CN103344996B - 串联谐振式核磁共振探测装置及探测方法 - Google Patents
串联谐振式核磁共振探测装置及探测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103344996B CN103344996B CN201310287018.XA CN201310287018A CN103344996B CN 103344996 B CN103344996 B CN 103344996B CN 201310287018 A CN201310287018 A CN 201310287018A CN 103344996 B CN103344996 B CN 103344996B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- unit
- signal
- serial
- emission controlling
- detection
- Prior art date
Links
- 238000005481 NMR spectroscopy Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 4
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 3
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims description 3
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances data:image/svg+xml;base64,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 data:image/svg+xml;base64,PD94bWwgdmVyc2lvbj0nMS4wJyBlbmNvZGluZz0naXNvLTg4NTktMSc/Pgo8c3ZnIHZlcnNpb249JzEuMScgYmFzZVByb2ZpbGU9J2Z1bGwnCiAgICAgICAgICAgICAgeG1sbnM9J2h0dHA6Ly93d3cudzMub3JnLzIwMDAvc3ZnJwogICAgICAgICAgICAgICAgICAgICAgeG1sbnM6cmRraXQ9J2h0dHA6Ly93d3cucmRraXQub3JnL3htbCcKICAgICAgICAgICAgICAgICAgICAgIHhtbG5zOnhsaW5rPSdodHRwOi8vd3d3LnczLm9yZy8xOTk5L3hsaW5rJwogICAgICAgICAgICAgICAgICB4bWw6c3BhY2U9J3ByZXNlcnZlJwp3aWR0aD0nODVweCcgaGVpZ2h0PSc4NXB4JyB2aWV3Qm94PScwIDAgODUgODUnPgo8IS0tIEVORCBPRiBIRUFERVIgLS0+CjxyZWN0IHN0eWxlPSdvcGFjaXR5OjEuMDtmaWxsOiNGRkZGRkY7c3Ryb2tlOm5vbmUnIHdpZHRoPSc4NScgaGVpZ2h0PSc4NScgeD0nMCcgeT0nMCc+IDwvcmVjdD4KPHRleHQgeD0nMTMuMzEyOCcgeT0nNTMuNTkwOScgY2xhc3M9J2F0b20tMCcgc3R5bGU9J2ZvbnQtc2l6ZToyM3B4O2ZvbnQtc3R5bGU6bm9ybWFsO2ZvbnQtd2VpZ2h0Om5vcm1hbDtmaWxsLW9wYWNpdHk6MTtzdHJva2U6bm9uZTtmb250LWZhbWlseTpzYW5zLXNlcmlmO3RleHQtYW5jaG9yOnN0YXJ0O2ZpbGw6I0U4NDIzNScgPkg8L3RleHQ+Cjx0ZXh0IHg9JzI4LjE1NjknIHk9JzYyLjg2MzYnIGNsYXNzPSdhdG9tLTAnIHN0eWxlPSdmb250LXNpemU6MTVweDtmb250LXN0eWxlOm5vcm1hbDtmb250LXdlaWdodDpub3JtYWw7ZmlsbC1vcGFjaXR5OjE7c3Ryb2tlOm5vbmU7Zm9udC1mYW1pbHk6c2Fucy1zZXJpZjt0ZXh0LWFuY2hvcjpzdGFydDtmaWxsOiNFODQyMzUnID4yPC90ZXh0Pgo8dGV4dCB4PSczNS4wNDU1JyB5PSc1My41OTA5JyBjbGFzcz0nYXRvbS0wJyBzdHlsZT0nZm9udC1zaXplOjIzcHg7Zm9udC1zdHlsZTpub3JtYWw7Zm9udC13ZWlnaHQ6bm9ybWFsO2ZpbGwtb3BhY2l0eToxO3N0cm9rZTpub25lO2ZvbnQtZmFtaWx5OnNhbnMtc2VyaWY7dGV4dC1hbmNob3I6c3RhcnQ7ZmlsbDojRTg0MjM1JyA+TzwvdGV4dD4KPC9zdmc+Cg== O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 5
- 230000005358 geomagnetic field Effects 0.000 claims 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 3
- 239000011901 water Substances 0.000 description 27
- 239000011499 joint compounds Substances 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 125000004435 hydrogen atoms Chemical group data:image/svg+xml;base64,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 data:image/svg+xml;base64,PD94bWwgdmVyc2lvbj0nMS4wJyBlbmNvZGluZz0naXNvLTg4NTktMSc/Pgo8c3ZnIHZlcnNpb249JzEuMScgYmFzZVByb2ZpbGU9J2Z1bGwnCiAgICAgICAgICAgICAgeG1sbnM9J2h0dHA6Ly93d3cudzMub3JnLzIwMDAvc3ZnJwogICAgICAgICAgICAgICAgICAgICAgeG1sbnM6cmRraXQ9J2h0dHA6Ly93d3cucmRraXQub3JnL3htbCcKICAgICAgICAgICAgICAgICAgICAgIHhtbG5zOnhsaW5rPSdodHRwOi8vd3d3LnczLm9yZy8xOTk5L3hsaW5rJwogICAgICAgICAgICAgICAgICB4bWw6c3BhY2U9J3ByZXNlcnZlJwp3aWR0aD0nODVweCcgaGVpZ2h0PSc4NXB4JyB2aWV3Qm94PScwIDAgODUgODUnPgo8IS0tIEVORCBPRiBIRUFERVIgLS0+CjxyZWN0IHN0eWxlPSdvcGFjaXR5OjEuMDtmaWxsOiNGRkZGRkY7c3Ryb2tlOm5vbmUnIHdpZHRoPSc4NScgaGVpZ2h0PSc4NScgeD0nMCcgeT0nMCc+IDwvcmVjdD4KPHBhdGggY2xhc3M9J2JvbmQtMCcgZD0nTSA2Mi41NzM5LDQyIEwgNDEuODk1LDQyJyBzdHlsZT0nZmlsbDpub25lO2ZpbGwtcnVsZTpldmVub2RkO3N0cm9rZTojM0I0MTQzO3N0cm9rZS13aWR0aDoxLjBweDtzdHJva2UtbGluZWNhcDpidXR0O3N0cm9rZS1saW5lam9pbjptaXRlcjtzdHJva2Utb3BhY2l0eToxJyAvPgo8cGF0aCBjbGFzcz0nYm9uZC0wJyBkPSdNIDQxLjg5NSw0MiBMIDIxLjIxNjEsNDInIHN0eWxlPSdmaWxsOm5vbmU7ZmlsbC1ydWxlOmV2ZW5vZGQ7c3Ryb2tlOiM3RjdGN0Y7c3Ryb2tlLXdpZHRoOjEuMHB4O3N0cm9rZS1saW5lY2FwOmJ1dHQ7c3Ryb2tlLWxpbmVqb2luOm1pdGVyO3N0cm9rZS1vcGFjaXR5OjEnIC8+Cjx0ZXh0IHg9JzY0LjAyMjcnIHk9JzUzLjU5MDknIGNsYXNzPSdhdG9tLTAnIHN0eWxlPSdmb250LXNpemU6MjNweDtmb250LXN0eWxlOm5vcm1hbDtmb250LXdlaWdodDpub3JtYWw7ZmlsbC1vcGFjaXR5OjE7c3Ryb2tlOm5vbmU7Zm9udC1mYW1pbHk6c2Fucy1zZXJpZjt0ZXh0LWFuY2hvcjpzdGFydDtmaWxsOiMzQjQxNDMnID5IPC90ZXh0Pgo8dGV4dCB4PSc2LjA2ODE4JyB5PSc1My41OTA5JyBjbGFzcz0nYXRvbS0xJyBzdHlsZT0nZm9udC1zaXplOjIzcHg7Zm9udC1zdHlsZTpub3JtYWw7Zm9udC13ZWlnaHQ6bm9ybWFsO2ZpbGwtb3BhY2l0eToxO3N0cm9rZTpub25lO2ZvbnQtZmFtaWx5OnNhbnMtc2VyaWY7dGV4dC1hbmNob3I6c3RhcnQ7ZmlsbDojN0Y3RjdGJyA+KjwvdGV4dD4KPC9zdmc+Cg== [H]* 0.000 description 2
- 280000570307 Big One companies 0.000 description 1
- 230000003044 adaptive Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 230000001427 coherent Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering processes Methods 0.000 description 1
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000000034 methods Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
Abstract
本发明涉及一种串联谐振式核磁共振探测装置及探测方法。是由三分量磁场测量电路与计算机相连、输出电压可调的大功率电源、发射控制单元和信号采集单元相连，输出电压可调的大功率电源与大功率发射桥路连接，发射控制单元与高压继电器连接，高压继电器的一端与第一接收单元连接，高压继电器的另一端与第N接收单元连接构成。本发明采用串联谐振式大大减小了接收装置的尺寸和重量，提高了核磁共振探测的横向分辨率，小尺寸的接收探头有更好的适应性，采用串联谐振式接收单元，避免了现场铺设大线圈时耗费的人力、物力和时间，提高了工作效率；串联谐振式接收单元中多个串联的谐振接收单元同时工作，提高了接收到的核磁共振信号的幅度。
Description
技术领域：
[0001] 本发明涉及一种地球物理勘探设备及方法，尤其是一种利用核磁共振找水原理进 行地质灾害预警的核磁共振探测装置及探测方法。
背景技术：
[0002] 核磁共振探测方法是目前唯一的直接地下水探测方法，具有解释唯一、结果量化、 测量准确的突出优点。在地下施工中，尤其是隧道、矿井地下掘进工程中，由于地质条件复 杂，由地下水引起的突水、突泥地质灾害时有发生，给施工安全带来了巨大的灾难和无法估 计的经济损失。如何对地下工程中周围的含水体进行精确、有效的探测，成为了地球物理勘 探方法中的一个重要研究方向。
[0003] CN201051151公开了一种核磁共振找水仪，由发射系统、信号接收系统、微机控制 与记录系统三部分组成，DC/DC变换器一端连接电池，另一端连接超强储能器;超强储能器 与大功率交流方波发生器连接，其中间设有开关K1，大功率交流方波发生器还与共振频率 发生器、开关K2、K3连接;开关K2与K3之间串接发射线圈和配谐电容器组;K3、K4分别连接超 低噪声放大器，再连接相关检测放大器，再连接检波器和相位检测器，检波器连接A/D转换 器并连接微机控制与记录系统，相位检测器与共振频率发生器和A/D转换器连接并连接微 机控制与记录系统。本实用新型有益效果为:仪器工作安全性高、能量利用率高、频率稳定 性好、具有较高的测量精度。
[0004] CN102096111A公开了一种收发天线分离式核磁共振找水装置及找水方法，由计算 机通过串口总线与大功率电源、发射及控制单元、电流采集单元、选频放大单元、信号采集 单元连接，发射及控制单元通过控制总线经Η桥路与配谐电容、发射线圈和二极管连接构 成。本发明将发射天线和接收天线分离，使发射系统和接收系统能够相互独立。该发明的优 点是：实现了发射和接收的高低压隔离，提高了系统的可靠性;发射线圈和接收线圈的匝 数、尺寸、线径、铺设方式不再相互制约;通过远端参考能够抵消干扰，提高信噪比。
