电阻率；然而该检测方法在实施时受施工环境的影响较大，施工环境会对土层的电阻率产生影响，会使测量的精度不准确，进而导致定点不准确，影响后期的填堵；现有技术还提出了一种基于流场拟合法设计的基坑渗漏探测仪，该探测仪的发射机采用CPLD作为驱动信号发生器，由MOSFET管构成发射桥路，发射机能够发送3～12V幅值可调的1Hz双极性方波，接收机采用的是FPGA和MCU的构架，并将采集的数据同步传送至上位机进行运算，可以得到1Hz、3Hz、5Hz、7Hz、9Hz谐波的幅值，最后通过电位的分布即可确定渗漏存在的位置，然而该检测仪存在一定的弊端，第一，发射机的耐受压力较小，击穿电压低，工作电流小，通常只有几十安培，不适用高电压场所；第二，接收机上包含多个通道，增大了接收机的体积，不便携带，而且在检测时需要预设多个电极，并且在多个预设电极全部排好并检查好电极连接是否准确后再进行测试，耗时较长。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提出一种基于电化学的地下水渗漏检测系统及检测方法，以解决现有技术中存在的问题。
本发明一方面提供了一种基于电化学的地下水渗漏检测系统，用于检测地连墙一侧的地下水渗漏位置，包括：发射机、发射电极、接收机、检测电极和上位机，其中，发射电极为两个，分别垂直插入地连墙两侧连接地下水的管道中，且分别与发射机通信连接，检测电极为两个，与接收机通信连接，用于检测待检测侧的不同检测位点的电位值，并将检测到的电位值发送至接收机，接收机为单通道接收机且与上位机连接，用于将接收到的电位值发送至上位机，上位机对接收到的数据进行处理，得到地下水的渗漏位置。
优选，发射机的发射桥路为由耐压500V的MOSFET管IRFP450构成的H桥路，发射机的电压耐压可调范围为5～500V。
进一步优选，接收机的内部安装有放大板，接收机内的信号采集板采用独立的四片24位模数转换器。
本发明还提供了一种基于电化学的地下水渗漏检测方法，采用上述基于电化学的地下水渗漏检测系统，包括以下步骤：
S1、将发射电极分别垂直插入地连墙的两侧连接地下水的管道中，开启发射机电源，调节发射机电压，发送双极性方波；
S2、在地连墙的待检测侧设计检测位点，通过检测电极检测不同检测位点的电位值，并将检测到的电位值发送至接收机，其中，检测位点位于两个发射电极之间；
S3、接收机将接收到的各个检测位点的电位值发送至上位机；
S4、上位机接收来自接收机的数据并处理，然后根据处理后的数据绘制电位等值线图，通过电位的分布，确定渗漏存在的位置。
优选，步骤S2中检测位点的设计如下：在墙角的位置设计圆弧形分布的检测位点，在墙边的位置设计与地连墙的延伸方向平行的至少两排检测位点。
进一步优选，步骤S2中通过检测电极检测不同检测位点的电位值，并将检测到的电位值发送至接收机的方法如下：
完成一个检测位点的现场检测：将两个检测电极分别插进地面，其中，一个检测电极插入检测位点，另一个检测电极与其保持一定距离，开启接收机电源，检测电极检测该检测位点的电位值，并将其发送至接收机进行编号保存；
将检测电极拔出，并将一个检测电极插入下一个检测位点，另一个检测电极与其保持同样的距离插进地面，检测该检测位点的电位值，并将其发送至接收机进行编号保存，依此类推，完成全部检测位点电位值的检测。
进一步优选，步骤S4中上位机接收来自接收机的数据并处理，然后根据处理后的数据绘制电位等值线图，通过电位的分布，确定渗漏存在的位置具体为：
接收来自接收机的数据；
对接收的数据的幅值、相位以及频率进行再处理，提取数据幅值为1Hz、3Hz、5Hz、7Hz、9Hz、11Hz、13Hz、15Hz、17Hz、19Hz、21Hz的奇次谐波；
根据提取的奇次谐波绘制电位等值线图，通过电位的分布，确定渗漏存在的位置。
本发明提供的基于电化学地下水渗漏检测系统及检测方法利用发射机及发射电极外加电场，使地下水中的离子发生定向移动，阳离子往阴极方向移动，形成电流场，或阳离子拖拽水朝阴极运动形成水流运动(也叫电渗现象)，然后通过检测电极可以对不同检测位点的电位值进行测量，并将测量值经接收机发送至上位机进行处理后，可以获得电流场或电渗的分布形态，进而可以找到渗漏的位置。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
该基于电化学地下水渗漏检测系统中的接收机为单通道接收机，重量轻、体积小，方便携带，便于移动，适合各种条件下的检测场所。
