CN104216021B - 一种基于分步式发射的地下核磁共振探测方法 - Google Patents
一种基于分步式发射的地下核磁共振探测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104216021B CN104216021B CN201410456340.5A CN201410456340A CN104216021B CN 104216021 B CN104216021 B CN 104216021B CN 201410456340 A CN201410456340 A CN 201410456340A CN 104216021 B CN104216021 B CN 104216021B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- storage capacitor
- voltage
- transmitting
- mcu
- slave computers
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
本发明属于地球物理勘探设备领域，涉及一种基于分步式发射的地下核磁共振探测方法。采用的探测装置包括发射线圈、发射上位机、MCU下位机、DC‑DC升压电源、储能电容、发射桥路、检测装置以及配谐电容，发射上位机通过串口总线以及通讯接口与MCU下位机相连接,MCU下位机与DC‑DC升压电源连接，DC‑DC升压电源连接储能电容给储能电容充电,同时MCU下位机通过驱动控制电路连接发射桥路后与储能电容相连接,储能电容通过配谐电容连接发射线圈相连接，同时储能电容通过检测装置检测电压，检测装置的输出端与MCU下位机相连接，检测装置检测发射线圈的电流与MCU下位机相连接，通过对储能电容的一次充电多次发射的模式，提高了探测过程中的工作效率，减少了重复工作的时间。
Description
技术领域
本发明属于地球物理勘探设备领域，尤其涉及一种基于分步式发射的地下核磁共振探测方法。
背景技术
在MRS探测中，勘探深度主要取决于两个因素，一是地面上线圈的大小，探测深度大约等于线圈直径或方框边长；二是激发脉冲矩的大小，在实际工作中随意改变线圈的面积不易实现，一般通过增大激发脉冲矩来改变探测深度。激发脉冲矩为q＝I0×τp，I0和τp分别是发射电流脉冲的幅值和发射持续时间。发射持续时间通常是不变的，增加激发脉冲矩主要靠增加发射电流，也就是增加大功率电源的电压。核磁共振大功率电源是为发射系统提供所需能量的模块，即产生激发电流能量的单元，通常发射线圈阻抗在1Ω左右，故电源的最大输出电压应达到400V。完成一次发射电压之后，剩余的电量一般情况下应该为此前电量的80％。为了方便介绍，我们举例说明发射电压数值的大小从大到小依次记为数值1，数值2，数值3，数值4，且以此4个数值为一组测量。在实际测量中测量次数大于4次，此处只是举例方便说明。
CN200997000Y介绍了一种利用地面核磁共振技术找水的大功率发射装置。用小功率的电池供电获取短时大功率的供电电源，采用快速切换开关，发射同接收共用一个线圈，利用H桥电路实现正负交变脉冲发生，激发地下水中氢质子发生核磁共振现象的方法。
CN103033849A介绍了一种带有参考线圈的多通道核磁共振地下水探测仪及其野外工作方法，由计算机配置发射机和各接收机的工作参数，各接收机的工作模式可以在核磁共振测量模式和带参考核磁共振测量模式之间进行切换，每个接收机均可连接一个接收线圈和一个参考线圈，参考线圈个数的可依据当地环境噪声水平而定，最多可连接8个参考线圈，在使用带有参考线圈的多通道核磁共振地下水探测仪进行探测时，通过自适应消噪算法对所取得的核磁共振信号数据进行消噪处理。
以上的两种核磁共振找水仪采用的发射电压的方法均为从较小的电压值开始，为储能电容进行充电，充电一次将电压以交变电流的形式传输到发射线圈中。每发射电流都需要进行一次充电，同时都不具备电压和电流的检测装置，对于实际的野外测量中，就需要耗费大量的时间和精力重复相同的工作，不仅效率低下，同时由于多次的充放电过程，对于器件的要求也相对较高，较容易损坏，可靠性有待于提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种采用了分步式发射电能的方法探测核磁共振信号，提供电压和电流的检测，通过对储能电容的一次充电多次发射的模式，提高了探测过程中的工作效率，减少了重复工作的时间的基于分步式发射的地下核磁共振探测方法。