[0005] 上述发明的核磁共振找水装置均具有较高的测量精度、可靠性较高，但都存在一 些不足，测量一个点时，只能得到很大一个范围内是否有水(例如100m*100m大线圈面积1万 平米），导致测量的横向分辨率低，难以实现水体的精确定位;而且由于线圈尺寸大，现场铺 设极不方便，耗费人力、物力和时间，工作效率低，对工作环境的适应能力差。
发明内容：
[0006] 本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种串联谐振式核磁共振探 测装置及探测方法。
[0007] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0008] 串联谐振式核磁共振探测装置，是由三分量磁场测量电路8通过数据线与计算机1 相连，计算机1通过串口总线分别与输出电压可调的大功率电源3、发射控制单元2和信号采 集单元9相连，输出电压可调的大功率电源3与大功率发射桥路4连接，发射控制单元2通过 控制总线经大功率发射桥路4与发射线圈5的一端相连，大功率发射桥路4经配谐电容6与发 射线圈5的另一端连接，发射控制单元2通过控制线与高压继电器7连接，发射控制单元2通 过控制线经信号采集单元9、放大器电路10和高压继电器7与接收单元连接，高压继电器7的 一端与第一接收单元连接，高压继电器7的另一端与第N接收单元连接构成。
[0009]所述的接收单元是由一个以上结构相同，频率在1K~3KHz之间连续可调的接收单 元经串联构成。
[0010]所述的接收单元是由电感L1、可变电容器C1与两个反向二极管D1和二极管D2并联 构成。
[0011]串联谐振式核磁共振探测装置的探测方法，包括以下步骤：
[0012] a、选择一个测区，利用三分量磁场测量电路8测量当地地磁场Βο(ηΤ)，并根据fL (Hz)=0.04258*B〇(nT)换算得出拉莫尔频率；
[0013] b、由换算出的拉莫尔频率和发射线圈电感关系式
，通过计算机1计 算出配谐电容6的值、发射控制单元2的电流频率和信号采集单元9的采样频率；
[00Ί4] c、在选择的测区布设接收单元1、2、3......N，根据每一个接收单元的电感Li、L2、 L3......Ln和拉莫尔频率由关系式
，计算出接收单元中可变电容器Ci、C2、 C3……CN所需调节的配谐电容值，并保证每一个接收单元的谐振频率相等，即都为当地拉莫 尔频率fL;
[0015] d、计算机1通过串口线控制输出电压可调的大功率电源3,通过改变其输出电压的 大小来改变在发射线圈5上的激发电流的大小，即产生不同强度的激发磁场，通过不同强度 磁场的激发，实现距发射线圈不同远近水体的探测；
[0016] e、发射控制单元2产生40ms频率信号对大功率发射桥路4进行驱动，发射桥路4被 驱动后，利用大功率电源3的输出电压向发射线圈5及配谐电容6施加40ms发射电流对含水 体的激发；
[0017] f、在激发时，发射控制单元2控制高压继电器7,使其处于断开状态，对信号接收端 进行保护，当激发结束后，经过90ms，发射控制单元2控制高压继电器7闭合，接收单元接收 的信号经高压继电器7送入放大器电路10;
[0018] g、放大器电路10对信号进行调理、放大，将处理后的信号送至信号采集单元9,发 射控制单元2控制信号采集单元9的采集开始与结束，信号采集单元9将放大器电路10输出 的模拟信号转换成数字信号后送给计算机1进行数据显示和保存；
[0019] h、将步骤g测得的数据进行特征参数提取，获得弛豫时间、初始振幅、频率参数;对 采集的数据进行反演解释，得到所测区域内含水体的含水量、渗透率等水文地质参数，为可 能发生的突水、突泥地质灾害预警。
[0020] 发射阶段:发射控制单元2产生当地拉莫尔频率的发射方波，方波经过驱动后控制 大功率发射桥路4,输出电压可调的大功率电源3产生需要的高压，给大功率发射桥路4供 电。大功率发射桥路4上连接有发射线圈5和配谐电容6。发射线圈5与配谐电容6构成一个串 联谐振系统。大功率发射桥路4将大功率电源3的输出电压作为发射电压加载在发射线圈5 和配谐电容6的两端，发射控制单元2控制桥路中各个功率开关器件的交替导通状态，在发 射线圈5中产生一个大功率的交变电流信号，此电流信号通过发射线圈5产生了交变磁场， 完成了对探测区域的含水体的激发。
[0021 ]接收阶段:根据核磁共振探测原理，在激发含水体后撤去激发场，含水体中的氢质 子会产生核磁共振信号，表现为在串联谐振式接收单元中产生一个幅度按指数规律衰减的 nV级的电信号。当发射结束后，经过一段时间的延迟，发射控制单元2发出一个控制信号，令 高压继电器7闭合，接收单元中接收到的微弱电信号通过高压继电器7进入放大器电路10 中。该放大器电路包含对接收信号的滤波、放大处理，微弱的核磁共振信号被放大至符合信 号采集单元9的输入要求，输入到信号采集电路9,信号采集电路9将放大器电路10输出的模 拟信号转换为数字信号，并送至计算机1中保存下来，完成对核磁共振信号的接收。
