[发明专利]一种用于物理模型试验的时空四维电法探测系统及方法

说明书

本发明公开了一种用于物理模型试验的时空四维电法探测系统及方法，包括电极传感器、电极多路转换器、主机及供电系统。其中电极传感器包括圈式电极与支撑电极杆，可实现电极的孔内多点、空间三维布设；电极多路转换器用于将大量圈式电极依次与主机系统连通测试，实现多点大范围不间断探测；主机包括计算机和控制元件，能实现快速实时测量与结果数显功能；供电系统包括室内电源、高压升压器与供电电路，用于给主机长时间持续稳定供电。本发明解决了采用传统电法不适用小型地质体、电法探测数据随测量深度增大而揭露信息逐渐减少的不足；并将时移技术引入高密度电法探测中，从而获得适用于描述模型试验中地质结构体时空演化的高精度四维电法数据。

技术领域

本发明属于地球物理电法勘探领域，具体涉及一种用于物理模型试验的时空四维电法探测系统及方法。

背景技术

随着我国重大工程规模逐渐扩大、揭露的工程地质问题日趋复杂、重大工程灾变问题日渐突出。室内模型试验由于投资小、周期短、实验数据准确等优点被广泛用于相关领域的科学研究。一般模型试验监测手段不能全面揭示复杂地质体的时空信息，地球物理手段能够实现复杂地质结构探测，例如高密度电法是一种常见的地球物理勘探方法，它是一种集中电剖面法和电测深法的阵列勘探方法，具有一次布线、快速自动测量、精度高等优点，近年来随着科学技术的发展，高密度电法的成像技术实现了从一维到三维的跨越式发展，使得地质信息的解释精度极大地提高，可以用于探测复杂地质结构及地质体含水率情况。但由于室内模型试验尺寸限制及精度要求，传统地球物理方法如高密度电法目前不能有效应用于模型试验探测。因此需要发明一种能够用于大型物理模型试验的时空四维电法探测系统，突破传统电法探测圈式电极不足及电法设备探测道数限制，并实现地质体探测空间尺度全覆盖、时间尺度长序列的高精度快速探测。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种用于物理模型试验的时空四维电法探测系统及方法，以解决传统电法探测圈式电极不足及电法设备探测道数限制，实现地质体探测空间尺度全覆盖、时间尺度长序列的高精度快速探测。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种用于物理模型试验的时空四维电法探测系统，包括电极传感器、电极多路转换器和主机；电极传感器连接至电极多路转换器，电极多路转换器连接至主机，多路转换器能将多个电极传感器依次与主机连通进行测试；

所述电极传感器包括电极支撑杆和多个圈式电极，所述电极支撑杆为空心圆柱结构，在电极支撑杆外壁设有多个轴向均布的环形凹槽；在电极支撑杆中心设有传输电缆，该传输电缆从电极支撑杆顶部伸出并在其末端连接多个传感器插头且传感器插头与圈式电极一一对应；在环形凹槽内布设所述圈式电极，圈式电极通过绝缘导线从环形凹槽内小孔接至电极支撑杆中心传输电缆；

所述电极多路转换器包括用于插接所述传感器插头的传感器插口以及多个电缆线插口；多芯电缆一端插入电缆线插口，多芯电缆另一端接入主机；

所述主机包括计算机和控制元件，控制元件包括电极切换控制模块、AB供电控制模块、MN测量控制模块和ABMN控制模块；电极切换控制模块能控制任意四个圈式电极接入电路分别作为A、B、M、N电极，AB供电控制模块能为A、B电极供电并测量流经的电流值，MN测量控制模块能测量M、N电极两端的电压值；当A、B、M、N电极完成测量后，通过电极切换控制模块能接入下一组四个圈式电极，从而依次完成测量得到一系列电阻率数据。

本发明还包括如下技术特征：

具体的，该探测系统还包括供电系统，供电系统连接主机以给主机提供长时间持续稳定的供电；

供电系统包括室内电源、高压升压器和供电电路；将高压升压器能接入室内电源，且高压升压器与主机相连，高压升压器能实现交流转直流和电压自动调节。