CN106886052B - 一种大功率核磁共振探水装置及其野外使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种大功率核磁共振探水装置是基于多储存电容组级联发射、并联充电的方式，实现了磁共振探水装置的大功率发射和高效率工作，为地面磁共振技术的大深度探测提供技术支持。多储存电容组级联提高了最大发射电压及发射功率；采用两组充电模块给每一组储能电容并联充电，避免了传统单级充电效率低的问题。本发明提出的大功率核磁共振探水装置在以面积为200m*200m的发射线圈为负载，发射线圈电阻为2Ω时，最大发射电压达到780V，是已有的设备的1.73倍；最大发射电流达到387A，是已有设备的1.72倍；最大发射功率达到302KW，几乎是已有设备的3倍；最大探测深度达到175m，是已有设备的1.75倍。
Description
技术领域
本发明涉及一种地球物理勘探设备，尤其是针对核磁共振探水技术对地下水资源的探测，可以实现大功率发射的核磁共振探水装置。
背景技术
核磁共振地下水探测技术发展至今已有三十年的历史，作为当今唯一能够直接探测地下水的地球物理方法，在海水入侵、地下水资源勘探、水坝渗漏检测等方面已有广泛的应用。为了满足不同深度的探测要求，要求核磁共振探水仪发射机有不同的发射功率。通常发射线圈的直径约等于最大探测深度，为了实现大深度探测需要增大线圈，而相应地负载阻抗也增大；而现有的核磁共振探水仪发射机由于受储能电容额定电压值的限制，其最大发射电压不超过450V。以面积为200m*200m的发射线圈为负载时(发射线圈电阻为2Ω)，当前发射机的最大发射功率为101kW，发射电流为225A，最大探测深度不到100m，因此当前的磁共振探测发射系统无法满足大深度探测的要求。
CN1936621公开的“核磁共振与瞬变电磁联用仪及其方法”，该方法虽然联合了瞬变电磁和核磁共振两种地球物理方法，但其工作过程是独立，核磁共振发射机的最大电压仍不超过450V，当负载为2Ω时，该发射机的最大发射功率不超过101kW。因此，为了提高核磁共振探水仪的探测深度，设计一种大功率发射的核磁共振探水装置具有重要意义。
发明内容
本发明的目的就是针对上述现有技术的不足，提供一种大功率核磁共振探水装置。
本发明提出的大功率核磁共振探水装置所述的大功率是指：在以面积为200m*200m的发射线圈为负载，发射线圈电阻为2Ω时，最大发射电压达到780V、最大发射电流达到387A，最大探测深度达到175m，最大发射功率为302kW。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种大功率核磁共振探水装置的构成如下：主控电路与光耦隔离模块连接，光耦隔离模块分别与第一DC-DC充电模块、第二DC-DC充电模块、第三DC-DC充电模块、第四DC-DC充电模块、第五DC-DC充电模块和第六DC-DC充电模块连接，电瓶分别与第一DC-DC充电模块、第二DC-DC充电模块、第三DC-DC充电模块、第四DC-DC充电模块、第五DC-DC充电模块和第六DC-DC充电模块并联连接，第一DC-DC充电模块与第二DC-DC充电模块分别与第一组储能电容连接，第三DC-DC充电模块与第四DC-DC充电模块分别与第二组储能电容连接，第五DC-DC充电模块与第六DC-DC充电模块分别与第三组储能电容连接，第一组储能电容经发射桥路与第三组储能电容连接，第三组储能电容、第二组储能电容和第一组储能电容串联连接，第一组储能电容、第二组储能电容和第三组储能电容分别经电压传感器模块与主控电路连接，主控电路经IGBT驱动模块与发射桥路连接，发射桥路分别与发射线圈和谐振电容连接，发射桥路经电流传感器与主控电路连接，发射线圈与谐振电容连接，发射线圈经LCR测量仪与主控电路连接，主控电路与PC机连接，主控电路经接收机与接收线圈连接，接收机与PC机连接；