[0022] 有益效果:采用本发明的串联谐振式核磁共振探测装置，大大减小了接收装置的 尺寸和重量，提高了核磁共振探测的横向分辨率，从而能够对含水体进行更精确地探测;小 尺寸的接收探头受到空间的约束更小，有更好的适应性，可以在隧道、矿井复杂地下工程中 得到应用；采用串联谐振式接收单元，避免了现场铺设大线圈时耗费的人力、物力和时间， 提高了工作效率；串联谐振式接收单元中多个串联的谐振接收单元同时工作，提高了接收 到的核磁共振信号的幅度。
附图说明：
[0023] 图1是串联谐振式核磁共振探测装置的结构框图；
[0024] 图2是附图1中接收单元的连接关系图。
[0025] 1计算机，2发射控制单元，3输出电压可调的大功率电源，4大功率发射桥路，5发射 线圈，6配谐电容，7高压继电器，8三分量磁场测量电路，9信号采集单元，10放大器电路。
具体实施方式：
[0026] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明：
[0027]串联谐振式核磁共振探测装置，是由三分量磁场测量电路8通过数据线与计算机1 相连，计算机1通过串口总线分别与输出电压可调的大功率电源3、发射控制单元2和信号采 集单元9相连，输出电压可调的大功率电源3与大功率发射桥路4连接，发射控制单元2通过 控制总线经大功率发射桥路4与发射线圈5的一端相连，大功率发射桥路4经配谐电容6与发 射线圈5的另一端连接，发射控制单元2通过控制线与高压继电器7连接，发射控制单元2通 过控制线经信号采集单元9、放大器电路10和高压继电器7与接收单元连接，高压继电器7的 一端与第一接收单元连接，高压继电器7的另一端与第N接收单元连接构成。
[0028]接收单元是由一个以上结构相同，频率在1K~3KHz之间连续可调的接收单元经串 联构成。
[0029] 接收单元是由电感L1、可变电容器C1与两个反向二极管D1和二极管D2并联构成。
[0030] 大功率发射桥路4分别与发射线圈5的一端和配谐电容6连接，输出电压可调的大 功率电源3为大功率发射桥路4供电。
[0031] 三分量磁场测量电路8测量出所在区域的地磁场Bo(nT)，一方面用来换算出当地 的拉莫尔频率，另一方面地磁场Βο(ηΤ)的方向与接收单元所在平面的夹角为后期数据处 理、解释和校正提供参考依据。
[0032] 具体工作工程是：
[0033] 发射阶段:发射控制单元2产生当地拉莫尔频率的发射方波，方波经过驱动后控制 大功率发射桥路4,输出电压可调的大功率电源3产生需要的高压，给大功率发射桥路4供 电。大功率发射桥路4上连接有发射线圈5和配谐电容6。发射线圈5与配谐电容6构成一个串 联谐振系统，大功率发射桥路4将大功率电源3的输出电压作为发射电压加载在发射线圈5 和配谐电容6的两端，发射控制单元2控制桥路中各个功率开关器件的交替导通状态，在发 射线圈5中产生一个大功率的交变电流信号，此电流信号通过发射线圈5产生了交变磁场， 完成了对探测区域的含水体的激发。
[0034] 接收阶段:根据核磁共振探测原理，在激发含水体后撤去激发场，含水体中的氢质 子会产生核磁共振信号，表现为在测区布设接收单元1、2、3......N中产生一个幅度按指数 规律衰减的nV级的电信号。当发射结束后，经过一段时间的延迟，发射控制单元2发出一个 控制信号，令高压继电器7闭合，在接收单元1、2、3......N中接收到的微弱电信号通过高压 继电器7进入放大器电路10中。该放大器电路包含对接收信号的滤波、放大处理，微弱的核 磁共振信号被放大至符合信号采集单元9的输入要求，输入到信号采集电路9,信号采集电 路9将放大器电路10输出的模拟信号转换为数字信号，并送至计算机1中保存下来，完成对 核磁共振信号的接收。
[0035] 串联谐振式核磁共振探测装置的探测方法，包括以下步骤：
[0036] a、选择一个测区，利用三分量磁场测量电路8测量当地地磁场Bo(nT)，并根据fL (Hz)=0.04258*B〇(nT)换算得出拉莫尔频率；
[0037] b、由换算出的拉莫尔频率和发射线圈电感关系式
，通过计算机1计 算出配谐电容6的值、发射控制单元2的电流频率和信号采集单元9的采样频率；
[0038] c、在选择的测区布设接收单元1、2、3......N，，根据每一个接收单元的电感Ln和 拉莫尔频率由关系式
