專利名稱：垃圾填埋場防滲層滲漏電學檢測方法及其檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種垃圾填埋場防滲層滲漏電學檢測方法。
本發明還涉及實施上述方法的檢測裝置。
背景技術：
為了防止地下水被污染，填埋場防滲襯層系統是填埋場建設必不可少的設施，其作用是將填埋場內外隔絕，控制滲濾液進入粘土及地下水。這一系統的通用材料主要有粘土和人工合成材料，人工合成材料最常用的是高密度聚乙烯(HDPE)，在填埋場建設投資中，防滲層的投資巨大。由于HDPE本身質量或施工原因，填埋場防滲層往往出現滲漏，因此，及時查找到滲漏點的準確位置并進行修補就顯得格外重要。
發明內容
本發明是針對HDPE的滲漏點檢測來展開的。
本發明的目的提供一種垃圾填埋場防滲層滲漏電學檢測方法，以及用于上述方法的檢測設備。
本發明采用的技術原理是利用垃圾填埋場土工膜(HDPE)的電絕緣性來實現檢測目的。
具體地說，本發明是在垃圾填埋體中放置若干個發射電極，發射電極的數量視垃圾填埋場的規模而定，每個發射電極的間距在5-15m左右，但不以此為限；填埋場以外的土壤中設置一個接收電極。給這兩個電極(發射電極和接收電極)加一定的電壓，當土工膜沒有漏洞時，不能形成回路，不產生電流；當有漏洞時，電流就以垃圾滲濾液為導體穿過漏洞形成回路，顯示一定的電流值。
同時在土工膜下按一定距離埋置若干檢測電極，檢測電極的數量同樣視垃圾填埋場的規模而定，每個檢測電極的間距一般為1-5m左右，但不以此為限；在遠離填埋區的土壤中埋置一個參比電極，每個檢測電極都與參比電極聯接。通過漏洞的電流使得膜下土壤中的電勢發生變化，可以檢測到檢測電極和參比電極之間的電勢差(電壓)。電勢差隨檢測電極離漏洞的遠近而發生了變化，離漏洞越近的檢測電極，其與參比電極的電勢差越大，根據它們之間的關系，解算出漏洞的具體位置。
通過上述各電極采集的數據，進行如下分析設定判斷參數(無漏洞、有漏洞分別對應的電流值)；根據采集來的電流值進行判斷；如果判斷出現漏洞，就采集檢測電極的數據(感應電壓)，并找到最大值，標出該檢測電極的位置；確定搜索起始值、步長；搜索感應電壓最大值附近的另外5個感應電壓值，標出位置。這6個檢測電極所圍成的六角形區域即為漏洞所在區域。
6個位置的點參與計算，計算過程如下設在電阻率為ρ的均勻半空間介質中，有一個點電流源S，其電流強度為I，在距S點的距離為R的D點處的電位，由拉普拉斯方程求得為U=ρI2π1R---(1)]]>在垃圾填埋場中，當土工膜上有漏洞時，加在膜兩側的電壓就形成回路，把通過漏洞處的電流看為一個點電流源，其在垃圾和膜下的土壤中都應該滿足等式(1)。
令K=ρI2π,]]>則式(1)就變為U=KR---(2)]]>實際中測得的是埋在膜下的電極和埋在離填埋區較遠的參比電極之間的電勢差。設參比電極與漏洞的距離為RC，則所測得的電勢差表達為ΔU=K(1R-1Rc)---(3)]]>因為RC＞＞R，(3)式可簡化為ΔU=KR---(4)]]>根據已經確定位置的6個點，在漏洞所在區域進行內插值計算在漏洞所在區域任意確定一點，該點到6個檢測電極之間的距離是可以確定的，又由于6個電極的電壓值是確定的，那么根據公式(4)可以計算出6個K值。
因為K是一個變值，但是在檢測的短暫過程中我們可以認為其是一個定值。如果計算所得的6個K值相等，就可以斷定，該插值點就是漏洞所在點。由于誤差等其他原因，要6個K值完全相等是不可能的，因此，在計算中，只要6個K值的方差最小，就確定該插值點是漏洞點。
假設在平面上電壓隨距離衰減的模型為拉普拉斯方程，根據所得的滲漏點，計算漏點對整個垃圾填埋場電壓場的影響，并將這些影響從各檢測電極實測電壓中扣除，這樣就生成了一個新的電壓場數據集，繼續進行判斷計算，直到程序結束。
以上是本發明提供的檢測方法，下面介紹實現該方法的檢測裝置。
滲漏檢測裝置包括檢測電極/參比電極、發射電極/接收電極、恒壓電源、滲漏檢測儀。其中發射電極和接收電極同為金屬制成，可以是塊狀、管狀、線狀或片狀。從電極面積和使用效果考慮，一般制成片狀較好。上述兩個電極分別通過導線連接至一直流電源的兩極上。本發明采用的是直流恒壓電源。
檢測電極和參比電極同為金屬管，通過導線連接至一滲漏檢測儀。
