CN104297807B - 地下灾害水源探测磁共振成像装置及探测和成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种地下灾害水源探测磁共振成像装置及探测和成像方法，是由计算机经接收机分别连接发射/接收线圈和相位道线圈组，计算机经主控单元分别连接接收机、脉冲发射机和梯度发射机，脉冲发射机经发射/接收线圈与接收机连接，梯度发射机经相位道线圈组与接收机连接，梯度发射机与频率道线圈组连接构成。相比现有磁共振成像装置，首次提出了在地下空间采用磁共振成像对灾害水源直接成像，增加主动梯度场，提高成像分辨率；绕过了反演计算过程，提高了工作效率；标明含水分布情况，较现有磁共振反演解释只能指导探测深度含水量更为准确；应用方便，可灵活应用于多种地下灾害水源探测及水资源赋存探测。

Description

地下灾害水源探测磁共振成像装置及探测和成像方法

技术领域：

本发明涉及了一种灾害预测装置及探测和成像方法，尤其是工作于地下空间的灾害水源探测磁共振探测和成像方法

背景技术：

核磁共振(MRS,Magnetic Resonance Sounding)探测方法是目前唯一的直接探测地下水探测方法，而在隧道、矿井等复杂地下水探测工程中的核磁共振找水技术应用成为了地球物理勘探的一个重要研究方向。磁共振成像(MRI,Magnetic Resonance Imaging)是目前比较成熟的成像应用手段，并且广泛应用于物理、化学生物及医学临床检测。

CN 102217934A公开了一种“磁共振成像方法及系统”，包括以下步骤：进行采样得到导航数据和动态图像数据；通过对所述导航数据进行鲁棒主成分分析提取时间基函数；根据所述时间基函数和动态图像数据进行预测得到空间基函数；由所述时间基函数和空间基函数进行插值恢复信号数据；对恢复的信号数据进行傅里叶逆变换得到磁共振图像。上述磁共振成像方法及系统对时间基函数和动态图像通过正则化方法进行拟合得到空间基函数,即使动态图像受到了噪声的污染,预测所得到的空间基函数也不会发生波动,不会受到噪声的影响,图像信噪比显著提高,进一步提高了拟合的准确性和图像重建的质量。

CN 103356188A公开了一种“磁共振成像装置以及磁共振成像方法”，提供一种能够高精度地确定所希望的物质的共振频率的磁共振成像装置以及磁共振成像方法。实施方式所涉及的磁共振成像装置具备收集部和确定部。收集部通过执行以频率选择性地抑制或者强调第1物质的包含预脉冲的预扫描,来收集多个频谱中的、至少1个频谱。确定部对上述多个频谱进行分析,根据分析结果,来确定第2物质的共振频率。

CN103654779A公开了一种“磁共振成像方法和装置”，包括如下步骤：根据谱抑制脉冲所抑制的谱成分的纵向磁化分量的稳定状态条件和所述纵向磁化分量的过零点条件,计算出该谱抑制脉冲的翻转角和/或反转时间；应用包括设有所述翻转角和/或所述反转时间的所述谱抑制脉冲的磁共振成像序列进行磁共振成像。以上三种方法，均为在室内环境使用，且应用领域均在医疗行业。

CN 102062877公开了一种“对前放水体超前探测的核磁共振探测装置及探测方法”，是由计算机通过串口总线分别与系统控制器、大功率电源、信号采集单元相连，系统控制器经桥路驱动器、大功率H型发射桥路和配谐电容与发 射线圈连结构成。

CN 102221711公开了一种“核磁共振差分探测坑道突水超前预测装置及探测方法”，由计算机经主控制单元、发射驱动电路和发射桥路分别与高压电源、配谐电容和发射与接收一体线圈连接，接收多匝线圈两端经第二保护开关、第二信号调理电路与多通道采集电路连接，计算机经主控制单元分别与第一保护开关和第二保护开关连接，第一保护开关经第一信号调理电路和多通道采集电路与第二信号调理电路连接构成。接收一体线圈垂直装在测点左侧，接收多匝线圈垂直装在右侧。以上两种方法，虽然能在复杂地下环境中应用，但结果处理及解释均为反演解释，不能直接对地下灾害水源直接磁共振成像。

