CN117647554B - 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 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及岩土探测领域，具体公开了一种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，监测系统包括多探头组件、数据采集及分析系统和电缆，多探头组件包括筒状的外壳和固定设置于外壳中的多组联合探头模块，多组联合探头模块沿外壳的轴向依次间隔排布且分别位于不同深度的地层；每组联合探头模块包括核磁探头和孔隙水压力测量装置，每组联合探头模块中核磁探头的测量频率各不相同；数据采集及分析系统包括核磁共振谱仪、孔隙水压力数据处理器和数据处理分析仪；电缆连接于多组联合探头模块和数据采集及分析系统，用于供电以及传输测量数据。本申请可对地下岩土中的水分分布及含水率、地下水位等进行长期、连续的原位监测。
Description
技术领域
本申请涉及岩土探测领域，尤其是涉及一种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。
背景技术
孔隙水压力是存在于土壤、岩石或其他多孔介质中的水分所受到的压力，是获取土体力学性质的重要依据。核磁共振技术能够反映土体的含水率与水分分布情况，开展土体原位核磁测量能得到原状土的水分含量等信息。
在对污染物场地的风险评估时，通过获取地下原状土的水分含量及孔隙水压力信息，可以了解地下岩土的水分分布和污染物的迁移路径、速率和扩散范围。这有助于评估污染场地的风险、制定污染物治理和修复策略，并监测治理效果的变化。
然而，原状土取样过程难以避免取土、运输引起的附加扰动，且取样后开展的实验测试难以还原地下条件；另一方面，土体性质具有时空变异性，取样有可能不具有代表性，目前的相关技术难以获取地下岩土体的水分含量及孔隙水压力随时间变化的信息。因此，需要一种对岩土进行长期、连续监测的装置，实现对地下岩土尤其是污染场地的原位监测并预测地下水位的变化趋势。
发明内容
为了对地下岩土中的水分分布及含水率、地下水位等进行长期、连续的原位监测，本申请提供一种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。
本申请提供的一种多探头核磁共振联合孔隙水压力原位地下监测系统采用如下的技术方案：
一种多探头核磁共振联合孔隙水压力原位地下监测系统，包括：
多探头组件，包括筒状的外壳和固定设置于所述外壳中的多组联合探头模块，多组所述联合探头模块沿所述外壳的轴向依次间隔排布且分别位于不同深度的地层；每组所述联合探头模块包括核磁探头和孔隙水压力测量装置，每组所述联合探头模块中，所述核磁探头的测量频率各不相同；
数据采集及分析系统，包括核磁共振谱仪、孔隙水压力数据处理器和数据处理分析仪；
电缆，连接于多组所述联合探头模块和所述数据采集及分析系统，用于供电以及传输测量数据。
将多探头组件下放至钻孔中，使多个联合探头模块分别埋置于不同深度的土层，对不同深度位置原状土的核磁信息和孔隙水压力进行同时测量。不同频率的核磁探头采集的数据统一由电缆传输至地面的核磁共振谱仪，从采集信号频率上实现了多个核磁探头数据的区分。
测量数据经过数据处理分析仪处理，得到不同深度位置土体的T2分布谱和孔隙水压力信息，根据T2分布谱可得到土体的含水率、水分分布信息，根据孔隙水压力信息可得到孔隙水压力梯度。结合含水率、水分分布和孔隙水压力信息，可以对土体进行更准确、全面地评价，对于地下岩土水分分布和迁移的实时监测以及土壤稳定性的评估，尤其是污染物场地的风险评估具有重要的应用价值。
将多探头组件长期埋置于地下土体进行原位测量，还能实现水分含量、水位变化随时间推移的长期、连续监测。
