技术摘要：
本发明公开了一种渠道泄漏区域快速探测装置及使用方法。本发明装置主要包括分别具有GPS同步接口的信号发送系统和信号接收系统；信号发送系统包括单片机、恒流源模块、限流调整模块、负载恒流输出模块、信号输出电极A极和B极、FPGA模块、显示模块、波形记录模块、同步模  全部
背景技术：
人工开挖修建渠道一般情况下窄长、规整。渠道使用目的一般是为工、农业或环境 工程服务，地面上的渠道多为开敞式明渠，经过一定时间的服役年限后受风化影响、材料疲 劳、地质作用影响出现泄漏导致不必要的损失，对此，无损、快速、准确探测摆上计事日程。 目前渗漏检测的地球物理方法可分为电法、电磁法、地震法等。电法中无论是电测 深、电剖面还是高密度电法，其核心都是基于几何尺寸进行工作，是无法获取连续的、精细 的坝体及其坝体周边介质的电阻率连续分布结构图的。电磁法细分为传导类与感应类电磁 法，无论是传导类方法还是感应类方法受原理和装置的限制，对不断流情况下渠道坝体的 泄漏点是无法做到精细探测；地质雷达不需要电极接地，虽然速度快，但在不断流的情况下 难以开展有效工作；传统地震方法需要接地传感器，导致检测速度慢，难以满足隐患探测的 要求。拟流场法，该方法一般用于河流、水库堤坝管涌的渗漏检测，需要在渗漏区背水侧的 出水点和库区内的水之间建立电场，并不适应相对小尺寸的渠道泄漏点探测。因此，需要一 种适用于人工开挖修建的、狭长、规整渠道泄漏点在不断流情况下进行无损、快速、准确探 测的新方法与装置。
技术实现要素：
本发明的第一个目的在于针对现有技术中存在的上述缺陷，提供一种适用于人工 开挖修建的、狭长、规整渠道的泄漏区域快速探测装置。 本发明的渠道泄漏区域快速探测装置，它包括信号发送系统和信号接收系统两个 独立的系统，信号发送系统和信号接收系统分别具有GPS同步接口；信号发送系统包括单片 机，以及依次连接的恒流源模块、限流调整模块、负载恒流输出模块、信号输出电极A极和B 极，还包括频率信号产生模块即FPGA模块、显示模块、波形记录模块和同步模块；GPS同步接 口与同步模块连接；以单片机微型控制器即MCU为中心连接并控制显示模块、连接并控制波 形记录模块且同时获取存储器状态、连接并控制同步模块且同时获取同步状态、连接并控 制FPGA模块且同时获取FPGA模块状态；FPGA产生的信号序列在进行单极性波形变双极性波 形后，交由恒流源模块进行电压跟随、电压-电流转换后形成连续可调的、观测所需的恒定 电流源信号，最后由负载限流输出模块将双性极频率信号输出至A极和B极； 信号接收系统包括单片机，以及依次连接的信号输入电极M极和N极、前置放大电 路、滤波电路、程控放大电路、模数转换电路即AD、先进先出数据缓存器即FIFO存储器、数字 信号处理器即DSP模块，以及通信接口电路、显示接口电路、波形记录模块、同步模块；GPS同 步接口与同步模块连接；通信接口电路可与PC机进行通信，显示接口电路连接显示模块监 视信号接收系统的工作状态；程控放大电路还与单片机微型控制器即MCU相连接，模数转换 4 CN 111609981 A 说　明　书 2/8 页 电路还与DSP模块相连接，MCU同时还与FIFO存储器、DSP模块、通信接口电路、显示接口电 路、波形记录模块、同步模块相连接； 信号发送系统和信号接收系统均安装在水面载体之上；信号输出电极A极和B极与 信号输入电极M极和N极均为成对电极；其中，根据渠道的宽度，等间距排有i对信号输入电 极M极和N极，M极和N极安装在稳定的且具有相应尺寸的水面载体上，其中i>1或i＝1；信号 输出电极A极和B极分别位于信号输入电极M极和N极的外侧等间距放置；信号发送系统和信 号接收系统及其信号输出电极、信号输入电极均随水面载体按渠道方向移动。 本发明上述信号接收系统工作原理是，由信号输入电极M、N获取电位差信号，经前 置放大、滤波处理后由MCU控制的程控放大器进行信号放大；程控放大输出信号送AD数字化 之后，数据分为两路进行处理：(1)由DSP进行初步计算后、由MCU通过通信接口进行显示； (2)进入FIFO后在接收系统的外部存储器进行波形记录；同时，通过通信接口交PC机进行处 理。 