本发明是这样实现的，一种基于分步式发射的地下核磁共振探测方法，采用的探测装置包括发射线圈、发射上位机、MCU下位机、DC-DC升压电源、储能电容、发射桥路、检测装置以及配谐电容，发射上位机通过串口总线以及通讯接口与MCU下位机相连接,MCU下位机与DC-DC升压电源连接，DC-DC升压电源连接储能电容给储能电容充电,同时MCU下位机通过驱动控制电路连接发射桥路后与储能电容相连接,储能电容通过配谐电容连接发射线圈相连接，同时储能电容通过检测装置检测电压，检测装置的输出端与MCU下位机相连接，检测装置检测发射线圈的电流与MCU下位机相连接；探测方法包括如下步骤：
1)发射上位机通过通讯接口对MCU下位机设置储能电容中所需的最大值电压V，并通过DC-DC升压电源储能电容冲电至最大值；
2)MCU下位机通过DC-DC升压电源对储能电容充电至设定的最大值，然后通过驱动控制电路驱动发射线圈以交变电流的形式发射电压，发射电压的数值为△V1，并通过电流检测装置检测发射线圈的电流值是否在根据经验值预先设定的范围内，并反馈给MCU下位机，此为完成一次发射，如未在设定的范围内，通过调节配谐电容进行调节；
3)检测装置检测储能电容中的剩余电压，并反馈给MCU下位机；
4)当剩余电压大于下次发射电压时，通过发射上位机设置下次的发射电压，则由MCU下位机通过驱动控制电路对储能电容发出信号，允许其向发射线圈以交变电流的形式发射电压，发射电压数值为电压△V2，并通过电流检测装置测量发射线圈电流的数值是否在设定范围内,并反馈给MCU下位机，完成第二次发射，依次类推，至检测到储能电容中的电压值不满足下次发射电压；
5)步骤3)中当剩余电压小于下次发射电压时，通过DC-DC升压电源储能电容冲电至满足下次发射电压后进行步骤4)。
进一步地，其中检测装置是由电压检测装置和电流检测装置两部分构成，其中电压检测装置是依次通过与储能电容连接的功率电阻、电压传感器、电压A/D采集板相连接最终连接到单片机上；而电流检测装置依次通过与发射线圈连接的电流传感器以及电流A/D采集板连接到单片机上而构成的，通过单片机与MCU下位机通讯连接。
本发明与现有技术相比，有益效果在于：
本发明依据核磁共振探测原理,在地下工程中采用了分步式发射电能的方法探测核磁共振信号，提供电压和电流的检测，通过对储能电容的一次充电多次发射的模式，提高了探测过程中的工作效率，减少了重复工作的时间，并且提高了仪器的可靠性，降低了仪器的故障率，简化了工作的步骤，为野外试验减轻了负担，提高了探测的实用性，能够有效地测量地下工程中的前方水体，成为地下工程中发生突水，涌泥等地质灾害预报的根据。
附图说明
图1是本发明实施例提供的设备的模块结构框图；
图2是本发明实施例提供的检测装置的模块框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明是这样实现的，一种基于分步式发射的地下核磁共振探测方法，采用的探测装置包括发射线圈10、发射上位机1、以及发射机17，其中发射机17包括：MCU下位机3、DC-DC升压电源5、储能电容7、发射桥路6、检测装置8以及配谐电容9，发射上位机1通过串口总线以及通讯接口2与MCU下位机3相连接,MCU下位机3与DC-DC升压电源5连接，DC-DC升压电源5连接储能电容7给储能电容7充电,同时MCU下位机3通过驱动控制电路4连接发射桥路后与储能电容相连接,储能电容通过配谐电容连接发射线圈相连接，同时储能电容通过检测装置检测电压，检测装置的输出端与MCU下位机相连接，检测装置检测发射线圈的电流与MCU下位机相连接；探测方法包括如下步骤：
1)发射上位机通过通讯接口对MCU下位机设置储能电容中所需的最大值电压V，并通过DC-DC升压电源储能电容冲电至最大值；
2)MCU下位机通过DC-DC升压电源对储能电容充电至设定的最大值，然后通过驱动控制电路驱动发射线圈以交变电流的形式发射电压，发射电压的数值为△V1，并通过电流检测装置检测发射线圈的电流值是否在根据经验值预先设定的范围内，并反馈给MCU下位机，此为完成一次发射，如未在设定的范围内，通过调节配谐电容进行调节；
3)检测装置检测储能电容中的剩余电压，并反馈给MCU下位机；
4)当剩余电压大于下次发射电压时，通过发射上位机设置下次的发射电压，则由MCU下位机通过驱动控制电路对储能电容发出信号，允许其向发射线圈以交变电流的形式发射电压，发射电压数值为电压△V2，并通过电流检测装置测量发射线圈电流的数值是否在设定范围内,并反馈给MCU下位机，完成第二次发射，依次类推，至检测到储能电容中的电压值不满足下次发射电压；
5)步骤3)中当剩余电压小于下次发射电压时，通过DC-DC升压电源储能电容冲电至满足下次发射电压后进行步骤4)。
如图2所示，其中检测装置是由电压检测装置和电流检测装置两部分构成，其中电压检测装置是依次通过与储能电容连接的功率电阻14、电压传感器13、电压A/D采集板12相连接最终连接到单片机上；而电流检测装置依次通过与发射线圈连接的电流传感器15以及电流A/D采集板16连接到单片机11上而构成的，通过单片机与MCU下位机通讯连接。
具体工作过程是：
