基于聚焦電流法的減小視電阻率測量誤差的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于隧道工程地質(zhì)前探應(yīng)用領(lǐng)域，更具體地，涉及一種聚焦電流法地質(zhì)前探中減小視電阻率的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)方法有地震波法、地質(zhì)雷達(dá)法、高密度電法、超前鉆探法等，這些預(yù)報(bào)方法都沒有借助TBM掘進(jìn)機(jī)本身的特點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)。
[0003]德國Geohydraulic Data公司在2002年推出世界上第一臺基于聚焦電流頻率域激發(fā)極化方法的電法隧道超前探測儀器BEAM (Bore-Tunneling Electrical AheadMonitoring)，該探測儀器可以與TBM結(jié)合，實(shí)時(shí)探測前方地質(zhì)情況。
[0004]但是，BEAM儀器的測量電極和屏蔽電極都是接在護(hù)盾上，只是測量電極靠近刀盤，而刀盤與護(hù)盾是金屬導(dǎo)體連接的，電流可從護(hù)盾經(jīng)刀盤流入地質(zhì)體。BEAM的屏蔽電極置于護(hù)盾的后部，因此這兩個(gè)電極是電導(dǎo)通的，由于護(hù)盾、刀盤與地質(zhì)體的接觸電阻在掘進(jìn)過程中總是發(fā)生不均勻的變化，所以導(dǎo)致實(shí)際從護(hù)盾、刀盤上流入地質(zhì)體的屏蔽電流和測量電流的電極面積在不斷發(fā)生變化，這會導(dǎo)致視電阻率的計(jì)算產(chǎn)生誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于聚焦電流法的減小視電阻率誤差的系統(tǒng)和方法，它可以抑制由于護(hù)盾、刀盤與地質(zhì)體的接觸電阻的變化而導(dǎo)致測量電極和屏蔽電極面積的變化，從而減小視電阻率測量誤差。
[0006]按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種基于聚焦電流法的減小視電阻率測量誤差的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括反饋控制電路、驅(qū)動電路、測量電路、屏蔽電極、測量電極；
[0007]在護(hù)盾的外圓周面的前部和靠近刀盤的后部分別沿護(hù)盾周向圓周線上設(shè)置若干電壓監(jiān)測點(diǎn)，所述前部和后部的電壓監(jiān)測點(diǎn)一一對應(yīng)；
[0008]測量電極一端與后部的某一電壓監(jiān)測點(diǎn)相接觸，另一端與驅(qū)動電路相連；
[0009]屏蔽電極一端與所述后部的電壓監(jiān)測點(diǎn)相對應(yīng)的前部監(jiān)測點(diǎn)相接觸，另一端與驅(qū)動電路相連；
[0010]由此，驅(qū)動電路分別通過屏蔽電極和測量電極給所述護(hù)盾提供相同的電流I ;
[0011]測量電路與反饋控制電路相連，測量其它一一對應(yīng)的監(jiān)測點(diǎn)之間的電壓差A(yù)V1反饋給所述反饋控制電路；
[0012]反饋控制電路與所述驅(qū)動電路相連，反饋控制所述電流I。
[0013]進(jìn)一步地，所述反饋控制電路控制所述電流I使測得的所述電壓差的平方和最小。
[0014]另外，本發(fā)明還提供了一種基于聚焦電流法的減小視電阻率測量誤差的方法，其特征在于，在護(hù)盾外圓周面的前部和靠近刀盤的后部分別設(shè)置屏蔽電極和測量電極；通過驅(qū)動電路分別給屏蔽電極和測量電極提供相等的電流I ;調(diào)節(jié)所述驅(qū)動電路提供的電流I，使得屏蔽電極和測量電極的電流分界線的位置基本不變。
[0015]進(jìn)一步地，調(diào)節(jié)所述驅(qū)動電路提供的電流I的方法為，在護(hù)盾上屏蔽電極與測量電極所在點(diǎn)的沿護(hù)盾周向的圓周線上設(shè)置若干電壓監(jiān)測點(diǎn)，前部和后部的電壓監(jiān)測點(diǎn)一一對應(yīng)；