，计算出接收单元中可变电容器CN所需调节的配谐电 容值，并保证每一个接收单元的谐振频率相等，即都为当地拉莫尔频率红；
[0039] d、计算机1通过串口线控制输出电压可调的大功率电源3,改变其输出电压的大小 来改变在发射线圈5上的激发电流的大小，即产生不同强度的激发磁场，通过不同强度磁场 的激发，实现距发射线圈不同远近水体的探测；
[0040] e、发射控制单元2产生40ms频率信号对大功率发射桥路4进行驱动，发射桥路4被 驱动后，利用大功率电源3的输出电压向发射线圈5及配谐电容6施加40ms发射电流，实现对 含水体的激发；
[0041] f、在激发时，发射控制单元2控制高压继电器7,使其处于断开状态，对信号接收端 进行保护，当激发结束后，经过90ms，发射控制单元2控制高压继电器7闭合，接收单元1、2、 3......N的信号经高压继电器7送入放大器电路10;
[0042] g、放大器电路10对信号进行调理、放大，将处理后的信号送至信号采集单元9,发 射控制单元2控制信号采集单元9的采集开始与结束时间，信号采集单元9将放大器电路10 输出的模拟信号转换成数字信号，并将转换后的数据送至计算机1，进行数据的显示与保 存；
[0043] h、将步骤g测得的数据进行特征参数提取，获得弛豫时间、初始振幅、频率参数;对 采集的数据进行反演解释，得到所测区域内含水体的含水量、渗透率水文地质参数，为可能 发生的突水、突泥地质灾害提供预报依据。
Claims (2)
1. 一种串联谐振式核磁共振探测装置，由三分量磁场测量电路(8)通过数据线与计算 机(1)相连，计算机(1)通过串口总线分别与输出电压可调的大功率电源(3)、发射控制单元 (2)和信号采集单元(9)相连，输出电压可调的大功率电源(3)与大功率发射桥路(4)连接， 发射控制单元(2)通过控制总线经大功率发射桥路(4)与发射线圈（5)的一端相连，大功率 发射桥路(4)经配谐电容(6)与发射线圈（5)的另一端连接，发射控制单元(2)通过控制线与 高压继电器(7)连接，发射控制单元(2)通过控制线经信号采集单元(9)、放大器电路（10)和 高压继电器(7)与接收单元连接，高压继电器(7)的一端与第一接收单元连接，高压继电器 (7)的另一端与第N接收单元连接构成； 所述的接收单元是由一个以上结构相同，频率在1K~3KHz之间连续可调的接收单元经 串联构成； 其特征在于，所述的接收单元是由电感U、可变电容器&与二极管0:和二极管出并联，其 中二极管Di与二极管D2反向并联构成。
2. -种串联谐振式核磁共振探测装置的探测方法，其特征在于，包括以下步骤： a、 选择一个测区，利用三分量磁场测量电路(8)测量当地地磁场B〇(nT)，并根据fL(Hz) =0.04258*B〇(nT)换算得出拉莫尔频率； 式中Bo为地磁场强度，（ηΤ)为地磁场强度的单位； b、 由换算出的拉莫尔频率和发射线圈电感关系式
，通过计算机（1)计算 出配谐电容(6)的值、发射控制单元(2)的电流频率和信号采集单元(9)的采样频率； 式中L为电感量，C为可变电容量； c、 在选择的测区布设接收单元1、2、3......N，根据每一个接收单元的电感Li、L2、 L3......LN和拉莫尔频率由关系
，计算出接收单元中可变电容器Ci、C2、 C3……CN所需调节的配谐电容值，并保证每一个接收单元的谐振频率相等，即都为当地拉莫 尔频率fL; d、 计算机（1)通过串口线控制输出电压可调的大功率电源(3)，通过改变其输出电压的 大小来改变在发射线圈（5)上的激发电流的大小，即产生不同强度的激发磁场，通过不同强 度磁场的激发，实现距发射线圈不同远近水体的探测； e、 发射控制单元(2)产生40ms频率信号对大功率发射桥路(4)进行驱动，发射桥路(4) 被驱动后，利用大功率电源(3)的输出电压向发射线圈（5)及配谐电容(6)施加40ms发射电 流对含水体的激发； f、 在激发时，发射控制单元(2)控制高压继电器(7)，使其处于断开状态，对信号接收端 进行保护，当激发结束后，经过90ms，发射控制单元(2)控制高压继电器(7)闭合，接收单元 接收的信号经高压继电器(7)送入放大器电路(10); g、 放大器电路（10)对信号进行调理、放大，将处理后的信号送至信号采集单元(9)，发 射控制单元(2)控制信号采集单元(9)的采集开始与结束，信号采集单元(9)将放大器电路 (10)输出的模拟信号转换成数字信号后送给计算机(1)进行数据显示和保存； h、 将步骤g测得的数据进行特征参数提取，获得弛豫时间、初始振幅、频率参数;对采集 的数据进行反演解释，得到所测区域内含水体的含水量、渗透率水文地质参数，为可能发生 的突水、突泥地质灾害预警。