[发明专利]基于相控阵的核磁共振地下水定向探测系统及探测方法

说明书

本发明提供一种基于相控阵的核磁共振定向探测系统及探测方法，包括计算机、控制单元、发射系统及接收系统，通过对各可控发射线圈控制信号的相位实时控制，使各可控发射线圈依次延时激发，发出的磁场信号在地下某一方向同相叠加，核磁共振信号加强。通过改变各发射脉冲矩的偏转延迟，从而实现磁场波束的定向，使核磁共振定向和定距离激发成为可能。采用相控阵的核磁共振探测方法，为隧道、前方水体、陡倾斜等地质体的地下水探测提供了一种有效方法，实现了特定方向和特定距离的地下水探测，此外还能提高地下水探测深度。通过测量能够获取更全面的地下水分布信息，提高了探测效率、精度和地下水探测分辨率。

技术领域

本发明涉及一种地球物理勘探设备，尤其是一种基于相控阵的核磁共振地下水定向探测系统及探测方法。

背景技术

核磁共振地下水探测方法(Magnetic Resonance Sounding,简称MRS方法)是目前唯一的非侵入式直接进行地下水探测的方法，在地下水探测工程中有着举足轻重的位置。在MRS探水仪器中，发射系统决定着仪器的探测深度、效率及准确性等诸多关键因素，是仪器的“心脏”，掌握着探测工作的“命脉”。

目前现有技术中，通过生成核磁共振测量需要的脉冲或者脉冲序列，向发射线圈供电以在发射线圈中生成信号电流，根据脉冲或者脉冲序列改变发射线圈与供电信号电源间的通路，以改变信号电流的流向，从而在发射线圈中生成核磁共振信号；或者，通过将期望输出参数值输入发射机上位机平台，由CPLD模块根据上位机指令输出指令电流，再由滞环反馈电路实时处理指令信号与发射信号，将反馈信号转换为发射电路桥臂中开关器件的驱动信号，使输出正弦电流实时跟随指令信号。

现有技术虽然可以判断出含水体的位置，规模及水量大小等，但不能使特定方向的激发脉冲能量普遍得到加强，因此不适于隧道、前方水体、陡倾斜地等质体的探测，更不能定向和定距离探测。

发明内容

本发明提供一种基于相控阵的核磁共振地下水定向探测系统及探测方法，以解决现有技术不能使定向和定距离核磁共振探测的问题。

本发明的第一个方面是提供一种基于相控阵的核磁共振地下水定向探测系统，包括：

铺设于地下水探测区域，包括计算机、控制单元、发射系统及接收系统，所述发射系统由n个移相器、n个发射机和n个发射线圈构成；所述接收系统由n个接收机和n个接收线圈构成；所述系统还包括n个发射/接收切换控制器，分别与发射机和接收机连接，用于切换探测系统的发射/接收状态；其中，n为大于1的整数；其中，n个发射线圈及n个接收线圈等间距共线设置。

所述计算机，与所述控制单元连接，用于获取延时时间并传递给所述控制单元；所述计算机还用于根据获取发射脉冲距，及根据当地地磁场的强度、发射线圈的电感特性，计算发射机中的配谐电容的大小；所述计算机还用于根据发射电流和发射时间设置多个发射脉冲距；

所述控制单元，分别与各个电路模块及计算机连接，用于对系统各部分的参数进行设置及系统的协调控制；

所述移相器，分别与控制单元与发射机连接，用于根据延时时间对发射脉冲的相位进行调整，使得各脉冲矩信号同时到达目标地层；

所述发射机，分别与移相器与发射/接收切换控制器连接，用于提供向地下发射的大功率交变发射电流；

所述接收机，分别与控制单元与发射/接收切换控制器连接，用于对水中氢质子产生的核磁共振信号进行调理与采集；

所述发射线圈及接收线圈，根据系统工作状态选择与发射机或接收机连接；当系统置于发射状态时，所述发射线圈与发射机连接，用于产生大功率交变电流；当系统置于接收状态时，所述接收线圈与接收机连接，用于接收地下水中氢核由高能级跃迀至低能级产生的核磁共振响应信号。

优选的，每个所述发射线圈和每个所述接收线圈为收发天线一体式结构，且n组发射线圈及接收线圈等间距共线设置。