阅读说明：本技术 一种快速定位沟渠渗漏点的装置及其控制方法 (Device for quickly positioning leakage point of ditch and control method thereof ) 是由 李帝铨 程辉 付国红 肖教育 于 2019-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及勘查地球物理领域,本发明公开了一种快速定位沟渠渗漏点的装置及其控制方法,利用水上移动载体的方式带动发射电极和接收电极在水中移动,根据沟渠横向上的电场差异,确定异常点,利用北斗或GPS定位装置获取并记录定位信息,再对异常区域做进一步的渗漏点确定,弥补现有地球物理方法不适用于沟渠,无法快速、准确、自动定位沟渠渗漏点的问题。(The invention relates to the field of exploration geophysics, and discloses a device for quickly positioning a leakage point of a ditch and a control method thereof.)

一种快速定位沟渠渗漏点的装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及勘查地球物理领域，尤其涉及一种快速定位沟渠渗漏点的装置及其控制方法。

背景技术

目前应用于渗漏检测的地球物理探测方法总体而言可分为电法、电磁法、地震法。电法包括电测深、电剖面、高密度电法等。电磁法包括瞬变电磁法、探地雷达等；地震法包括浅层地震、瑞雷面波法等。目前广泛应用的拟流场法利用水流场与电流场在数学和物理上的相似性，能够快速、准确的无损检测渗漏点，该方法一般用于堤坝管涌的渗漏检测，在渗漏区背水侧的出水点和库区内的水之间建立电场，但人为修建的沟渠一般相对较窄长、较浅、规整，仍使用堤坝管涌渗漏检测方法需要不断更换电极位置，人为操作复杂且费时，而且根据检测数据绘制电流场的三维分布图定位渗漏点，数据采集数量多且较为复杂，因此需要一种适用于沟渠的能快速、自动定位沟渠渗漏点的装置和方法。

发明内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本发明提供一种快速定位沟渠渗漏点的装置及其控制方法，具有适用于沟渠，快速、自动定位沟渠渗漏点的优点。

(二)技术方案

基于上述的技术问题，本发明提供一种快速定位沟渠渗漏点的装置，所述装置包括总控制器，位于移动载体上的主控制器、移动通信模块、信号收发模块、定位模块、供电模块，以及固定在移动载体的下方水中的电极模块，所述移动载体能漂浮在水面上移动；

所述电极模块包括p对发射电极和q对接收电极，q为不小于3 的整数，p为不小于1的整数，每对接收电极等间距地两两相对，间距为m₁，每对发射电极等间距地两两相对，间距为m₂，且发射电极位于接收电极的外侧，q对接收电极间并列、等间距固定，p对发射电极间并列、等间距固定，整个电极模块横向和竖向上均对称，接收电极处能形成稳定电场，稳定电场方向与沟渠平行；

所述信号收发模块包括信号发射器和信号接收器，发射电极与信号发射器电连接，接收电极与信号接收器电连接，所述主控制器通过移动通信模块与总控制器无线通信连接，也通过移动通信模块使移动载体上的各模块通信连接。

优选地，所述装置还包括遥控模块，用于驱动控制移动载体的移动；所述移动载体为模型船、筏子或充气垫。

优选地，所述发射电极为一对相对的板状电极，所述接收电极为3 对相对的点状电极。

优选地，所述定位模块采用北斗或GPS定位装置；所述主控制器为工控、PLC、DSP、单片机或ARM，用于接收总控制器的控制指令，接收信号收发模块实时传送的监测数据并进行算法判断，接收定位模块传送的异常点的位置信息并传送给总控制器；所述总控制器用于接收、显示主控制器的异常点检测结果，并给主控制器发送控制指令。

优选地，所述发射电极的间距m₂应等于沟渠宽度的5倍，每对接收电极的两两相对间距m₁应为沟渠宽度的1/10至1/2倍。

优选地，所述电极模块保持在沟渠溶液内，与沟渠两侧的间隙保持相对稳定。

优选地，所述信号发射器生成单频或组合频率信号。

优选地，所述单频或组合频率信号的频率为拐角频率，拐角频率为当发射电流为最大发射电流的70％时的频率。

一种快速定位沟渠渗漏点的装置的控制方法，所述控制方法包括：

S1、移动载体带动电极模块在沟渠中沿沟渠中液流方向或液流逆方向行驶，信号发射器生成发射信号，通过p对发射电极向外发射，q 对接收电极分别接收信号并输入到信号接收器中，信号接收器将信号处理后实时传送给主控制器；

