CN216209947U - 一种温度自校正自然电位测量系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种温度自校正自然电位测量系统，所述系统包括第一不极化电极、数据采集模块、无线信号传输模块、GNSS基站、无线信号接收模块、数据成图PC终端、电导线、补偿导线、第二不极化电极，其中第一不极化电极和第二不极化电的结构相同，但其数量和在测量时所处的位置不同。本实用新型结构简单、使用方便，能够在测量自然电位数据时同步采集温度数据，避免了数据失真以及误差，能够随走随测以及将现场采集的数据实时传输至数据成图PC终端，显著提高自然电位法探测高温异常体的工作效率和探测精度，大大缩短施工工期，大量节省项目投资。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种温度自校正自然电位测量系统。
背景技术
地球内部电子导电矿体的电化学作用、地下水中离子的过滤和扩散作用、地热或火山活动的热电效应等会导致自然电场异常的产生，自然电位法是通过观测和研究自然电场的分布以解决各种地质问题的地球物理方法。该方法是一种被动源地球物理方法，无需向地下供电，使用的仪器设备轻便，生产效率高，是最早应用于地质调查的一种电法勘探方法，目前已广泛应用于电子导电型金属与非金属矿(石墨矿、无烟煤等)、水文地质调查、地热资源勘探、火山活动监测以及煤田火灾和矸石山火灾探测等领域。
目前，通过使用不极化电极(如Cu-CuSO4电极、Pb-PbCl2电极、Ag-AgCl电极等)，减少电极本身的极化电位，自然电位法在没有温度异常的金属与非金属矿勘探、水文地质调查领域的探测数据稳定性好、信噪比及可靠性高。然而，针对有温度异常的地热资源、火山活动、煤田火灾、矸石山火灾、垃圾场火灾等目标体开展自然电位探测和监测时，由于不极化电极本身也具有热电效应，即两个电极在不同温度环境下会产生电位差(即电压)，该电压叠加在高温异常体引起的电位异常上，对实测自然电位数据造成严重干扰，给自然电位数据的后期处理和反演解释工作带来困难，导致探测精度产生较大误差。目前使用的电极均不具备高精度GNSS(全球导航卫星系统，Global Navigation Satellite System)定位功能，在野外开展逐点扫描的过程中，需要在采集自然电位数据前对各测点的坐标采用测绘仪器单独开展GPS定位工作，后期再将所测坐标数据与各测点进行人工匹配。此外，现有自然电位测量系统只能在现场人工开展数据采集工作，尚未实现数据的远程在线采集和监测。
可以看出，当前针对高温异常体自然电位数据的测量精度低，可靠性差，且后期内业处理程序复杂、效率低，因此，研究一种能够同步采集温度和自然电位数据且自动校正电极热电效应导致的电位差，自动记录各测点坐标、无线传输各测点数据的测量系统和方法是高温异常体勘探中迫切需要解决的一个问题，对于提高数据采集和处理效率、缩短工期具有重要意义。
实用新型内容
针对现有技术的问题，本实用新型提供了一种温度自校正自然电位测量系统，结构简单、使用方便，能够显著提高自然电位法探测高温异常体的工作效率、缩短施工工期。
本实用新型提供了一种温度自校正自然电位测量系统，包括第一不极化电极(3)、数据采集模块(13)、无线信号传输模块(14)、GNSS基站(15)、无线信号接收模块(16)、数据成图PC终端(17)、电导线(9)、补偿导线(10)和第二不极化电极(18)；
所述第一不极化电极(3)、第二不极化电极(18)和数据采集模块(13)之间通过电导线(9)和补偿导线(10)进行连接，其中电导线(9)用于传递自然电位数据，补偿导线(10)用于传递温度数据；
所述数据采集模块(13)采集的数据传输到无线信号传输模块(14)，再经无线信号传输模块(14)通过无线网络传输至无线信号接收模块(16)，而后经数据线缆导入数据成图PC终端(17)；
所述GNSS基站(15)通过采用载波相位动态实时差分技术，将观测值和GNSS基站(15)坐标信息通过数据链传送给第一不极化电极(3)、第二不极化电极(18)，第一不极化电极(3)和第二不极化电极(18)通过数据链采集GPS观测数据，并组成差分观测值进行实时处理，得到高精度定位结果，实现第一不极化电极(3)、第二不极化电极(18)的高精度定位。
所述数据采集模块(13)具备同时并行采集多通道数据的功能，数据采集模块(13)的温度、自然电位数据采集模式可调，包括定点监测模式或逐点扫描模式；
在定点监测模式下，第一不极化电极(3)和第二不极化电极(18)的位置保持不变，温度、自然电位和坐标数据采集间隔时间可调，所有数据均通过无线信号传输模块(14)实时远程传输至无线信号接收模块(16)，并通过无线信号接收模块(16)传输至数据成图PC终端(17)，依据各测点坐标，对所采集的自然电位和温度数据进行成图作业；