[0016]測量電路與反饋控制電路相連，測量所述前部和后部一一對應(yīng)的監(jiān)測點(diǎn)之間的各電壓差A(yù)V1反饋給所述反饋控制電路；
[0017]反饋控制電路與所述驅(qū)動電路相連，反饋控制所述電流I。
[0018]本發(fā)明具有以下的特點(diǎn):
[0019]1.驅(qū)動電路可以保證恒流；
[0020]2.電極布置方便；
[0021]3.保證測量電極的電流大部分經(jīng)過刀盤流入隧道；
[0022]4.結(jié)構(gòu)簡潔，實(shí)現(xiàn)方便；
[0023]5.抑制由于護(hù)盾接觸電阻變化導(dǎo)致視電阻率誤差的影響。
【附圖說明】
[0024]圖1為按照本發(fā)明的一種聚焦電流法地質(zhì)前探中減小視電阻率測量誤差的系統(tǒng)和方法；
[0025]在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用于表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中:
[0026]I反饋控制電路2驅(qū)動電路3屏蔽電極4測量電極5刀盤6電壓監(jiān)測點(diǎn)7測量電極與屏蔽電極之間的電流分界線8多路開關(guān)9護(hù)盾10測量電路
【具體實(shí)施方式】
[0027]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0028]本發(fā)明的一種基于聚焦電流法的減小視電阻率測量誤差的系統(tǒng)和方法方案如圖1所示。主要由反饋控制電路1、驅(qū)動電路2、測量電路11、測量電極4、屏蔽電極3所構(gòu)成，圖1中測量電極4接在護(hù)盾后部靠近刀盤處，屏蔽電極3接在護(hù)盾9前部位置，同時(shí)沿護(hù)盾9周向同一圓周線上設(shè)置若干電壓監(jiān)測點(diǎn)，電壓監(jiān)測點(diǎn)一一成對布置。
[0029]測量電極4的一端與后部的某一電壓監(jiān)測點(diǎn)相接觸，另一端與驅(qū)動電路2相連，屏蔽電極一端與后部的電壓監(jiān)測點(diǎn)相對應(yīng)的前部監(jiān)測點(diǎn)相接觸，另一端與驅(qū)動電路2相連。
[0030]電流分界線7表示測量電極與屏蔽電極兩者的電流流向的分界位置，由于驅(qū)動電路提供的電流，屏蔽電極3通過護(hù)盾與地質(zhì)體形成了電流的回路，同樣，測量電極4通過護(hù)盾與地質(zhì)體形成了電流的回路，由于兩者的電流方向是相同的，由于電流的同向相排斥的原理，兩個(gè)回路的中間會出現(xiàn)電流分界線7。
[0031]同樣，采用本發(fā)明的系統(tǒng)來減小測量誤差的方法是通過，測量電路10與反饋控制電路I相連，測量其它一一對應(yīng)的監(jiān)測點(diǎn)之間的電壓差反饋給所述反饋控制電路1，測量過程中，隨著護(hù)盾9中刀盤與地質(zhì)體的接觸電阻的變化，前進(jìn)的時(shí)候地質(zhì)體的性質(zhì)的變化引起的接觸電阻的變化，必然引起測量電極與地質(zhì)體之間的主電流的變化，引起屏蔽電極與地質(zhì)體之間的主電流的變化，這種變化的不均衡性會導(dǎo)致屏蔽電極和測量電極的等效面積會變化。
[0032]測量電路10用來測量各前后部一一對應(yīng)的電壓監(jiān)測點(diǎn)之間的電位差Λ V1，反饋控制電路I根據(jù)測量的電位AV1，反饋調(diào)節(jié)屏蔽電極3和測量電極4輸入的電流I，使得Sa1(AV1)2最小即電壓差的平方和最小，從而維持護(hù)盾上屏蔽電流與測量電流的電流分界線基本不變，也就是維持屏蔽電極和測量電極的實(shí)際面積基本不變，從而實(shí)現(xiàn)屏蔽電極面積和測量電極面積變化最小的目標(biāo)，即實(shí)現(xiàn)對視電阻率測量中誤差的抑制。