其中，主控电路、光耦隔离模块、电瓶、第一DC-DC充电模块、第二DC-DC充电模块、第三DC-DC充电模块、第四DC-DC充电模块、第五DC-DC充电模块、第六DC-DC充电模块、第一组储能电容、第二组储能电容、第三组储能电容、电压传感器模块、发射桥路、IGBT驱动模块和电流传感器集装在一个箱体内，箱体留出与其余部件或设备连接的接口。
大功率核磁共振探水装置的野外工作方法包括如下步骤：
a、根据实际最大探测面积和最大探测深度铺设发射线圈和接收线圈，铺设完成后，连接发射线圈与LCR测量仪，并把主控电路分别与LCR测量仪和PC机连接起来；
b、所有电路上电后，主控电路通过LCR测量仪测量发射线圈的电感量和电阻值，并上传到PC机显示，PC机根据待测地点的拉莫尔频率与LCR串联谐振公式
计算出谐振电容值；
c、根据PC机的计算结果，选定谐振电容值后,把谐振电容分别与发射线圈和发射桥路连接，并分别把发射线圈和发射桥路连接，接收机与接收线圈连接，接收机与PC机连接；
d、通过PC机设定发射电压、发射时间40ms-100ms和死区时间5ms-30ms，启动发射机工作，PC机根据预设的发射电压，通过主控电路控制第一至第六DC-DC充电模块给第一组储能电容至第三组储能电容并联充电，其中，第一DC-DC充电模块与第二DC-DC充电模块并联给第一组储能电容充电；第三DC-DC充电模块与第四DC-DC充电模块并联给第二组储能电容充电；第五DC-DC充电模块与第六DC-DC充电模块并联给第三组储能电容充电；且上述的三组储能电容的充电电压为发射电压的1/3倍，并通过电压传感器模块实时监测储能电容值，一直达到相应电压为止；
e、充电完成后，主控电路产生具有当地拉莫尔频率的方波脉冲，并通过IGBT驱动模块启动发射桥路；同时主控电路控制电流传感器采集发射电流，并上传至PC机，达到发射时间后，再经过死区时间，主控电路触发接收机采集磁共振信号，并把采集的数据上传到PC机，工作结束。
有益效果：本发明的一种大功率核磁共振探水装置是基于多储存电容组级联发射、并联充电的方式，实现了磁共振探水装置的大功率发射和高效率工作，为地面磁共振技术的大深度探测提供技术支持。多储存电容组级联提高了最大发射电压及发射功率；采用两组充电模块给每一组储能电容并联充电，避免了传统单级充电效率低的问题。本发明提出的大功率核磁共振探水装置在以面积为200m*200m的发射线圈为负载，发射线圈电阻为2Ω时，最大发射电压达到780V，是已有的设备的1.73倍；最大发射电流达到387A，是已有设备的1.72倍；最大发射功率达到302KW，几乎是已有设备的3倍；最大探测深度达到175m，是已有设备的1.75倍。
附图说明
图1为一本发明的一种大功率核磁共振探水装置结构框图。
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：
如图1所示，一种大功率核磁共振探水装置的构成如下：主控电路1与光耦隔离模块2连接，光耦隔离模块2分别与第一DC-DC充电模块4、第二DC-DC充电模块5、第三DC-DC充电模块6、第四DC-DC充电模块7、第五DC-DC充电模块8和第六DC-DC充电模块9连接，电瓶3分别与第一DC-DC充电模块4、第二DC-DC充电模块5、第三DC-DC充电模块6、第四DC-DC充电模块7、第五DC-DC充电模块8和第六DC-DC充电模块9并联连接，第一DC-DC充电模块4与第二DC-DC充电模块5分别与第一组储能电容10连接，第三DC-DC充电模块6与第四DC-DC充电模块7分别与第二组储能电容11连接，第五DC-DC充电模块8与第六DC-DC充电模块9分别与第三组储能电容12连接，第一组储能电容10经发射桥路14与第三组储能电容12连接，第三组储能电容12、第二组储能电容11和第一组储能电容10串联连接，第一组储能电容10、第二组储能电容11和第三组储能电容12分别经电压传感器模块13与主控电路1连接，主控电路1经IGBT驱动模块15与发射桥路14连接，发射桥路14分别与发射线圈19和谐振电容17连接，发射桥路14经电流传感器16与主控电路1连接，发射线圈19与谐振电容17连接，发射线圈19经LCR测量仪18与主控电路1连接，主控电路1与PC机20连接，主控电路1经接收机21与接收线圈22连接，接收机21与PC机20连接；
