基于地球电磁感应原理的地下水源探测方法及探测仪技术

一种基于地球电磁感应原理的地下水源探测方法及探测仪，其步骤为：①将感应探针组插入到地表内，感应探针组由两个感应探针组成；②分别通过两个感应探针实时采集所在处由地球电磁感应所产生的电压信号；③给定某一通带的频率ｆ对关于电压值差Ｕ的时域信号示意图依次进行带通滤波和低通滤波，得到关于电阻率Ｒ值的时域信号示意图以及频率在５Ｈｚ以内的频域信号示意图；④在得到的频率在５Ｈｚ以内的频域信号示意图中，如果幅值信号最大的１０个幅值信号对应的频率均在５Ｈｚ以内，则在两个感应探针之间的区域内有地下水源。该水源探测仪包括一个以上感应探针组、信号处理单元和主控制器。本发明专利技术具有结构简单紧凑、便携性好、操作方便、准确率高等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要涉及到水源探测领域，特指一种基于地球电磁感应原理的水源探测方法及装置。
技术介绍
目前地面物探方法找水首推电法和测量地层磁分量的甚低频法，以及核磁共振 法。电法和地层磁分量的甚低频法共同点是测量地质体物性综合值，测量结果存在多解性， 全凭测量者的主观经验判断，误差大，找水成功率只有百分之二、三十。核磁共振法探测方 法成功率高，但探测深度有限、辨别不出是否为流动的水，同时设备昂贵、体积大不适合野 外工作。且传统物探找水的仪器使用复杂，需要人工记录每一组测量数据，然后根据测量 数据绘制测量曲线图，必须有丰富水文地质经验的工程师根据测量曲线图判定是否有水， 人为因素占比重很大，当测量点比较多时，数据量也是相当大，后期人工分析的任务相当繁 重。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种结构简单紧凑、便携性好、操作方便、快捷、直观及准确率高的找水方法及仪器。 为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案。—种基于地球电磁感应原理的地下水源探测方法，其特征在于步骤为 ①、将一个以上感应探针组插入到地表内，每个感应探针组由两个感应探针组成，两个感应探针之间保持一定距离L ; ②、分别通过两个感应探针实时采集所在处由地球电磁感应所产生的电压信号， 将该电压信号经过放大、滤波处理后得到两个感应探针所在处每个时刻的电压差值U及关 于电压差值U的时域信号示意图，并将该电压差值U及关于电压差值U的时域信号示意图 传送至主控制器，所述电压差值U为交流值； ③、主控制器给定某一通带的频率f对关于电压值差U的时域信号示意图依次进 行软件的带通滤波和低通滤波，由于两个感应探针之间区域的电流值I是恒定的，通过公 式U = R*I得到与各个时刻下电压差值U对应的电阻率R，然后根据滤波后的波形示意图得 到关于电阻率R值的时域信号示意图；最后对关于电阻率R值的时域信号示意图进行频谱 分析，得到频率在5Hz以内的频域信号示意图； ④、在得到的频率在5Hz以内的频域信号示意图中，如果幅值信号最大的10个幅 值信号对应的频率均在5Hz以内，则在两个感应探针之间的区域内有地下水源。测量一条 或若干条剖面(即测量多个点)时，能够得到整个剖面的水层分布图，能直观的体现出剖面 的有水分布情况。 作为本专利技术的进一步改进 所述步骤④中，将关于电阻率R值的时域信号示意图中数据的最大值减去最小值后的差值除以最小值得到能量系数，当能量系数大于100%时，计为100%，所述能量系数用来表示地下水量的大小。 所述步骤④中，将频域图中IO个最大幅值的频率值各自除以20后与对应的幅值 相乘，再将十个所得到乘积值相加，将累加后和值除以50得到有水比例，所述有水比例用 来表示地下水的流速。 —种基于地球电磁感应原理的水源探测仪，其特征在于包括一个以上感应探针 组、信号处理单元和主控制器，所述每个感应探针组由两个感应探针组成，所述感应探针用 来实时采集所在处由地球电磁感应所产生的电压信号，所述电压信号经信号处理单元放 大、滤波后转换成两个感应探针所在处每个时刻的电压差值U及关于电压差值U的时域信 号示意图并送至主控制器，主控制器由关于电压差值U的时域信号示意图得到关于电阻率 R值的时域信号示意图以及频域信号示意图，并根据频域信号示意图做出是否有地下水源 的判断。 所述信号处理单元包括依次相连的50Hz工频陷波单元、差动放大单元、一级放大单元、低通滤波单元、可调带通滤波单元、二级可调放大单元以及模数转换单元。 所述每组中两个感应探针之间保持一定距离L， L大于等于10米且小于等于20米，感应探针插入地表深度大于等于10厘米小于等于20厘米。 所述主控制器含一存储单元。 所述主控制器含一显示单元。 与现有技术相比，本专利技术的优点就在于 1、本专利技术的找水准确率高，该方法找水准确率在95%以上，而传统物探找水的准 确率仅为20% 30%。 2、本专利技术的找水深度大，该方法找水的深度可以达到1000米，而传统物探找水的 探测深度有限， 一般在100米以内。 3、本专利技术的探测方法找水采用了动态信息的探测方法，因此可以分清地下是流动 的水还是不动水，所有找到的水的水质相对比较好。 4、本专利技术的探测仪结构简单、成本低廉、体积小、重量轻、便携性好、耗电量很小， 每一组电池充一次电可以连续工作50个小时以上，同时用户可以根据需要携带多组电池， 使用时间更长，因此携带很方便。 5、本专利技术探测仪，采用全电脑控制，软件自动采集，自动分析，自动判别是否有水， 自动绘制地层含水分布图，采集完成后通过语音提示用户，数据采集完成后，当场便可以得 到测量结果，系统自动生成地下地层含水分布图，使用非常方便、直观。附图说明 图1是本专利技术中探测方法的流程示意图； 图2是本专利技术中探测仪的框架结构示意图； 图3是本专利技术具体实施例中探测仪信号处理单元的电路原理示意图； 图4是本专利技术具体实施例中探测仪软件算法单元的电路原理示意图； 图5是本专利技术探测仪在应用实例中的示意图； 图6是本专利技术具体实施例中探测仪的工作原理流程示意 图7是本专利技术具体实施例中第一种情况下关于电压差值U的时域信号示意图； 图8是本专利技术具体实施例中第一种情况下关于电阻率R值的时域信号示意图； 图9是本专利技术具体实施例中第一种情况下的频域信号示意图； 图10是本专利技术具体实施例中第二种情况下关于电压差值U的时域信号示意图； 图11是本专利技术具体实施例中第二种情况下关于电阻率R值的时域信号示意图； 图12是本专利技术具体实施例中第二种情况下的频域信号示意图； 图13是本专利技术具体实施例测量剖面的水层分布示意图。具体实施例方式以下将结合具体实施例和说明书附图对本专利技术做进一步详细说明。 如图1所示，本专利技术一种基于地球电磁感应原理的地下水源探测方法，其步骤为 ①、将一个以上感应探针组11插入到地表内，每个感应探针组11由两个感应探针 组成，两个感应探针之间保持一定距离L ; ②、分别通过两个感应探针实时采集所在处由地球电磁感应所产生的电压信号， 将该电压信号经过放大、滤波处理后得到两个感应探针所在处每个时刻的电压差值U及关 于电压差值U的时域信号示意图，并将该电压差值U及关于电压差值U的时域信号示意图 作为信号传送至主控制器12，所述电压差值U为交流值； ③、主控制器12给定某一通带的频率f对关于电压值差U的时域信号示意图依次 进行带通滤波、低通滤波，由于两个感应探针之间区域的电流值I是恒定的，通过公式U = R*I得到与各个时刻下电压差值U对应的电阻率R，电阻率R值即为所测地区的岩石电阻 率；然后根据滤波后的波形示意图得到关于电阻率R值的时域信号示意图；最后对关于电 阻率R值的时域信号示意图进行频谱分析，得到频率在5Hz以内的频域信号示意图； ④、在得到的频率在5Hz以内的频域信号示意图中，如果幅值信号最大的10个幅 值信号对应的频率均在5Hz以内，则在两个感应探针之间的区域内有地下水源。