一种新型分布式跨孔CT探测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种新型分布式跨孔CT探测系统，所述分布式跨孔CT探测系统包括计算机系统、双核处理器、发射机、从机、电压采集系统和发射电流采集系统，所述计算机系统与双核处理器连接，双核处理器与发射机、从机连接，发射电流采集系统与发射机连接，同时电压采集系统和发射电流采集系统均与从机连接。本实用新型专利技术通过多通道的同步数据采集，可以快速的采集大量的数据，获取了较丰富的地电断面的地质构造特征信息，完成电阻率、自然电位等多项物性参数的测量，从不同电性角度刻画地下结构。为煤矿工作人员提供可靠的地下结构信息，方便提前应对在开采过程中可能发生的灾害，能够很好的保证开采过程的安全，减少人员伤亡和经济损失。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及探测领域，具体涉及一种新型分布式跨孔CT探测系统。
技术介绍
众所周知，随着国民经济的发展，煤炭需求量越来越大，然而在煤矿的开采过程中往往伴随着一些事故，其中矿井水灾害已成为影响煤矿安全生产的主要因素，灾害的发生往往会造成人员伤亡和经济损失。因此，准确掌握所要掘进采煤层的水文地质条件，查明地质异常体(如含水构造体)的准确位置，为下一步煤层灌浆打好坚实基础，保障矿井安全高效开采很有必要。目前，跨孔电阻率探测的方法主要有：(1)电剖面法，这种方法具有较好的水平分辨率，异常明显等特点，但缺点是探测深度不大。(2)电测深法、具有良好的垂直分辨率，能够勘察较深的地层，缺点是随勘测深度的增加，所需要的电极也多，水平工作效率不是很高。(3)中间梯度法，测量时供电电极固定，测量局限性大，数据量少，通常只有几十到几百个数据，不能完整的表达地质信息。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种新型分布式跨孔CT探测系统，该探测系统可以快速的采集大量的数据，获取了较丰富的地电断面的地质构造特征信息，完成电阻率、自然电位等多项物性参数的测量，从不同电性角度刻画地下结构。实现本专利技术目的的技术方案为：一种新型分布式跨孔CT探测系统，包括计算机系统、双核处理器、发射机、从机、电压采集系统和发射电流采集系统，所述计算机系统与双核处理器连接，双核处理器与发射机、从机连接，发射电流采集系统与发射机连接，同时电压采集系统和发射电流采集系统均与从机连接。所述从机包括5个，其中从机1至从机4与电压采集系统连接，从机5与电流采集电路连接。所述电压采集系统包括顺序连接的电极、通道选择开关、双限比较器、程控放大器、单端转差分电路和A/D转换器，其中，A/D转换器还与从机连接，电极接入大地中。所述电压采集系统还包括匹配电路，所述匹配电路设于通道选择开关与双限比较器之间，匹配电路用于防止电极的电压过大而导致A/D转换器被烧坏。所述双核处理器为M3和DSP双核处理器。所述发射机内设有大功率发射模块，大功率发射模块包括相连接的驱动板和IGBT功率桥路，其中驱动板与双核处理器连接，IGBT功率桥路一端与驱动板连接，IGBT功率桥路另一端与发射电流采集系统连接，驱动板从双核处理器中接收到同步控制信号后，控制桥路产生双极性电流归零信号。所述发射电流采集系统包括顺序连接的霍尔电流互感器、绝对值电路以及第一A/D转换器，所述A/D转换器为24位Σ-Δ型A/D转换器。一种新型分布式跨孔CT探测方法，利用上述的新型分布式跨孔CT探测系统进行探测，包括如下步骤：(1)双核处理器提供的同步控制信号接入到发射机的驱动板中，控制桥路产生双极性电流归零信号，在系统中加入电流互感器，用于监测发射机发射信号的电流大小，发射机的发射电流信号由电流互感器感应并转换为电压信号，由于发射信号是双极性的直流，再经过绝对值电路输入至24位A/D转换器中进行转换，转换后的数据传给从机5，经过从机5的换算之后，得出电流值，电流值在计算机系统上实时显示。(2)电极的电压信号经过双限比较器分为3个电压范围，每个范围会输出相应的编码信号给对应的从机，由从机输出控制信号给程控放大器，对信号进行自适应放大，经过单端转差分后，信号输入AD转换器，用于保证电压数据的有效转换；(3)得到各电极的电压以及发射电流后，根据公式可以算出大地的视电阻率值，把求得的视电阻率值经过反演算法处理即可得出地质构造信息。式中ρ为视电阻率，ΔUMN为供电电极A、B在公共电极M与任意电极N之间的电位差，I为供电电流，k为电极装置系数，计算公式为AM为供电电极A与公共电极M的距离，BM为供电电极B与公共电极M的距离，AN为供电电极A与电极N的距离，BN为供电电极B与电极N的距离。本专利技术具有如下几个特点：1.基于静电场理论,融合了电阻率剖面、电阻率测深、中间梯度法等多种方法，不同探测方向相辅相成。2.所有电极一次性布设，通过通道选择开关控制可以很方便的控制电极转换，降低数据采集过程中因电极设置引起的干扰和测量误差。采集的数据可以自动存储到计算机，数据采集速率快，采用24位Σ-Δ型A/D转换器，使得数据采集精度高。3.系统有64个电极，其中有两个电极作为供电电极，一个为公共电极。这使得它可以在
