CN112987109B - 多功能便携式跨孔电阻率ct信号采集装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本公开提出了多功能便携式跨孔电阻率CT信号采集装置、系统及方法，采集装置包括绝缘护筒，设置在绝缘护筒表面的电极及传感器，所述绝缘护筒内分别贯穿设置传输导线，所述传输导线用于分别连接电极及传感器，所述绝缘护筒两端设置可对接的连接端头。能够同时实现传感信号、电阻率及地下水样的采集，并且采用可拆卸的级联结构能够实现装置任意长度的调整，实现装置的便携，同时提高可数据采集的灵活度，提高采集效率，保证了数据质量，为不同领域提供了更加准确且高效的技术服务。

Description

多功能便携式跨孔电阻率CT信号采集装置、系统及方法

技术领域

本公开涉及地球物理勘探相关技术领域，具体的说，是涉及多功能便携式跨孔电阻率CT信号采集装置、系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，并不必然构成在先技术。

地球物理勘探是以岩石、矿石(或地层)与围岩的物理性质差密度、磁化性质、导电性、放射性等异为基础，即地球物理学用物理学的原理和方法，对地球的各种物理场分布及其变化进行观测。随着地球物理方法的不断改进，不同物探技术已经广泛应用于生活和工作的各个领域。

现有的勘探方法，跨孔电阻率CT方法作为电法勘探的一种，由于其对低阻体敏感、成像精度高的特点，在地质调查、污染物圈定等专业领域均取得了不错的效果。该方法在工作时需将两条跨孔电阻率CT专用电缆放入两处平行的垂直钻孔中，通过地面上的主机对两孔间目标体的电性特征进行描绘。跨孔电阻率CT专用电缆本身具有多个固定参数，例如电极间距、电极数量等，应用时需根据探测要求选择特定参数的电缆。

发明人发现，跨孔电阻率CT在工作或收线过程中两处垂直钻孔极易出现塌孔现象，严重损坏电缆，造成额外的经济损失。目前现有跨孔电阻率CT数据采集装置的电缆只能进行单一的跨孔电阻率CT数据采集，目前跨孔电阻率法只是利用单条电缆进行地球物理信号采集,无法配备其他传感设备，更无法实现地下水采样。此外，现有跨孔电阻率CT数据采集装置的电缆为专用电缆，需根据现场要求特别定制，成本较高，不利于携带，浪费人力资源。且电缆使用完毕后需进行回收，影响工作效率，长期使用还会引起电缆破损，影响数据效果。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了多功能便携式跨孔电阻率CT信号采集装置、系统及方法，能够同时实现传感信号、电阻率及地下水样的采集，并且采用可拆卸的级联结构能够实现装置任意长度的调整，实现装置的便携，同时提高可数据采集的灵活度，提高采集效率，保证了数据质量，为不同领域提供了更加准确且高效的技术服务。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

一个或多个实施例提供了多功能便携式跨孔电阻率CT信号采集装置，包括绝缘护筒，设置在绝缘护筒表面的电极及传感器，所述绝缘护筒内分别贯穿设置传输导线，所述传输导线用于分别连接电极及传感器，所述绝缘护筒两端设置可对接的连接端头。

一个或多个实施例提供了多功能便携式跨孔电阻率CT信号采集系统，包括上述的采集装置，所述采集装置首尾级联，上一节采集装置的绝缘护筒的下端固定连接下一节采集装置的绝缘护筒的上端，所有采集装置的传输导线依次级联电连接至数据检测终端。

一个或多个实施例提供了一种跨孔电阻率CT信号采集方法，包括如下步骤：

组装上述的采集装置，按照钻孔深度级联多个采集装置；

将级联后的采集装置逐一放入钻孔内，通过数据检测终端采集每一节的采集装置的信号。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

(1)本公开绝缘护筒设置了可对接的连接接头，可以实现多个绝缘护筒的级联，从而通过每个绝缘护筒内的电极和传感器采集不同深度位置的电阻率和传感信号，实现了任意深度位置的信号采集，提高了信号采集的灵活性，可以级联组装和拆卸，实现了装置的便携。同时设置了水样采集装置，可以实现不同深度水样的采集。

(2)本公开的装置成本小，可批量生成，单次使用，操作简单，不必进行复杂地电缆回提工作，在保证数据质量的同时大幅度提高工作效率，减小了之前专用电缆的生成和损耗成本。实现了多种信号采集。不仅是电阻率信号和地下水取样，还可根据需要选择所需的传感器类型和数据采集深度。