其中，主控电路1、光耦隔离模块2、电瓶3、第一DC-DC充电模块4、第二DC-DC充电模块5、第三DC-DC充电模块6、第四DC-DC充电模块7、第五DC-DC充电模块8、第六DC-DC充电模块9、第一组储能电容10、第二组储能电容11、第三组储能电容12、电压传感器模块13、发射桥路14、IGBT驱动模块15和电流传感器16集装在一个箱体内，箱体留出与其余部件或设备连接的接口。
大功率核磁共振探水装置的野外工作方法包括如下步骤：
a、根据实际最大探测面积和最大探测深度铺设发射线圈19和接收线圈22，铺设完成后，连接发射线圈19与LCR测量仪18，并把主控电路1分别与LCR测量仪18和PC机20连接起来；
b、所有电路上电后，主控电路1通过LCR测量仪18测量发射线圈19的电感量和电阻值，并上传到PC机20显示，PC机20根据待测地点的拉莫尔频率与LCR串联谐振公式
计算出谐振电容值；
c、根据PC机20的计算结果，选定谐振电容值后,把谐振电容17分别与发射线圈19和发射桥路14连接，并分别把发射线圈19和发射桥路14连接，接收机21与接收线圈22连接，接收机21与PC机20连接；
d、通过PC机20设定发射电压、发射时间40ms-100ms和死区时间5ms-30ms，启动发射机工作，PC机20根据预设的发射电压，通过主控电路1控制第一至第六DC-DC充电模块给第一组储能电容至第三组储能电容并联充电，其中，第一DC-DC充电模块4与第二DC-DC充电模块5并联给第一组储能电容10充电；第三DC-DC充电模块6与第四DC-DC充电模块7并联给第二组储能电容11充电；第五DC-DC充电模块8与第六DC-DC充电模块9并联给第三组储能电容12充电；且上述的三组储能电容的充电电压为发射电压的1/3倍，并通过电压传感器模块13实时监测储能电容值，一直达到相应电压为止；
e、充电完成后，主控电路1产生具有当地拉莫尔频率的方波脉冲，并通过IGBT驱动模块15启动发射桥路14；同时主控电路1控制电流传感器16采集发射电流，并上传至PC机20，达到发射时间后，再经过死区时间，主控电路1触发接收机21采集磁共振信号，并把采集的数据上传到PC机20，工作结束。
实施例的地点是在吉林省长春市北侧郊区烧锅镇。根据磁共振探水理论正演模型分析，在发射电流达到387A时，面积为200m*200m的发射线圈与接收线圈可探测最大深度为175m。在实施例的地点采集的数据处理后，结果显示在地下130-175m之间无含水层，与附近的钻孔数据一致。另外，以面积为200m*200m的发射线圈为负载，发射线圈电阻为2Ω时时，本实施例的一种大功率核磁共振探水装置实测最大发射功率为302kW，发射电流达到387A，最大发射电压达到780V。
Claims (2)
