CN113433156B - 基于核磁传感器的围海造陆地基含水量监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于核磁传感器的围海造陆地基含水量监测系统及方法，尤其适用于围海造陆地基检测使用。利用对水信号敏感的微核磁传感器和5G通讯实现围海造陆地基含水量的实时永久性监测，为地基稳定性提供可靠保障。在围海造陆地基中布置多个玻纤筒，玻纤筒内装有微核磁传感器并可在微电机的控制下上下移动，配合激光测距实现微核磁传感器在不同深度处的准确定位。监控中心、地面基站和控制分站无线连接，确保监控中心和传感器布置网内数据的双向实时传输。其步骤简单，使用方便，能够实现了充填地基含水量的三维实时监测，解决了地基排水状态难以确定的困扰。
Description
技术领域
本发明涉及围海造陆充填地基含水量监测，尤其涉及一种基于微型核磁传感器的围海造陆充填地基含水量实时监测系统。
背景技术
我国沿海地区发展迅速，城市人口密集，寸土寸金，建设用地紧张。许多城市采用围海造陆的方法拓宽城市面积，以缓解建设用地不足对经济发展的限制。实际上，围海造陆在国际上有广泛的应用。荷兰国土面积小，人口稠密，围海造陆历史悠久。其中，须德海工程中的四个垦区面积超过了1650平方公里，迁入约314.3万人口，形成了繁荣的经济区。世界最大陆地改造项目之一的迪拜棕榈岛是世界上最大的沿海人工岛，延伸了迪拜约720公里长的海岸线。棕榈岛能容纳六万居民，是世界著名旅游区，也被誉为世界第八大奇迹。天津市滨海新区沿海滩涂地区和浅水地区分布广泛，通过围海造路增加陆地面积，既利用了闲置的沿海滩涂地区又促进了城市发展。
滩涂面积大的浅海地区是围海造陆的有利地区，利用挖泥船进行吹泥填海有利于节约经济成本。然而，通过吹泥工艺形成的地基含水量极高，排水时间长，难以及时掌握地基含水状态，进而影响施工进度。此外，缺乏对建好地基含水量的实时永久性监测，难以实现对地基稳定性的长时间评价。
氢质子核磁共振技术可用于精准探测介质中的含水状态。微核磁传感器通过激发磁场作用于氢原子核，通过影响氢原子核的能量状态获取氢元素的信息。在吹泥工艺形成的地基中，含氢流体主要为水，因此可以通过微核磁传感器对地基含水量进行精准探测以及时掌握地基含水量，加快施工进程。永久性埋设的微核磁传感器则可以实现地基含水量的永久监测，从而评价地基的长时稳定性。围海造陆面积广大，需布置大规模的微核磁传感器，线路连接复杂且易出现问题。高速、低延迟的5G通讯可保证大量数据的实时传输。
发明内容
针对现有技术问题，本发明提出一种步骤简单，使用方便，检测效果好的基于核磁传感器的围海造陆地基含水量监测系统及方法。
为实现上述技术目的，本发明的基于核磁传感器的围海造陆地基含水量监测系统，包括通过无线信号相互连接的信号采集系统、传感器控制系统和信号传输系统，其中信号传输系统布置在陆地地基上，信号采集系统布置在充填地基内，传感器控制系统在充填地基区域为有线通讯，与其他区域则通过无线信号传递信息；
所述信号采集系统包括微核磁传感器、激光测距传感器、玻纤筒，所述玻纤筒垂直设置在充填地基内直至淤泥内，玻纤筒底部密封，顶部设有带供电接口的密封盖，玻纤筒内垂直设有微核磁传感器，玻纤筒为微核磁传感器提供工作空间，方便微核磁传感器在玻纤筒内自由上下移动，微核磁传感器的底部设有用以测量距离玻纤筒底部距离的激光测距传感器，实现对微核磁传感器的定位；
所述传感器控制系统包括控制分站、微电机、提升钢丝、供电通讯线；控制分站设置在玻纤筒旁地表上，所述微电机设置在玻纤筒的密封盖内测，微电机通过提升钢丝连接微核磁传感器，激光测距传感器和控制分站通过供电通讯线和地下电缆有线连接，控制分站与微核磁传感器、激光测距传感器通过供电通讯线和地下电缆有线连接；
所述信号传输系统包括地面监控中心、地面基站；其中地面监控中心、地面基站与控制分站之间通过5G无线连接。
所述控制分站包括通讯天线和控制处理器，通讯天线用以实现5G无线信号的收发，控制处理器用以实现信号编译、程序控制和数据存储功能。
所述微核磁传感器外直径为200mm，玻纤筒内直径为230mm，外直径260mm，所述设置有微核磁传感器的玻纤筒有多组布置在充填地基中，每两组微核磁传感器之间的安装间距应小于10m，玻纤筒的顶部露出充填地基，用密封盖遮挡。
所述微核磁传感器包括永磁铁和信号接收装置，永磁铁外侧设有线圈，线圈与供电通讯线连接，其中永磁铁向周围发出静磁场，线圈用于射频脉冲，信号接收装置用于接收外接反馈的核磁共振信号。
一种基于核磁传感器的围海造陆地基含水量监测系统的监测方法，其步骤如下：
a、在浅海的淤泥上堆积充填地基，之后对充填地基进行排水，然后对整个充填地基进行规划，在充填地基上设计微核磁传感器监测密度，由于微核磁传感器的监测范围小于5cm，因此相邻微核磁传感器之间的距离需要小于10m以保证区域测量精度；