附图说明

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

图1是本公开实施例1的采集装置结构示意图；

图2是本公开实施例1的采集装置图1中A区域的局部放大图；

图3是本公开实施例1的采集装置图1中B区域的局部放大图；

图4是本公开实施例2的采集系统结构示意图；

其中：1、绝缘护筒，2、上置气囊，3、下置气囊，4、电极内环，5传感器，6、传感器导电片，7、传感器导线插孔，8、电极导电片，9、电极导线插孔，10、圆柱状电极，11、可导连接杆，12、水样输送管，13、进水软管，14、上置气囊通道，15、下置气囊通道，16、连接端头，17、传感器连接导线，18、电极连接导线，19、传感器导线端头，20、电极导线端头，21、防水塞，22、钻孔，23、多针插头，24、跨孔电阻率CT主机，25、传感器监测主机，26、水样收集瓶。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开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公开的示例性实施方式。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。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的各个实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合附图对实施例进行详细描述。

实施例1

在一个或多个实施方式中公开的技术方案中，如图1所示，一种多功能便携式跨孔电阻率CT信号采集装置，包括绝缘护筒1，设置在绝缘护筒表面的电极10及传感器5，所述绝缘护筒1内分别贯穿设置传输导线，所述传输导线用于分别连接电极10及传感器5，所述绝缘护筒1两端设置可对接的连接端头。

传统的采集装置是利用特定电缆进行采集，并重复利用，成本较高且易磨损。这样采集数据时只有一根电缆放下去，这样一旦塌孔，电缆就会埋在里面。本申请通过设置套筒以及传输导线的结构，相对特制电缆成本小，只需用普通导线即可满足地球物理信号采集，因此可单次使用，批量生产。

本实施例绝缘护筒1设置了可对接的连接接头，可以实现多个绝缘护筒1的级联，从而通过每个绝缘护筒1内的电极10和传感器5采集不同深度位置的电阻率和传感信号，实现了任意深度位置的信号采集，提高了信号采集的灵活性，可以级联组装和拆卸，实现了装置的便携。

可选的，电极10可以设置在绝缘护筒1的一端，如本实施例设置在底端。

可选的，电极10外表面可以设置为任意形状，为增大与测量孔内壁接触的面积，提高测量的准确性，可以设置圆柱状电极，环绕设置在绝缘护筒1的一端的外壁上。

可选的，还包括电极内环4，所述电极10通过电极内环4与绝缘护筒1螺纹连接，实现将电极10固定设置在绝缘护筒1上。

具体的，电极内环4内侧还可以设置有设有电极导电片8和电极导线插孔9。电极导电片8及电极导线插孔9用于与下一节采集装置实现电连接。

在一些实施例中，绝缘护筒1两端设置可对接的连接端头，可以为螺纹连接端端头、也可以为插接接头。可对接的连接端头用于实现多个采集装置的级联，实现多个采集装置的首尾相接。

可选的，插接接头可以设置为插孔和插座，所述插孔和插座相配合。

可选的，螺纹连接端头包括内螺纹头和外螺纹头16，内螺纹头和外螺纹头16相配合；具体的，内螺纹头可以为设置在电极10内部的内螺纹。

在一些实施例中，传输导线包括传感器连接导线17和电极连接导线18；传感器连接导线17用于连接传感器5用于提供给传感器工作的电源和传输传感器5的信号，电极连接导线18用于连接电极10用于提供电极电源。

可选的，传感器连接导线17的一端连接传感器5，可以为焊接连接，传感器另一端设置传感器导线端头19。

进一步地，所述电极内环4上焊接导电连接杆11，电极连接导线18一端连接导电连接杆11，连接方式可以为焊接。电极连接导线18的另一端设置电极导线端头20。

上述结构中，传感器导线端头19可以分别连接上一节采集装置的传感器导线插孔7和传感器导电片6；电极导线端头20可以分别连接上一节采集装置的电极导线插孔9和电极导电片8。实现级联的绝缘护筒1内传输线的电连接。

