一、 高密度電法儀的歷史
(一)代高密度開關(guān)
上世紀九十年始研發(fā)高密度電法儀器。將十幾根電線拉到簡易的箱體上,用插頭逐個換線,測量速度慢,容易出錯。
用波段開關(guān)手動選擇電極連線進行測量,速度慢。
用微機控制刷型機械開關(guān)進行測量,速度提高了,但儀器笨重,故障率高。
(二)第二代高密度開關(guān)
用微機控制繼電器開關(guān)進行高密度電阻率測量,這種多路電極轉(zhuǎn)換開關(guān)屬于第二代產(chǎn)品。此類高密度電法儀的特點是:一次布置幾十根電極,由單片機控制,進行多種排列裝置的變換,自動改變極距連續(xù)掃描測量,測量速度大大提高。其主要弱點如下:電測儀主機與高密度開關(guān)相分離,攜帶不方便;集中式高密度開關(guān)采用電纜多,并且加長線重疊,在野外施工不方便;儀器系統(tǒng)本身不帶PC機,需要到室內(nèi)處理資料。目前國內(nèi)生產(chǎn)的多數(shù)高密度電阻率儀基本上屬于這種類型的儀器。
(三)第三代高密度電法儀
第三代高密度電法儀多數(shù)采用工控機控制,性高;現(xiàn)場實時處理數(shù)據(jù);道數(shù)多,高達數(shù)百道;電阻率與極化率可以同時測量。一次可以完成電剖面與電測深的組合,數(shù)據(jù)量大,獲取的地質(zhì)信息豐富,有利于地質(zhì)資料的綜合解釋;可以實時顯示測量剖面。上世紀九十年代后期開始開發(fā)分布式高密度電法儀。
美國AGI公司的儀器采用單片機控制,用16線X 30字節(jié)的LCD小顯示片顯示;可以測量極化率;價格高,維修不便;機外處理數(shù)據(jù)。德國DMT公司的儀器道數(shù)多,但是采集盒重,地址不能隨意編碼與更改,施工不便;價格高,維修不便。
(四)多功能高密度電法影象測量系統(tǒng)
吸收國外儀器的優(yōu)點,克服儀器的不足,采用新技術(shù)、新器件,開發(fā)的DCX—1多功能高密度電法實時成像儀具有獨創(chuàng)性。
● 專利技術(shù)(采用國家專利技術(shù),突破傳統(tǒng)設(shè)計方式)
● 多功能(高密度電阻率與極化率同時測量)
● 實時處理(工控機實時處理、現(xiàn)場顯示測量剖面)
● 智能化(分布式采集器自動分配地址、任意串接)
● 覆蓋電纜(雙向覆蓋電纜“滾道”覆蓋測量,野外布線簡便)
● 復合開關(guān)(復合開關(guān)控制,工作)
● 自動補償(自動跟蹤補償自然電位)
● 方便快捷(電纜輕,野外布線快捷)
儀器系統(tǒng)具有的特點是:
1、采用嵌入式PC104工控機,大大提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性與性;野外實時顯示電剖面。
2、本系統(tǒng)采用筆記本硬盤存儲數(shù)據(jù),可以滿足野外長時間施工的工作需求。
3、系統(tǒng)采用視窗化、嵌入式實時中文控制與處理軟件,便于野外操作。
4、本系統(tǒng)可實現(xiàn)多種工作模式的轉(zhuǎn)換。
5、本系統(tǒng)可實現(xiàn)滾動測量,實現(xiàn)多道、長剖面的連續(xù)測量。
6、計算機與電測儀一體化,攜帶方便。
7、分布式智能采集器串聯(lián)在一根細電纜上,地址隨機分配,在任何位置都可以測量,施工便捷。
8、電路具有過壓、過流、開路的快速保護功能。
9、本系統(tǒng)即可以做高密度電阻率測量,又可以同時做高密度極化率測量,應用范圍更寬。
10、由于儀器的性能好、價格比國外儀器的價格低,維修方便,可以滿足更多用戶的需求,是國內(nèi)用戶升級換代的產(chǎn)品。
二、DCX—1高密度電法實時成像儀的組成與指標
(一)結(jié)構(gòu)組成
該系統(tǒng)由DCX—1A型電阻率層析實時成像數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(集中式)、DCX—1B型電阻率層析實時成像數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(分布式)所組成。即采用統(tǒng)一設(shè)計的主機,通過外配兩種類型的多路電極轉(zhuǎn)換裝置而構(gòu)成兩種結(jié)構(gòu)形式的電阻率層析成像系統(tǒng)。
測量主機采用嵌入式PC104工控計算機作為系統(tǒng)的中心控制上位機,10.4”彩色液晶顯示屏顯示數(shù)據(jù)與剖面圖;系統(tǒng)采用視窗化、嵌入式實時中文控制與處理軟件;單片機是面向電極轉(zhuǎn)換、高壓供電以及數(shù)據(jù)采集通道電路的邏輯控制下位機。
DCX—1多功能高密度電法實時成像儀的結(jié)構(gòu)見下圖。
A
M B
N
R T
(A) DCX—1A型集中式實時電成像數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