该基于电化学地下水渗漏检测方法操作简便、检测速度快，接收机中通道的个数为一个，在操作时分别对设计的检测位点依次进行检测，即可得到数据，避免像其他的检测方法中需要预设多个电极并且均排好且检查好后才能进行检测，缩短准备时间，提高检测速度，而且利用本发明提出的检测方法不需要很多人手即可完成测试，人力物力消耗少，检测成本低，一般技术人员经过短期培训即能独立完成操作。
附图说明
图1为本发明提供的基于电化学的地下水渗漏检测系统的结构图；
图2为本发明提供的基于电化学的地下水渗漏检测方法的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例1
如图1所示，基于电化学的地下水渗漏检测系统，用于检测地连墙一侧的地下水渗漏位置，包括：发射机1、发射电极2、接收机3、检测电极4和上位机5，其中，发射电极1为两个，分别垂直插入地连墙6两侧连接地下水的管道中，且分别与发射机1通信连接，检测电极4为两个，与接收机3通信连接，用于检测待检测侧的不同检测位点7的电位值，并将检测到的电位值发送至接收机3，接收机3为单通道接收机且与上位机5连接，用于将接收到的电位值发送至上位机5，上位机5对接收到的数据进行处理，得到地下水的渗漏位置，其中，发射机1的发射桥路为由耐压500V的MOSFET管IRFP450构成的H桥路，发射机1的电压耐压可调范围为5～500V。
该基于电化学地下水渗漏检测系统利用发射机及发射电极外加电场，使地下水中的离子发生定向移动，阳离子往阴极方向移动，形成电流场，或阳离子拖拽水朝阴极运动形成水流运动(也叫电渗现象)，然后通过检测电极可以对不同检测位点的电位值进行测量，并将测量值经接收机发送至上位机进行处理后，可以获得电流场或电渗的分布形态，进而可以找到渗漏的位置。
实施例2
如图1所示，基于电化学的地下水渗漏检测系统，用于检测地连墙一侧的地下水渗漏位置，包括：发射机1、发射电极2、接收机3、检测电极4和上位机5，其中，发射电极1为两个，分别垂直插入地连墙两侧连接地下水的管道中，且分别与发射机1通信连接，检测电极4为两个，与接收机3通信连接，用于检测待检测侧的不同检测位点的电位值，并将检测到的电位值发送至接收机3，接收机3为单通道接收机且与上位机5连接，用于将接收到的电位值发送至上位机5，上位机5对接收到的数据进行处理，得到地下水的渗漏位置，其中，发射机1的发射桥路为由耐压500V的MOSFET管IRFP450构成的H桥路，发射机1的电压耐压可调范围为5～500V，接收机3的内部安装有放大板，接收机3内的信号采集板采用独立的四片24位模数转换器。
通过在接收机中安装放大板，使其可以接受微弱的信号，进而提高检测的灵敏度和使用范围，发射机中采用IGBT构成发射桥路，可以将发射机耐压范围扩大到500V，提高耐受压力，使工作电流的范围扩大，进而扩大检测系统的使用范围。
实施例3
如图2所示，基于电化学的地下水渗漏检测方法，包括以下步骤：
S1、将发射电极分别垂直插入地连墙的两侧连接地下水的管道中，开启发射机电源，调节发射机电压，发送1Hz双极性方波；
S2、在地连墙的待检测侧设计检测位点，通过检测电极检测不同检测位点的电位值，并将检测到的电位值发送至接收机，其中，检测位点位于两个发射电极之间；
S3、接收机将接收到的各个检测位点的电位值发送至上位机；
S4、上位机接收来自接收机的数据并处理，然后根据处理后的数据绘制电位等值线图，通过电位的分布，确定渗漏存在的位置。
其中，步骤S2中检测位点的设计如下：在墙角的位置设计圆弧形分布的检测位点，在墙边的位置设计与地连墙的延伸方向平行的至少两排检测位点。
步骤S2中通过检测电极检测不同检测位点的电位值，并将检测到的电位值发送至接收机的方法如下：
完成一个检测位点的现场检测：将两个检测电极分别插进地面，其中，一个检测电极插入检测位点，另一个检测电极与其保持一定距离，开启接收机电源，检测电极检测该检测位点的电位值，并将其发送至接收机进行编号保存；
将检测电极拔出，并将一个检测电极插入下一个检测位点，另一个检测电极与其保持同样的距离插进地面，检测该检测位点的电位值，并将其发送至接收机进行编号保存，依此类推，完成全部检测位点电位值的检测。
步骤S4中上位机接收来自接收机的数据并处理，然后根据处理后的数据绘制电位等值线图，通过电位的分布，确定渗漏存在的位置具体为：
接收来自接收机的数据；
对接收的数据的幅值、相位以及频率进行再处理，提取数据幅值为1Hz、3Hz、5Hz、7Hz、9Hz、11Hz、13Hz、15Hz、17Hz、19Hz、21Hz的奇次谐波；