发射机上位机1通过串口总线连接到发射机17。利用发射机上位机1设置发射机17的发射时间，激发脉冲频率等相关参数。
发射机上位机1通过串口连接通讯接口2对MCU下位机3进行参数设置，设置充电时间和充电电压后，MCU下位机3控制DC-DC升压电源模块5向储能电容7输出设定的电压以备发射。此设定的电压会达到数值V。之后发射机上位机通过串口连接发射通讯接口2对MCU下位机3进行参数设置，设定的发射的电压值为数值△V1。MCU下位机3中的CPLD的管脚产生脉冲信号，通过驱动控制电路4提高了驱动的能力。驱动发射桥路6。发射桥路6由H桥路构成，两路桥路分别有两个大功率IGBT开关管。发射桥路6工作时，将储能电容7中储备的电压以交变电流的形式通过配谐电容9发送到发射线圈10中。地下水中的氢核受到发射电流产生的电磁场的激发，跃迁至高能级。并通过电流检测装置19检测发射线圈10中的电流数值，判断是否电流值在安全范围之内。
之后，储能电容9中的电容数值通过功率电阻14，它的作用是防止电容过大烧毁电路，之后电压数值传递给电压传感器13，通过电压A/D采集板12对电压数值进行采集并传递给单片机11。最终将结果返回到MCU下位机3中。MCU下位机3根据检测结果反馈给发射上位机1，之后发射上位机1再次通过通讯接口2对MCU下位机3进行发射电压参数设置，为数值△V2。MCU下位机3中的发射控制模块的CPLD产生脉冲信号，通过驱动控制电路4提高驱动能力，驱动储能电容7以交变电流的形式通过配谐电容9向发射线圈10发射电压，以此类推。
基于分步发射的地下全波核磁共振探测方法，包括以下顺序和步骤：
a.在测区内选定测点，以测点为中心垂直铺设发射线圈10。并将发射线圈语法设计的发射线圈接线端相连接。
b.发射上位机1通过串口与发射机17相连接，并对其工作参数进行初始设置。
c.发射上位机1通过通讯接口MCU下位机3，DC-DC升压电源5对储能电容7中的电压参数进行设置，是储能电容7中的电压参数达到测量范围内的最大值，为数值V1。
d.发射上位机1通过通讯接口2,MCU下位机3对检测装置8进行设定，设定检测装置8中的电压检测装置18和电流检测装置19的参数。
e.发射上位机1通过通讯接口2,MCU下位机3驱动控制电路4对储能电容发出信号，允许其向发射线圈10以交变电流的形式发射电压，发射电压的数值为数值△V1，并通过电流检测装置19检测电流的数值是否在合理范围内，并反馈给MCU下位机3，此为完成一次发射。
f.电压检测装置18检测储能电容7中的剩余电压，并反馈给MCU下位机3，如果大于发射的数值△V2，则由MCU下位机3通过驱动控制电路4对储能电容7发出信号，允许其向发射线圈10以交变电流的形式发射电压，发射电压数值为数值△V2，并通过电流检测装置19测量电流的数值是否在合理范围内,这里的合理范围的判断是依照经验值来判断的，并反馈给MCU下位机3，完成第二次发射。
g.电压检测装置18检测储能电容中的剩余电压，并反馈给MCU下位机，如果小于发射的数值△V3，则由MCU下位机3通过DC-DC升压电源5对储能电容7进行充电，以确保达到发射的数值△V3，并通过驱动控制电路4对储能电容7发出信号，允许其向发射线圈10以交变电流的形式发射电压，发射电压数值为数值3，并通过电流检测装置19测量电流的数值是否在合理范围内，并反馈给MCU下位机3，完成第三次发射。
h.电压检测装置18检测储能电容7中的剩余电压，并反馈给MCU下位机3，如果大于发射的数值△V4，则由MCU下位机3通过驱动控制电路4对储能电容发出信号，允许其向发射线圈10以交变电流的形式发射电压，发射电压数值为数值△V4，并通过电流检测装置19测量电流的数值是否正确，并反馈给MCU下位机3，完成第四次发射。至此，一次发射的循环完成。
i.之后通过电压检测装置18检测储能电容7中的剩余电压，并反馈给MCU下位机3，MCU下位机3根据当前的电压数值和发射电压数值，反馈给发射上位机1，在发射上位机1上显示，通过人为下达指令，是否继续进行试验，如果进行试验，MCU下位机3通过DC-DC升压电源对储能电容进行充电。以完成接下来的测试工作，并重复e-h步骤。
g.数据采集完成后，在发射机上位机1运行地下核磁共振探测装置解释软件，反演估算涌水量，渗透率，空隙大小等水文参数，将能够成为地下工程中发生突水，涌泥等地质灾害预报的根据。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种基于分步式发射的地下核磁共振探测方法，其特征在于，采用的探测装置包括发射线圈、发射上位机、MCU下位机、DC-DC升压电源、储能电容、发射桥路、检测装置以及配谐电容，发射上位机通过串口总线以及通讯接口与MCU下位机相连接,MCU下位机与DC-DC升压电源连接，DC-DC升压电源连接储能电容给储能电容充电,同时MCU下位机通过驱动控制电路连接发射桥路后与储能电容相连接,储能电容通过配谐电容连接发射线圈，同时储能电容通过检测装置检测电压，检测装置的输出端与MCU下位机相连接，检测装置检测发射线圈的电流与MCU下位机相连接；探测方法包括如下步骤：