在本实施例中，传感器导线插孔7和电极导线插孔9材料均为绝缘材料，均置于绝缘护筒1的内侧，且开口端两侧设有突起结构，用于卡住传感器导线端头16和电极导线端头17。

可选的，绝缘护筒1内的传感器5底部设有传感器导电片6和传感器导线插孔7，传感器导电片6及传感器导线插孔7用于与下一节采集装置的传感器导线端头19实现电连接。

可设置的，传感器连接导线17和电极连接导线18长度大于绝缘护筒1的长度。

在一些实施例中，所述绝缘护筒1内部设置有至少两个气囊，所述气囊内设置有气囊通道，气囊通道用于提供传输导线通过的通道。

设置气囊能够进一步防水和防塌孔，根据工程地质条件，有时候孔内水是比较多的，很多时候采集装置是直接泡在水里的，虽然绝缘护筒能阻隔水的侵入，但为了进一步保护传感器，所以设置气囊减少水的进入，此外，气囊有一定的支撑作用，还能够进一步减小塌孔破坏绝缘护筒的风险。

进一步的，还包括防水塞21，防水塞21为橡胶材料，设置在每个气囊的两端，用于实现气囊的气体密封，本实施例中，单个装置中共4个防水塞21，分别位于上置气囊通道14的上下端和下置气囊通道15的上下端。

本实施例中绝缘护筒1内部上侧配有上置气囊2，所述的上置气囊2中心具有上置气囊通道14；下侧配有下置气囊3，所述的下置气囊3中心具有下置气囊通道15；下置气囊3的下部的绝缘护筒1外侧设置传感器5。传感器连接导线17和电极连接导线18底部均通过上置气囊通道14和下置气囊通道15内穿于绝缘护筒1。

进一步的技术方案，还包括相通连接的进水软管13和水样输送管12，所述进水软管13设置在绝缘护筒1的侧面向外延伸，所述水样输送管通过气囊通道内穿于绝缘护筒1内。本实施例中，水样输送管12通过上置气囊通道14和下置气囊通道15内穿于绝缘护筒1内部。

可选的，水样输送管12可以采用PVC材料，最底部的采集装置的水样输送管12底端密封。

可以理解的，为实现数据检测还包括数据检测终端，所述数据检测终端包括传感器监测主机25和跨孔电阻率CT主机24，伸出地表的传感器连接导线17与传感器监测主机25通信连接，伸出地表的电极连接导线18与跨孔电阻率CT主机24通信连接。

可选的，伸出地表的传感器连接导线17与传感器监测主机25之间通过多针插头23连接；伸出地表的电极连接导线18与跨孔电阻率CT主机24之间同样通过多针插头23连接。

伸出地表的水样输送管12的一端直接插入水样收集瓶26中。可设置的，还包括水样采样动力装置，可以为水泵等。

本实施例中，绝缘护筒1材料为绝缘材料，结构均为内空的圆柱结构；圆柱状电极10和电极内环4材料均为金属导体，结构为内空的圆柱结构。电极内环4及连接端头16均设置外螺纹，绝缘护筒1底部和圆柱状电极10均设置内螺纹。

可选的，绝缘护筒1长度可以设置为0.5-1.5m,优选的，可以设置为1m。

可选的，传感器5可以采用温度传感器。

实施例2

本实施例提供一种采集系统，采用实施例的采集装置实现采集装置采集位置的扩展，将实施例1的采集装置按照钻孔22的深度连接，形成任意深度钻孔数据的采集。

一种多功能便携式跨孔电阻率CT信号采集系统，如图4所示，包括多个实施例1所述的采集装置，所述采集装置首尾级联，上一节采集装置的绝缘护筒1的下端固定连接下一节采集装置的绝缘护筒1的上端，所有采集装置的传输导线依次级联连接至数据检测终端。

所述数据检测终端包括传感器监测主机25和跨孔电阻率CT主机24，伸出地表的传感器连接导线17与传感器监测主机25通信连接，伸出地表的电极连接导线18与跨孔电阻率CT主机24通信连接。

可选的，伸出地表的传感器连接导线17与传感器监测主机25之间通过多针插头23连接；伸出地表的电极连接导线18与跨孔电阻率CT主机24之间同样通过多针插头23连接。伸出地表的水样输送管12的一端直接插入水样收集瓶26中。