b、在充填地基中钻直径为270mm的钻孔，钻孔打至浅海的淤泥底部，将装有微核磁传感器的玻纤筒插入钻孔，将玻纤筒装入钻孔，并在玻纤筒内放入通过提升钢丝连接的微核磁传感器和微电机，之后通过密封盖的通电接口接入埋设好的地下电缆，并拧紧密封盖防止进水；
c、玻纤筒安装完成后调整微核磁传感器；
d、调整好微核磁传感器后，设置监控微核磁传感器工作状态并实时检测充填地基中的含水情况；
e、充填地基构建后进行长期的排水作业中，地面监控中心每日监测并分析充填地基的含水量分布情况，并根据充填地基的含水量分布情况绘制地基三维含水量分布图；结合充填地基的含水量随时间的变化，从而预测出充填地基含水量降低到预设要求的时间。
当充填地基建设完成后，部分保留的微核磁传感器持续对充填地基的含水量继续监测，分析降水因素影响下充填地基基含水量的变化情况，保证充填地基的长期稳定性。
微核磁传感器的调整步骤为：
a1. 通过地面监控中心预先设定微核磁传感器的采样参数初始值，包括采样的间隔时间TW，累加采样次数NS，回波个数NECH和放大增益系数K，然后地面监控中心将预设参数以无线信号的形式发送，地面基站利用无线信号传输至控制分站；
a2. 无线信号由控制分站内的通讯天线接收后由控制处理器解译，并对相应微核磁传感器控制程序进行参数修改，修改完成后，通过地下电缆和供电通讯线控制微核磁传感器发出探测信号。
a3. 微核磁传感器在控制分站的控制下，按照预设参数接通线圈发出射频脉冲，原本在永磁铁产生的静磁场作用下发生极化的水分子，受到线圈产生的射频脉冲的影响而发生偏转，射频脉冲结束后，水分子又重新恢复至原始状态，这个驰豫的过程在线圈中产生感应电流，从而通过信号接收装置采集到回波信号；
a4. 回波信号由供电通讯线和地下电缆传送至控制分站，控制分站中的控制处理器将回波信号存储，进一步编译后通过通讯天线以无线信号的形式发送出去。
a5. 地面监控中心接收到回波信号后，对信号进行反演，判断信号质量。
a6. 重复a1~a5，直至采样参数调整至合适状态，即微核磁传感器反馈的信号足够清晰。
微核磁传感器的具体工作方法如下：
b1. 地面监控中心发送指令，控制分站收到信号后控制微核磁传感器进行脉冲激发和回波采集，收集的数据经编译后发回地面监控中心，整个信号传输过程为5G高速通讯，能够实现充填地基含水量变化的实时信息；
b2. 微核磁传感器在玻纤筒内的某个位置连续监测一段时间后，地面监控中心发送微核磁传感器升降的指令，指令传递至控制分站后，通过控制处理器控制微电机工作，从而带动提升钢丝的收放，实现微核磁传感器在玻纤筒内的上下移动。
b3. 激光测距传感器跟随微核磁传感器升降从而同步测量距离玻纤筒底端的距离，并将数据传回控制分站，进一步发送至地面，5G实时传输可以保证低延迟，实现微核磁传感器位置的准确控制；
b4. 重复步骤b2~b3实现不同深度处充填地基含水量的测试。
有益效果：本发明关注含水量对围海造陆地基稳定性的重要影响，选择对水分敏感的微核磁传感器和高速的5G通讯实现围海造陆地基含水量的实时永久性监测，为地基稳定性提供判断依据。在围海造陆区内每隔10m布置一密闭玻纤筒，玻纤筒内装有固定的控制装置以及可升降的微核磁传感器，实现测点处地基全深度的含水量监测。线路接通后，由监控中心发出核磁参数调整信号，信号传递至地面基站，进一步由控制分站内的通讯天线接收，控制处理器完成对核磁传感器激发脉冲的控制。微核磁传感器探测的回波信号经过供电通讯线传递至控制处理器，再通过通讯天线发出无线信号，经地面基站进行通讯传递，最终由地面监控中心接收。地面监控中心对实时传回的核磁回波信号进行反演分析，获取地基含水量信息。
附图说明
图1是本发明地基含水量的实时永久性监测系统示意图；
图2是本发明玻纤筒结构与控制分站连接的示意图；
图3是本发明微核磁传感器截面示意图；
图中：1-陆地地基 2-淤泥 3-浅海 4-充填地基 5-微核磁传感器 6-玻纤筒 7-地下电缆 8-控制处理器 9-地面基站 10-无线信号 11-地面监控中心 12-提升钢丝 13-供电通讯线 14-微电机 15-密封盖 16-通讯天线 17-控制器 18-激光测距传感器 19-永磁铁 20-线圈 21-静磁场。
具体实施方式
下面对本发明做进一步说明。
如图1所示，本发明的基于核磁传感器的围海造陆地基含水量监测系统，包括通过无线信号10相互连接的信号采集系统、传感器控制系统和信号传输系统，其中信号传输系统布置在陆地地基1上，信号采集系统布置在充填地基4内，信号传输系统在充填地基4区域为有线通讯，与其他区域则通过无线信号10传递信息；
