[發明專利]一種基于電路旋轉切換方式的土體電阻率場動態變化測試系統

在審

• 申請號: 202111403927.6
• 申請日: 2021-11-24
• 公開（公告）號: CN114113706A
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 王炳輝;王春成;張雷;王麗艷;張琦;李曉文
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: G01R1/04
• 分類號: G01R1/04;G01R27/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種基于電路旋轉切換方式的土體電阻率場動態變化測試系統，其特征在于，包括：旋轉切換式電極掃描裝置和數據采集及儀器控制部分；

所述旋轉切換式電極掃描裝置包括：伺服電機(1)、轉芯(2)、換向滑環(3)、一個或多個固定電極組(4)、與固定電極組對應的動電刷(5)、輔助電路及電源(15)；所述轉芯(2)與伺服電機(1)的轉子固連，所述換向滑環(3)的定子端固定于支撐件上，轉子端與轉芯(2)固連，所述固定電極組(4)由多個圍繞轉芯(2)徑向等角度、均勻排列的固定電極及引出導線組成，封裝于外側絕緣透明圓環內，該圓環固定于支撐件上，所述動電刷(5)由相鄰的四個電極及引出導線組成，四個電極排列方式與固定電極組(4)的排列方式相同，封裝于內側絕緣透明圓環內，該圓環固定于轉芯(2)；

所述數據采集及儀器控制部分包括：數據采集模塊、儀器控制模塊和計算機(9)；

被測對象(6)的不同高度埋設測試電極(13)，所述旋轉切換式電極掃描裝置中固定電極組(4)引出導線與測試電極(13)按序連接，動電刷(5)引出導線與換向滑環(3)轉子端連接，并由定子端接出與輔助電路相連，隨著轉芯(2)的轉動，動電刷(5)觸頭與固定電極組(4)觸頭依次接觸、脫離，在伺服電機(1)轉動下，形成閉合、開啟的切換開關；

根據動電刷(5)的接線方式不同，實現四極法和二極法測試土體動態電阻率場的功能，在伺服電機(1)不同轉速下，實現對土體的不同掃描頻率測試，輔助電路中，根據電路輸入的激勵電源信號類型，系統實現不同幅值、頻率、波形測試功能，儀器控制模塊判斷并控制動電刷(5)的測試位置，數據采集模塊定時分通道采集動電刷間測試信號。

2.根據權利要求1所述的基于電路旋轉切換方式的土體電阻率場動態變化測試系統，其特征在于：所述輔助電路包括多組可調節電橋(7)、高精度電阻、信號發生器(8)；所述信號發生器(8)為電橋提供不同類型、不同頻率、不同幅值的激勵電源信號電源。

3.根據權利要求2所述的基于電路旋轉切換方式的土體電阻率場動態變化測試系統，其特征在于：所述數據采集模塊包括數據采集程序、數據采集卡(10)、信號調理器(11)；所述信號調理器(11)接收輔助電路信號，調節后傳至數據采集卡(10)由數據采集程序完成采集。

4.根據權利要求3所述的基于電路旋轉切換方式的土體電阻率場動態變化測試系統，其特征在于：所述儀器控制模塊包括儀器控制程序和信號轉換器(12)；控制伺服電機(1)的轉速、判斷并給定動電刷(5)初始位置。

5.根據權利要求4所述的基于電路旋轉切換方式的土體電阻率場動態變化測試系統，其特征在于：當采用四極法測試土體動態電阻率場，所述動電刷(5)的四個電極分別與正電源電路、高電位數據采集電路、低電位數據采集電路和負電源電路連接，四個動電刷電極隨著轉芯(2)轉動并與固定電極組(4)相接觸，接觸過程中，相接觸的四個固定電極依次充當正電源電路、高電位數據采集電路、低電位數據采集電路和負電源電路，隨著動電刷(5)的轉動，四個動電刷電極分別與下一個固定電極接觸，此時，原接觸的動電刷功能發生變化，原固定電極中充當正電源電路電極斷開，原固定電極中充當高電位數據采集電路的電極變為正電源電路，原固定電極中充當低電位數據采集電路的電極變為高電位數據采集電路，原固定電極中充當負電源的電極變為低電位數據采集電路，動電刷中充當負電源電路的電刷按旋轉方向與下一個固定電極接觸，該固定電極充當負電源電路，依此規律，四個動電刷電極以一定的頻率及轉動方向依次與固定電極相接觸，固定電極依次變換功能；

外側兩個動電刷所接的正、負電源閉合電路中接入電流傳感器(14)，所述電流傳感器(14)接入信號調理器(11)，經調理后的電流信號接入數據采集卡(10)，通過計算機(9)及數據采集程序完成電流信號采集；內側兩個動電刷接入信號調理器(11)，經調理后的電壓信號傳輸至數據采集卡(10)，通過計算機及數據采集程序采集并計算出內側兩個動電刷之間電位差。

6.根據權利要求5所述的基于電路旋轉切換方式的土體電阻率場動態變化測試系統，其特征在于：當采用二極法測試土體動態電阻率場，中間兩個動電刷(5)分別連接可調節電橋(7)兩端，輔助電路的電源端接入信號發生器(8)，動電刷和固定電極相接觸，隨著動電刷的旋轉固定電極按順序依次充當為電源正極，電源負極，可調節電橋(7)連接信號調理器(11)，經調理的電壓信號傳輸至數據采集卡(10)，通過計算機及數據采集程序采集。