1)发射上位机通过通讯接口对MCU下位机设置储能电容中所需的最大值电压V，并通过DC-DC升压电源储能电容冲电至最大值；
2)MCU下位机通过DC-DC升压电源对储能电容充电至设定的最大值，然后通过驱动控制电路驱动发射线圈以交变电流的形式发射电压，发射电压的数值为△V1，并通过电流检测装置检测发射线圈的电流值是否在根据经验值预先设定的范围内，并反馈给MCU下位机，此为完成一次发射，如未在设定的范围内，通过调节配谐电容进行调节；
3)检测装置检测储能电容中的剩余电压，并反馈给MCU下位机；
4)当剩余电压大于下次发射电压时，通过发射上位机设置下次的发射电压，则由MCU下位机通过驱动控制电路对储能电容发出信号，允许其向发射线圈以交变电流的形式发射电压，发射电压数值为电压△V2，并通过电流检测装置测量发射线圈电流的数值是否在设定范围内,并反馈给MCU下位机，完成第二次发射，依次类推，至检测到储能电容中的电压值不满足下次发射电压；
5)步骤3)中当剩余电压小于下次发射电压时，通过DC-DC升压电源储能电容冲电至满足下次发射电压后进行步骤4)。
2.按照权利要求1所述的基于分步式发射的地下核磁共振探测方法，其特征在于，其中检测装置是由电压检测装置和电流检测装置两部分构成，其中电压检测装置是依次通过与储能电容连接的功率电阻、电压传感器、电压A/D采集板相连接最终连接到单片机上；而电流检测装置依次通过与发射线圈连接的电流传感器以及电流A/D采集板连接到单片机上而构成的，通过单片机与MCU下位机通讯连接。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410456340.5A CN104216021B (zh) | 2014-09-09 | 2014-09-09 | 一种基于分步式发射的地下核磁共振探测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410456340.5A CN104216021B (zh) | 2014-09-09 | 2014-09-09 | 一种基于分步式发射的地下核磁共振探测方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104216021A CN104216021A (zh) | 2014-12-17 |
| CN104216021B true CN104216021B (zh) | 2017-03-22 |
Family
ID=52097716
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410456340.5A Expired - Fee Related CN104216021B (zh) | 2014-09-09 | 2014-09-09 | 一种基于分步式发射的地下核磁共振探测方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104216021B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106199739A (zh) * | 2016-07-05 | 2016-12-07 | 吉林大学 | 一种核磁共振找水仪发射装置及探测方法 |
| CN106770416A (zh) * | 2016-12-22 | 2017-05-31 | 北京航空航天大学 | 一种基于LabVIEW的129Xe核子弛豫时间测量系统 |
| 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 |
| CN107153220A (zh) * | 2017-06-08 | 2017-09-12 | 三峡大学 | 一种基于动态补偿的核磁共振找水仪发射机 |
| CN109884719B (zh) * | 2019-03-12 | 2020-04-10 | 吉林大学 | 连续发射、快速分层探测的核磁共振装置及探测方法 |
| CN115097533B (zh) * | 2022-05-05 | 2023-06-30 | 吉林大学 | 一种基于tls-esprit算法的磁共振测深信号提取方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101251607A (zh) * | 2008-04-09 | 2008-08-27 | 吉林大学 | 地面核磁共振找水仪器系统检测、标定装置及检测方法 |