[0033]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于聚焦電流法的減小視電阻率測量誤差的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括反饋控制電路(I)、驅(qū)動電路(2)、測量電路(10)、屏蔽電極(3)、測量電極(4)； 在護(hù)盾(9)的外圓周面的前部和靠近刀盤的后部分別沿護(hù)盾(9)周向圓周線上設(shè)置若干電壓監(jiān)測點(diǎn)，所述前部和后部的電壓監(jiān)測點(diǎn)一一對應(yīng)； 測量電極(4) 一端與后部的某一電壓監(jiān)測點(diǎn)相接觸，另一端與驅(qū)動電路(2)相連； 屏蔽電極(3) —端與所述后部的電壓監(jiān)測點(diǎn)相對應(yīng)的前部監(jiān)測點(diǎn)相接觸，另一端與驅(qū)動電路(2)相連； 由此，驅(qū)動電路(2 )分別通過屏蔽電極和測量電極(4 )給所述護(hù)盾(9 )提供相同的電流I ; 測量電路(10)與反饋控制電路(I)相連，測量其它一一對應(yīng)的監(jiān)測點(diǎn)之間的電壓差A(yù) V1反饋給所述反饋控制電路(I); 反饋控制電路(I)與所述驅(qū)動電路(2 )相連，反饋控制所述電流I。2.如權(quán)利要求1所述的基于聚焦電流法的減小視電阻率測量誤差的系統(tǒng)，其特征在于，所述反饋控制電路(I)控制所述電流I使測得的所述電壓差的平方和最小。3.一種基于聚焦電流法的減小視電阻率測量誤差的方法，其特征在于，在護(hù)盾(9)外圓周面的前部和靠近刀盤的后部分別設(shè)置屏蔽電極(3)和測量電極(4);通過驅(qū)動電路(2)分別給屏蔽電極(3)和測量電極(4)提供相等的電流I ;調(diào)節(jié)所述驅(qū)動電路(2)提供的電流I，使得屏蔽電極(3)和測量電極(4)的電流分界線(7)的位置基本不變。4.如權(quán)利要求3所述的基于聚焦電流法的減小視電阻率測量誤差的方法，其特征在于，調(diào)節(jié)所述驅(qū)動電路(2)提供的電流I的方法為，在護(hù)盾(9)上屏蔽電極(3)與測量電極(4)所在點(diǎn)的沿護(hù)盾周向的圓周線上設(shè)置若干電壓監(jiān)測點(diǎn)，前部和后部的電壓監(jiān)測點(diǎn)一一對應(yīng)； 測量電路(10)與反饋控制電路(I)相連，測量所述前部和后部一一對應(yīng)的監(jiān)測點(diǎn)之間的各電壓差A(yù)V1反饋給所述反饋控制電路(I)； 反饋控制電路(I)與所述驅(qū)動電路(2 )相連，反饋控制所述電流I。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于聚焦電流法的減小視電阻率測量誤差的系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)包括反饋控制電路、驅(qū)動電路、測量電路、測量電極、屏蔽電極所構(gòu)成。在地質(zhì)前探中，在護(hù)盾的前部和尾部分別設(shè)置屏蔽電極和測量電極，并且在前部和尾部的同一圓周線上設(shè)置成對的電壓監(jiān)測點(diǎn)，驅(qū)動電路分別給屏蔽電極和測量電極通電流，測量電路測量各對電壓監(jiān)測點(diǎn)的電位差ΔV，反饋控制電路根據(jù)所測得的電位差，反饋調(diào)節(jié)的電流，使各點(diǎn)V的總體相對變化Σai(ΔVi)2最小，從而維持屏蔽電極與測量電極之間的電流分界線的位置基本不變。按照本發(fā)明，可以抑制由于護(hù)盾、刀盤與地質(zhì)體的接觸電阻的變化而導(dǎo)致測量電極和屏蔽電極面積的變化，從而減小視電阻率測量誤差。
【IPC分類】G01V3/02, G01V13/00
【公開號】CN105093335
【申請?zhí)枴緾N201410216117
【發(fā)明人】趙斌, 張宇
【申請人】華中科技大學(xué)
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2014年5月21日