进一步地，所述联合探头模块包括套筒和贯穿于所述套筒的套管，所述套管与所述套筒共轴线且二者固定连接，所述核磁探头和所述孔隙水压力测量装置均安装于所述套筒内；所述套筒中安装有电路板，所述核磁探头和所述孔隙水压力测量装置均与所述电路板连接；多个所述联合探头模块中的电路板均连接于所述电缆。
进一步地，所述套管的轴向长度大于所述套筒的轴向长度，相邻的两个所述套管之间通过螺纹连接，所述电缆安装于所述套管内。
如此可实现任意数量联合探头模块的连接。
进一步地，所述核磁探头包括固定设置于所述套筒中的磁体和绕设于所述套筒外的射频线圈，所述射频线圈连接于所述电路板。
进一步地，每个所述核磁探头中，所述磁体包括两个极性相反的空心圆柱型磁铁，两个所述磁铁沿自身轴向间隔排布，产生围绕轴线的圆环形静磁场B0；所述射频线圈位于两个所述磁铁之间，所述射频线圈产生的射频磁场B1沿磁体轴向且与静磁场B0垂直。
进一步地，所述套筒的外周侧的中部设置有供所述射频线圈缠绕的凹槽。
进一步地，不同的所述核磁探头中，所述磁体的磁场强度各不相同，使得每个所述核磁探头的共振频率各不相同。
每个核磁探头都采用不同磁场强度的磁体，根据磁场强度B0和共振频率的关系，每个探头的共振频率/>都不相同，并将每个探头的射频线圈频率和磁体产生静磁场B0的磁场强度调谐一致，使得每个核磁探头都在不同的频率下工作，不同频率射频线圈采集的数据统一由电缆传输至地面谱仪系统，从采集信号频率上实现了多核磁探头数据的区分。
进一步地，所述孔隙水压力测量装置包括两个于所述套管轴线两侧对称分布的孔隙水压力传感器，所述孔隙水压力传感器包括壳体和设置于所述壳体中的孔隙水压力传感组件。
两个孔隙水压力传感器同时测量同一深度土体的孔隙水压力。
进一步地，所述孔隙水压力传感组件包括与土体接触的透水石和用于感应压力变化的敏感元，所述透水石和所述敏感元之间设置有密封的空腔，所述敏感元连接于所述电路板，所述套筒和所述外壳上均开设有供所述透水石接触土体的通孔。
透水石与土体接触，将土体的孔隙水压力传递至空腔，孔隙水压力的变化引起空腔内的气压变化，敏感元将气压变化转化为电信号输出，实现孔隙水压力的测量。
本申请提供一种多探头核磁共振联合孔隙水压力原位地下监测方法，采用一种多探头核磁共振联合孔隙水压力原位地下监测系统，包括以下步骤：
步骤一：将多探头组件下放至土体钻孔中的目标层段；
步骤二：多组联合探头模块分别对不同深度的土层同时进行孔隙水压力和核磁共振测量；
步骤三：通过电缆传输，孔隙水压力数据处理器接收所有孔隙水压力测量装置采集的数据；核磁共振谱仪接收所有核磁探头的测量信号并进行频谱分析，以区分每个核磁探头采集的核磁共振原始测量数据；
步骤四：原始测量数据传输至数据处理分析仪，对不同深度位置核磁探头和孔隙水压力测量装置的测量数据进行处理，得到不同深度位置土体的T2分布谱和孔隙水压力信息；
步骤五：根据T2分布谱得到土体的含水率、水分分布信息，根据孔隙水压力信息得到孔隙水压力梯度；
步骤六：将多探头组件长时间埋置于钻孔中，对土体进行长期、连续监测。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.多个联合探头模块分别埋置于不同深度的土层，对不同深度位置原状土的核磁信息和孔隙水压力进行同时测量，可同时获取不同深度位置原状土的含水率、水分分布和孔隙水压力信息，从而对土体进行更准确、全面地评价，对于地下岩土水分分布和迁移的实时监测以及土壤稳定性的评估，尤其是污染物场地的风险评估具有重要的应用价值；
2.每个核磁探头都采用不同磁场强度的磁体，使得每个核磁探头都在不同的频率下工作，不同频率的射频线圈采集的数据统一由电缆传输至地面谱仪系统，从采集信号频率上实现了多核磁探头数据的区分；
3.将多探头组件长期埋置于地下土体进行原位测量，可以实现水分含量、水位变化随时间推移的长期、连续监测。
附图说明
图1是本申请实施例的整体结构示意图；
