[发明专利]冷线圈核磁共振地下水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，尤其是一种基于冷线圈探头的核磁共振地下水探测仪及探测方法。

背景技术：

核磁共振（MRS,Magnetic Resonance Sounding）探测方法是目前唯一的直接探测地下水探测方法，而在隧道、矿井等复杂地下水探测工程中的核磁共振找水技术应用成为了地球物理勘探的一个重要研究方向。[]CN102053280公开了一种“带有参考线圈的核磁共振地下水探测系统及探测方法”，通过多路A/D采集单元同步采集发射/接收线圈中的核磁共振信号以及参考线圈中噪声信号的全波数据，通过计算参考线圈采集的噪声信号与核磁共振信号的最大相关性，实现参考线圈最佳位置和数量的布设，在信号和噪声统计特性未知的情况下，采用变步长自适应算法，最大限度对消发射/接收线圈获得核磁共振信号中的噪声，实现多场源复杂强噪声干扰下核磁共振信号的提取。该方法在地面应用效果显著，但在地下复杂环境中参考线圈的最佳位置和数量不能保障，影响核磁共振信号的提取。

CN102062877公开了一种“对前方水体超前探测的核磁共振探测装置及探测方法”，是由计算机通过串口总线分别与系统控制器、大功率电源、信号采集单元相连，系统控制器经桥路驱动器、大功率H型发射桥路和配谐电容与发射线圈连结构成。

CN102221711公开了一种“核磁共振差分探测坑道突水超前预测装置及探测方法”，由计算机经主控制单元、发射驱动电路和发射桥路分别与高压电源、配谐电容和发射与接收一体线圈连接，接收多匝线圈两端经第二保护开关、第二信号调理电路与多通道采集电路连接，计算机经主控制单元分别与第一保护开关和第二保护开关连接，第一保护开关经第一信号调理电路和多通道采集电路与第二信号调理电路连接构成。接收一体线圈垂直装在测点左侧，接收多匝线圈垂直装在右侧。以上两种方法，虽然能在复杂地下环境中应用，但有一定局限性，线圈尺寸及铺设受隧道或矿井掌子面大小制约，以及巷道内金属拱架及高压电影响，影响核磁共振信号的提取。

CN102819046公开了一种“双D型线圈核磁共振仪随掘进机巷道前放突水探测方法”，将双D型线圈核磁共振仪固定在掘进机的操作台上；以岩层中含水量35%作为可发生突水参数，正演得核磁共振标定信号，将核磁共振信号与标定信号比较，若核磁共振信号小于标定信号，则没有危险存在；若核磁共振信号大于标定信号，则有危险，核磁共振仪发出报警，停止掘进。该方法虽能持续工作在噪声较大环境中，但探测深度为定值。

发明内容：

本发明的目的就是针对上述现有技术的不足，提供一种冷线圈核磁共振地下水探测装置及探测方法。

本发明的目的是通过以下方式实现的：

冷线圈核磁共振地下水探测装置，是由计算机1经主控单元2、发射机3与发射线圈6连接，主控单元2经接收机4与冷线圈探头5连接，计算机1与接收机4连接构成。

主控单元2是由微处理器8分别连接发射控制单元9、电源控制单元10、采集控制单元11和信号放大调理控制单元12；发射控制单元9、电源控制单元10、采集控制单元11和信号放大调理控制单元12分别与同步信号接口13连接构成。

发射机3是由同步信号接口13经程控高压电源14和大功率发射桥路16与发射线圈6连接，同步信号接口13经发射桥路驱动15、大功率发射桥路16和发射配谐电容与发射线圈6连接构成。

接收机4是由同步信号接口13经信号采集单元18、信号放大单元19、信号调理单元20和保护单元21与冷线圈探头5连接构成。

冷线圈探头5由外向内依次为外壳22、真空隔层25、液氮仓26和内胆23构成，线圈24和冷线圈匹配单元29置于液氮仓26内，并浸没在液氮中，在液氮仓26的侧壁设有液氮注入孔27，在真空隔层25的侧壁设有抽真空孔28。

一种冷线圈核磁共振地下水探测装置的方法，包括以下步骤：

a、选择测点，铺设发射线圈6，并将其与发射机3连接；

b、铺设冷线圈探头5，注入液氮，并将其与接收机4连接；

c、计算机1通过串口总线与主控单元2和接收机4连接，主控单元2通过同步信号线分别与发射机3和接收机4连接；

d、计算机1通过主控单元2控制发射机3与接收机4工作，由主控单元2控制发射机3产生测点所在地拉莫尔频率交流激发脉冲，对测点进行激发；冷线圈探头5接收测点产生的核磁共振信号，经接收机4调理放大，经信号采集单元18进行模数转换，信号采集单元18将采集的数据经通讯接口7发送至计算机1；