[发明专利]串联谐振式核磁共振探测装置及探测方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种地球物理勘探设备及方法，尤其是一种利用核磁共振找水原理进行地质灾害预警的核磁共振探测装置及探测方法。

背景技术：

核磁共振探测方法是目前唯一的直接地下水探测方法，具有解释唯一、结果量化、测量准确的突出优点。在地下施工中，尤其是隧道、矿井地下掘进工程中，由于地质条件复杂，由地下水引起的突水、突泥地质灾害时有发生，给施工安全带来了巨大的灾难和无法估计的经济损失。如何对地下工程中周围的含水体进行精确、有效的探测，成为了地球物理勘探方法中的一个重要研究方向。

CN201051151公开了一种核磁共振找水仪，由发射系统、信号接收系统、微机控制与记录系统三部分组成，DC/DC变换器一端连接电池，另一端连接超强储能器；超强储能器与大功率交流方波发生器连接，其中间设有开关Kl，大功率交流方波发生器还与共振频率发生器、开关K2、K3连接；开关K2与K3之间串接发射线圈和配谐电容器组；K3、K4分别连接超低噪声放大器，再连接相关检测放大器，再连接检波器和相位检测器，检波器连接A/D转换器并连接微机控制与记录系统，相位检测器与共振频率发生器和A/D转换器连接并连接微机控制与记录系统。本实用新型有益效果为：仪器工作安全性高、能量利用率高、频率稳定性好、具有较高的测量精度。

CN102096111A公开了一种收发天线分离式核磁共振找水装置及找水方法，由计算机通过串口总线与大功率电源、发射及控制单元、电流采集单元、选频放大单元、信号采集单元连接，发射及控制单元通过控制总线经H桥路与配谐电容、发射线圈和二极管连接构成。本发明将发射天线和接收天线分离，使发射系统和接收系统能够相互独立。该发明的优点是：实现了发射和接收的高低压隔离，提高了系统的可靠性；发射线圈和接收线圈的匝数、尺寸、线径、铺设方式不再相互制约；通过远端参考能够抵消干扰，提高信噪比。

上述发明的核磁共振找水装置均具有较高的测量精度、可靠性较高，但都存在一些不足，测量一个点时，只能得到很大一个范围内是否有水（例如100m*100m大线圈面积1万平米），导致测量的横向分辨率低，难以实现水体的精确定位；而且由于线圈尺寸大，现场铺设极不方便，耗费人力、物力和时间，工作效率低，对工作环境的适应能力差。

发明内容：

本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种串联谐振式核磁共振探测装置及探测方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

串联谐振式核磁共振探测装置，是由三分量磁场测量电路8通过数据线与计算机1相连，计算机1通过串口总线分别与输出电压可调的大功率电源3、发射控制单元2和信号采集单元9相连，输出电压可调的大功率电源3与大功率发射桥路4连接，发射控制单元2通过控制总线经大功率发射桥路4与发射线圈5的一端相连，大功率发射桥路4经配谐电容6与发射线圈5的另一端连接，发射控制单元2通过控制线与高压继电器7连接，发射控制单元2通过控制线经信号采集单元9、放大器电路10和高压继电器7与接收单元连接，高压继电器7的一端与第一接收单元连接，高压继电器7的另一端与第N接收单元连接构成。

所述的接收单元是由一个以上结构相同，频率在1K～3KHz之间连续可调的接收单元经串联构成。

所述的接收单元是由电感L1、可变电容器C1与两个反向二极管D1和二极管D2并联构成。

串联谐振式核磁共振探测装置的探测方法，包括以下步骤：

a、选择一个测区，利用三分量磁场测量电路8测量当地地磁场B₀（nT），并根据f_L(Hz)＝0.04258*B₀(nT)换算得出拉莫尔频率；

b、由换算出的拉莫尔频率和发射线圈电感关系式通过计算机1计算出配谐电容6的值、发射控制单元2的电流频率和信号采集单元9的采样频率；

c、在选择的测区布设接收单元1、2、3......N，根据每一个接收单元的电感L₁、L₂、L₃……L_N和拉莫尔频率由关系式计算出接收单元中可变电容器C₁、C₂、C₃……C_N所需调节的配谐电容值，并保证每一个接收单元的谐振频率相等，即都为当地拉莫尔频率f_L；