在逐点扫描模式下，第一不极化电极(3)的位置保持不变，第二不极化电极(18)逐测点移动，所有数据均通过无线信号传输模块(14)实时远程传输至无线信号接收模块(16)，并通过无线信号接收模块(16)传输至数据成图PC终端(17)，依据各测点坐标，对所采集的自然电位和温度数据进行成图作业。
所述第一不极化电极(3)和第二不极化电极(18)的结构相同；
在定点监测模式中，第一不极化电极(3)数量为1个，位于参比点且保持不动；第二不极化电极(18)数量与监测点数量相同，位于各监测点且保持不动；
在逐点扫描模式中，第一不极化电极(3)数量为1个，位于参比点且保持不动；第二不极化电极(18)的数量为1个，在各扫描点上巡回移动测量数据。
所述第一不极化电极(3)包括第一接头(7)、第二接头(8)、电极帽(1)、电极芯(2)、热电偶(4)、电解质(5)、低渗陶瓷(6)、高精度GNSS定位模组(11)、电池(12)，高精度GNSS定位模组(11)一般选用M620 INS型号；
所述电极芯(2)通过第一接头(7)和电导线(9)与数据采集模块(13)连接；
所述热电偶(4)通过第二接头(8)和补偿导线(10)与数据采集模块(13)连接；
所述电池(12)用于给高精度GNSS定位模组(11)供电，电池(12)的位置和高精度GNSS定位模组(11)的位置均分别与第一不极化电极(3)底部保持一定距离，一般为5-10cm。
为了保证数据的安全，所有数据均在数据采集模块(13)和数据成图PC终端(17)中进行双备份存储。
所述数据成图PC终端(17)内置计算和绘图模块，能够读取并动态显示第一不极化电极(3)和每个第二不极化电极(18)的电位差、坐标和温度数据及变化曲线，在输入不极化电极的热电系数后，自动计算校正后的第一不极化电极(3)和每个第二不极化电极(18)之间的自然电位。
所述电导线(9)和补偿导线(10)采用耐拉耐拽的高强度及高韧性材料，外部包裹绝缘保护层。
所述热电偶(4)外部包裹有腐蚀的套管或涂有抗腐蚀的材料。
有益效果：本实用新型提供的一种温度自校正自然电位测量系统，内置热电偶测温组件，能够在测量自然电位数据时同步采集温度数据，大大缩减了数据采集的工作量，避免了单独测量温度导致的数据失真以及带来的误差，提高了探测精度。数据采集模块能够实现对自然电位和温度数据的多通道并行采集，节省了数据采集工作量。此外，本系统配备高精度GNSS定位模组，能够做到随走随测，无需单独开展各测点的GPS定位工作。无线信号传输模块和无线信号接收模块能够将现场采集的数据实时传输至数据成图PC终端，在定点监测模式下，无需人员在现场值守，工作效率高。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做更进一步的具体说明，本实用新型的上述或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1是本实用新型结构示意图。
图2是第一不极化电极的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明。
如图1和图2所示，本实用新型提供了一种温度自校正自然电位测量系统，包括第一不极化电极3、数据采集模块13、无线信号传输模块14、GNSS基站15、无线信号接收模块16、数据成图PC终端17、电导线9、补偿导线10、第二不极化电极18。其中，第一不极化电极3和第二不极化电极18均采用Cu/CuSO4不极化电极，无线信号传输模块14选用FA233W型号，GNSS基站15选用SPS855型号，无线信号接收模块16选用JA301W型号，数据成图PC终端17选用Latitude 7000型号。
第一不极化电极3和第二不极化电极18的结构相同，但其数量和在测量时所处的位置不同。在定点监测模式中，采用的第一不极化电极3数量为1个，位于参比点且保持不动，第二不极化电极18数量为45个，位于各监测点且保持不动。在逐点扫描模式中，采用的第一不极化电极3数量为1个，位于参比点且保持不动，第二不极化电极18的数量也为1个，在45个扫描点上巡回移动测量数据。所述第一不极化电极3、第二不极化电极18和数据采集模块13之间通过电导线9和补偿导线10进行连接，其中电导线9用于传递自然电位数据，补偿导线10用于传递温度数据，电导线9和补偿导线10均为耐拉耐拽的高强度及高韧性材料，外部包裹绝缘保护层。GNSS基站15通过采用载波相位动态实时差分技术，将观测值和GNSS基站15坐标信息通过数据链传送给第一不极化电极3、第二不极化电极18，第一不极化电极3和第二不极化电极18通过数据链采集GPS观测数据，并组成差分观测值进行实时处理，得到高精度定位结果，实现第一不极化电极3、第二不极化电极18的高精度定位。