《吉林大学学报(地球科学版)》2012年05期林君等公开了“复杂条件下地下水磁共振探测与灾害水源探查研究进展”磁共振地下水探测是一种直接非侵害性探测地下水的地球物理新方法,与传统地球物理探测地下水方法相比,具有高分辨力、高效率、信息量丰富和解唯一等优点。近年来地下水磁共振探测技术发展迅速,不仅用于缺水地区的地下水勘查,还在地下灾害水源(由于地下水引起的灾害如堤坝渗漏、隧道/矿井水害、滑坡、海水入侵等)的探测预警中进行了探索性研究。综述了复杂条件下地下水磁共振探测技术的研究现状,包括强电磁干扰环境的自适应噪声压制、地下小水体的2D/3D磁共振探测、复杂条件的数据处理与反演、针对喀斯特地貌等地质环境的地下水磁共振与瞬变电磁联合探测研究成果,简要介绍了磁共振技术用于滑坡、海水入侵和隧道涌水等灾害水源探查的探索性研究示例,展望了地下水磁共振探测技术的未来发展趋势。

发明内容：

本发明的目的就是针对上述现有技术的不足，提供一种工作于地下空间的地下灾害水源探测磁共振成像装置；

本发明的另一目的是提供一种地下灾害水源探测磁共振成像装置的探测和成像方法。

本发明的目的是通过以下方式实现的：

地下灾害水源探测磁共振成像装置，是由计算机1经接收机3分别连接发射/接收线圈6和相位道线圈组7，计算机1经主控单元2分别连接接收机3、脉冲发射机4和梯度发射机5，脉冲发射机4经发射/接收线圈6与接收机3连接，梯度发射机5经相位道线圈组7与接收机3连接，梯度发射机5与频率道线圈组8连接构成。

主控单元2是由网络通讯接口9与微处理器10连接，微处理器10分别经脉冲发射控制单元11、电源控制单元12、相位道发射控制单元13、频率道发射控制单元14、采集控制单元15和信号放大调理控制单元16与同步信号接口 17连接构成。

脉冲发射机4是由同步信号接口17经程控高压电源18和大功率脉冲发射桥路20与发射/接收线圈6连接，同步信号接口17经脉冲发射桥路驱动19、大功率脉冲发射桥路20和脉冲发射配谐电容21与发射/接收线圈6连接构成。

梯度发射机5是由同步信号接口17经程控梯度电源22和大功率梯度桥路24与相位道线圈组7连接，同步信号接口17经梯度发射桥路驱动23和大功率梯度桥路24与频率道线圈组8连接构成。

接收机3是由计算机1通过网络通讯接口9与第一信号采集单元25、第一信号放大单元26、第一信号调理单元27和第一保护单元28与发射/接收线圈6连接；网络通讯接口9经第二信号采集单元29、第二信号放大单元30、第二信号调理单元31和第二保护单元32与相位道线圈组7中的a组线圈连接；网络通讯接口9经第三信号采集单元33、第三信号放大单元34、第三信号调理单元35和第三保护单元36与相位道线圈组7中的b组线圈连接；网络通讯接口9经第四信号采集单元37、第四信号放大单元38、第四信号调理单元39和第四保护单元40与相位道线圈组7中的c组线圈连接；网络通讯接口9经第五信号采集单元41、第五信号放大单元42、第五信号调理单元43和第五保护单元44与相位道线圈组7中的d组线圈连接；同步信号接口17通过控制总线45连接第一信号采集单元25、第二信号采集单元29、第三信号采集单元33、第四信号采集单元37和第五信号采集单元41；同步信号接口17通过控制总线45连接第一信号放大单元26、第二信号放大单元30、第三信号放大单元34、第四信号放大单元(38)和第五信号放大单元42连接；同步信号接口17通过控制总线45连接第一信号调理单元27、第二信号调理单元31、第三信号调理单元35、第四信号调理单元39和第五信号调理单元43；同步信号接口17通过控制总线45连接第一保护单元28、第二保护单元32、第三保护单元36、第四保护单元40和第五保护单元44构成。

6、按照权利要求1所述的地下灾害水源探测磁共振成像装置，其特征在于，由发射/接收线圈6、相位道线圈组7和频率道线圈组8组合成一体化线圈46。

7、一种地下灾害水源探测磁共振成像装置探测和成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、选择测点，铺设一体化线圈46，并将其分别与接收机3、脉冲发射机4和梯度发射机5连接；

B、计算机1通过网络通讯接口9分别与主控单元2和接收机3连接；

C、主控单元2通过同步信号接口17分别与接收机3、脉冲发射机4和梯度发射机5连接；

D、计算机1发送设置参数指令，经主控单元2识别，由信号放大调理控制单元16对接收机3进行参数配置，包括采样率50k，放大倍数10000倍，滤波系数1；

E、计算机1发送工作开始指令，经主控单元2识别，首先由电源控制单元12分别对脉冲发射机4和梯度发射机5进行充电，然后由主控单元2分别控制接收机3、脉冲发射机4和梯度发射机5工作；

F、梯度发射机5开始工作后，先由相位道发射控制单元13控制梯度发射桥路驱动23，经大功率梯度发射桥路24向相位道线圈组7供电，在探测深度层面产生稳定相位梯度场，经40ms后关断，再由频率道发射控制单元14控制梯度发射桥路23经大功率梯度发射桥路24向频率道线圈组8供电，在探测深度层面产生稳定频率梯度场，经过40ms关断；

G、脉冲发射机4开始工作后，频率道线圈组关断，由脉冲发射控制单元11控制脉冲发射桥路驱动19工作，经大功率脉冲发射桥路20向发射/接收线圈6供电，在探测深度层面施加激发脉冲，发射时间为默认值40ms；

H、梯度发射机5开始工作后，激发脉冲关断后由频率道发射控制单元14控制梯度发射桥路23，经大功率梯度发射桥路24向频率道线圈组8供电，在探测深度层面产生稳定频率梯度场，经过80ms关断；

I、接收机3开始工作后，激发脉冲关断后，由采集控制单元15控制接收机3经发射/接收线圈6和相位道线圈组7进行采集，采集过程中，发射/接收线圈6和相位道线圈组7捕捉磁共振信号，并将信号传入接收机3，第一信号调理单元27对信号进行滤波后传入第一信号放大单元26，第一信号放大单元26对信号放大后传入第一信号采集单元25进行模数转换，第二信号调理单元31对信号进行滤波后传入第二信号放大单元30放大后传入第二信号采集单元39进行模数转换，第三信号调理单元35对信号进行滤波后传入第三信号放大单元34，第三信号放大单元34对信号放大后传入第三信号采集单元33进行模数转换，第四信号调理单元39对信号进行滤波后传入第四信号放大单元38放大后传入第四信号采集单元37进行模数转换，第五信号调理单元43对信号进行滤波后传入第五信号放大单元42放大后传入第五信号采集单元41进行模数转换；

J、计算机1发送数据传输指令，经主控单元2识别，由采集控制单元15对接收机3进行数据传输，第一信号采集单元25、第二信号采集单元29、第三信号采集单元33、第四信号采集单元37和第五信号采集单元44通过网络通讯接口9将数据上传至计算机1，完成对磁共振信号的接收；

K、重复步骤D～J，重复16次；

L、计算机1分析接收机3上传的采集信号进行数据处理，对探测面直接成 像，并分析地下灾害水源分布。。

有益效果：本发明是一种对地下灾害水源探测磁共振直接成像方法。相比现有的磁共振成像装置，可以对地下水灾害水源磁共振实现直接成像，首次提出了在地下空间采用磁共振成像对灾害水源直接成像，增加主动梯度场，提高成像分辨率；绕过了反演计算过程，提高了工作效率；本发明可对探测面进行直接磁共振成像，可标明含水分布情况，较以往磁共振反演解释只能指导探测深度含水量更为准确；应用方便，可灵活应用于多种地下灾害水源探测及水资源赋存探测。

在地下空间中，使用磁共振成像技术对地下灾害水源进行直接成像，以解决隧道、矿井等复杂环境下地下水探测问题。

附图说明：

图1是地下灾害水源探测磁共振成像装置结构框图

图2是附图1中主控单元8的结构框图

图3是附图1中脉冲发射机4的结构框图

图4是附图1中梯度发射机5的结构框图

图5是附图1中接收机3的结构框图

图6是地下灾害水源探测磁共振成像装置一体化线圈46的结构框图

图7是附图1中发射/接收线圈6的结构框图

图8是附图1中频率道线圈组8的结构框图

图9是附图1中相位道线圈组7的结构框图

图10是地下灾害水源探测磁共振成像装置工作流程图

1计算机，2主控单元，3接收机，4脉冲发射机，5梯度发射机，6发射/接收线圈，7相位道线圈组，8频率道线圈组，9网络通讯接口，10微处理器，11脉冲发射控制单元，12电源控制单元，13相位道发射控制单元，14频率道发射控制单元，15采集控制单元，16信号放大调理控制单元，17同步信号接口，18程控高压电源，19脉冲发射桥路驱动，20大功率脉冲发射桥路，21脉冲发射配谐电容，22程控梯度电源，23梯度发射桥路驱动，24大功率梯度发射桥路，25第一信号采集单元，26第一信号放大单元，27第一信号调理单元，28第一保护单元，29第二信号采集单元，30第二信号放大单元，31第二信号调理单元，32第二保护单元，33第三信号采集单元，34第三信号放大单元，35第三信号调理单元，36第三保护单元，37第四信号采集单元，38第四信号放大单元，39第四信号调理单元，40第四保护单元，41第五信号采集单元，42第五信号放大单元，43第五信号调理单元，44第五保护单元，45控制总线，46一体化线圈。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明：

地下灾害水源探测磁共振成像装置，是由计算机1通过网络通讯接口9分别与主控单元2和接收机3连接，主控单元2通过同步信号接口17分别与接收机3、脉冲发射机4和梯度发射机5连接，脉冲发射机4通过高压导线与发射/接收线圈6连接，梯度发射机5通过高压导线与相位道线圈组7和频率道线圈组8连接。发射/接收线圈6和相位道线圈组7又通过高压导线与接收机3连接。主控单元2是由计算机1通过网络通讯接口9与微处理器10连接，微处理器10分别与脉冲发射控制单元11、电源控制单元12、相位道发射控制单元13、频率道发射控制单元14、采集控制单元15和信号放大调理控制单元16连接。脉冲发射控制单元11、电源控制单元12、相位道发射控制单元13、频率道发射控制单元14、采集控制单元15、信号放大调理控制单元16又与同步信号接口17连接。

脉冲发射机4是由主控单元2通过同步信号接口17与程控高压电源18连接，程控高压电源18和脉冲发射桥路驱动19又与大功率脉冲发射桥路20连接，大功率脉冲发射桥路20和脉冲发射配谐电容21分别于发射/接收线圈6连接。梯度发射机5是由主控单元2通过同步信号接口17与程控梯度电源22连接，程控梯度电源22和梯度发射桥路驱动23与大功率梯度发射桥路24连接，大功率梯度桥路24分别与相位道线圈组7和频率道线圈组8连接。

接收机3是由计算机1通过网络通讯接口9与第一信号采集单元25、第二信号采集单元29、第三信号采集单元33、第四信号采集单元37和第五信号采集单元44连接，主控单元2通过同步信号接口17与控制总线45连接，控制总线45分别与第一信号采集单元25、第二信号采集单元29、第三信号采集单元33、第四信号采集单元37、第五信号采集单元44、第一信号放大单元26、第二信号放大单元30、第三信号放大单元34、第四信号放大单元38、第五信号放大单元42、第一信号调理单元27、第二信号调理单元31、第三信号调理单元34、第四信号调理单元39、第五信号调理单元43、第一保护单元28、第二保护单元32、第三保护单元36、第四保护单元40和第五保护单元44连接。第一信号采集单元25与信号放大单元连接26，第一信号放大单元26与信号调理单元连接27，第一信号调理单元27与第一保护单元28连接，第一保护单元28通过高压导线与发射/接收线圈6连接。第二信号采集单元29与第二信号放大单元30连接，第二信号放大单元30与第二信号调理单元31连接，第二信号调理单元31与第二保护单元32连接，第二保护单元32通过高压导线与相位道线圈组7连接。第三信号采集单元33与第三信号放大单元34连接，第三信号放大单元34与第三信号调理单元35连接，第三信号调理单元35与保护 单元连接，第三保护单元36通过高压导线与相位道线圈组7连接。第四信号采集单元37与第四信号放大单元38连接，第四信号放大单元38与第四信号调理单元39连接，第四信号调理单元39与第四保护单元40连接，第四保护单元40通过高压导线与相位道线圈组7连接。第五信号采集单元41与第五信号放大单元42连接，第五信号放大单元42与第五信号调理单元43连接，第五信号调理单元43与第五保护单元44连接，第五保护单元44通过高压导线与相位道线圈组7连接。

一体化线圈46由发射/接收线圈6、相位道线圈组7、频率道线圈组8组合构成。

发射/接收线圈6有两种功能，一种是作为激发脉冲载体，即发射线圈，一种是作为采集信号接收线圈。发射时用于发射激发脉冲，激发脉冲的能量大小定义为脉冲矩，脉冲矩为激发电流与时间的乘积，沿PuC正方向，不同脉冲矩下所对应的激发深度不同，脉冲矩越大，激发深度越大，一个脉冲矩对应一个探测深度层面，层面厚度可视为零。接收时作为接收线圈，用于接收磁共振信号。

相位道线圈组7用于产生相位梯度场，通过多道线圈通入递进增长的电流可在探测深度层面产生相位梯度场，同时，相位道线圈组7也用于接收磁共振信号，在发射后作为阵列式接收线圈，由线圈a、线圈b、线圈c和线圈d相邻共面组成。发射时用于发射直流电流，电流依次通过多道线圈组中的线圈a、线圈b、线圈c和线圈d，在每道线圈中产生不同电流，相位道线圈组7可探测深度层面上产生稳定相位梯度场。在相位梯度场作用下，探测深度层面沿PhC方向不同位置上的磁场强度将存在差别，梯度场中心位置上磁场强度保持不变，该处的氢质子进动频率保持不变，沿PhC正方向磁场强度越来越高，相应位置的氢质子进动频率越高，沿PhC负方向磁场强度越来越低，相应位置的氢质子进动频率越低。由于进动频率的不同，过一段时间后，PhC正负方向不同位置上的氢质子进动的相位将出现一定的偏差。这时关闭相位梯度场，PhC正负方向不同位置上的磁场强度差别消失，各个位置上氢质子的进动频率恢复一致，而相位梯度场产生的氢质子的进动相位被保留下来。接收时，作为阵列式接收线圈，用于接收磁共振信号。

频率道线圈组8用于产生频率梯度场，通过多道线圈通入递进增长的电流可在探测深度层面产生频率梯度场，由线圈a、线圈b、线圈c和线圈d相邻共面组成。发射时用于发射直流电流，电流依次通过多道线圈组中的线圈a、线圈b、线圈c和线圈d，在每道线圈中产生递进电流，频率道线圈组可探测深度层面上产生稳定频率梯度场。在频率梯度场作用下，探测深度层面沿FrC方向不同位置上的磁场强度将存在差别，梯度场中心位置上磁场强度保持不变，该处的氢质 子进动频率保持不变，沿FrC正方向磁场强度越来越高，相应位置的氢质子进动频率越高，沿FrC负方向磁场强度越来越低，相应位置的氢质子进动频率越低，这样采集的磁共振信号就包含不同频率的空间信息。频率道线圈组8在发射/接收线圈6作为发射线圈前工作，也在发射/接收线圈6作为接收线圈时同时工作。

地下灾害水源探测磁共振成像装置探测和成像方法，包括以下步骤：

计算机1发送指令，指令包含三种，一种为参数设置指令，一种为工作开始指令，一种为数据传输指令。计算机1发送参数设置指令，由微处理器10接收，微处理器10响应计算机1指令，分别更新脉冲发射控制单元11、电源控制单元12、相位道发射控制单元13、频率道发射控制单元14、采集控制单元15和信号放大调理控制单元16参数设置。计算机1发送工作开始指令，由微处理器10接收，微处理器10响应计算机1指令，分别控制脉冲发射控制单元11、电源控制单元12、相位道发射控制单元13、频率道发射控制单元14、采集控制单元15和信号放大调理控制单元16产生时序信号。计算机1发送数据传输指令，由微处理器10接收，微处理器10响应计算机1指令，分别控制第一信号采集单元25、第二信号采集单元29、第三信号采集单元33、第四信号采集单元37和第五信号采集单元44传输数据。

主控单元2开始工作后，电源控制单元12通过同步信号接口17分别控制程控高压电源18和程控梯度电源22充电，当充电电压值满足设定的参数时，程控高压电源18和程控梯度电源22停止充电。脉冲发射控制单元11通过同步信号接口17控制脉冲发射桥路驱动19发射，发射频率为当地拉莫尔频率为中心的频率道梯度范围混频，发射时间为默认值40ms。相位道发射控制单元13和频率道发射控制单元14通过同步信号接口17控制梯度发射桥路驱动23发射，发射电流为已设置参数——，发射时间为默认值40ms。采集控制单元15通过同步信号接口17分别控制第一信号采集单元25、第二信号采集单元29、第三信号采集单元33、第四信号采集单元37和第五信号采集单元44传输数据。

脉冲发射机4接收主控单元2充电信号后，程控高压电源18开始充电，充电后接收主控单元2发射信号后，脉冲发射桥路驱动19驱动大功率脉冲发射桥路20向脉冲发射配谐电容21和发射/接收线圈6输出高压交变电流，实现对待测水体的激发。

梯度发射机5接收主控单元2充电信号后，程控梯度电源22开始充电，充电后接收主控单元2发射信号后，梯度发射桥路驱动23驱动大功率梯度发射桥路24向相位道线圈组7和频率道线圈组8发射直流电流，实现作用在探测面上不同方向的梯度场。

接收机3接收主控单元2采集信号后，第一信号采集单元25、第二信号采集单元29、第三信号采集单元33、第四信号采集单元37和第五信号采集单元44开始采集。在经发射/接收线圈6输出采集信号，经第1保护单元28进入第一信号调理单元27，对采集信号进行选频滤波，后进入第一信号放大单元26，将已调理的采集信号放大，最后由第一信号采集单元25模数转换。在经相位道线圈组7输出采集信号，经第二保护单元32进入第三信号调理单元31，对采集信号进行选频滤波，后进入第二信号放大单元30，将已调理的采集信号放大，最后由第二信号采集单元29模数转换。

相位道线圈组7输出采集信号经第三保护单元36进入第三信号调理单元35，对采集信号进行选频滤波，后进入第三信号放大单元34，将已调理的采集信号放大，最后由第三信号采集单元33模数转换。在经经相位道线圈组7输出采集信号，经第四保护单元40进入第四信号调理单元39，对采集信号进行选频滤波，后进入第四信号放大单元38，将已调理的采集信号放大，最后由第四信号采集单元37模数转换。在经经相位道线圈组7输出采集信号，经第五保护单元44进入第5信号调理单元43，对采集信号进行选频滤波，后进入第五信号放大单元42，将已调理的采集信号放大，最后由第五信号采集单元41模数转换。接收控制单元2数据传输后，第一信号采集单元25、第二信号采集单元29、第3信号采集单元33、第四信号采集单元37和第五信号采集单元44又通过网络通讯接口9上传数据至计算机1，完成对磁共振信号的接收。

计算机1分析接收机3上传的采集信号进行数据处理，对探测面直接成像，并分析水分布情况。

地下灾害水源探测磁共振成像装置探测方法，按以下步骤工作：

选择测点，铺设一体化线圈46，并将其分别与接收机3、脉冲发射机4和梯度发射机5连接。

计算机1通过网络通讯接口9分别与主控单元2和接收机3连接。主控单元2通过同步信号接口17分别与接收机3、脉冲发射机4和梯度发射机5连接。计算机1通过主控单元2分别控制接收机3、脉冲发射机4和梯度发射机5工作，由主控单元2分别控制脉冲发射机4和梯度发射机5产生激发过程所需要的激发脉冲和梯度场，对待测水体进行激发，再经发射/接收线圈6和相位道线圈组7接收待测水体产生的磁共振信号，经接收机3调理放大，将采集数据传送至计算机1，计算机1发送工作开始指令，经主控单元2识别，由电源控制单元12分别对脉冲发射机4和梯度发射机5进行充电操作，后由脉冲发射控制单元11、相位道发射控制单元13和频率道发射控制单元14分别控制脉冲发射机4和梯度发射机5进行放电发射操作。发射过程中，程控高压电源18向大功率 脉冲发射桥路20供电，经脉冲发射配谐电容21与发射/接收线圈6形成发射电流，对待测水体激发；程控梯度电源22向大功率梯度发射桥路24供电，分别在相位道线圈组7和频率道线圈组8形成发射电流，在探测深度层面产生对应梯度场。计算机1发送参数设置指令，经主控单元2识别，由信号放大调理控制单元16对接收机3进行参数配置操作。

计算机1发送工作开始指令，经主控单元2识别，由采集控制单元15对接收机3进行采集执行操作。采集过程中，发射/接收线圈6和相位道线圈组7捕捉磁共振信号，并将信号传入接收机3。第1信号调理单元27对信号进行滤波处理，获得频率梯度范围内的信号，并将信号传入第一信号放大单元26，第一信号放大单元26对信号进行放大处理，使信号放大至可采集程度，并将信号传入第1信号采集单元25，第一信号采集单元25对信号进行模数转换。第二信号调理单元31对信号进行滤波处理，获得频率梯度范围内的信号，并将信号传入第2信号放大单元30，第二信号放大单元30对信号进行放大处理，使信号放大至可采集程度，并将信号传入第二信号采集单元39，第二信号采集单元29对信号进行模数转换。第三信号调理单元35对信号进行滤波处理，获得频率梯度范围内的信号，并将信号传入第三信号放大单元34，第三信号放大单元34对信号进行放大处理，使信号放大至可采集程度，并将信号传入第三信号采集单元33，第三信号采集单元33对信号进行模数转换。第四信号调理单元39对信号进行滤波处理，获得频率梯度范围内的信号，并将信号传入第四信号放大单元38，第4信号放大单元38对信号进行放大处理，使信号放大至可采集程度，并将信号传入第四信号采集单元37，第四信号采集单元37对信号进行模数转换。第五信号调理单元43对信号进行滤波处理，获得频率梯度范围内的信号，并将信号传入第五信号放大单元42，第五信号放大单元42对信号进行放大处理，使信号放大至可采集程度，并将信号传入第五信号采集单元41，第五信号采集单元41对信号进行模数转换。

计算机1发送数据传输指令，经主控单元2识别，由采集控制单元15对接收机3进行数据传输操作。传输过程中，第1信号采集单元25、第2信号采集单元29、第3信号采集单元33、第4信号采集单元37和第5信号采集单元44通过网络通讯接口9将数据上传至计算机1，完成对磁共振信号的接收。计算机1，分析接收机3上传的采集信号进行数据处理，对探测面直接成像，并分析水分布情况。

选择地下空间测点，计算机1发送指令，由主控单元2接收，主控单元2响应计算机1指令，分别控制接收机3、脉冲发射机4和梯度发射机5工作。梯度发射机5开始工作后，首先控制相位道线圈组7在探测深度层面产生稳定 相位梯度场，经过一段时间后关断，发射时间为默认值40ms。然后控制频率道线圈组8在探测深度层面产生稳定频率梯度场，经过一段时间关断，发射时间为默认值40ms。

脉冲发射机4开始工作后，在频率道线圈组关断后，控制发射/接收线圈6在探测深度层面施加激发脉冲，发射时间为默认值40ms。

梯度发射机5开始工作后，在激发脉冲关断后，控制频率道线圈组8在探测深度层面产生稳定频率梯度场，经过一段时间关断，发射时间为默认值80ms。接收机3开始工作后，在激发脉冲关断后，分别控制发射/接收线圈6和相位道线圈组7接收磁共振信号。

计算机1发送指令，由主控单元2接收，主控单元2响应计算机1指令，控制接收机3上传数据至计算机1，完成对磁共振信号的接收。

重复上述过程16次。

计算机1分析接收机3上传的采集信号进行数据处理，对探测面直接成像，并分析地下灾害水源分布。

Claims (3)

1.一种地下灾害水源探测磁共振成像装置，其特征在于，是由计算机(1)经接收机(3)分别连接发射/接收线圈(6)和相位道线圈组(7)，计算机(1)经主控单元(2)分别连接接收机(3)、脉冲发射机(4)和梯度发射机(5)，脉冲发射机(4)经发射/接收线圈(6)与接收机(3)连接，梯度发射机(5)经相位道线圈组(7)与接收机(3)连接，梯度发射机(5)与频率道线圈组(8)连接构成；

所述的主控单元(2)是由网络通讯接口(9)与微处理器(10)连接，微处理器(10)分别经脉冲发射控制单元(11)、电源控制单元(12)、相位道发射控制单元(13)、频率道发射控制单元(14)、采集控制单元(15)和信号放大调理控制单元(16)与同步信号接口(17)连接构成；

脉冲发射机(4)是由同步信号接口(17)经程控高压电源(18)和大功率脉冲发射桥路(20)与发射/接收线圈(6)连接，同步信号接口(17)经脉冲发射桥路驱动(19)、大功率脉冲发射桥路(20)和脉冲发射配谐电容(21)与发射/接收线圈(6)连接构成；

梯度发射机(5)是由同步信号接口(17)经程控梯度电源(22)和大功率梯度发射桥路(24)与相位道线圈组(7)连接，同步信号接口(17)经梯度发射桥路驱动(23)和大功率梯度发射桥路(24)与频率道线圈组(8)连接构成；

接收机(3)是由计算机(1)通过网络通讯接口(9)与第一信号采集单元(25)、第一信号放大单元(26)、第一信号调理单元(27)和第一保护单元(28)与发射/接收线圈(6)连接；网络通讯接口(9)经第二信号采集单元(29)、第二信号放大单元(30)、第二信号调理单元(31)和第二保护单元(32)与相位道线圈组(7)中的a组线圈连接；网络通讯接口(9)经第三信号采集单元(33)、第三信号放大单元(34)、第三信号调理单元(35)和第三保护单元(36)与相位道线圈组(7)中的b组线圈连接；网络通讯接口(9)经第四信号采集单元(37)、第四信号放大单元(38)、第四信号调理单元(39)和第四保护单元(40)与相位道线圈组(7)中的c组线圈连接；网络通讯接口(9)经第五信号采集单元(41)、第五信号放大单元(42)、第五信号调理单元(43)和第五保护单元(44)与相位道线圈组(7)中的d组线圈连接；同步信号接口(17)通过控制总线(45)连接第一信号采集单元(25)、第二信号采集单元(29)、第三信号采集单元(33)、第四信号采集单元(37)和第五信号采集单元(41)；同步信号接口(17)通过控制总线(45)连接第一信号放大单元(26)、第二信号放大单元(30)、第三信号放大单元(34)、第四信号放大单元(38)和第五信号放大单元(42)连接；同步信号接口(17)通过控制总线(45)连接第一信号调理单元(27)、第二信号调理单元(31)、第三信号调理单元(35)、第四信号调理单元(39)和第五信号调理单元(43)；同步信号接口(17)通过控制总线(45)连接第一保护单元(28)、第二保护单元(32)、第三保护单元(36)、第四保护单元(40)和第五保护单元(44)构成。