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310287018.XA CN103344996B (zh) | 2013-07-08 | 2013-07-08 | 串联谐振式核磁共振探测装置及探测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310287018.XA CN103344996B (zh) | 2013-07-08 | 2013-07-08 | 串联谐振式核磁共振探测装置及探测方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103344996A CN103344996A (zh) | 2013-10-09 |
| CN103344996B true CN103344996B (zh) | 2016-07-27 |
Family
ID=49279809
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310287018.XA CN103344996B (zh) | 2013-07-08 | 2013-07-08 | 串联谐振式核磁共振探测装置及探测方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103344996B (zh) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103809206B (zh) * | 2014-03-11 | 2017-08-25 | 吉林大学 | 核磁共振与瞬变电磁联用地下水探测装置及探测方法 |
| CN103852794B (zh) * | 2014-03-27 | 2017-01-25 | 吉林大学 | 烃类污染浅层地下水磁共振检测装置及检测方法 |
| CN103995298B (zh) * | 2014-06-07 | 2017-02-15 | 吉林大学 | 一种优化选择质子磁力仪配谐电容的方法 |
| CN106814400B (zh) * | 2017-03-23 | 2019-03-19 | 吉林大学 | 基于阵列逆变充电的核磁共振探水发射装置及工作方法 |
| CN107102367B (zh) * | 2017-04-24 | 2018-01-05 | 吉林大学 | 一种直升机预极化场磁共振油气探测装置及探测方法 |
| CN107966737B (zh) * | 2017-11-24 | 2020-09-04 | 吉林大学 | 主动场核磁共振探测装置及探测方法 |
| CN109490802A (zh) * | 2018-11-16 | 2019-03-19 | 吉林大学 | 狭小空间远距离超前探测的磁共振线圈系统及探测方法 |
| CN110658565A (zh) * | 2019-08-16 | 2020-01-07 | 中国石油天然气集团有限公司 | 一种井间电磁发射天线自适应无级变容谐振系统及其工作方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102062877A (zh) * | 2010-12-07 | 2011-05-18 | 吉林大学 | 对前方水体超前探测的核磁共振探测装置及探测方法 |
| CN102183341A (zh) * | 2011-02-18 | 2011-09-14 | 吉林大学 | 核磁共振堤坝渗漏隐患探测仪及探测方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7268547B2 (en) * | 2003-10-07 | 2007-09-11 | Baker Hughes Incorporated | Correction of motion influences in NMR signals |
| US20100225313A1 (en) * | 2009-03-03 | 2010-09-09 | Baker Hughes Incorporated | Atomic magnetometers for use in the oil service industry |
| US20110001474A1 (en) * | 2009-07-06 | 2011-01-06 | Cema Technologies, Llc | Nmr instrumentation and flow meter/controller methods and apparatus |