上述兩組電極出于防腐和防銹的原因，均采用不銹鋼或不易生銹的如合金或鍍有合金層等金屬材料。
本發明中的滲漏檢測儀由主機、主控制箱、數據采集箱組成，其中數據采集箱采用A/D轉換芯片，采用模擬開關進行輸入通道的選擇，由單片機和數據存儲器組成控制系統，能夠完成數據信號的采集與存儲；完成各區“檢測電極”及“發射電極/接收電極”電流的采集和存儲。
數據通訊完成主機與各數據采集箱的數據交換。
電源控制采用固態繼電器由單片機實現對供電電源的控制，完成各數據采集區電源的切換。
供電電源的電流采集采用電流互感器將電流轉換為電壓信號，然后將其進行模數轉換。
主控制箱實現與主機以及數據采集箱的數據交換。
主機完成系統的控制，包括對數據采集的控制、數據的分析、顯示、歷史數據的存儲及查詢、打印報表等。
圖1為本發明檢測方法原理圖。
圖2為本發明檢測電極布設方式。
圖3為本發明采用的滲漏檢測儀原理圖。
圖4為本發明滲漏檢測分析流程圖。
具體實施例方式
請結合參閱圖1。土工膜5上鋪設發射電極1，每個發射電極間距10m，在填埋場11以外的土壤10中埋設一接收電極2。上述兩電極1、2均為鍍釕鈦片電極φ30mm×1mm，導線(1.5mm2)焊接在鍍釕鈦片中心，分別聯接至直流輸出1000V的恒壓電源3的正(負)極。
土工膜下鋪設檢測電極8，檢測電極間距為3m，在遠離填埋區的土壤中鋪設參比電極9，每個檢測電極都與參比電極聯接。檢測電極的數量越多，其檢測準確度越高，但檢測系統的投資則越高，為解決這一矛盾，本實用新型將檢測電極布設在蜂窩狀，這樣不但可以減少檢測電極的鋪設數量，而且能提高準確度，如圖2所示。檢測電極與參比電極都為不銹鋼管電極φ20mm(外徑)×2mm(壁厚)×150mm(長)，導線(1.5mm2)焊接在電極外壁。檢測電極與參比電極聯接至滲漏檢測儀。
滲漏檢測儀為全微機型直流采樣、數字計算判斷并顯示，由主機、主控制箱、數據采集箱集成，其硬件系統構成見圖3。工作原理是數據采集采用16位A/D轉換芯片AD976，輸入電壓范圍為±10V，采用16選1的模擬開關ADG406進行輸入通道的選擇，由單片機89C51和數據存儲器CY7c199組成控制系統，能夠完成128路數據信號的采集與存儲。完成各區“檢測電極”及“發射電極/接收電極”電流的采集和存儲。
數據通訊采用CAN總線實現數據的傳輸，它具有傳輸距離遠和出數線路簡單等優點，采用CAJ1000和PCAB2C250芯片完成。完成主機與各數據采集箱的數據交換。
電源控制采用固態繼電器由單片機實現對供電電源的控制，其主要控制芯片為74HC373、74HC240，完成各數據采集區電源的切換。
供電電源的電流采集采用電流互感器將1A以下的電流轉換為0-5V的電壓信號，然后將其進行模數轉換。
主控制箱CPU板1塊，實現與主機以及數據采集箱的數據交換。
CPU通過模擬開關的譯碼電路選擇相應通道，將對應的一路模擬信號經A/D轉換后，經CPU由CAN總線傳遞給主機。
CPU板與繼電器控制板相連，根據CPU的指令，繼電器板選擇相應的繼電器將對應的1000伏電源和十路供電電極中得一路相連，為其提供電力；主機通過CAN總線與各數據采集箱相連并交換數據，并完成系統的控制，包括對數據采集的控制、數據的分析、顯示、歷史數據的存儲及查詢、打印報表等。
數據的采集、分析過程如下設定判斷參數(無漏洞、有漏洞分別對應的電流值)；根據采集來的電流值進行判斷；如果判斷出現漏洞，就采集檢測電極的數據(感應電壓)，并找到最大值，標出該檢測電極的位置；確定搜索起始值、步長；搜索感應電壓最大值附近的另外5個感應電壓值，標出位置；這6個檢測電極所圍成的六角形區域即為漏洞所在區域。
6個位置的點參與計算，計算過程如下設在電阻率為ρ的均勻半空間介質中，有一個點電流源S，其電流強度為I，在距S點的距離為R的D點處的電位，由拉普拉斯方程求得為U=ρI2π1R---(1)]]>在垃圾填埋場11中，當土工膜5上有漏洞4時，加在膜兩側的電壓3就形成回路7，把通過漏洞處的電流看為一個點電流源，其在垃圾和膜下的土壤中都應該滿足等式(1)。