1.一种大功率核磁共振探水装置，其特征在于构成如下：主控电路（1）与光耦隔离模块（2）连接，光耦隔离模块（2）分别与第一DC-DC充电模块（4）、第二DC-DC充电模块（5）、第三DC-DC充电模块（6）、第四DC-DC充电模块（7）、第五DC-DC充电模块（8）和第六DC-DC充电模块（9）连接，电瓶（3）分别与第一DC-DC充电模块（4）、第二DC-DC充电模块（5）、第三DC-DC充电模块（6）、第四DC-DC充电模块（7）、第五DC-DC充电模块（8）和第六DC-DC充电模块（9）并联连接，第一DC-DC充电模块（4）与第二DC-DC充电模块（5）分别与第一组储能电容（10）连接，第三DC-DC充电模块（6）与第四DC-DC充电模块（7）分别与第二组储能电容（11）连接，第五DC-DC充电模块（8）与第六DC-DC充电模块（9）分别与第三组储能电容（12）连接，第一组储能电容（10）经发射桥路（14）与第三组储能电容（12）连接，第三组储能电容（12）、第二组储能电容（11）和第一组储能电容（10）串联连接，第一组储能电容（10）、第二组储能电容（11）和第三组储能电容（12）分别经电压传感器模块（13）与主控电路（1）连接，主控电路（1）经IGBT驱动模块（15）与发射桥路（14）连接，发射桥路（14）分别与发射线圈（19）和谐振电容（17）连接，发射桥路（14）经电流传感器（16）与主控电路（1）连接，发射线圈（19）与谐振电容（17）连接，发射线圈（19）经LCR测量仪（18）与主控电路（1）连接，主控电路（1）与PC机（20）连接，主控电路（1）经接收机（21）与接收线圈（22）连接，接收机（21）与PC机（20）连接；
其中，主控电路（1）与光耦隔离模块（2）、电瓶（3）、第一DC-DC充电模块（4）、第二DC-DC充电模块（5）、第三DC-DC充电模块（6）、第四DC-DC充电模块（7）、第五DC-DC充电模块（8）和第六DC-DC充电模块（9）、第一组储能电容（10）、第二组储能电容（11）、第三组储能电容（12）、电压传感器模块（13）、发射桥路（14）、IGBT驱动模块（15）、电流传感器（16）集装在一个箱体内，箱体留出与其余部件或设备连接的接口；三组储能电容的充电电压为发射电压的1/3倍。
2.如权利要求1所述的一种大功率核磁共振探水装置的野外工作方法，其特征在于其包括如下步骤：
a、根据实际最大探测面积和最大探测深度铺设发射线圈（19）和接收线圈（22），铺设完成后，连接发射线圈（19）与LCR测量仪（18），并把主控电路（1）分别与LCR测量仪（18）和PC机（20）连接起来；
b、所有电路上电后，主控电路（1）通过LCR测量仪（18）测量发射线圈（19）的电感量和电阻值，并上传到PC机（20）显示，PC机（20）根据待测地点的拉莫尔频率与LCR串联谐振公式
计算出谐振电容值；
c、根据PC机（20）的计算结果选定谐振电容值后,把谐振电容（17）分别与发射线圈（19）和发射桥路（14）连接，并分别把发射线圈（19）和发射桥路（14）连接，接收机（21）与接收线圈（22）连接，接收机（21）与PC机（21）连接；
d、通过PC机（20）设定发射电压、发射时间40ms-100ms和死区时间5ms-30ms，启动发射机工作，PC机（20）根据预设的发射电压，通过主控电路（1）控制第一至第六DC-DC充电模块给第一组储能电容至第三组储能电容并联充电，其中，第一DC-DC充电模块（4）与第二DC-DC充电模块（5）并联给第一组储能电容（10）充电；第三DC-DC充电模块（6）与第四DC-DC充电模块（7）并联给第二组储能电容（11）充电；第五DC-DC充电模块（8）与第六DC-DC充电模块（9）并联给第三组储能电容（12）充电；且上述的三组储能电容的充电电压为发射电压的1/3倍，并通过电压传感器模块（13）实时监测储能电容值，一直达到相应电压为止；
e、充电完成后，主控电路（1）产生具有当地拉莫尔频率的方波脉冲，并通过IGBT驱动模块（15）启动发射桥路（14）；同时主控电路（1）控制电流传感器（16）采集发射电流，并上传至PC机（20），达到发射时间后，再经过死区时间，主控电路（1）触发接收机（21）采集磁共振信号，并把采集的数据上传到PC机（20），工作结束。
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