图2是本申请实施例中多探头组件的剖视结构示意图；
图3是本申请实施例中孔隙水压力传感器的剖视结构示意图。
附图标记：1、核磁探头；2、孔隙水压力测量装置；3、磁体；4、射频线圈；5、套筒；6、电路板；7、电缆；8、外壳；9、套管；10、顶盖；11、上盖；12、下盖；13、端盖；14、壳体；15、密封圈；16、透水石；17、空腔；18、敏感元；19、电缆腔；20、数据采集及分析系统；21、孔隙水压力传感器；22、核磁共振谱仪；23、孔隙水压力数据处理器；24、数据处理分析仪。
具体实施方式
以下结合附图1-3对本申请作进一步详细说明。
实施例1
本申请实施例公开一种多探头核磁共振联合孔隙水压力原位地下监测系统。参照图1和图2，多探头核磁共振联合孔隙水压力原位地下监测系统包括多探头组件、数据采集及分析系统20和电缆7。
参照图2，多探头组件包括筒状的外壳8和固定设置于外壳8中的多组联合探头模块，多组联合探头模块沿外壳8的轴向依次间隔排布且分别位于不同深度的地层，本实施例中，联合探头模块设置有四组。每组联合探头模块包括核磁探头1和位于核磁探头1上方的孔隙水压力测量装置2；每组联合探头模块中，核磁探头1的测量频率各不相同。
参照图1和图2，数据采集及分析系统20包括核磁共振谱仪22、孔隙水压力数据处理器23和数据处理分析仪24。电缆7连接于多组联合探头模块和数据采集及分析系统20，用于供电以及传输测量数据。
将多探头组件下放至钻孔中，使多个联合探头模块分别埋置于不同深度的土层，对不同深度位置原状土的核磁信息和孔隙水压力进行同时测量，测量数据由电缆7传输至数据采集及分析系统20。核磁共振谱仪22对不同频率的核磁探头1采集的数据进行频谱分析，从采集信号频率上实现多个核磁探头1数据的区分。孔隙水压力数据处理器23接收孔隙水压力测量装置2采集的数据。
测量数据经过数据处理分析仪24处理，得到不同深度位置土体的T2分布谱和孔隙水压力信息，根据T2分布谱可得到土体的含水率、水分分布信息，根据孔隙水压力信息可得到孔隙水压力梯度。结合含水率、水分分布和孔隙水压力信息，可以对土体进行更准确、全面地评价，对于地下岩土水分分布和迁移的实时监测以及土壤稳定性的评估，尤其是污染物场地的风险评估具有重要的应用价值。
将多探头组件长期埋置于地下土体进行原位测量，还能实现水分含量、水位变化随时间推移的长期、连续监测。
参照图2，联合探头模块包括套筒5和贯穿于套筒5的套管9，套管9与套筒5共轴线且二者通过环氧树脂粘连固定，套筒5的外侧壁抵接于外壳8的内侧壁。套管9的轴向长度大于套筒5的轴向长度，相邻的两个套管9之间通过螺纹连接，如此可实现任意数量联合探头模块的连接。电缆7安装于套管9内。
参照图2，核磁探头1和孔隙水压力测量装置2均安装于套筒5内，套筒5的两端分别连接有上盖11和下盖12。套筒5中安装有电路板6，核磁探头1和孔隙水压力测量装置2均与电路板6连接，多个联合探头模块中的电路板6均连接于电缆7。
参照图2，核磁探头1包括固定设置于套筒5中的磁体3和绕设于套筒5外的射频线圈4，射频线圈4连接于电路板6，套筒5的外周侧的中部设置有供射频线圈4缠绕的凹槽。每个核磁探头1中，磁体3包括两个空心圆柱型磁铁，套管9贯穿于磁铁。两个磁铁沿自身轴向间隔排布且二者的极性相反，即二者的磁场反向相反，产生围绕轴线的圆环形静磁场B0，静磁场B0均匀的区域为敏感区域；射频线圈4位于两个磁铁之间，射频线圈4产生的射频磁场B1沿磁体3轴向且与静磁场B0垂直。
进一步地，不同的核磁探头1中，磁体3的磁场强度各不相同，使得每个核磁探头1的共振频率各不相同。根据磁场强度B0和共振频率的关系，每个探头的共振频率/>都不相同，将每个探头的射频线圈频率和磁体产生静磁场B0的磁场强度调谐一致，使得每个核磁探头1都在不同的频率下工作，不同频率射频线圈采集的数据统一由电缆7传输至地面谱仪系统，从采集信号频率上实现了多核磁探头1数据的区分。