| CN102053280A (zh) * | 2010-11-10 | 2011-05-11 | 吉林大学 | 带有参考线圈的核磁共振地下水探测系统及探测方法 |
| 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 |
-
2014
- 2014-09-09 CN CN201410456340.5A patent/CN104216021B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101251607A (zh) * | 2008-04-09 | 2008-08-27 | 吉林大学 | 地面核磁共振找水仪器系统检测、标定装置及检测方法 |
| CN102053280A (zh) * | 2010-11-10 | 2011-05-11 | 吉林大学 | 带有参考线圈的核磁共振地下水探测系统及探测方法 |
| 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 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| "基于双匝线圈的轻便式核磁共振找水仪研制";易晓峰 等;《仪器仪表学报》;20130131;第34卷(第1期);第1-10页 * |
| "核磁共振找水仪发射机主回路的设计与仿真";孙丽茹 等;《吉林大学学报(信息科学版)》;20080731;第26卷(第4期);第352-358页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104216021A (zh) | 2014-12-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104216021B (zh) | 一种基于分步式发射的地下核磁共振探测方法 | |
| CN102062877B (zh) | 对前方水体超前探测的核磁共振探测装置及探测方法 | |
| US11137507B2 (en) | Near-sea-bottom hydrate detection system | |
| CN100495074C (zh) | 核磁共振与瞬变电磁联用仪及其方法 | |
| CN103064120B (zh) | 煤矿井下磁电综合探测方法 | |
| CN103344996B (zh) | 串联谐振式核磁共振探测装置及探测方法 | |
| CN102096111B (zh) | 收发天线分离式核磁共振找水装置及找水方法 | |
| CN103837903B (zh) | 基于无线网络的地下全波核磁共振探测装置 | |
| CN104280780B (zh) | 核磁共振与瞬变电磁联用仪及工作方法 | |
| CN104297807A (zh) | 地下灾害水源探测磁共振成像装置及探测和成像方法 | |
| CN107966737B (zh) | 主动场核磁共振探测装置及探测方法 | |
| CN103018781B (zh) | 2d/3d核磁共振与瞬变电磁联用仪及野外工作方法 | |
| CN109765628B (zh) | 车载式预极化场磁共振水源探测装置及探测方法 | |
| CN103412341A (zh) | 冷线圈核磁共振地下水探测装置及探测方法 | |
| CN104407392A (zh) | 一发三收式对充水采空区的探测装置及探测方法 | |
| CN102262247A (zh) | 隧道突水超前预测装置及预测方法 | |
| CN109597134A (zh) | 基于绝热脉冲激发源的核磁共振地下水探测装置及其方法 | |
| CN206757064U (zh) | 一种基于动态补偿的核磁共振找水仪发射机 | |
| CN104502984A (zh) | 特定频率噪声对消地下核磁共振探测装置及探测方法 | |
| CN106772642B (zh) | 一种地电场激发的核磁共振探水系统及野外工作方法 | |
| CN103344995B (zh) | 引入人工磁场的核磁共振定向探测装置的探测方法 | |
| CN203673081U (zh) | 基于无线网络的地下全波核磁共振探测装置 | |
| CN102183341A (zh) | 核磁共振堤坝渗漏隐患探测仪及探测方法 | |
| CN203951250U (zh) | 核磁共振找水仪的快速充放电电源装置 | |
| CN111856601B (zh) | 一种分布式磁共振地下水探测装置及探测方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170322 Termination date: 20170909 |