令K=ρI2π,]]>則式(1)就變為U=KR---(2)]]>實際中測得的是埋在膜下的電極和埋在離填埋區較遠的參比電極之間的電勢差。如圖1中所示的伏特表的讀數。假設參比電極與漏洞的距離為RC，則實驗中所測得的電勢差表達為ΔU=K(1R-1Rc)---(3)]]>因為RC＞＞R，(3)式可簡化為ΔU=KR---(4)]]>根據已經確定位置的6個點，在漏洞所在區域進行內插值計算在漏洞所在區域任意確定一點，該點到6個檢測電極之間的距離是可以確定的，又由于6個電極的電壓值是確定的，那么根據公式(4)可以計算出6個K值。
因為K是一個變值，但是在檢測的短暫過程中我們可以認為其是一個定值。如果計算所得的6個K值相等，就可以斷定，該插值點就是漏洞所在點。由于誤差等其他原因，要6個K值完全相等是不可能的，因此，在計算中，只要6個K值的方差最小，就確定該插值點是漏洞點。
假設在平面上電壓隨距離衰減的模型為拉普拉斯方程，根據所得的滲漏點，計算漏點對整個垃圾填埋場電壓場的影響，并將這些影響從各檢測電極實測電壓中扣除，這樣就生成了一個新的電壓場數據集，繼續進行判斷計算，直到程序結束。
上述分析流程如圖4所示。
權利要求
1.一種垃圾填埋場防滲層滲漏電學檢測方法，在垃圾填埋體中放置至少一個發射電極，填埋場以外的土壤中設置一個接收電極；給兩個電極加上電壓，當土工膜有漏洞時，電流就以垃圾滲濾液為導體穿過漏洞形成回路，顯示一定的電流值，該電流值為點電流源；土工膜下埋置至少一個檢測電極，遠離填埋區的土壤中埋置一個參比電極，其檢測電極與參比電極聯接，通過漏洞的電流使得膜下土壤中的電勢發生變化，以檢測到檢測電極和參比電極之間的電勢差；通過上述各電極采集的數據，進行如下分析設定判斷參數無漏洞、有漏洞分別對應的電流值；根據采集來的電流值進行判斷；如果判斷出現漏洞，就采集檢測電極的數據，并找到最大值，標出該檢測電極的位置；確定搜索起始值、步長；搜索感應電壓最大值附近的另外5個感應電壓值，標出位置；這6個檢測電極所圍成的六角形區域即為漏洞所在區域。6個位置的點參與計算，計算公式為ΔU=KR]]>式中ΔU為所測得的電勢差；K為一定值；R是各個參與統計的電極與點電流源的距離。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，檢測電極呈蜂窩狀布設。
3.一種實現權利要求1所述方法的檢測裝置，包括有土工膜上鋪設至少一個發射電極，填埋場以外的土壤中埋設一接收電極；兩電極分別連接至直流電源；土工膜下鋪設至少一個檢測電極，在填埋區以外鋪設一個參比電極，檢測電極與參比電極聯接至滲漏檢測儀；滲漏檢測儀主要由主機、主控制箱、數據采集箱組成，其中數據采集箱采用A/D轉換芯片，模擬開關選擇輸入通道，單片機和數據存儲器組成控制系統；數據通訊完成主機與各數據采集箱的數據交換；電源控制實現對供電電源的控制，完成各數據采集區電源的切換。供電電源的電流采集將電流轉換為電壓信號，然后將其進行模數轉換。主控制箱實現與主機以及數據采集箱的數據交換。主機完成系統的控制，包括對數據采集的控制、數據的分析、顯示、歷史數據的存儲及查詢、打印報表等。
4.如權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述數據采集采用16位A/D轉換芯片。
5.如權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述電源控制采用固態繼電器由單片機實現對供電電源的控制。
6.如權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述供電電源的電流采用采用電流互感器將電流轉換為電壓信號。
全文摘要
一種垃圾填埋場防滲層滲漏電學檢測方法及檢測裝置，在場土工膜上鋪設至少一個發射電極，填埋場以外的土壤中埋設一個接收電極；兩電極分別連接至直流電源；土工膜下鋪設至少一個檢測電極，在填埋區以外鋪設一個參比電極，檢測電極與參比電極聯接至滲漏檢測儀；滲漏檢測儀主要由主機、主控制箱、數據采集箱組成。
文檔編號G01N27/00GK1621823SQ20031011793
公開日2005年6月1日 申請日期2003年11月26日 優先權日2003年11月26日
發明者董路, 王琪, 黃永飛, 薛詠海 申請人:中國環境科學研究院