实施例2

本实施例提供一种跨孔电阻率CT信号采集方法，包括如下步骤：

步骤1：组装实施例1所述的采集装置，按照钻孔22深度级联多个采集装置；

步骤2：将级联后的采集装置逐一放入钻孔22内，通过数据检测终端采集每一节的采集装置的信号。

具体步骤如下：

(1)根据场地需求，如钻孔22深度约35m，两孔间距约15m；

(2)将电极内环旋入绝缘护筒1中，并将电极连接导线18和传感器连接导线17通过气囊通道内穿于绝缘护筒1中，并确保传感器导线端头19和电极导线端头20伸出绝缘护筒1外；

(3)确定电极间距约1m，现有长度满足钻孔需求，确保传感器导线端头和电极导线端头伸出筒外；

(4)将下一节的传感器导线端头19内插于上一节传感器导线插孔7，电极导线端头20内插于电极导线插孔9，使两个导线端头分别与传感器导电片6和电极导电片电8连接；

(5)将相邻的采集装置的水样输送管12采用PVC接头相互连接；

(6)确定电极数量为32个电极，并重复步骤2-5，共完成32个设备安装；

(7)将32个装置通过绝缘护筒可伸缩内筒顶部外螺纹与柱状电极内螺纹连接，并逐一放入钻孔22中，最终确保拥有多针插头的装置位于最顶部，拥有底端密封水样输送管的装置位于最底部；

(8)将多针插头与主机连接，将水样输送管插入水样收集瓶中，进行数据采集。

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

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开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公开的保护范围以内。

Claims (10)

1.多功能便携式跨孔电阻率CT信号采集装置，其特征是：包括绝缘护筒，设置在绝缘护筒表面的电极及传感器，所述绝缘护筒内分别贯穿设置传输导线，所述传输导线用于分别连接电极及传感器，所述绝缘护筒两端设置可对接的连接端头，通过传输导线和连接端头，使采集装置首尾级联，实现所有采集装置的传输导线依次级联连接至数据检测终端；

所述绝缘护筒内部设置有至少两个气囊，所述气囊内设置有气囊通道，气囊通道用于提供传输导线通过的通道；

还包括相通连接的进水软管和水样输送管，所述进水软管设置在绝缘护筒的侧面向外延伸，所述水样输送管通过气囊通道内穿于绝缘护筒内。

2.如权利要求1所述的多功能便携式跨孔电阻率CT信号采集装置，其特征是：还包括防水塞，设置在每个气囊的两端，用于实现气囊的气体密封。

3.如权利要求1所述的多功能便携式跨孔电阻率CT信号采集装置，其特征是：电极设置在绝缘护筒的底端；或者，所述电极为圆柱状电极。

4.如权利要求1所述的多功能便携式跨孔电阻率CT信号采集装置，其特征是：绝缘护筒两端设置可对接的连接端头，为螺纹连接端端头或者插接接头。

5.如权利要求1所述的多功能便携式跨孔电阻率CT信号采集装置，其特征是：传输导线包括传感器连接导线和电极连接导线，传感器连接导线用于提供给传感器工作的电源和传输传感器的信号，电极连接导线用于提供电极电源。

6.如权利要求1所述的多功能便携式跨孔电阻率CT信号采集装置，其特征是：传感器连接导线的一端连接传感器，传感器另一端设置传感器导线端头。

7.如权利要求1所述的多功能便携式跨孔电阻率CT信号采集装置，其特征是：所述电极内环上焊接导电连接杆，电极连接导线一端连接导电连接杆，电极连接导线的另一端设置电极导线端头。

8.如权利要求1所述的多功能便携式跨孔电阻率CT信号采集装置，其特征是：还包括数据检测终端，所述数据检测终端包括传感器监测主机和跨孔电阻率CT主机，伸出地表的传感器连接导线与传感器监测主机通信连接，伸出地表的电极连接导线与跨孔电阻率CT主机通信连接。

9.多功能便携式跨孔电阻率CT信号采集系统，其特征是：包括多个权利要求1-8任一项所述的采集装置，所述采集装置首尾级联，上一节采集装置的绝缘护筒的下端固定连接下一节采集装置的绝缘护筒的上端，所有采集装置的传输导线依次级联电连接至数据检测终端。

10.一种跨孔电阻率CT信号采集方法，其特征是，包括如下步骤：

组装权利要求1-8任一项所述的采集装置，按照钻孔深度级联多个采集装置；

将级联后的采集装置逐一放入钻孔内，通过数据检测终端采集每一节的采集装置的信号。

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