CN114063171A - 一种岩层溶洞无损探测系统及探测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种岩层溶洞无损探测系统及探测系统，该探测系统包括电压电流发射收集组件、处理器、图像显示器以及多探测电极；电压电流发射收集内设有激励电源、高速转换开关、数据采集器，高速转换开关控制N个探测电极中的两个，发射激励电流，数据采集器通过其余探测电极采集响应电势差，所述处理器对数据采集器采集到的响应电势差数据进行电阻抗成像处理，并将处理结果通过图像显示器显示，从而获得待测岩层断层图像；本发明的有益效果为：通过该探测系统及方法可获取待测岩层在测试断层的溶洞位置及尺寸，且该系统及方法较于传统探测方式，能够做到无损检测，不会破坏所探测区域的地层，对于溶洞等易破坏地貌的检测更加安全便捷。
Description
技术领域
本发明涉及一种属于电阻抗断层成像领域的技术，尤其涉及一种岩层溶洞无损探测系统及探测方法。
背景技术
地层溶洞是有岩溶作用在地层岩石内形成的地下架空结构，地层溶洞破坏了岩体的完整性，降低了岩体结构强度，地下溶洞会对房屋建筑、地铁等建造产生一定危害，及时探测出地下溶洞并加以处理，对结构施工、使用等中的安全有重要意义，因此建筑施工前需要对地层进行探测，获取地层结构信息，即探测地层下方是否具有地层溶洞出现以及地层溶洞的大小和位置。
目前，地层溶洞探测方法有多种，例如三维激光扫描法、浅层地震法、钻地探测法，在探测过程中这些方法大多会对地层产生一定程度上的破坏，无法对地层进行大面积的探测，且探测过程中需要投入大量的人力、财力及时间。
发明内容
有鉴于此，为方便地探测待测区域内的地层溶洞情况，防止待测区域内被破坏，实现地层溶洞的无损检测，本发明一种岩层溶洞无损探测系统，电压电流发射收集组件、处理器、图像显示器以及N个探测电极；其中N为大于三的整数；所述电压电流发射收集包括激励电源、高速转换开关、数据采集器，所述激励电源与所述高速转换开关相连，所述高速转换开关与所有探测电极相连，所有探测电极均与所述数据采集器相连，所述数据采集器与所述处理器相连，所述处理器与所述图像显示器相连；所有探测电极均匀地并列排布于待测岩层上；所述高速转换开关控制N个探测电极中的两个，使其形成激励电极对，所述激励电源对构成激励电极对的两探测电极发出激励电流，所述数据采集器通过其余探测电极采集响应电势差，所述处理器对数据采集器采集到的响应电势差数据进行电阻抗成像处理，并将处理结果通过图像显示器显示，从而获得待测岩层断层图像。
进一步地，每一探测电极包括一探测导线和一导电片，所述探测导线一端设有一导电夹具，另一端同时与所述高速转换开关和所述数据采集器相连。
进一步地，所述导电片为宽度为4-8mm的铜片。
本发明还提供一种基于上述探测系统的探测方法，包括如下步骤：
S1：布置探测电极：在待测岩层上方钻取一排探测孔，所有探测孔均匀分布；将所有导电片逐一插入所述探测孔内；并将探测导线通过导电夹具与所有导电片逐一连接，构成N个探测电极；
S2：电流激励与电压采集：启动激励电源，高速转换开关控制相邻的两个探测电极为激励电极对，激励电源使激励电极对向待测岩层释放激励电流；激励电流释放一次，则数据采集器通过其余N-2个探测电极获取一次电压值；重复上述过程N次，数据采集器获取N组电压值数据，每组电压值数据包括N-2个电压值数据；
S3：数据处理；将每组数据中的N-2个电压值数据中相邻的探测电极获取的电压值做差处理，得到N-3组响应电势差；N组电压值数据共获得N(N-3)个响应电势差；
S4：数据成像；将上述N(N-3)个响应电势差数据进行电阻抗成像处理，得到待测岩层的断层图像，待测岩层的断层图像即待测岩层在测试断层的溶洞位置及尺寸。
进一步地，步骤S1中导电片在插入探测孔内时，其上下端均涂抹导电银胶，导电银胶能降低导电片与探测孔连接处以及导电片与导电夹具的接触电阻。
进一步地，所述探测电极数量为16个，获得到的响应电势差数据为208个。
进一步地，所述激励电极对发出的激励电流为恒压交变电流。