通過測量主機的控制接口,外接多路電極轉(zhuǎn)換器。多路電極轉(zhuǎn)換器是一個獨立箱體,具有以下兩個獨特的設(shè)計特點。改革了常規(guī)的開關(guān)轉(zhuǎn)換陣列電路,通過軟、硬件相結(jié)合的辦法實現(xiàn)復合式控制結(jié)構(gòu),硬件精簡了1/3,儀器的重量和功耗也隨之減少;采用雙向覆蓋電纜結(jié)構(gòu),方便“滾道”測量,改變了以前集中式轉(zhuǎn)換器與電極聯(lián)接的布線麻煩、查線困難的狀況。
DCX-1A實時電成像數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)野外布線示意圖
組成120道系統(tǒng),儀器居中安放,每側(cè)5條串接電纜,可接電極60支,兩側(cè)共120個電極。 |
每段電纜芯線為60芯,有12個用來連接電極的電連接點,兩端均有插頭,插座,無方向性。 |
實現(xiàn)“滾道”式覆蓋測量:如需要向左側(cè)延伸測量剖面時,將電纜10號電纜及電極移到0號位置,其余電纜電極不動,儀器移到4號與5號電纜中間;如需要向右側(cè)延伸測量剖面時,則將1號電纜及電極移向11號位置與10號電纜串接。此時將儀器移到6號與7號電纜中間,實現(xiàn)每側(cè)60個電極共計120個電極。如需要進一步延伸則依照上述規(guī)律向前移動,即實現(xiàn)“滾道”式覆蓋測量。
(B)DCX—1B型分布式實時電成像數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
通過測量主機的控制接口,對串接在測量電纜上的智能電極采集器發(fā)送控制指令,相應序號電極盒中的開關(guān)陣列按照測量要求分別接通到A,B,M,N四母線上。 設(shè)計特點是每個開關(guān)盒內(nèi)有一個微型控制芯片,使主機指令逐級下行傳遞,反饋信息碼又可逐級上行送回主機,增強系統(tǒng)的工作性,電纜輕便。
分布式 DCX-1B實時電成像數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)野外布線示意圖
DCX-1B每串電纜有6個采集盒,可根據(jù)需要串接電纜,可以多達上千道。每個智能采集盒自動定位、隨意串接、無編號順序限制,施工方便。
(二)標準配置
★DCX—1A多功能高密度電法實時成像儀標準配置:
▲DCX-1多功能電法儀
▲DCX-1A多路轉(zhuǎn)換開關(guān)。
▲DCX-1A覆蓋電纜:標準配置120道,可以擴展。
▲電極:銅電極Φ12x320mm
★DCX—1B多功能高密度電法實時成像儀標準配置:
▲DCX-1多功能電法儀。
▲DCX-1B智能型分布式采集器:包括電纜和采集盒,標準配置120道,可以實現(xiàn)多組256道組合。
▲電極:銅電極Φ12x320mm。
(三)主要技術(shù)指標:
1、電壓測量范圍:±4V;精度優(yōu)于±0.3% ;分辨率:1μV
2、電流測量范圍:±4A;精度優(yōu)于±0.5%;分辨率:1μA
3、供電電壓/電流:主機700V/±4A
4、工頻抑制: 優(yōu)于—80 dB
5、輸入阻抗: ≥20MΩ
6、自電補償方式及范圍:全量程跟蹤式自動補償。
7、工作環(huán)境溫度:-10℃ ∽ +50℃
8、測量裝置模式:溫納、偶極-偶極、微分、聯(lián)剖、對稱四極、三極測深、三極滾動、二極測深、二極剖面等;可根據(jù)用戶需求增加各種特殊裝置。
9、可以同時測量高密度電阻率和極化率。
10、計算機系統(tǒng):PC104工控機、40G硬盤、10.4”彩色液晶顯示屏。11、工作電源:12V免維護鉛酸蓄電池
12、最大濕度:95%RH
13、存儲溫度:-20℃-60℃
14、體積:370x240x360mm
15、重量:8Kg
DCX-1A多路轉(zhuǎn)換開關(guān)指標
1、 最大輸出電壓:±400V
2、 最大輸出電流:±2A
3、 道間距:1-10米(用戶選擇)
4、 體積:370x240x360mm
5、 重量:8Kg
6、 基本配置:120道(240道系統(tǒng)需要訂貨)
7、 電纜護套:寬溫聚胺脂材料,外徑9MM
8、 電纜倒數(shù)12道/串
9、 電纜重量:6kg/串
10、 多種測量模式可選
DCX-1B智能型分布式采集器指標
1、 電纜護套:寬溫聚胺脂材料,外徑8MM
2、 開關(guān)盒數(shù):6道/串
3、 重量:3kg/串
4、 開關(guān)盒間距:1-10米(用戶選擇)
5、 開關(guān)盒尺寸:25x200mm(含接頭)
6、 最大輸出電壓:±400V
7、 最大輸出電流:±2A
8、 一根電纜可以連接多組256個智能電極組,自動分配地址,無編號順序限制,任意串接,施工方便
9、 多種測量模式可選
三、 主要用途
· 工程地質(zhì):各類巖土探測與分層、地下管道與其它物體探測
· 水文地質(zhì):探測地下水、探測水 底地質(zhì)結(jié)構(gòu)、探測地熱
· 地質(zhì)找礦
· 環(huán)境地質(zhì):探測溶洞、地下空洞、堤壩滲漏、斷層、山體滑坡、塌陷以及其它地質(zhì)災害
· 古墓及地下建筑體探測
· 監(jiān)測地震前兆變化
· 油井壓裂裂縫方位探測、注水井水流方向探測
· 油井單井電阻率成像探測