根据提取的奇次谐波绘制电位等值线图，通过电位的分布，确定渗漏存在的位置。
该基于电化学地下水渗漏检测方法通过外加电场，使地下水中的离子发生定向移动，阳离子往阴极方向移动，形成电流场，或阳离子拖拽水朝阴极运动形成水流运动(也叫电渗现象)，然后通过对不同检测位点的电位值进行测量，并将测量值发送至上位机进行处理后，可以获得电流场或电渗的分布形态，进而可以找到渗漏的位置。
该基于电化学地下水渗漏检测方法中，接收机所接收的数据不仅包括地连墙的渗漏电压信号，而且还有发射机穿透土地层的电压信号，一般情况下渗漏电压要比穿透电压小，所以本发明提取的谐波可以提取到1Hz、3Hz、5Hz、7Hz、9Hz、11Hz、13Hz、15Hz、17Hz、19Hz、21Hz甚至更高的奇次谐波，而越多的谐波叠加处理后越能反映数据的准确性，再加上各次谐波的对比，进而可以提高检测的灵敏度和进一步提高了测量结果的准确性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.基于电化学的地下水渗漏检测系统，用于检测地连墙一侧的地下水渗漏位置，其特征在于，包括：发射机(1)、发射电极(2)、接收机(3)、检测电极(4)和上位机(5)，其中，发射电极(1)为两个，分别垂直插入地连墙两侧连接地下水的管道中，且分别与发射机(1)通信连接，检测电极(4)为两个，与接收机(3)通信连接，用于检测待检测侧的不同检测位点的电位值，并将检测到的电位值发送至接收机(3)，接收机(3)为单通道接收机且与上位机(5)连接，用于将接收到的电位值发送至上位机(5)，上位机(5)对接收到的数据进行处理，得到地下水的渗漏位置。
2.按照权利要求1所述的基于电化学的地下水渗漏检测系统，其特征在于：发射机(1)的发射桥路为由耐压500V的MOSFET管IRFP450构成的H桥路，发射机(1)的电压耐压可调范围为5～500V。
3.按照权利要求1所述的基于电化学的地下水渗漏检测系统，其特征在于：接收机(3)的内部安装有放大板，接收机(3)内的信号采集板采用独立的四片24位模数转换器。
4.基于电化学的地下水渗漏检测方法，采用如权利要求1至3中任一项所述的基于电化学的地下水渗漏检测系统，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将发射电极分别垂直插入地连墙的两侧连接地下水的管道中，开启发射机电源，调节发射机电压，发送双极性方波；
S2、在地连墙的待检测侧设计检测位点，通过检测电极检测不同检测位点的电位值，并将检测到的电位值发送至接收机，其中，检测位点位于两个发射电极之间；
S3、接收机将接收到的各个检测位点的电位值发送至上位机；
S4、上位机接收来自接收机的数据并处理，然后根据处理后的数据绘制电位等值线图，通过电位的分布，确定渗漏存在的位置。
5.按照权利要求4所述的基于电化学的地下水渗漏检测方法，其特征在于：步骤S2中检测位点的设计如下：在墙角的位置设计圆弧形分布的检测位点，在墙边的位置设计与地连墙的延伸方向平行的至少两排检测位点。
6.按照权利要求4所述的基于电化学的地下水渗漏检测方法，其特征在于：步骤S2中通过检测电极检测不同检测位点的电位值，并将检测到的电位值发送至接收机的方法如下：
完成一个检测位点的现场检测：将两个检测电极分别插进地面，其中，一个检测电极插入检测位点，另一个检测电极与其保持一定距离，开启接收机电源，检测电极检测该检测位点的电位值，并将其发送至接收机进行编号保存；
将检测电极拔出，并将一个检测电极插入下一个检测位点，另一个检测电极与其保持同样的距离插进地面，检测该检测位点的电位值，并将其发送至接收机进行编号保存，依此类推，完成全部检测位点电位值的检测。
7.根据权利要求4所述的基于电化学的地下水渗漏检测方法，其特征在于：步骤S4中上位机接收来自接收机的数据并处理，然后根据处理后的数据绘制电位等值线图，通过电位的分布，确定渗漏存在的位置具体为：
接收来自接收机的数据；
对接收的数据的幅值、相位以及频率进行再处理，提取数据幅值为1Hz、3Hz、5Hz、7Hz、9Hz、11Hz、13Hz、15Hz、17Hz、19Hz、21Hz的奇次谐波；
根据提取的奇次谐波绘制电位等值线图，通过电位的分布，确定渗漏存在的位置。
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