所述信号采集系统包括微核磁传感器5、激光测距传感器18、玻纤筒6，所述玻纤筒6垂直设置在充填地基4内直至淤泥2内，玻纤筒6底部密封，顶部设有带供电接口的密封盖15，玻纤筒6内垂直设有微核磁传感器5，玻纤筒6为微核磁传感器5提供工作空间，方便微核磁传感器5在玻纤筒6内自由上下移动，微核磁传感器5的底部设有用以测量距离玻纤筒6底部距离的激光测距传感器18，实现对微核磁传感器5的定位；所述微核磁传感器5外直径为200mm，玻纤筒6内直径为230mm，外直径260mm，设置有微核磁传感器5的玻纤筒6有多组布置在充填地基4中，每两组微核磁传感器5之间的安装间距应小于10m，玻纤筒6的顶部露出充填地基4，用密封盖15遮挡，微核磁传感器5包括永磁铁19和信号接收装置，永磁铁19外侧设有线圈20，线圈20与供电通讯线13连接，其中永磁铁19向周围发出静磁场21，线圈20用于射频脉冲，信号接收装置用于接收外接反馈的核磁共振信号；
所述传感器控制系统包括控制分站8、微电机14、提升钢丝12、供电通讯线13；所述控制分站8包括通讯天线16和控制处理器17，通讯天线16用以实现5G无线信号10的收发，控制处理器17用以实现信号编译、程序控制和数据存储功能；控制分站8设置在玻纤筒6旁地表上，所述微电机14设置在玻纤筒6的密封盖15内测，微电机14通过提升钢丝12连接微核磁传感器5，激光测距传感器18和控制分站8通过供电通讯线13和地下电缆7有线连接，控制分站8与微核磁传感器5、激光测距传感器18通过供电通讯线13和地下电缆7有线连接；
所述信号传输系统包括地面监控中心11、地面基站9；其中地面监控中心11、地面基站9与控制分站8之间通过5G无线连接。
一种基于核磁传感器的围海造陆地基含水量监测系统的监测方法，其步骤如下：
a、在浅海3的淤泥2上堆积充填地基4，之后对充填地基4进行排水，然后对整个充填地基4进行规划，在充填地基4上设计微核磁传感器5监测密度，由于微核磁传感器5的监测范围小于5cm，因此相邻微核磁传感器之间的距离需要小于10m以保证区域测量精度；
b、在充填地基4中钻直径为270mm的钻孔，钻孔打至浅海的淤泥2底部，将装有微核磁传感器5的玻纤筒6插入钻孔，将玻纤筒6装入钻孔，并在玻纤筒6内放入通过提升钢丝12连接的微核磁传感器5和微电机14，之后通过密封盖15的通电接口接入埋设好的地下电缆7，并拧紧密封盖15防止进水；
c、玻纤筒6安装完成后调整微核磁传感器5；
d、调整好微核磁传感器5后，设置监控微核磁传感器5工作状态并实时检测充填地基4中的含水情况；
e、充填地基4构建后进行长期的排水作业中，地面监控中心11每日监测并分析充填地基4的含水量分布情况，并根据充填地基4的含水量分布情况绘制地基三维含水量分布图；结合充填地基4的含水量随时间的变化，从而预测出充填地基4含水量降低到预设要求的时间。
当充填地基4建设完成后，部分保留的微核磁传感器5持续对充填地基4的含水量继续监测，分析降水因素影响下充填地基4基含水量的变化情况，保证充填地基4的长期稳定性。
微核磁传感器5的调整步骤为：
a1. 通过地面监控中心11预先设定微核磁传感器5的采样参数初始值，包括采样的间隔时间TW，累加采样次数NS，回波个数NECH和放大增益系数K，然后地面监控中心11将预设参数以无线信号10的形式发送，地面基站9利用无线信号10传输至控制分站8；
a2. 无线信号10由控制分站8内的通讯天线16接收后由控制处理器17解译，并对相应微核磁传感器5控制程序进行参数修改，修改完成后，通过地下电缆7和供电通讯线13控制微核磁传感器5发出探测信号。
a3. 微核磁传感器5在控制分站8的控制下，按照预设参数接通线圈20发出射频脉冲，原本在永磁铁19产生的静磁场21作用下发生极化的水分子，受到线圈20产生的射频脉冲的影响而发生偏转，射频脉冲结束后，水分子又重新恢复至原始状态，这个驰豫的过程在线圈20中产生感应电流，从而通过信号接收装置采集到回波信号；
a4. 回波信号由供电通讯线13和地下电缆7传送至控制分站8，控制分站8中的控制处理器17将回波信号存储，进一步编译后通过通讯天线16以无线信号10的形式发送出去。
a5. 地面监控中心11接收到回波信号后，对信号进行反演，判断信号质量。
a6. 重复a1~a5，直至采样参数调整至合适状态，即微核磁传感器5反馈的信号足够清晰。
微核磁传感器5的具体工作方法如下：
b1. 地面监控中心11发送指令，控制分站8收到信号后控制微核磁传感器5进行脉冲激发和回波采集，收集的数据经编译后发回地面监控中心11，整个信号传输过程为5G高速通讯，能够实现充填地基含水量变化的实时信息；
b2. 微核磁传感器5在玻纤筒6内的某个位置连续监测一段时间后，地面监控中心11发送微核磁传感器5升降的指令，指令传递至控制分站8后，通过控制处理器17控制微电机14工作，从而带动提升钢丝12的收放，实现微核磁传感器5在玻纤筒6内的上下移动。