S2、主控制器判断q对接收电极传送的电压信号是否在相应的误差之内，若不在误差之内，则定位模块传送该异常点的位置，主控制器储存异常点的位置信息，待移动载体行驶完全程后，将所有异常点的位置信息传送给总控制器；

S3、总控制器根据所有异常点的位置信息，确定异常区域，再发送控制指令，进一步确定渗漏点。

优选地，步骤S3中所述进一步确定渗漏点的方法包括：通过遥控模块使移动载体移动到异常区域，通过示踪剂确定渗漏点。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：

(1)本发明采用水上移动载体的方式带动发射电极、接收电极在水中移动，可移动的方式适用于沟渠窄长、较浅、规整的结构特点，电极位于水中，探测精度高，随移动载体而移动，不用单独人为移动电极位置，操作更简单、节省时间；

(2)定位模块随移动载体而移动，同步获得异常点的定位信息，实现快速、自动定位；

(3)本发明根据检测接收电极的电压异常确定渗漏区域，快速且准确，相对于绘制三维分布图的定位方法更简单；

(4)无论沟渠的宽度为多少，只要该装置的电极保持在沟渠溶液中，与沟渠两侧的距离保持相对稳定，本装置即可正常运行，因此本装置的应用范围广泛。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1为本发明实施例装置的模型船的结构示意图；

图2为本发明实施例装置的结构示意图的仰视图；

图中：1：发射电极A；2：发射电极a；3：接收电极B；4：接收电极b；5：接收电极C；6：接收电极c；7：接收电极D；8：接收电极d；9：模型船；10：移动通信模块；11：主控制器；12：信号收发模块；13：定位模块；14：遥控模块；15：供电模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

一种快速定位沟渠渗漏点的装置，所述装置如图1所示，包括总控制器，位于移动载体上的主控制器11、移动通信模块10、信号收发模块12、定位模块13、遥控模块14和供电模块15，以及固定在移动载体的下方水中的电极模块；所述移动载体能漂浮在水面上移动，可以为模型船、筏子或充气垫等，本实施例中为模型船9；

所述电极模块包括p对发射电极和q对接收电极，q为不小于3 的整数，p为不小于1的整数，每对接收电极等间距地两两相对，间距为m₁，每对发射电极等间距地两两相对，间距为m₂，且发射电极位于接收电极的外侧，q对接收电极间并列、等间距固定，p对发射电极间并列、等间距固定，整个电极模块横向和竖向上均对称；各对发射电极间或各对接收电极间均并列、等间距，是为了使接收电极处能形成稳定电场，稳定电场方向与沟渠平行；而接收电极的对数q为不小于3 的整数，是因为当存在沟渠两侧均有对电场影响一致的渗漏点的特殊情况时，若仅有2对接收电极，接收电极处的电场异常无法体现，若有3对及3对以上接收电极时，接收电极会因为离渗漏点距离的不同而存在电场差异，接收电极的对数越多，越有利于发现电场异常。发射电极是平板电极、点状电极、柱状电极及其它形态电极，接收电极是点状电极。

本实施例中，发射电极采用一对相对的平板电极，接收电极采用3 对相对的点状电极，由于平板电极的宽度较广，相当于多个均匀分布的点电极，更有利于在接收电极处形成稳定电场，且使整个电极装置的结构更简单。如图2所示，接收电极B3和接收电极b4、接收电极 C5和接收电极c6、接收电极D7和接收电极d8等间距地两两相对，接收电极B3和接收电极b4之间的间距为m₁，3对接收电极间并列、等间距固定，发射电极A1和发射电极a2位于接收电极的外侧等间距相对，发射电极A1和发射电极a2的间距为m₂。

为使接收电极处的电场稳定，发射电极的间距应足够远，2个发射电极间的间距m₂应等于沟渠宽度的5倍；而为保证电磁场不随模型船 9的移动而受影响，电极模块保持在沟渠溶液中，与沟渠两侧的间隙保持相对稳定；接收电极的对数q在沟渠宽度允许范围内越大，检测越准确，且每对接收电极的两两相对间距m₁应为沟渠宽度的1/10至1/2 倍，以便电场异常时能准确检测到电场差异；本实施例中，沟渠宽度为20m，2个发射电极间的间距为100m，接收电极B3和接收电极b4、接收电极C5和接收电极c6、接收电极D7和接收电极d8的间距均为 5m。