图1和图2中数字表示如下：1-电极帽，2-电极芯，3-第一不极化电极，4-热电偶，5-电解质，6-低渗陶瓷，7-第一接头，8-第二接头，9-电导线，10-补偿导线，11-高精度GNSS定位模组，12-电池，13-数据采集模块，14-无线信号传输模块，15-GNSS基站，16-无线信号接收模块，17-数据成图PC终端，18-第二不极化电极。
进一步地，所述第一不极化电极3包括第一接头7、第二接头8、电极帽1、电极芯2、热电偶4、电解质5、低渗陶瓷6、高精度GNSS定位模组11、电池12，电极芯2通过第一接头7和电导线9与数据采集模块13连接，热电偶4通过第二接头8和补偿导线10与数据采集模块13连接，热电偶4外部包裹有腐蚀的套管或涂有抗腐蚀的材料，电池12用于给高精度GNSS定位模组11供电，电池12和高精度GNSS定位模组11的位置与第一不极化电极3底部保持一定距离，一般为5-10cm，以便免受高温影响，保证其可靠性和测量精度。
进一步地，所述数据采集模块13具备同时并行采集多通道数据的功能，温度、自然电位数据采集模式(定点监测模式或逐点扫描模式)可调，在定点监测模式下，温度、自然电位和坐标数据采集间隔时间可调。所有数据均通过无线信号传输模块14实时远程传输至无线信号接收模块16，并通过无线信号接收模块16传输至数据成图PC终端17，依据各测点坐标，对所采集的自然电位和温度数据进行成图作业。
进一步地，为了保证数据的安全，所有数据均在数据采集模块13和数据成图PC终端17中进行双备份存储。
进一步地，数据成图PC终端17内置计算和绘图模块，能够读取并动态显示第一不极化电极3和每个第二不极化电极18的电位差、坐标和温度数据及变化曲线，在输入不极化电极的热电系数后，自动计算校正后的第一不极化电极3和每个第二不极化电极18之间的自然电位。
进一步地，GNSS定位模组11、无线信号传输模块14、GNSS基站15以及无线信号接收模块16的电池管理均采用带内存休眠模式，以便在降低功耗的同时，保存一些特定的网络参数，延长其使用寿命。
本实用新型提供了一种温度自校正自然电位测量系统，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (8)
1.一种温度自校正自然电位测量系统，其特征在于，包括第一不极化电极(3)、数据采集模块(13)、无线信号传输模块(14)、GNSS基站(15)、无线信号接收模块(16)、数据成图PC终端(17)、电导线(9)、补偿导线(10)和第二不极化电极(18)；
所述第一不极化电极(3)、第二不极化电极(18)和数据采集模块(13)之间通过电导线(9)和补偿导线(10)进行连接。
2.根据权利要求1所述的一种温度自校正自然电位测量系统，其特征在于，所述数据采集模块(13)采集的数据传输到无线信号传输模块(14)，再经无线信号传输模块(14)通过无线网络传输至无线信号接收模块(16)，而后经数据线缆导入数据成图PC终端(17)。
3.根据权利要求2所述的一种温度自校正自然电位测量系统，其特征在于，所述第一不极化电极(3)和第二不极化电极(18)的结构相同；
在定点监测模式中，第一不极化电极(3)数量为1个，位于参比点且保持不动；第二不极化电极(18)数量与监测点数量相同，位于各监测点且保持不动；
在逐点扫描模式中，第一不极化电极(3)数量为1个，位于参比点且保持不动；第二不极化电极(18)的数量为1个，在各扫描点上巡回移动测量数据。
4.根据权利要求3所述的一种温度自校正自然电位测量系统，其特征在于，所述第一不极化电极(3)包括第一接头(7)、第二接头(8)、电极帽(1)、电极芯(2)、热电偶(4)、电解质(5)、低渗陶瓷(6)、高精度GNSS定位模组(11)、电池(12)；
所述电极芯(2)通过第一接头(7)和电导线(9)与数据采集模块(13)连接；
所述热电偶(4)通过第二接头(8)和补偿导线(10)与数据采集模块(13)连接。
5.根据权利要求4所述的一种温度自校正自然电位测量系统，其特征在于，所述电池(12)的位置和高精度GNSS定位模组(11)的位置均分别与第一不极化电极(3)底部保持一定距离。
6.根据权利要求5所述的一种温度自校正自然电位测量系统，其特征在于，所述数据成图PC终端(17)内置计算和绘图模块。
7.根据权利要求6所述的一种温度自校正自然电位测量系统，其特征在于，所述电导线(9)和补偿导线(10)采用耐拉耐拽的高强度及高韧性材料，外部包裹绝缘保护层。
8.根据权利要求7所述的一种温度自校正自然电位测量系统，其特征在于，所述热电偶(4)外部包裹有腐蚀的套管或涂有抗腐蚀的材料。
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