进一步地，所述的激励电流的电流值及频率值分别为10μA和1.5kHz。
本发明一种岩层溶洞无损探测系统及探测方法的有益效果为：该系统及方法可通过探测电极发射向待测岩层发射激励电流，并通过其余探测电极收集多组响应电势差值；通过对响应电势差值进行电阻抗成像处理，得到待测岩层的断层图像，从而获取待测岩层在测试断层的溶洞位置及尺寸；该系统及方法较于传统探测方式，能够做到无损检测，不会破坏所探测区域的地层，对于溶洞等易破坏地貌的检测更加安全便捷。
附图说明
图1是本发明实施例一种岩层溶洞无损探测系统的结构图；
图2是本发明实施例一种岩层溶洞无损探测系统的探测电极的布置结构图；
图3是本发明实施例一种岩层溶洞无损探测方法的流程图；
图4是本发明实施例一种岩层溶洞无损探测方法得到的待测岩层的断层图像。
上述图中：1-电压电流发射收集组件，11-激励电源，12-高速转换开关，13-数据采集器，2-处理器，3-显示器，4-探测电极，5-待测岩层，6-土壤层。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参见图1，本发明的一种岩层溶洞无损探测系统，包括电压电流发射收集组件1、处理器2、图像显示器3以及多个探测电极4。
电压电流发射收集组件1包括激励电源11、高速转换开关12和数据采集器13，激励电源11与高速转换开关12相连，高速转换开关13与所有探测电极4相连，所有探测电极4均与所述数据采集器13相连，数据采集器13与处理器2相连，处理器2与图像显示器3相连；所有探测电极4均匀地并列排布于待测岩层5上方。
高速转换开关12用于控制探测电极4的通电和断电，使所有探测电极4中的两个探测电极4形成一对激励电极对，所述激励电源11对构成激励电极对的两探测电极4发出恒压交变电流作为激励电流，所述数据采集器13通过未构成激励电极对的其余探测电极4采集待测岩层4上各处的响应电压值，从而得到多组响应电势差，处理器2对数据采集器13采集到的响应电势差数据进行电阻抗成像处理，并将处理结果通过图像显示器3显示，从而获得待测岩层5断层图像，待测岩层5的断层图像可显示待测岩层5在该断层的二维断层图像，进而获得待测岩层4内的溶洞的位置及尺寸，达到对待测岩层4进行无损检测的目的。
具体地，每一探测电极4包括一探测导线和一导电片，所述探测导线一端设有一导电夹具，另一端同时与所述高速转换开关12和所述数据采集器13相连，探测电极4可在激励电源11的作用下向待测岩层5发射激励电流，探测电极4也可作为感应电极收集待测岩层5在激励电流作用下的感应电压，优选地，所述导电片为宽度为4-8mm的铜片。本实施例中，所述探测电极的数量为16个，导电片宽度为5mm。
请参见图1至图3，上述一种岩层溶洞无损探测系统的探测待测涂层内溶洞的位置及尺寸的探测方法包括如下步骤：
S1：布置探测电极4：在待测岩层5上方钻取一排探测孔，本实施例中，探测电极4的数量为16个，因此探测孔数量为16个，待测岩层5上设有一层土壤层6，探测孔位于所述土壤层6内，所有探测孔均匀分布；将所有导电片逐一插入所述探测孔内；并将探测导线通过导电夹具与所有导电片逐一连接，构成16个探测电极4；
为减小接触电阻探测电极的导电夹具与导电片以及导电片和探测孔之间的接触电阻，且保持接触电阻的统一，导电片在插入探测孔内时，其上下端均涂抹导电银胶。
S2：电流激励与电压采集：启动激励电源11，高速转换开关12控制相邻的两个探测电极4为激励电极对，激励电源11通过激励电极对向待测岩层5发射激励电流；激励电流释放一次，则数据采集器通过其余14个探测电极4获取一次电压值；重复上述过程16次，数据采集器13获取16组电压值数据，每组电压值数据包括14个电压值数据；
上述过程中，激励电极4对向待测岩层5释放激励电流为定压交变电流，该定压交变电流的电流值及频率值分别为10μA和1.5kHz。
S3：数据处理；将每组数据中的16个电压值数据中相邻的探测电极获取的电压值做差处理，得到13组响应电势差；16组电压值数据共获得208个响应电势差；
