一种基于瞬变电磁法的接地网成像装置的制作方法

本发明涉及一种接地网成像装置，特别涉及一种超浅层接地网成像装置。

背景技术：

接地网是电力系统中的重要组成部分，接地网的完好与否对电力系统的安全稳定性至关重要。由于接地网的导体埋于地下，接地网导体与土壤直接接触，久而久之，会造成接地网的严重腐蚀。此外，施工过程中的漏焊、虚焊以及自然外力作用下，都会造成接地网的不完好与损坏，致使接地网的泄电流能力降低，影响电力系统的安全稳定性，危害人身安全，造成巨大的经济损失，因此提前发现电力系统接地网损坏处，尽早解除安全隐患至关重要。

目前对于接地网的检测，只能通过测量接地网电气参数间接判断接地网接地性能，测量大致的故障点，而无法获得腐蚀程度等具体信息，只能通过大面积开挖查找接地网导体断点和腐蚀段。目前接地网故障诊断方法主要有电网络分析法、电磁场分析法及电化学方法等。电网络分析法是将接地网看做电阻网络，建立接地网的腐蚀诊断方程，通过求解电阻值变化对接地网的腐蚀状况进行判别；电磁场分析法是通过向接地网注入电流，测量接地网地表磁场分布，来诊断接地网的腐蚀程度。

对于电网络分析法，接地网局部腐蚀或断裂时地表电位差变化很小，接地网节点间电阻值没有明显变化，很难通过外部接地电阻、电位分布、接触电势等参数进行准确判断。电磁场分析法易受外界干扰，影响测量的准确性，进而影响腐蚀程度的判断。上述方法主要针对小规模简单结构的接地网，当用于大规模复杂结构的接地网时有较大难度，而且无法获得电阻率图像，难以实现故障的定量评估和精确定位。而传统的电化学测量方法也难以准确的测量地网金属的腐蚀状态。

在避免开挖接地网且检测过程中不影响电力系统正常安全运行的情况下，能快速准确的测试与接地网相关的电气参数，得到接地网范围地下介质结构分布情况，并进行高分辨率成像，可准确得到接地网状态分布情况十分重要。

目前关于接地网检测成像方法及系统，重庆大学进行了接地网电阻抗成像方法的研究，将电阻抗成像测量原理中的电流注入方式、循环测量方式用于接地网腐蚀诊断。该方法为接地网的故障诊断提供了一个全新的思路，即通过直接成像直观的进行判断。但在其相关文献中提到该方法目前能判断出接地网导体腐蚀的大概区域，还不能准确确定腐蚀的具体位置，也不能确定支路的腐蚀程度，还需进一步改进。

目前的文献中，有学者探索将地球物理探测成像中的瞬变电磁法法用于接地网的探测，瞬变电磁法属于时间域电磁法，研究一次磁场激励下产生的二次磁场与时间的变化关系，从而确定地下导体的电性分布结构及空间形态。瞬变电磁法的提出主要应用于油气勘探、矿产勘查、工程勘察、环境调查、考古探测、军事探测等诸多方面。电力系统接地网一般埋深较浅，属于超浅层探测，由于传统的瞬变电磁法需研究瞬变电磁信号的早期特征，在进行浅层探测时对发射信号关断沿要求非常高，同时存在一次场与二次场难分离的问题，实践证明，传统的瞬变电磁法并不胜任浅层探测，同时瞬变电磁法用于地球物理探测对分辨率的要求远比接地网成像要低。

技术实现要素：

本发明的目的是弥补现有接地网诊断装置的不足，提出一种基于瞬变电磁法的接地网成像装置。本发明利用超声信号超浅层高分辨率成像特点，可以在不开挖不停电的情况下对接地网进行快速准确的故障诊断，获得接地网及周围物质结构的信息，实现超浅层接地网高分辨率的成像。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于瞬变电磁法的接地网成像装置，包括瞬变激励产生电路、发射线圈、多个超声波传感器组成的超声接收阵列、超声信号采集电路，以及反演成像单元。所述的瞬变激励产生电路的输出端连接发射线圈，发射线圈将电磁波定向的发送到地下涵盖接地网的区域。多个超声传感器布置在接地网上方、发射线圈信号覆盖的范围内的地面上，组成超声接收阵列。超声接收阵列接收接地网产生的超声信号。超声接收阵列的输出端与超声信号采集电路的输入端相连，超声信号采集电路对超声信号进行放大、滤波和模数转换处理。超声信号采集电路的输出端与反演成像单元的输入端连接，反演成像单元对接收到的超声信号数据进行分析处理，通过超声信号在接地网中传播时声阻抗的变化，重建接地网及周围物质的结构，进而对接地网进行快速精确的反演成像。