本发明的第二个目的在于提供一种上述渠道泄漏区域快速探测装置的使用方法， 它包括如下步骤： (1)首先完成探测渠道水体、沉积物以及渠道周边土体的电阻率测量工作，从而量 化渠道内各介质的电阻率并根据量化指标与探测要求确定信号发送系统的发送频组、信号 发送系统和信号接收系统几何尺寸； (2)将信号发送系统、信号接收系统、信号输出电极、信号输入电极安放并固定到 水面载体上，测量出信号输出电极、信号输出电极的几何尺寸； (3)按几何尺寸计算感因系数，明确传导场与感应场的作用区域； (4)仪器开机预热15分钟，并完成信号发送系统与信号接收系统同步； (5)调整信号发送系统可调恒流源的电流值，确保由信号发送系统建立的信号场 源相对恒定； (6)选取已知渠道，根据初步确定的工作参数进行试验性观测工作，通过实验测量 结果，修改步骤(1)至步骤(5)工作中各参数值，再次开展试验工作，最终确定各工作参数； (7)受渠道几何尺寸限制，沿渠道方向进行观测工作，或者垂直渠道方向进行观 测。 进一步，信号发送系统基于逆重复m序列伪随机信号、以组合波形的形式产生7阶4 个频组信号：1频组0.01Hz-1Hz；2频组0.1Hz-10Hz；3频组10Hz-100Hz；4频组100Hz-1KHz；其 频组可选；工作中根据渠道内液体电阻率参数特征与探测要求进行选择，确定其中一个频 组或几个频组序列信号作为工作频组发送和接收。以满足渠道内淡水至卤水且不断流情况 下渠道泄漏点的快速、无损探测的观测频率表需要。 进一步，信号发送系统的发送电流在0.1A至10A范围内调节，恒流方式发送编码波 形。以适合不同性质的导电液体(渠道内水体)导电性差异。 进一步，信号接收系统采用前级放大后，进行时间序列信号的波形采集，由与显示 接口电路连接的显示模块进行接收系统工作状态监测；信号接收系统将采集到的波形数据 进行实时保存，信号发送系统实时记录发送波形、实时电流信息。 进一步，信号发送系统以7阶4种码元进行编码组成发送波形，并根据水体电阻率 参数与探测要求确定频组和发送电流进行发送，同时，还可以根据现场实地实验观测得到 5 CN 111609981 A 说　明　书 3/8 页 的渠道内水体、渠道坝体以及渠道外侧地层电阻率数据，重新生成其它阶数的不同码元频 率信号序列，以更合理观测参数完成探测任务。 进一步，以信号输出电极A极和B极为发送电极建立的场源信号，采用1对或多对信 号输入电极M极和N极进行接收，装置随水面载体移动，获取渠道下方连续介质的电性参数 信息，结合GPS所采集的位置信息，从而确定泄漏点位置。 本发明的信号发送系统采用伪随机码分多址原理，分4个频组产生频率10-2H至 103Hz的组合波形信号，形成频率域测深频率表；采用可调恒流源电流输出方案，建立稳定 的探测场源；信号接收系统由信号记录系统与信号接收系统工作状态监视器组成，接收系 统与发送系统之间在GPS同步基础上多路采集实时波形数据，高速、连续采集响应信号。信 号发送系统记录时间、发送波形、输出电流等信息；信号接收系统将采集到的波形数据实时 保存。本发明通过建立10-2-103Hz范围内的多个可选频组的稳定电流场源，观测数据信息包 括：记录位置GPS位置信息，多路采集的地电场信号，形成渠道50米以浅的地电信息。从而实 现快速、无损、判断泄漏点位置，准确度高。 附图说明 图1为本发明实施例装置的测量原理框图。 图2为本发明实施例的渠道泄漏点结构示意图。 图3是本发明实施例的渠道电阻率分层示意图。 图4为本发明实施例的七阶fc＝2.54Hz时发送波形图。 图5为本发明实施例的七阶fc＝25.4Hz时发送波形图。 图6为本发明实施例的七阶fc＝254Hz时发送波形图。 图7为本发明实施例的七阶fc＝2540Hz时发送波形图。 图8为本发明实施例的频率信号单极性-双极性转换电路图。 图9为本发明实施例的恒流源模块电路图。 图10为本发明实施例的输出电流监测电路图。 图11为本发明实施例的前置放大电路图。 图12为本发明实施例的滤波电路图。 图13为本发明实施例的程控放大电路图。