b3. 激光测距传感器18跟随微核磁传感器5升降从而同步测量距离玻纤筒6底端的距离，并将数据传回控制分站8，进一步发送至地面，5G实时传输可以保证低延迟，实现微核磁传感器5位置的准确控制；
b4. 重复步骤b2~b3实现不同深度处充填地基含水量的测试。
Claims (3)
1.一种基于核磁传感器的围海造陆地基含水量监测系统，其特征在于：包括通过无线信号（10）相互连接的信号采集系统、传感器控制系统和信号传输系统，其中信号采集系统布置在充填地基（4）内，信号传输系统布置在陆地地基（1），传感器控制系统在充填地基（4）区域为有线通讯，与其他区域则通过无线信号（10）传递信息；
所述信号采集系统包括微核磁传感器（5）、激光测距传感器（18）和玻纤筒（6），所述玻纤筒（6）垂直设置在充填地基（4）内直至淤泥（2）内，玻纤筒（6）底部密封，顶部设有带供电接口的密封盖（15），玻纤筒（6）内垂直设有微核磁传感器（5），玻纤筒（6）为微核磁传感器（5）提供工作空间，方便微核磁传感器（5）在玻纤筒（6）内自由上下移动，微核磁传感器（5）的底部设有用以测量距离玻纤筒（6）底部距离的激光测距传感器（18），实现对微核磁传感器（5）的定位；
所述传感器控制系统包括控制分站（8）、微电机（14）、提升钢丝（12）、供电通讯线（13）；控制分站（8）设置在玻纤筒（6）地表上，所述微电机（14）设置在玻纤筒（6）的密封盖（15）内侧，微电机（14）通过提升钢丝（12）连接微核磁传感器（5），激光测距传感器（18）和控制分站（8）通过供电通讯线（13）和地下电缆（7）有线连接，控制分站（8）与微核磁传感器（5）、激光测距传感器（18）通过供电通讯线（13）和地下电缆（7）有线连接；
所述信号传输系统包括地面监控中心（11）和地面基站（9）；其中地面监控中心（11）、地面基站（9）与控制分站（8）之间通过5G无线连接；
所述控制分站（8）包括通讯天线（16）和控制处理器（17），通讯天线（16）用以实现5G无线信号（10）的收发，控制处理器（17）用以实现信号编译、程序控制和数据存储功能；
所述微核磁传感器（5）外直径为200mm，玻纤筒（6）内直径为230mm，外直径260mm，设置有微核磁传感器（5）的玻纤筒（6）有多组布置在充填地基（4）中，每两组微核磁传感器（5）之间的安装间距应小于10m，玻纤筒（6）的顶部露出充填地基（4），用密封盖（15）遮挡；所述微核磁传感器（5）包括永磁铁（19）和信号接收装置，永磁铁（19）外侧设有线圈（20），线圈（20）与供电通讯线（13）连接，其中永磁铁（19）向周围发出静磁场（21），线圈（20）用于射频脉冲，信号接收装置用于接收外接反馈的核磁共振信号。
2.一种使用权利要求1所述基于核磁传感器的围海造陆地基含水量监测系统的监测方法，其特征在于步骤如下：
a、在浅海（3）的淤泥（2）上堆积充填地基（4），之后对充填地基（4）进行排水，然后对整个充填地基（4）进行规划，在充填地基（4）上设计微核磁传感器（5）监测密度，由于微核磁传感器（5）的监测范围小于5cm，因此相邻微核磁传感器之间的距离需要小于10m以保证区域测量精度；
b、在充填地基（4）中钻直径为270mm的钻孔，钻孔打至浅海的淤泥（2）底部，将装有微核磁传感器（5）的玻纤筒（6）插入钻孔，将玻纤筒（6）装入钻孔，并在玻纤筒（6）内放入通过提升钢丝（12）连接的微核磁传感器（5）和微电机（14），之后通过密封盖（15）的通电接口接入埋设好的地下电缆（7），并拧紧密封盖（15）防止进水；
c、玻纤筒（6）安装完成后调整微核磁传感器（5）；
d、调整好微核磁传感器（5）后，设置监控微核磁传感器（5）工作状态并实时检测充填地基（4）中的含水情况；
e、充填地基（4）构建后进行长期的排水作业中，地面监控中心（11）每日监测并分析充填地基（4）的含水量分布情况，并根据充填地基（4）的含水量分布情况绘制地基三维含水量分布图；结合充填地基（4）的含水量随时间的变化，从而预测出充填地基（4）含水量降低到预设要求的时间；
微核磁传感器（5）的调整步骤为：
a1. 通过地面监控中心（11）预先设定微核磁传感器（5）的采样参数初始值，包括采样的间隔时间TW，累加采样次数NS，回波个数NECH和放大增益系数K，然后地面监控中心（11）将预设参数以无线信号（10）的形式发送，地面基站（9）利用无线信号（10）传输至控制分站（8）；
a2. 无线信号（10）由控制分站（8）内的通讯天线（16）接收后由控制处理器（17）解译，并对相应微核磁传感器（5）控制程序进行参数修改，修改完成后，通过地下电缆（7）和供电通讯线（13）控制微核磁传感器（5）发出探测信号；