为了使核磁探头1的磁场能够到达需要测量的土体区域，套管9采用非磁性不锈钢制成，套筒5采用聚四氟乙烯材料制成，外壳8采用无磁不导电的玻璃钢材料制成。进一步，套筒5采用聚四氟乙烯材料有助于降低核磁共振测量信号中的背景噪声干扰；外壳8采用无磁不导电的材料还保证了多探头组件下放并埋置于地下土体时具有良好的防水防腐性能。
参照图2和图3，孔隙水压力测量装置2包括于套管9轴线两侧对称分布的两个孔隙水压力传感器21，两个孔隙水压力传感器21分别对同一深度土体两个方向上的孔隙水压力进行测量。
参照图3，孔隙水压力传感器21包括壳体14和设置于壳体14中的孔隙水压力传感组件。壳体14的一端螺纹连接有端盖13，端盖13上开设有通孔，端盖13与壳体14之间设置有密封圈15。壳体14采用黄铜材料制成，端盖13采用不锈钢材料制成。
进一步地，参照图3，孔隙水压力传感组件包括与土体接触的透水石16和用于感应压力变化的敏感元18，透水石16和敏感元18之间设置有密封的空腔17。透水石16的一侧紧贴于端盖13，敏感元18通过电缆腔19连接于电路板6，套筒5和外壳8上均开设有供透水石16接触土体的通孔。
透水石16采用多孔陶瓷材料制成，厚度较小，能够有效地缩短外界孔压处于动力变化时应力波的传递时间。敏感元18为电阻应变片，用于测量土壤中水分子的孔隙水压力，能够准确感应透水石16外的静力孔压变化。透水石16与端盖13采用内凹设计，有助于消除两种介质强度差异对应力路径的影响。
透水石16与土体接触时，将土体的孔隙水压力传递至空腔17，土壤中孔隙水压力的变化引起空腔17内的气压变化，敏感元18将气压变化转化为电信号输出，实现土壤孔隙水压力的测量。
参照图2，外壳8远离地面的一端固定连接有非磁性不锈钢制成的顶盖10，顶盖10与土体接触的一面呈凸弧面。凸弧面有助于将多探头组件顺利下放至钻孔内，防止探头卡钻。
本申请实施例一种多探头核磁共振联合孔隙水压力原位地下监测系统的实施原理为：将多探头组件下放至钻孔中，使多个联合探头模块分别埋置于不同深度的土层，对不同深度位置原状土的核磁信息和孔隙水压力进行同时测量，测量数据由电缆7传输至数据采集及分析系统20。核磁共振谱仪22对不同频率的核磁探头1采集的数据进行频谱分析，从采集信号频率上实现多个核磁探头1数据的区分。孔隙水压力数据处理器23接收孔隙水压力测量装置2的孔隙水压力数据。
测量数据经过数据处理分析仪24处理，得到不同深度位置土体的T2分布谱和孔隙水压力信息，根据T2分布谱可得到土体的含水率、水分分布信息，根据孔隙水压力信息可得到孔隙水压力梯度。结合含水率、水分分布和孔隙水压力信息，可以对土体进行更准确、全面地评价，对于地下岩土水分分布和迁移的实时监测以及土壤稳定性的评估，尤其是污染物场地的风险评估具有重要的应用价值。将多探头组件长期埋置于地下土体进行原位测量，还能实现水分含量、水位变化随时间推移的长期、连续监测。
实施例2
本申请实施例公开一种多探头核磁共振联合孔隙水压力原位地下监测方法，采用实施例1公开的一种多探头核磁共振联合孔隙水压力原位地下监测系统，包括以下步骤：
步骤一：将多探头组件下放至土体钻孔中的目标层段；
步骤二：多组联合探头模块中的孔隙水压力传感器21和核磁探头1分别对不同深度的土层同时进行孔隙水压力和核磁共振测量；
步骤三：通过电缆7传输，孔隙水压力数据处理器23接收所有孔隙水压力测量装置2采集的数据；核磁共振谱仪22接收所有核磁探头1的测量信号并进行频谱分析，以区分每个核磁探头1采集的核磁共振原始测量数据；
步骤四：原始测量数据传输至数据处理分析仪24，对不同深度位置核磁探头1和孔隙水压力测量装置2的测量数据进行处理，得到不同深度位置土体的T2分布谱和孔隙水压力信息；获得T2分布谱的方法如下：
土中氢核数量和磁化信号强度成正比，核磁共振探头测量的核磁共振横向磁化矢量回波衰减信号如公式（1）：
(1)
式（1）中，是一个回波衰减信号中第i个磁化矢量强度，/>为衰减时间，/>为设定的第j个横向弛豫时间，/>为第j个横向弛豫时间对应的幅度；四个探头分别测量，得到四组回波衰减信号；
核磁共振测量原始信号可经反演算法处理需要通过反演得到，即可得到T2分布谱，四个核磁探头测量分别得到不同深度位置土的T2分布；T2分布中短T2部分对应着土体中的小孔隙中的水，长T2部分是较大孔隙水的反映，基于T2谱能够得到土的微观孔隙结构特征；
步骤五：根据T2分布谱得到土体的含水率、水分分布信息，根据孔隙水压力信息得到孔隙水压力梯度；
由T2分布谱得到土体的含水率的方法如下：
按公式（2）计算不同深度位置核磁探头测量的土含水量：
(2)
式（2）中，为单个核磁共振探头测量土体中水信号的总体积；/>和分别为T2分布谱的最小值和最大值；
按公式（3）计算该深度位置土体的含水率：
(3)
式（3）中，为核磁共振探头测量区域的总体积；/>为含水率；通过四个核磁探头测量，分别得到四个不同位置土的含水率/>、/>、/>、/>；
由孔隙水压力信息得到孔隙水压力梯度的方法如下：
对同一深度位置上的两个孔隙水压力传感器的测量值求平均值作为该深度土体的孔隙水压力；
按公式（4）计算四个深度位置对应的孔隙水压力值、/>、/>、/>：
(4)
步骤六：将多探头组件长时间埋置于钻孔中，对土体进行长期、连续监测。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种多探头核磁共振联合孔隙水压力原位地下监测系统，其特征在于：包括：
多探头组件，包括筒状的外壳和固定设置于所述外壳中的多组联合探头模块，多组所述联合探头模块沿所述外壳的轴向依次间隔排布且分别位于不同深度的地层；每组所述联合探头模块包括核磁探头和孔隙水压力测量装置，用于对不同深度位置原状土的核磁信息和孔隙水压力进行同时测量，同时获取不同深度位置原状土的含水率、水分分布和孔隙水压力信息；每组所述联合探头模块中，所述核磁探头包括磁体，不同的所述核磁探头中，所述磁体的磁场强度各不相同，使得每个所述核磁探头的共振频率各不相同；不同频率的核磁探头采集的数据统一由电缆传输至地面谱仪系统，从采集信号频率上实现多核磁探头数据的区分；
数据采集及分析系统，包括核磁共振谱仪、孔隙水压力数据处理器和数据处理分析仪；
电缆，连接于多组所述联合探头模块和所述数据采集及分析系统，用于供电以及传输测量数据。
2.根据权利要求1所述的一种多探头核磁共振联合孔隙水压力原位地下监测系统，其特征在于：所述联合探头模块包括套筒和贯穿于所述套筒的套管，所述套管与所述套筒共轴线且二者固定连接，所述核磁探头和所述孔隙水压力测量装置均安装于所述套筒内；所述套筒中安装有电路板，所述核磁探头和所述孔隙水压力测量装置均与所述电路板连接，多个所述联合探头模块中的电路板均连接于所述电缆。
3.根据权利要求2所述的一种多探头核磁共振联合孔隙水压力原位地下监测系统，其特征在于：所述套管的轴向长度大于所述套筒的轴向长度，相邻的两个所述套管之间通过螺纹连接，所述电缆安装于所述套管内。
4.根据权利要求3所述的一种多探头核磁共振联合孔隙水压力原位地下监测系统，其特征在于：所述核磁探头包括绕设于所述套筒外的射频线圈，所述射频线圈连接于所述电路板，所述磁体固定设置于所述套筒中。
5.根据权利要求4所述的一种多探头核磁共振联合孔隙水压力原位地下监测系统，其特征在于：每个所述核磁探头中，所述磁体包括两个极性相反的空心圆柱型磁铁，两个所述磁铁沿自身轴向间隔排布，产生围绕轴线的圆环形静磁场B0；所述射频线圈位于两个所述磁铁之间，所述射频线圈产生的射频磁场B1沿磁体轴向且与静磁场B0垂直。
6.根据权利要求5所述的一种多探头核磁共振联合孔隙水压力原位地下监测系统，其特征在于：所述套筒的外周侧的中部设置有供所述射频线圈缠绕的凹槽。
7.根据权利要求2所述的一种多探头核磁共振联合孔隙水压力原位地下监测系统，其特征在于：所述孔隙水压力测量装置包括两个于所述套管轴线两侧对称分布的孔隙水压力传感器，所述孔隙水压力传感器包括壳体和设置于所述壳体中的孔隙水压力传感组件。
8.根据权利要求7所述的一种多探头核磁共振联合孔隙水压力原位地下监测系统，其特征在于：所述孔隙水压力传感组件包括与土体接触的透水石和用于感应压力变化的敏感元，所述透水石和所述敏感元之间设置有密封的空腔，所述敏感元连接于所述电路板，所述套筒和所述外壳上均开设有供所述透水石接触土体的通孔。
9.一种多探头核磁共振联合孔隙水压力原位地下监测方法，其特征在于：采用权利要求1-8任一项所述的一种多探头核磁共振联合孔隙水压力原位地下监测系统，包括以下步骤：
步骤一：将多探头组件下放至土体钻孔中的目标层段；
步骤二：多组联合探头模块分别对不同深度的土层同时进行孔隙水压力和核磁共振测量；
步骤三：通过电缆传输，孔隙水压力数据处理器接收所有孔隙水压力测量装置采集的数据；核磁共振谱仪接收所有核磁探头的测量信号并进行频谱分析，以区分每个核磁探头采集的核磁共振原始测量数据；
步骤四：原始测量数据传输至数据处理分析仪，对不同深度位置核磁探头和孔隙水压力测量装置的测量数据进行处理，得到不同深度位置土体的T2分布谱和孔隙水压力信息；
步骤五：根据T2分布谱得到土体的含水率和水分分布信息，根据孔隙水压力信息得到孔隙水压力梯度；
步骤六：将多探头组件长时间埋置于钻孔中，对土体进行长期连续监测。
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Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN117871582A (zh) * | 2024-03-12 | 2024-04-12 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 一种自钻式核磁共振与旁压土体原位测试装置及方法 |
Citations (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2606354Y (zh) * | 2003-03-25 | 2004-03-10 | 中国海洋大学 | 海底土体原位孔压监测装置 |
| CN1790017A (zh) * | 2005-12-12 | 2006-06-21 | 国家海洋局第一海洋研究所 | 海底土多功能多道孔隙水压力监测探杆 |
| CN101581092A (zh) * | 2009-06-09 | 2009-11-18 | 陈杰德 | 快速增压预压法软地基处理方法 |
| CN105114071A (zh) * | 2015-09-23 | 2015-12-02 | 中国石油大学(北京) | 具有多层磁体的核磁共振测井仪探头及天线激励方法 |
| CN105298486A (zh) * | 2015-11-25 | 2016-02-03 | 中国石油集团钻井工程技术研究院 | 井下可控的随钻核磁共振测井装置 |
| CN106802132A (zh) * | 2017-01-18 | 2017-06-06 | 青岛海洋地质研究所 | 一种贯入式多功能海底沉积物原位观测探杆 |
| CN107208477A (zh) * | 2015-03-05 | 2017-09-26 | 哈里伯顿能源服务公司 | 核磁共振设备、系统和方法 |
| CN107807143A (zh) * | 2017-11-30 | 2018-03-16 | 青岛海洋地质研究所 | 水合物专用低场核磁共振多探头定量测试系统及方法 |
| CN113155883A (zh) * | 2021-04-20 | 2021-07-23 | 吉林大学 | 磁共振浅地表土壤水和烃污染物含量测量装置及方法 |
| CN113359200A (zh) * | 2021-06-25 | 2021-09-07 | 中国矿业大学 | 一种基于核磁传感器的核废料掩埋场水体监测系统及方法 |
| CN113433155A (zh) * | 2021-06-25 | 2021-09-24 | 中国矿业大学 | 一种寒区路基未冻水实时监测系统及方法 |
| CN113433156A (zh) * | 2021-06-25 | 2021-09-24 | 中国矿业大学 | 基于核磁传感器的围海造陆地基含水量监测系统及方法 |
| CN113432645A (zh) * | 2021-06-25 | 2021-09-24 | 中国矿业大学 | 基于nmr和北斗遥感联测的大坝及边坡稳定性监测预警方法 |
| CN115855811A (zh) * | 2022-11-10 | 2023-03-28 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 土中有机污染物连续探测的紫外线荧光测试装置及方法 |
| CN116106354A (zh) * | 2022-12-20 | 2023-05-12 | 北京青檬艾柯科技有限公司 | 一种新型多维核磁共振t1-t2*成像方法 |
| CN116297623A (zh) * | 2023-05-04 | 2023-06-23 | 港湾之星健康生物(深圳)有限公司 | 量子磁光传感自然梯度磁场分层检测的方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9429673B2 (en) * | 2012-09-21 | 2016-08-30 | Vista Clara Inc. | Surface-based NMR measurement |
| CN105221145B (zh) * | 2015-09-23 | 2017-12-12 | 中国石油大学(北京) | 多方位核磁共振测井仪及天线激励方法 |
| US10585205B2 (en) * | 2018-01-18 | 2020-03-10 | Baker Hughes, A Ge Company, Llc | Active damping for multi-frequency NMR logging tools |
-
2024
- 2024-01-30 CN CN202410126001.4A patent/CN117647554B/zh active Active
Patent Citations (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2606354Y (zh) * | 2003-03-25 | 2004-03-10 | 中国海洋大学 | 海底土体原位孔压监测装置 |
| CN1790017A (zh) * | 2005-12-12 | 2006-06-21 | 国家海洋局第一海洋研究所 | 海底土多功能多道孔隙水压力监测探杆 |
| CN101581092A (zh) * | 2009-06-09 | 2009-11-18 | 陈杰德 | 快速增压预压法软地基处理方法 |
| CN107208477A (zh) * | 2015-03-05 | 2017-09-26 | 哈里伯顿能源服务公司 | 核磁共振设备、系统和方法 |
| CN105114071A (zh) * | 2015-09-23 | 2015-12-02 | 中国石油大学(北京) | 具有多层磁体的核磁共振测井仪探头及天线激励方法 |
| CN105298486A (zh) * | 2015-11-25 | 2016-02-03 | 中国石油集团钻井工程技术研究院 | 井下可控的随钻核磁共振测井装置 |
| CN106802132A (zh) * | 2017-01-18 | 2017-06-06 | 青岛海洋地质研究所 | 一种贯入式多功能海底沉积物原位观测探杆 |
| CN107807143A (zh) * | 2017-11-30 | 2018-03-16 | 青岛海洋地质研究所 | 水合物专用低场核磁共振多探头定量测试系统及方法 |
| CN113155883A (zh) * | 2021-04-20 | 2021-07-23 | 吉林大学 | 磁共振浅地表土壤水和烃污染物含量测量装置及方法 |
| CN113359200A (zh) * | 2021-06-25 | 2021-09-07 | 中国矿业大学 | 一种基于核磁传感器的核废料掩埋场水体监测系统及方法 |
| CN113433155A (zh) * | 2021-06-25 | 2021-09-24 | 中国矿业大学 | 一种寒区路基未冻水实时监测系统及方法 |
| CN113433156A (zh) * | 2021-06-25 | 2021-09-24 | 中国矿业大学 | 基于核磁传感器的围海造陆地基含水量监测系统及方法 |
| CN113432645A (zh) * | 2021-06-25 | 2021-09-24 | 中国矿业大学 | 基于nmr和北斗遥感联测的大坝及边坡稳定性监测预警方法 |
| CN115855811A (zh) * | 2022-11-10 | 2023-03-28 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 土中有机污染物连续探测的紫外线荧光测试装置及方法 |
| CN116106354A (zh) * | 2022-12-20 | 2023-05-12 | 北京青檬艾柯科技有限公司 | 一种新型多维核磁共振t1-t2*成像方法 |
| CN116297623A (zh) * | 2023-05-04 | 2023-06-23 | 港湾之星健康生物(深圳)有限公司 | 量子磁光传感自然梯度磁场分层检测的方法 |
Non-Patent Citations (7)
| Title |
|---|
| An NMR-Based Analysis of Soil-Water Characteristics;Huihui Tian等;《Applied Magnetic Resonance》;20131029;第45卷;全文 * |
| Decreasing Magnetic-Field Inhomogeneity by Inlaying the RF Coil Into a Tubular Bracket;Liu, M等;《IEEE SENSORS JOURNAL》;20230331;第23卷(第5期);全文 * |
| 井周扫描核磁共振探头关键技术研究;罗嗣慧;《基础科学 工程科技Ⅰ辑》;20220215;全文 * |
| 孙福等.《岩土工程勘察设计与施工》.地质出版社,1998,第703-704页. * |
| 随钻核磁共振测井仪探测特性研究;李新;肖立志;胡海涛;;波谱学杂志;20110305(第01期);全文 * |
| 随钻核磁共振测井探测器构建方法研究;李新;罗嗣慧;肖立志;孙哲;汪正垛;;石油科学通报;20200615(第02期);全文 * |
| 高应力条件下深部黏土冻融过程孔压演变规律研究;戴春久;中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑;20210315;第2-21页、第38-44页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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