所述的瞬变激励产生电路包括瞬变激励信号源、功率放大电路和第一滤波电路。瞬变激励信号源经功率放大电路进行信号放大，功率放大电路的输出端与第一滤波电路的输入端相连，滤波电路的输出端连接发射线圈。

所述的超声信号采集电路包括宽带低噪声放大器、第二滤波电路和模数转换电路。超声阵列采集到的超声信号经宽带低噪声放大器进行信号放大，宽带低噪声放大器的输出端与第二滤波电路的输入端相连，第二滤波电路的输出端与模数转换电路的输入端相连，模拟信号经模数转换电路转换成数字信号输送给反演成像单元。

所述的反演成像单元包括处理器和图像显示设备。反演成像单元对接收到的超声信号数据进行分析处理，通过超声信号在接地网中传播时声阻抗的变化，重建接地网及周围物质的结构。处理器的输出端与图像显示设备的输入端相连，所述图像显示设备最终显示接地网的反演三维图。

与现有装置相比，本发明基于瞬变电磁法的接地网成像装置在不开挖、不停电的情况下实现地下超浅层接地网及周围介质结构图像重建。

附图说明

图1本发明基于瞬变电磁法的接地网成像装置示意图；

图2本发明基于瞬变电磁法的接地网成像装置原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

如图1所示基于瞬变电磁法的接地网成像装置包括瞬变激励产生电路、发射线圈、多个超声波传感器组成的超声接收阵列、超声信号采集电路，以及反演成像单元。所述的瞬变激励产生电路的输出端连接发射线圈，瞬变激励产生电路激励发射线圈产生电磁波，发射线圈将电磁波定向的发送到地下涵盖接地网的区域。接地网在电磁波的激励下产生感应电流，感应电流激发出二次磁场，接地网中的感应电流在电磁波、二次磁场的共同作用下产生电磁力，激发出超声。多个声传感器布置在接地网上方发射线圈信号覆盖的范围内的地面上，组成超声接收阵列。超声接收阵列接收接地网产生的超声信号。超声接收阵列的输出端与超声信号采集电路的输入端相连，超声信号采集电路对超声信号进行放大、滤波和模数转换处理，超声信号采集电路的输出端与反演成像单元相连接，反演成像单元对接收到的超声信号数据进行分析处理，通过超声信号在接地网中传播时声阻抗的变化，重建接地网及周围物质的结构，进而对接地网进行快速精确的反演成像。

如图2所示，所述瞬变激励产生电路包括瞬变激励信号源、功率放大电路和第一滤波电路1，瞬变激励产生电路通过发射线圈向地下发射电磁波。上述各个模块之间的连接方式信号传输方式为：瞬变激励信号的输出端连接功率放大电路的输入端，功率放大电路的输出端连接第一滤波电路1的输入端，第一滤波电路1的输出端连接发射线圈。瞬变激励信号的输出信号输入给功率放大电路，功率放大电路的输出信号输入给第一滤波电路1，第一滤波电路1输出信号给发射线圈，发射线圈向地下发射电磁波，经地下土壤及接地网介质后，产生声信号和感应激发出二次磁场。

如图2所示，由超声接收阵列接收信号给超声信号采集电路，所述超声信号采集电路包括宽带低噪声放大器、第二滤波电路2和模数转换电路。上述各个模块之间的连接方式和信号传输方式为：超声接收阵列的输出端连接宽带低噪声放大器的输入端，宽带低噪声放大器的输出端连接第二滤波电路2的输入端，第二滤波电路2的输出端连接模数转换电路的输入端。超声阵列采集到的超声信号经宽带低噪声放大器进行信号放大，宽带低噪声放大器输出信号输入给第二滤波电路2，第二滤波电路2输出信号输入给模数转换电路，模拟信号经模数转换电路转换成数字信号输送给反演成像单元。

如图2所示，所述反演成像单元包括处理器和图像显示设备。处理器的输出端与图像显示设备的输入端相连，处理器将重建完接地网的信息输送给图形显示设备，所述图像显示设备最终显示接地网的反演三维图。