a3. 微核磁传感器（5）在控制分站（8）的控制下，按照预设参数接通线圈（20）发出射频脉冲，原本在永磁铁（19）产生的静磁场（21）作用下发生极化的水分子，受到线圈（20）产生的射频脉冲的影响而发生偏转，射频脉冲结束后，水分子又重新恢复至原始状态，这个驰豫的过程在线圈（20）中产生感应电流，从而通过信号接收装置采集到回波信号；
a4. 回波信号由供电通讯线（13）和地下电缆（7）传送至控制分站（8），控制分站（8）中的控制处理器（17）将回波信号存储，进一步编译后通过通讯天线（16）以无线信号（10）的形式发送出去；
a5. 地面监控中心（11）接收到回波信号后，对信号进行反演，判断信号质量；
a6. 重复a1~a5，直至采样参数调整至合适状态，即微核磁传感器（5）反馈的信号足够清晰；
微核磁传感器（5）的具体工作方法如下：
b1. 地面监控中心（11）发送指令，控制分站（8）收到信号后控制微核磁传感器（5）进行脉冲激发和回波采集，收集的数据经编译后发回地面监控中心（11），整个信号传输过程为5G高速通讯，能够实现充填地基含水量变化的实时信息；
b2. 微核磁传感器（5）在玻纤筒（6）内的某个位置连续监测一段时间后，地面监控中心（11）发送微核磁传感器（5）升降的指令，指令传递至控制分站（8）后，通过控制处理器（17）控制微电机（14）工作，从而带动提升钢丝（12）的收放，实现微核磁传感器（5）在玻纤筒（6）内的上下移动；
b3. 激光测距传感器（18）跟随微核磁传感器（5）升降从而同步测量距离玻纤筒（6）底端的距离，并将数据传回控制分站（8），进一步发送至地面，5G实时传输可以保证低延迟，实现微核磁传感器（5）位置的准确控制；
b4. 重复步骤b2~b3实现不同深度处充填地基含水量的测试。
3.根据权利要求2所述的监测方法，其特征在于：当充填地基（4）建设完成后，部分保留的微核磁传感器（5）持续对充填地基（4）的含水量继续进行监测，分析降水因素影响下充填地基（4）基含水量的变化情况，保证充填地基（4）的长期稳定性。
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|---|---|---|---|---|
| CN117647554B (zh) * | 2024-01-30 | 2024-04-30 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 多探头核磁共振联合孔隙水压力原位地下监测系统及方法 |
Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB925630A (en) * | 1959-08-05 | 1963-05-08 | California Research Corp | Nuclear magnetism well logging apparatus |
| GB1110804A (en) * | 1964-08-05 | 1968-04-24 | Chevron Res | Nuclear magnetism well logging method and apparatus |
| GB0021090D0 (en) * | 1996-02-23 | 2000-10-11 | Western Atlas Int Inc | Nuclear magnetic resonance apparatus and method |
| RU2308709C1 (ru) * | 2006-02-26 | 2007-10-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") | Способ определения содержания жира в маргарине |
| CN102096112A (zh) * | 2010-12-16 | 2011-06-15 | 吉林大学 | 基于阵列线圈的核磁共振地下水探测仪及野外探测方法 |
| WO2014008226A1 (en) * | 2012-07-02 | 2014-01-09 | Millikelvin Technologies Llc | Techniques, systems and machine readable programs for magnetic resonance |
| CN103852794A (zh) * | 2014-03-27 | 2014-06-11 | 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 |
| RU2587109C1 (ru) * | 2015-04-16 | 2016-06-10 | Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (ОАО "ГНИНГИ") | Система обнаружения и мониторинга загрязнений морского нефтегазового промысла |
| CN205610316U (zh) * | 2016-05-17 | 2016-09-28 | 吉林大学 | 一种核磁共振地下水探测仪的电源装置 |
| CN106501295A (zh) * | 2016-09-22 | 2017-03-15 | 大连工业大学 | 一种在线监测海参解冻过程中水分变化的方法 |
| CN109343129A (zh) * | 2018-11-14 | 2019-02-15 | 吉林大学 | 一种基于无线网桥的大覆盖地面核磁共振探测装置及方法 |
| CN111323834A (zh) * | 2020-04-23 | 2020-06-23 | 中国地质大学（北京） | 结合核磁共振技术进行自发渗吸在线监测的渗吸装置 |
| CN112254764A (zh) * | 2020-10-16 | 2021-01-22 | 湖南工程学院 | 一种堤坝渗漏通道快速定位监测系统及方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7298142B2 (en) * | 2005-06-27 | 2007-11-20 | Baker Hughes Incorporated | Method and apparatus for reservoir fluid characterization in nuclear magnetic resonance logging |
| WO2009029241A1 (en) * | 2007-08-24 | 2009-03-05 | The Regents Of The University Of California | Dynamic nuclear polarization enhanced nuclear magnetic resonance of water under ambient conditions |
| US8436609B2 (en) * | 2007-10-05 | 2013-05-07 | Exxonmobil Upstream Research Company | Method and apparatus for detection of a liquid under a surface |
| US8593140B2 (en) * | 2007-11-02 | 2013-11-26 | Schlumberger Technology Corporation | Formation testing and evaluation using localized injection |
| US9551807B2 (en) * | 2012-05-01 | 2017-01-24 | Vista Clara Inc. | NMR detection of water and hydrocarbons during induced alteration processes |
| US9348054B2 (en) * | 2012-07-04 | 2016-05-24 | Vista Clara Inc. | NMR measurement of engineered flow management structures |
-
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Patent Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB925630A (en) * | 1959-08-05 | 1963-05-08 | California Research Corp | Nuclear magnetism well logging apparatus |
| GB1110804A (en) * | 1964-08-05 | 1968-04-24 | Chevron Res | Nuclear magnetism well logging method and apparatus |
| GB0021090D0 (en) * | 1996-02-23 | 2000-10-11 | Western Atlas Int Inc | Nuclear magnetic resonance apparatus and method |