具体地，16个探测电极4按顺序分别编号1-16，分别以1-2、2-3、…16-1激励电极对探测16组电压值数据，当以1-2激励电极时(即1、2号探测电极作为激励电极时)，3、4…16号探测电极均测得一个电压值数据，共14个电压值数据，然后对相邻编号的电极做差，得到3-4、4-5…15-16工13个响应电势差，例如，3-4响应电势差为4号探测电极测得的电压值减去4号探测电极测得的电压值所得的差值。
S4：数据成像；将上述208(16×13)个响应电势差数据进行电阻抗成像处理，得到待测岩层的断层图像，待测岩层的断层图像即待测岩层在测试断层的溶洞位置及尺寸。
请参见图4，图4本发明实施例探测到的的断层图像，其中大面积的深色区域上述图2中的模拟溶洞位置，而小面积的深色区域为土壤层6自然塌陷形成的小型空洞。由以上可看出本方法得到的断层图像可准确反映岩层端面内的溶洞情况。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种岩层溶洞无损探测系统，其特征在于：电压电流发射收集组件、处理器、图像显示器以及N个探测电极；其中N为大于3的整数；
所述电压电流发射收集组件包括激励电源、高速转换开关、数据采集器，所述激励电源与所述高速转换开关相连，所述高速转换开关与所有探测电极相连，所有探测电极均与所述数据采集器相连，所述数据采集器与所述处理器相连，所述处理器与所述图像显示器相连；
所有探测电极均匀地并列排布于待测岩层上；
所述高速转换开关控制N个探测电极中的相邻的两个，使其形成激励电极对，所述激励电源对构成激励电极对的两探测电极发出激励电流，所述数据采集器通过其余探测电极采集响应电势差，所述处理器对数据采集器采集到的响应电势差数据进行电阻抗成像处理，并将处理结果通过图像显示器显示，从而获得待测岩层断层图像。
2.根据权利要求1所述的一种岩层溶洞无损探测系统，其特征在于：每一探测电极包括一探测导线和一导电片，所述探测导线一端设有一导电夹具，另一端同时与所述高速转换开关和所述数据采集器相连。
3.根据权利要求2所述的一种岩层溶洞无损探测系统，其特征在于：所述导电片为宽度为4-8mm的铜片。
4.一种基于权利要求3所述的岩层溶洞无损探测系统的探测方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：布置探测电极：在待测岩层上方钻取一排探测孔，所有探测孔均匀分布；将所有导电片逐一插入所述探测孔内；并将探测导线通过导电夹具与所有导电片逐一连接，构成N个探测电极；
S2：电流激励与电压采集：启动激励电源，高速转换开关控制相邻的两个探测电极为激励电极对，激励电源使激励电极对向待测岩层释放激励电流；激励电流释放一次，则数据采集器通过其余N-2个探测电极获取一次电压值；重复上述过程N次，数据采集器获取N组电压值数据，每组电压值数据包括N-2个电压值数据；
S3：数据处理；将每组数据中的N-2个电压值数据中相邻的探测电极获取的电压值做差处理，得到N-3组响应电势差；N组电压值数据共获得N×(N-3)个响应电势差；
S4：数据成像；将上述N×(N-3)个响应电势差数据进行电阻抗成像处理，得到待测岩层的断层图像，待测岩层的断层图像即待测岩层在测试断层的溶洞位置及尺寸。
5.根据权利要求4所述的一种岩层溶洞无损探测方法，其特征在于：步骤S1中导电片在插入探测孔内时，其上下端均涂抹导电银胶，导电银胶能降低导电片与探测孔连接处以及导电片与导电夹具的接触电阻。
6.根据权利要求4所述的一种岩层溶洞无损探测方法，其特征在于：所述探测电极数量为16个，获得到的响应电势差数据为208个。
7.根据权利要求4所述的一种岩层溶洞无损探测方法，其特征在于：所述激励电极对发出的激励电流为恒压交变电流。
8.根据权利要求7所述的一种岩层溶洞无损探测方法，其特征在于：所述的激励电流的电流值及频率值分别为10μA和1.5kHz。
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