所述信号收发模块12包括信号发射器和信号接收器，发射电极与信号发射器电连接，接收电极与信号接收器电连接，所述移动通信模块10包括无线通信和有线通信，所述主控制器11通过移动通信模块 10与总控制器无线通信连接，也通过移动通信模块10与信号收发模块 12、定位模块13、遥控模块14无线通信或有线通信连接。

所述总控制器用于接收、显示主控制器的异常点检测结果，并给主控制器发送控制指令；所述主控制器11为工控机、PLC、DSP、单片机或ARM，用于接收总控制器的控制指令，接收信号收发模块12 实时传送的监测数据并进行算法判断，接收定位模块13传送的异常点的位置信息并传送给总控制器；所述定位模块13采用北斗或GPS定位装置；所述遥控模块14控制模型船9的移动；所述供电模块15为电池，为模型船9上的各模块供电。

本发明也包含一种快速定位沟渠的装置的控制方法，所述控制方法包括：

S1、模型船9带动电极模块在沟渠中沿沟渠中液流方向或液流逆方向行驶，所述电极模块保持在沟渠溶液内，与沟渠两侧的间隙保持相对稳定，信号发射器生成发射信号，通过p对发射电极向外发射，q 对接收电极分别接收信号并输入到信号接收器中，信号接收器将信号处理后通过移动通信模块10实时传送给主控制器11；

S2、主控制器11判断q对接收电极传送的电压信号是否在相应的误差之内，若不在误差之内，则定位模块13传送该异常点的位置，主控制器11储存异常点的位置信息，待模型船9行驶完全程后，将所有异常点的位置信息通过移动通信模块10传送给总控制器；

S3、总控制器根据所有异常点的位置信息，确定异常区域，再发送控制指令，通过遥控模块14使模型船9移动到异常区域，通过示踪剂做进一步检测，如高锰酸钾溶液等，进一步确定渗漏点。

当为正常的水流场时，由于发射电极与接收电极间的距离足够远，模型船9的接收电极处能形成稳定电场；当出现沟渠渗漏点时，水流速度的矢量场指向渗漏入水口，接收电极处的电场出现异常，每对接收电极形成的电压信号出现差异，且该差异不在可容许误差范围1％内。

但是异常流场一般远小于正常流场，因此快速、准确地分辨异常流场成为关键。发射电极发射的信号的传播距离为趋肤深度δ：

式中σ为电导率，单位为S/m，μ为磁导率，单位是H/m，ω为角频率，单位是rad/m，f为信号频率，单位是Hz；

从上式可知，随着信号频率的升高，趋肤深度减小，水体外电磁干扰信号的衰减加快，信噪比也随之提高。

由于发射电极与信号发射器采用电缆连接，存在感抗，则

式中I为发射电流，单位是A，U为发射电压，单位为V；

为等效电阻，单位是Ω，R为接地电阻，单位是Ω，L为电缆电感，单位是 H。

从上式可知，随着信号频率的升高，发射电流减小，而且当高于拐角频率时，发射电流急剧下降，导致信号减弱，效果降低；当发射电流为最大发射电流的70％时，定义该频率为拐角频率。

综合考虑以上因素，该装置进行沟渠渗漏点检测时的发射频率选择拐角频率最为合适，减少工频信号等水体外电磁信号的干扰，准确性和稳定性最佳。

综上可知，通过上述的一种快速定位沟渠渗漏点的装置及其控制方法，具有如下优点：

(1)本发明采用水上移动载体的方式带动发射电极、接收电极在水中移动，可移动的方式适用于沟渠窄长、较浅、规整的结构特点，电极位于水中，探测精度高，随移动载体而移动，不用单独人为移动电极位置，操作更简单、节省时间；

(2)定位模块随移动载体而移动，同步获得异常点的定位信息，实现快速、自动定位；

(3)本发明根据检测接收电极的电压异常确定渗漏区域，快速且准确，相对于绘制三维分布图的定位方法更简单，且本发明的发射电极采用平板电极，使得整个装置更简单有效；

(4)可将移动载体设计成由遥控模块控制移动的模型船，或者自动行驶的模型船，进一步实现自动化；

(5)本发明采用单频或组合频率信号拟合水流场，提高了信号的抗干扰能力，且提出了信号频率的最佳选择，进一步提高了信噪比，提高了信号的准确性和稳定性；

(6)无论沟渠的宽度为多少，只要该装置的电极保持在沟渠溶液中，与沟渠两侧的距离保持相对稳定，本装置即可正常运行，因此本装置的应用范围广泛；

(7)本装置可用于日常检测，使用方便，节省人力。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。