| RU2308709C1 (ru) * | 2006-02-26 | 2007-10-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") | Способ определения содержания жира в маргарине |
| CN102096112A (zh) * | 2010-12-16 | 2011-06-15 | 吉林大学 | 基于阵列线圈的核磁共振地下水探测仪及野外探测方法 |
| WO2014008226A1 (en) * | 2012-07-02 | 2014-01-09 | Millikelvin Technologies Llc | Techniques, systems and machine readable programs for magnetic resonance |
| CN103852794A (zh) * | 2014-03-27 | 2014-06-11 | 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 |
| RU2587109C1 (ru) * | 2015-04-16 | 2016-06-10 | Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (ОАО "ГНИНГИ") | Система обнаружения и мониторинга загрязнений морского нефтегазового промысла |
| CN205610316U (zh) * | 2016-05-17 | 2016-09-28 | 吉林大学 | 一种核磁共振地下水探测仪的电源装置 |
| CN106501295A (zh) * | 2016-09-22 | 2017-03-15 | 大连工业大学 | 一种在线监测海参解冻过程中水分变化的方法 |
| CN109343129A (zh) * | 2018-11-14 | 2019-02-15 | 吉林大学 | 一种基于无线网桥的大覆盖地面核磁共振探测装置及方法 |
| CN111323834A (zh) * | 2020-04-23 | 2020-06-23 | 中国地质大学（北京） | 结合核磁共振技术进行自发渗吸在线监测的渗吸装置 |
| CN112254764A (zh) * | 2020-10-16 | 2021-01-22 | 湖南工程学院 | 一种堤坝渗漏通道快速定位监测系统及方法 |
Non-Patent Citations (9)
| Title |
|---|
| Measurement of water content and moisture distribution in sludge by 1H nuclear magnetic resonance spectroscopy;Mao, Huazhen;DRYING TECHNOLOGY;第34卷(第3期);全文 * |
| 低温循环致裂煤体孔隙结构演化规律试验研究;翟成;煤炭科学技术;第45卷(第6期);全文 * |
| 厦门环东海域填海造地工程监测与检测技术;岳向红;杨永波;李祺;蒋建国;;工程质量(第09期);全文 * |
| 地面核磁共振技术及其水库坝基渗漏探测;李莉莉;杜雨彤;聂栋刚;仇恒永;;上海国土资源(第04期);全文 * |
| 微型核磁共振探头在岩石孔内测量可行性研究;李楠;李新;张永浩;朱涵斌;陈渝;王晓冬;郭英才;徐征;;测井技术(第02期);全文 * |
| 杭州钱塘江流域粉土及城西淤泥质土试样微观试验研究;潘道明;张世民;程捷;徐群超;陈威涣;;现代城市(第02期);全文 * |
| 综合物探在罗布泊地下水勘查中的应用;孟宪玮, 朱庆俊, 彭成, 杨桂新;工程地球物理学报(第04期);全文 * |
| 轻便新型核磁共振找水仪及其在堤坝监测中的应用;潘玉玲, Jean BERNARD, 李振宇, 熊玉珍, 甘涛;大坝与安全;20040225(第01期);全文 * |
| 间歇性循环荷载下杭州淤泥质软黏土宏微观动力特性研究;郑晴晴;中国博士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑;全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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