-
2013
- 2013-07-08 CN CN201310287018.XA patent/CN103344996B/zh not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102062877A (zh) * | 2010-12-07 | 2011-05-18 | 吉林大学 | 对前方水体超前探测的核磁共振探测装置及探测方法 |
| CN102183341A (zh) * | 2011-02-18 | 2011-09-14 | 吉林大学 | 核磁共振堤坝渗漏隐患探测仪及探测方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103344996A (zh) | 2013-10-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2652046C2 (ru) | Скважинное устройство на основе ядерного магнитного резонанса с поперечно-дипольной конфигурацией антенны | |
| US9201159B2 (en) | Nuclear magnetic resonance logging tool having an array of antennas | |
| CN103499843B (zh) | 车载式瞬变电磁快速勘探装置及测量方法 | |
| CN104081227B (zh) | 超分辨率地层流体成像 | |
| CN102768369B (zh) | 巷道掘进钻孔激发极化超前探水预报方法、装置及探头 | |
| US9429673B2 (en) | Surface-based NMR measurement | |
| CN201221354Y (zh) | 一种近钻头地质导向探测系统 | |
| CN100395562C (zh) | 采用垂直电场测量的海底地质勘测方法及系统 | |
| US10113982B2 (en) | NMR logging apparatus | |
| CN101266270B (zh) | 桩基础杆塔接地阻抗测量装置及其方法 | |
| CN103147747A (zh) | 一种随钻声波测井装置和方法 | |
| CN102736114B (zh) | 电磁及其综合勘探的设备及方法 | |
| CN104237970B (zh) | 地震电磁联合勘探系统及其数据采集装置和数据采集方法 | |
| CN102053280B (zh) | 带有参考线圈的核磁共振地下水探测系统及探测方法 | |
| CN103064121B (zh) | 地下工程突水灾害源超前地质预报三维聚焦激发极化设备 | |
| CN102183792B (zh) | 人工源频率域电磁测深装置及测量方法 | |
| CN107748395A (zh) | 一种多频电阻率勘探方法 | |
| CN103472409B (zh) | 感应式三轴磁场传感器 | |
| CN105259584B (zh) | 一种水域电法勘探系统 | |
| CN105676295B (zh) | 基于squid的磁源激发极化‑感应的联合探测系统与方法 | |
| CN201705342U (zh) | 一种用于电磁波随钻测量的地面信号接收仪 | |
| CN101458232B (zh) | 一种锚杆锚固质量检测仪 | |
| CN103499839B (zh) | 一次场干扰自消的低噪声瞬变电磁测量装置 | |
| CN102419455B (zh) | 井间并行电阻率ct测试方法 | |
| WO2005083468A1 (fr) | Procede et appareil destines a mesurer la resistivite de la terre par ondes electromagnetiques |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| C06 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160727 Termination date: 20170708 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |