CN106772642A - 一种地电场激发的核磁共振探水系统及野外工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种地电场激发的核磁共振探水系统及野外工作方法，计算机经发射机与同步模块连接，发射机通过发射线连接电极A和电极B，在发射线两侧分别对称布设接收线圈，每个接收机挂载两个接收线圈，计算机经第一接收机、第二接收机、第三接收机、第六接收机和第五接收机与第四接收机连接，同步模块分别与第一接收机、第四接收机、第二接收机、第五接收机、第三接收机和第六接收机连接。满足了大面积高效率勘探的目的，改善了磁共振探水工作效率低的缺点。通过同步电路实现一发多收，确保多台接收机同步工作；数据通信通过相邻接收机传输，摈弃了使用多个并行数据传输线，降低了成本和故障率。

Description

一种地电场激发的核磁共振探水系统及野外工作方法
技术领域
本发明涉及一种地球物理勘探设备及方法，尤其是地电场发射的核磁共振探水仪对地下水资源的2D/3D探测，并通过一发多收模式实现大面积高效率探测的地电场激发的核磁共振探水系统及其外工作方法。
背景技术
核磁共振地下水探测技术是当今唯一能够直接探测地下水的地球物理方法，该方法在地下水资源勘探、矿井/隧道灾害水源超前预测、海水入侵等方面已有广泛的应用。然而，现有的核磁共振探水仪都是基于磁性源激发的工作方式，单次难以实现大面积测量，探测效率低。
CN102096112公开的“基于阵列线圈的核磁共振地下水探测仪及野外探测方法”采用多个线圈作为接收天线，可实现对地下水的2D/3D探测。
CN103033849公开的“多通道核磁共振地下水探测仪及其野外工作方法”不仅可实现2D/3D探测，还利用参考线圈进一步提高仪器的抗噪声能力。
CN1936621公开的“核磁共振与瞬变电磁联用仪及其方法”，联合了瞬变电磁和核磁共振两种地球物理方法，与单独使用核磁共振方法相比，该方法有效提高了探测深度和探测的准确性。然而，以上三种方法都是基于磁性源激发的方法，每个测点的最大探测面积由发射线圈边长决定(最大边长为150m)，每个测点测量时间最少为46min，探测效率较低。
发明内容
本发明的目的就是针对上述现有技术的不足，提供一种地电场激发的核磁共振探水系统；
本发明的另一目的是提供一种地电场激发的核磁共振探水系统的其野外工作方法；
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种地电场激发的核磁共振探水系统，包括发射机、接收机、接收线圈、计算机和同步模块；计算机1经发射机2与同步模块3连接，发射机2通过发射线22连接电极A和电极B，在连接电极A B的发射线22两侧分别对称布设接收线圈，每个接收机挂载两个接收线圈，计算机1经第一接收机4、第二接收机5、第三接收机6、第六接收机9和第五接收机8与第四接收机7连接，同步模块3分别与第一接收机4、第四接收机7、第二接收机5、第五接收机8、第三接收机6和第六接收机9连接。
接收线圈的间距为80m，每个接收线圈边长或直径为100m。
发射机2是由主控电路23经电瓶24、DC-DC充电模块25、大功率电容组26和发射桥路28与发射线接口29连接，主控电路23经IGBT驱动模块27与发射桥路28连接，主控电路23分别与通讯接口31、同步信号接口30和DC-DC充电模块25连接构成。
接收机是由接收线圈接口32经继电器开关电路33、双向二极管34、放大和带通滤波电路a35与A/D采样模块37连接，同步信号接口42经控制模块36、A/D采样模块37分别连接USB通讯接口43和RS485接口44，接收线圈接口38经继电器开关电路39、双向二极管40和放大和带通滤波电路b41与A/D采样模块37连接，继电器开关电路33经控制模块36与继电器开关电路39连接构成。
一种采用权利要求1所述的地电场激发的核磁共振探水系统的野外工作方法，包括以下步骤：
a、在测试区根据勘探要求选择勘探线，在勘探线的两端分别钉入电极A和电极B，AB两点间距离L＝1000m，将发射线22两端分别连接到电极A B上；
b、铺设接收线圈，每个接收线圈边长或直径为100m，从电极A开始按接收线圈80m间距在发射线22的两侧对称铺设第一接收线圈10、第二接收线圈11……乃至第十二接收线圈21；
c、将发射线22连接到发射线接口29，计算机1与发射机2的通讯接口31连接，计算机1与第一接收机4的USB通讯接口43连接，第一接收机4、第二接收机5、第三接收机6、第四接收机7、第五接收机8和第六接收机9均通过RS485接口44连接；
d、将第一接收线圈10和第二接收线圈11分别与第一接收机4连接，第三接收线圈12和第四接收线圈13分别与第二接收机5连接，第五接收线圈14和第六接收线圈15分别与第三接收机6连接，第七接收线圈16和第八接收线圈17分别与第四接收机7连接，第九接收线圈18和第十接收线圈19分别与第五接收机8连接，第十一接收线圈20和第十二接收线圈21分别与第六接收机9连接；第一接收机4、第二接收机5、第三接收机6、第四接收机7、第五接收机8和第六接收机9分别与接收线圈接口32和接收线圈接口38连接；
e、将同步模块3分别与发射机2、第一接收机4、第二接收机5、第三接收机6、第四接收机7、第五接收机8和第六接收机9连接；
f、通过计算机1设置发射脉冲矩范围和个数、叠加次数和采集频率，设置完成后，启动地电场激发的核磁共振探水系统，开始探测，直至在该测线的探测完成，保存探测的数据。
有益效果：本发明是一种地电场激发、线圈接收的新的磁共振地下水探测方式，可满足大面积高效率勘探的目的，改善了利用磁共振原理探水工作效率低的缺点。通过同步电路实现一发多收，确保多台接收机同步工作；数据通信通过相邻接收机传输，摈弃了使用多个并行数据传输线，降低了成本和故障率。
附图说明
图1为一种地电场激发的核磁共振探水系统及野外工作布置图
图2为附图1中发射机2的结构框图
图3为附图1中接收机的结构框图
1计算机，2发射机，3同步模块，4第一接收机，5第二接收机，6第三接收机，7第四接收机，8第五接收机，9第六接收机，10第一接收线圈，11第二接收线圈，12第三接收线圈，13第四接收线圈，14第五接收线圈，15第六接收线圈，16第七接收线圈，17第八接收线圈，18第九接收线圈，19第十接收线圈，20第十一接收线圈，21第十二接收线圈，22发射线，23主控电路，24电瓶，25DC-DC充电模块，26大功率电容组，27IGBT驱动模块，28发射桥路，29发射线接口，30同步信号接口，31通讯接口，32接收线圈接口，33继电器开关电路，34双向二极管，35放大和带通滤波电路a，36控制模块，37A/D采样模块，38接收线圈，39继电器开关电路，40双向二极管，41放大和带通滤波电路b，42同步信号接口，43USB通讯接口，44RS485接口。
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：
一种地电场激发的核磁共振探水系统，包括发射机、接收机、接收线圈、计算机和同步模块；计算机1经发射机2与同步模块3连接，发射机2通过发射线22连接电极A和电极B，在连接电极A B的发射线22两侧分别对称布设接收线圈，每个接收机挂载两个接收线圈，计算机1经第一接收机4、第二接收机5、第三接收机6、第六接收机9和第五接收机8与第四接收机7连接，同步模块3分别与第一接收机4、第四接收机7、第二接收机5、第五接收机8、第三接收机6和第六接收机9连接。
接收线圈的间距为80m，每个接收线圈边长或直径为100m。
发射机2是由主控电路23经电瓶24、DC-DC充电模块25、大功率电容组26和发射桥路28与发射线接口29连接，主控电路23经IGBT驱动模块27与发射桥路28连接，主控电路23分别与通讯接口31、同步信号接口30和DC-DC充电模块25连接构成。
接收机是由接收线圈接口32经继电器开关电路33、双向二极管34、放大和带通滤波电路a35与A/D采样模块37连接，同步信号接口42经控制模块36、A/D采样模块37分别连接USB通讯接口43和RS485接口44，接收线圈接口38经继电器开关电路39、双向二极管40和放大和带通滤波电路b41与A/D采样模块37连接，继电器开关电路33经控制模块36与继电器开关电路39连接构成。
一种地电场激发的核磁共振探水系统的野外工作方法，包括以下步骤：
a、在测试区根据勘探要求选择勘探线，在勘探线的两端分别钉入电极A和电极B，AB两点间距离L＝1000m，将发射线22两端分别连接到电极A B上；
b、铺设接收线圈，每个接收线圈边长或直径为100m，从电极A开始按接收线圈80m间距在发射线22的两侧对称铺设第一接收线圈10、第二接收线圈11……乃至第十二接收线圈21；
c、将发射线22连接到发射线接口29，计算机1与发射机2的通讯接口31连接，计算机1与第一接收机4的USB通讯接口43连接，第一接收机4、第二接收机5、第三接收机6、第四接收机7、第五接收机8和第六接收机9均通过RS485接口44连接；
d、将第一接收线圈10和第二接收线圈11分别与第一接收机4连接，第三接收线圈12和第四接收线圈13分别与第二接收机5连接，第五接收线圈14和第六接收线圈15分别与第三接收机6连接，第七接收线圈16和第八接收线圈17分别与第四接收机7连接，第九接收线圈18和第十接收线圈19分别与第五接收机8连接，第十一接收线圈20和第十二接收线圈21分别与第六接收机9连接；第一接收机4、第二接收机5、第三接收机6、第四接收机7、第五接收机8和第六接收机9分别与接收线圈接口32和接收线圈接口38连接；
e、将同步模块3分别与发射机2、第一接收机4、第二接收机5、第三接收机6、第四接收机7、第五接收机8和第六接收机9连接；
f、通过计算机1设置发射脉冲矩范围和个数、叠加次数和采集频率，设置完成后，启动地电场激发的核磁共振探水系统，开始探测，直至在该测线的探测完成，保存探测的数据。
如图1所示，一种基于地电场激发的核磁共振探水仪，是由计算机1经发射机2与同步模块3、发射线22连接，计算机1经第一接收机4与第二接收机5连接，第二接收机5经第三接收机6与第六接收机9连接，第六接收机9经第五接收机8与第四接收机7连接，同步模块3分别与第一接收机4、第二接收机5、第三接收机6、第四接收机7、第五接收机8、第六接收机9连接，第一接收机4分别与第一接收线圈10、第二接收线圈11连接，第二接收机5分别与第三接收线圈12、第四接收线圈13连接，第三接收机6分别与第五接收线圈14、第六接收线圈15连接，第四接收机7分别与第七接收线圈16、第八接收线圈17连接，第五接收机8分别与第九接收线圈18、第十接收线圈19连接，第六接收机9分别与第十一接收线圈20、第十二接收线圈21连接构成。
如图2所示，发射机2是由主控电路23经电瓶24与DC-DC充电模块25连接，主控电路23经IGBT驱动模块27与发射桥路28连接，主控电路23分别与通讯接口31、同步信号接口30连接，DC-DC充电模块25经大功率电容组26与发射桥路连接，发射桥路28与发射线接口29连接构成。
如图3所示，第一接收机4、第二接收机5、第三接收机6、第四接收机7、第五接收机8和第六接收机9的结构相同且具体如下：各接收机均是由接收线圈接口32经继电器开关电路33与双向二极管34连接，双向二极管34经放大器和带通滤波电路35与A/D采样模块37连接，同步信号接口42经控制模块36与A/D采样模块37连接，A/D采样模块37分别与USB通讯接口43和RS485接口44连接，接收线圈接口38经继电器开关电路39与双向二极管40连接，双向二极管40经放大器和带通滤波电路41与A/D采样模块37连接，控制模块36分别与继电器开关电路33和继电器开关电路39连接构成。
一种地电场激发的核磁共振探水系统的野外工作方法，包括以下步骤：
a、在测试区内选定A、B两点钉入电极，A、B两点距离为L＝1000m，将发射线22两端连接到电极A、B上；
b、铺设接收线圈，每个接收线圈边长或直径为100m，从电极A开始按接收线圈80m间距在发射线22的两侧对称铺设第一接收线圈10、第二接收线圈11……乃至第十二接收线圈21；
c、将发射线22连接到发射线接口29，计算机1与发射机2的通讯接口31连接，计算机1与第一接收机4的USB通讯接口43连接，第一接收机4的RS485接口44与第二接收机5的RS485接口44连接，第二接收机5的RS485接口44与第三接收机6的RS485接口44连接，第三接收机6的RS485接口44与第六接收机9的RS485接口44连接，第六接收机9的RS485接口44与第五接收机8的RS485接口44连接，第五接收机8的RS485接口44与第四接收机7的RS485接口44连接；
d、将第一接收线圈10和第二接收线圈11分别与第一接收机4的接收线圈接口32和接收线圈接口38连接，把第三接收线圈12和第四接收线圈13分别与第二接收机5的接收线圈接口32和接收线圈接口38连接，把第五接收线圈14和第六接收线圈15分别与第三接收机6的接收线圈接口32和接收线圈接口38连接，把第七接收线圈16和第八接收线圈17分别与第四接收机7的接收线圈接口32和接收线圈接口38连接，把第九接收线圈18和第十接收线圈19分别与第五接收机8的接收线圈接口32和接收线圈接口38连接，把第十一接收线圈20和第十二接收线圈21分别与第六接收机9的接收线圈接口32和接收线圈接口38连接；
e、同步模块3分别与发射机2、第一接收机4、第二接收机5、第三接收机6、第四接收机7、第五接收机8、第六接收机9连接；
f、通过计算机1设置发射脉冲矩范围、个数、叠加次数和采集频率，设置完成后，启动探水仪工作，直至在该测线的测试完成，保存探测的数据。
实施例
在长春烧锅镇，使用本申请设计的地电场激发的核磁共振探水系统及野外工作方法进行野外实际应用。
具体实施步骤如下：
a、在测试区内选定A、B两点钉入电极，A、B两点距离为L＝1000m，将发射线22两端连接到电极A、B上；
b、铺设接收线圈，每个接收线圈边长或直径为100m，从电极A开始按接收线圈80m间距在发射线22的两侧对称铺设第一接收线圈10、第二接收线圈11……乃至第十二接收线圈21；
c、将发射线22连接到发射线接口29，计算机1与发射机2的通讯接口31连接，计算机1与第一接收机4的USB通讯接口43连接，第一接收机4的RS485接口44与第二接收机5的RS485接口44连接，第二接收机5的RS485接口44与第三接收机6的RS485接口44连接，第三接收机6的RS485接口44与第六接收机9的RS485接口44连接，第六接收机9的RS485接口44与第五接收机8的RS485接口44连接，第五接收机8的RS485接口44与第四接收机7的RS485接口44连接；
d、将第一接收线圈10和第二接收线圈11分别与第一接收机4的接收线圈接口32和接收线圈接口38连接，把第三接收线圈12和第四接收线圈13分别与第二接收机5的接收线圈接口32和接收线圈接口38连接，把第五接收线圈14和第六接收线圈15分别与第三接收机6的接收线圈接口32和接收线圈接口38连接，把第七接收线圈16和第八接收线圈17分别与第四接收机7的接收线圈接口32和接收线圈接口38连接，把第九接收线圈18和第十接收线圈19分别与第五接收机8的接收线圈接口32和接收线圈接口38连接，把第十一接收线圈20和第十二接收线圈21分别与第六接收机9的接收线圈接口32和接收线圈接口38连接，；
e、同步模块3分别与发射机2、第一接收机4、第二接收机5、第三接收机6、第四接收机7、第五接收机8、第六接收机9连接；
f、通过计算机1设置发射脉冲矩范围是200A.ms到10000A.ms，共16个脉冲矩、叠加次数32、采集频率25kHz，设置完成后，启动探水仪工作，直至在该测点的测试完成，保存探测的数据。
测试结束后，对每一台接收机采集的数据进行信号处理，从频谱上可以看出在频率点2330Hz(测试点的拉莫尔频率)有信号，且从时域上可以看出e指数衰减的正弦信号，即为磁共振信号，且第二接收机和第五接收机采集的信号幅度较大，而第一、三、四、六接收机采集的信号相对第二、五接收机较小，符合理论分析，证明了探测数据的有效性。

Claims (5)

1.一种地电场激发的核磁共振探水系统，包括发射机、接收机、接收线圈、计算机和同步模块，其特征在于，计算机(1)经发射机(2)与同步模块(3)连接，发射机(2)通过发射线(22)连接电极A和电极B，在连接电极A B的发射线(22)两侧分别对称布设接收线圈，每个接收机挂载两个接收线圈，计算机(1)经第一接收机(4)、第二接收机(5)、第三接收机(6)、第六接收机(9)和第五接收机(8)与第四接收机(7)连接，同步模块(3)分别与第一接收机(4)、第四接收机(7)、第二接收机(5)、第五接收机(8)、第三接收机(6)和第六接收机(9)连接。
2.按照权利要求1所述的一种地电场激发的核磁共振探水仪，其特征在于，接收线圈的间距为80m，每个接收线圈边长或直径为100m。
3.按照权利要求1所述的一种地电场激发的核磁共振探水系统，其特征在于，发射机2是由主控电路23经电瓶24、DC-DC充电模块25、大功率电容组26和发射桥路28与发射线接口29连接，主控电路23经IGBT驱动模块27与发射桥路28连接，主控电路23分别与通讯接口31、同步信号接口30和DC-DC充电模块25连接构成。
4.按照权利要求1所述的一种地电场激发的核磁共振探水系统，其特征在于，接收机是由接收线圈接口32经继电器开关电路33、双向二极管34、放大和带通滤波电路a35与A/D采样模块37连接，同步信号接口42经控制模块36、A/D采样模块37分别连接USB通讯接口43和RS485接口44，接收线圈接口38经继电器开关电路39、双向二极管40和放大和带通滤波电路b41与A/D采样模块37连接，继电器开关电路33经控制模块36与继电器开关电路39连接构成。
5.一种采用权利要求1所述的地电场激发的核磁共振探水系统的野外工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、在测试区根据勘探要求选择勘探线，在勘探线的两端分别钉入电极A和电极B，AB两点间距离L＝1000m，将发射线22两端分别连接到电极A B上；
b、铺设接收线圈，每个接收线圈边长或直径为100m，从电极A开始按接收线圈80m间距在发射线22的两侧对称铺设第一接收线圈10、第二接收线圈11……乃至第十二接收线圈21；
c、将发射线22连接到发射线接口29，计算机1与发射机2的通讯接口31连接，计算机1与第一接收机4的USB通讯接口43连接，第一接收机4、第二接收机5、第三接收机6、第四接收机7、第五接收机8和第六接收机9均通过RS485接口44连接；
d、将第一接收线圈10和第二接收线圈11分别与第一接收机4连接，第三接收线圈12和第四接收线圈13分别与第二接收机5连接，第五接收线圈14和第六接收线圈15分别与第三接收机6连接，第七接收线圈16和第八接收线圈17分别与第四接收机7连接，第九接收线圈18和第十接收线圈19分别与第五接收机8连接，第十一接收线圈20和第十二接收线圈21分别与第六接收机9连接；第一接收机4、第二接收机5、第三接收机6、第四接收机7、第五接收机8和第六接收机9分别与接收线圈接口32和接收线圈接口38连接；
e、将同步模块3分别与发射机2、第一接收机4、第二接收机5、第三接收机6、第四接收机7、第五接收机8和第六接收机9连接；
f、通过计算机1设置发射脉冲矩范围和个数、叠加次数和采集频率，设置完成后，启动地电场激发的核磁共振探水系统，开始探测，直至在该测线的探测完成，保存探测的数据。
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