测量一条 或若干条剖面(即测量多个点)时，能够得到整个剖面的水层分布图，能直观的体现出剖面 的有水分布情况。 在步骤④中，将关于电阻率R值的时域信号示意图中数据的最大值减去最小值后 的差值除以最小值得到能量系数，当能量系数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于地球电磁感应原理的地下水源探测方法，其特征在于步骤为：①、将一个以上感应探针组插入到地表内，每个感应探针组由两个感应探针组成，两个感应探针之间保持一定距离Ｌ；②、分别通过两个感应探针实时采集所在处由地球电磁感应所产生的电压信号，将该电压信号经过放大、滤波处理后得到两个感应探针所在处每个时刻的电压差值Ｕ及关于电压差值Ｕ的时域信号示意图，并将该电压差值Ｕ及关于电压差值Ｕ的时域信号示意图传送至主控制器，所述电压差值Ｕ为交流值；③、主控制器给定某一通带的频率ｆ对关于电压值差Ｕ的时域信号示意图依次进行带通滤波、低通滤波，由于两个感应探针之间区域的电流值Ｉ是恒定的，通过公式Ｕ＝Ｒ＊Ｉ得到与各个时刻下电压差值Ｕ对应的电阻率Ｒ，然后根据滤波后的波形示意图得到关于电阻率Ｒ值的时域信号示意图；最后对关于电阻率Ｒ值的时域信号示意图进行频谱分析，得到频率在５Ｈｚ以内的频域信号示意图；④、在得到的频率在５Ｈｚ以内的频域信号示意图中，如果幅值信号最大的１０个幅值信号对应的频率均在５Ｈｚ以内，则在两个感应探针之间的区域内有地下水源。

【技术特征摘要】
一种基于地球电磁感应原理的地下水源探测方法，其特征在于步骤为①、将一个以上感应探针组插入到地表内，每个感应探针组由两个感应探针组成，两个感应探针之间保持一定距离L；②、分别通过两个感应探针实时采集所在处由地球电磁感应所产生的电压信号，将该电压信号经过放大、滤波处理后得到两个感应探针所在处每个时刻的电压差值U及关于电压差值U的时域信号示意图，并将该电压差值U及关于电压差值U的时域信号示意图传送至主控制器，所述电压差值U为交流值；③、主控制器给定某一通带的频率f对关于电压值差U的时域信号示意图依次进行带通滤波、低通滤波，由于两个感应探针之间区域的电流值I是恒定的，通过公式U＝R*I得到与各个时刻下电压差值U对应的电阻率R，然后根据滤波后的波形示意图得到关于电阻率R值的时域信号示意图；最后对关于电阻率R值的时域信号示意图进行频谱分析，得到频率在5Hz以内的频域信号示意图；④、在得到的频率在5Hz以内的频域信号示意图中，如果幅值信号最大的10个幅值信号对应的频率均在5Hz以内，则在两个感应探针之间的区域内有地下水源。2. 根据权利要求1所述的基于地球电磁感应原理的水源探测方法，其特征在于所述 步骤④中，将关于电阻率R值的时域信号示意图中数据的最大值减去最小值后的差值除以 最小值得到能量系数，当能量系数大于100%时，计为100%，所述能量系数用来表示地下 水量的大小。3. 根据权利要求1或2所述的基于地球电磁感应原理的水源探测方法，其特征在于 所述步骤④中，将频域图中10个最大幅值的频率值各自除以20后与对应的幅值相...

【专利技术属性】
技术研发人员：石文明，刘彦，李新年，
申请(专利权)人：湖南金宏源电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]