[发明专利]隧道聚焦测深型三维激发极化超前探测仪器系统

说明书

本发明公开了一种隧道聚焦测深型激发极化超前探测仪器系统，包括直流恒流源、激发极化主机、工控机和电极阵列。利用多路电流可调的直流恒流源，实现了激发极化探测多路电流的高精度输出，采用的电感智能补偿方式能够有效减小电流的纹波干扰，同时设计了电流快速关断装置，提高了激发极化超前探测数据质量。本发明实现了隧道聚焦测深型激发极化超前探测仪器的硬件系统，可以完成视电阻率、半衰时、视极化率等数据的综合采集，可有效压制掌子面后方干扰，提高了激发极化探测数据采集质量，可实现隧道掌子面前方含水构造等突水突泥灾害源的有效探测。

技术领域

本发明涉及三维激发极化超前探测领域，尤其涉及一种基于聚焦测深型装置型式的隧道三维激发极化超前探测仪器系统。

背景技术

在交通、水利水电、地下工程等基础设施建设中出现了大量的深长隧道，隧道在复杂地质条件下施工经常遭遇突水突泥等不良地质灾害，往往导致隧道被埋甚至人员伤亡，带来严重的安全问题和重大的经济损失，已成为制约隧道安全施工的关键因素。激发极化法对含水体反应敏感，可以提前探明突涌水灾害源的空间位置和规模，因此，开展隧道掌子面前方突水突泥灾害源的激发极化超前探测显得极为重要。

聚焦测深激发极化法可以较好的压制隧道掌子面后方干扰，提高超前探测能力。由于需要输出多路大小相同的电流进行探测，传统激发极化发射机大多通过调节电压的形式来控制电流的恒定输出，但是在探测过程中电流会发生变化，导致多路输出的聚焦电流不相等，且各路输出存在一定的纹波干扰和差异，从而不能达到很好的聚焦效果。同时激发极化二次场衰减信号较弱，由于二次场的衰减，测量时在一次场断电后尽可能越早测量，要求恒流源具有快速关断的能力。

激发极化接收机测量过程中一次场电压一般较大，而二次场衰减信号一般较小，现有仪器由于采样位数一定，所测信号采用同样的量程，则精度就会降低，需要量程切换系统进行切换保证精度。但现有的量程切换大部分直接采用分压电阻的形式，可切换路数较少，另外一次场断电后测量信号从一次场快速变化到二次场测量，需要设计一种具有多量程、切换速度灵敏的智能量程切换系统。

同时，为了提高激发极化测量效率，一般采用多通道的接收机。传统的方法是采用线性或者分段方式来实现接收机不同通道的测量信号标定，即对多路通道按照同一个标准进行处理，但是实际探测过程中接收机各通道硬件差异导致采集的数据之间存在一定的差异，影响多通道接收机的数据测量精度。

综上所述，一种适用于隧道突水突泥灾害源激发极化超前探测仪器面临以下难题：

1、传统发射机根据所测介质的电阻值进行调整电压来实现恒流输出，由于岩土介质的不同，难以输出多路相等的电流，同时多路输出有纹波影响，信号存在一定的差异，需要设计一种具有负载、功率自适应的高精度恒流源。

2、为了实现发射机在较短时间内关断电流输出，避免一次场电压信号对二次场的干扰，需设计一种发射机电流的快速关断装置。

3、实测过程中由于接收机各通道不同，各通道之间采集的数据存在一定的误差，为实现接收机多通道的高精度采集，需设计一种激发极化高精度的多通道测量模块。

4、激发极化测量中由于一次场电压较高，而二次场信号较小，为提高测量信号的精度，需设计一种具有多量程、高灵敏度的智能量程切换系统。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种隧道聚焦测深型激发极化超前探测仪器系统，基于激发极化聚焦测深观测模式，可屏蔽掌子面后方干扰并具有测深功能；通过设计自适应高精度恒流源实现对电流的自适应调节，实现了多路电流高精度输出，并极大缩短一次场关断时间；采用组合细分智能量程切换的装置实现了激发极化一次场大信号、激发极化二次场小信号的精确测量；通过采用量程自适应的智能标定方式，实现接收机多通道的高精度采集，减小各通道之间的数据差异，满足隧道复杂探测环境激发极化的测量需求。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：