2.按照权利要求1所述的地下灾害水源探测磁共振成像装置，其特征在于，由发射/接收线圈(6)、相位道线圈组(7)和频率道线圈组(8)组合成一体化线圈(46)。

3.一种采用权利要求1所述的地下灾害水源探测磁共振成像装置的探测和成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、选择测点，铺设一体化线圈(46)，并将其分别与接收机(3)、脉冲发射机(4)和梯度发射机(5)连接；

B、计算机(1)通过网络通讯接口(9)分别与主控单元(2)和接收机(3)连接；

C、主控单元(2)通过同步信号接口(17)分别与接收机(3)、脉冲发射机(4)和梯度发射机(5)连接；

D、计算机(1)发送设置参数指令，经主控单元(2)识别，由信号放大调理控制单元(16)对接收机(3)进行参数配置，包括采样率50kHz，放大倍数10000倍，滤波系数1；

E、计算机(1)发送工作开始指令，经主控单元(2)识别，首先由电源控制单元(12)分别对脉冲发射机(4)和梯度发射机(5)进行充电，然后由主控单元(2)分别控制接收机(3)、脉冲发射机(4)和梯度发射机(5)工作；

F、梯度发射机(5)开始工作后，先由相位道发射控制单元(13)控制梯度发射桥路驱动(23)，经大功率梯度发射桥路(24)向相位道线圈组(7)供电，在探测深度层面产生稳定相位梯度场，经40ms后关断，再由频率道发射控制单元(14)控制梯度发射桥路驱动(23)经大功率梯度发射桥路(24)向频率道线圈组(8)供电，在探测深度层面产生稳定频率梯度场，经过40ms关断；

G、脉冲发射机(4)开始工作后，频率道线圈组(8)关断，由脉冲发射控制单元(11)控制脉冲发射桥路驱动(19)工作，经大功率脉冲发射桥路(20)向发射/接收线圈(6)供电，在探测深度层面施加激发脉冲，发射时间为默认值40ms；

H、梯度发射机(5)开始工作后，激发脉冲关断后由频率道发射控制单元(14)控制梯度发射桥路驱动(23)，经大功率梯度发射桥路(24)向频率道线圈组(8)供电，在探测深度层面产生稳定频率梯度场，经过80ms关断；

I、接收机(3)开始工作后，激发脉冲关断后，由采集控制单元(15)控制接收机(3)经发射/接收线圈(6)和相位道线圈组(7)进行采集，采集过程中，发射/接收线圈(6)和相位道线圈组(7)捕捉磁共振信号，并将信号传入接收机(3)，第一信号调理单元(27)对信号进行滤波后传入第一信号放大单元(26)，第一信号放大单元(26)对信号放大后传入第一信号采集单元(25)进行模数转换，第二信号调理单元(31)对信号进行滤波后传入第二信号放大单元(30)放大后传入第二信号采集单元(29)进行模数转换，第三信号调理单元(35)对信号进行滤波后传入第三信号放大单元(34)，第三信号放大单元(34)对信号放大后传入第三信号采集单元(33)进行模数转换，第四信号调理单元(39)对信号进行滤波后传入第四信号放大单元(38)放大后传入第四信号采集单元(37)进行模数转换，第五信号调理单元(43)对信号进行滤波后传入第五信号放大单元(42)放大后传入第五信号采集单元(41)进行模数转换；

J、计算机(1)发送数据传输指令，经主控单元(2)识别，由采集控制单元(15)对接收机(3)进行数据传输，第一信号采集单元(25)、第二信号采集单元(29)、第三信号采集单元(33)、第四信号采集单元(37)和第五信号采集单元(41)通过网络通讯接口(9)将数据上传至计算机(1)，完成对磁共振信号的接收；

K、重复D～J步骤16次；

L、计算机(1)分析接收机(3)上传的采集信号进行数据处理，对探测面直接成像，并分析地下灾害水源分布。