AB供电一次的情况下同时采集61组电压数据。仪器采用61个电压通道采集数据，不仅数据采集速度比传统仪器快而且数据量也要大很多，一小时之内就可以采集6万多个数据，极大的丰富了地电断面的地质构造特征信息。4.采用归零双极性方波发射方式，有效的抑制了工频干扰。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过多通道的同步数据采集，可以快速的采集大量的数据，获取了较丰富的地电断面的地质构造特征信息，完成电阻率、自然电位等多项物性参数的测量，从不同电性角度刻画地下结构。为煤矿工作人员提供可靠的地下结构信息，方便提前应对在开采过程中可能发生的灾害，能够很好的保证开采过程的安全，减少人员伤亡和经济损失。附图说明图1为本专利技术跨孔CT探测系统框图；图2为本专利技术中大功率发射模块框图；图3为本专利技术从机1-从机4接收电压采集系统框图；图4为本专利技术从机5的发射电流采集系统框图。具体实施方式参见图1，一种新型分布式跨孔CT探测系统，包括计算机系统、双核处理器、发射机、从机、电压采集系统和电流采集电路，所述计算机系统与双核处理器连接，双核处理器与发射机、从机连接，电压采集系统和电流采集电路均与从机连接。其中，双核处理器M3和DSP双核处理器。本专利技术中，具有5个从机，其中从机1至从机4与电压采集系统连接，从机5与电流采集电路连接。电压采集系统包括顺序连接的电极、通道选择开关、匹配电路、双限比较器、程控放大器、单端转差分电路和A/D转换器，其中，A/D转换器还与从机连接，电极接入大地中。系统原理：系统自动将64个电极分为奇数组和偶数组各32个，在这两组电极中各选取一个电极作为供电电极A和B，在一次通电过程中同时测量其它电极相对于某一电极M的电位差，就可得到61个电位差数据。而奇数组32个电极和偶数组32个电极相互配对供电，即有32×32＝1024次供断电过程，每次供电可同时采集61个电位差数据，因此总的数据量应为32×32×61＝62464个。6万多个数据经过反演即可得出地质构造信息。根据系统框图可知，计算机系统通过以太网口发出控制信号给双核处理器，处理器接收到控制信号后，反馈应答信号并向从机发送采集数据准备信号，从机接收到信号后准备采集数据，从机准备好后，回传数据采集就绪信号给双核处理器，处理器给出采集信号从机即可开始数据采集，双核处理器与从机之间通过SPI总线通信，整个数据的采集过程是由SYNC1和SYNC2两个信号进
行同步。参见图2，大功率发射模块是发射机的核心，本仪器采用串联均压的方式，即由独立电源为每个桥路供电，各桥路上的IGBT(绝缘栅双极晶体管)承受的电压是相互独立的,这样就保证了IGBT串联时不会因为电压分配不均匀而导致器件损坏的问题,进而保证了功率器件稳定可靠的工作。由双核处理器提供的同步控制信号接入到驱动板中，控制IGBT功率桥路产生双极性电流归零信号，此信号通过发射电极通入大地可以很好的抑制大地的50Hz工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型分布式跨孔CT探测系统，其特征在于，包括计算机系统、双核处理器、发射机、从机、电压采集系统和发射电流采集系统，所述计算机系统与双核处理器连接，双核处理器与发射机、从机连接，发射电流采集系统与发射机连接，同时电压采集系统和发射电流采集系统均与从机连接。

【技术特征摘要】
1.一种新型分布式跨孔CT探测系统，其特征在于，包括计算机系统、双核处理器、发射机、从机、电压采集系统和发射电流采集系统，所述计算机系统与双核处理器连接，双核处理器与发射机、从机连接，发射电流采集系统与发射机连接，同时电压采集系统和发射电流采集系统均与从机连接。2.根据权利要求1所述的新型分布式跨孔CT探测系统，其特征在于，所述从机包括5个，其中从机1至从机4与电压采集系统连接，从机5与发射电流采集系统连接。3.根据权利要求1所述的新型分布式跨孔CT探测系统，其特征在于，所述电压采集系统包括顺序连接的电极、通道选择开关、双限比较器、程控放大器、单端转差分电路和A/D转换器，其中，A/D转换器还与从机连接，电极接入大地中。4.根据权利要求3所述的新型分布式跨孔CT探测系统，其特征在于，所述电压采集系统还包括匹配电路，所述匹配电路设于通道选择开关与双限比较器之间，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张法全，王焱，王国富，叶金才，王小红，庞成，张海如，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：新型
国别省市：广西;45