[發明專利]用預極化場增強信號幅度的磁共振多通道探測方法及裝置

在審

• 申請號: 201711479931.4
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN107942397A
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 林婷婷;楊玉晶;徐洋;陳健;萬玲;騰飛
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01V3/14
• 分類號: G01V3/14
• 代理公司: 沈陽銘揚聯創知識產權代理事務所(普通合伙)21241
• 代理人: 屈芳

技術領域

本發明涉及一種用預極化場增強信號幅度的磁共振多通道探測方法及裝置，能夠在噪聲干擾嚴重及隧道礦井等特殊環境下，利用磁共振（Magnetic Resonance Sounding, MRS）技術進行層狀及非層狀復雜地下水結構的探測。

背景技術

磁共振探測技術，作為唯一能夠直接探測地下水的地球物理方法，被廣泛應用于淺層地下水探測。傳統磁共振技術依靠僅為nT級別的天然地磁場，信號幅度有限，極易被噪聲淹沒，嚴重制約了磁共振技術的發展。

CN105549098A公開了一種地下全空間核磁共振預極化探測裝置及探測方法。由電腦經主控單元及輸出可調大功率電源與發射橋路驅動、大功率發射橋路、高電壓切換開關與預極化線圈連接，電腦經A/D采集單元、放大器電路、Q-switch 電路和配諧電容與接收線圈相連構成。利用磁場強度遠大于天然地磁場的預極化場，提高了探測目標水體的整體磁化強度，從而獲得更大的磁共振信號。該項發明的提出，有效解決了隧道及礦井等地下施工高噪聲環境下，突水、涌泥等地質災害的探測問題，但由于系統僅含有單個發射及接受線圈，僅能針對層狀水結構進行一維探測，對于復雜的多維結構水體并不能很好的反映水體真實狀況，且單一預極化發射線圈，預極化場的范圍及幅度有限，均勻程度不高，一定程度上限制了預極化場的應用。

CN103033849N公開了一種多通道核磁共振地下水探測儀及其野外工作方法。由計算機配置發射機和各接收機的工作參數，各接收機的工作模式可以在核磁共振測量模式和帶參考核磁共振測量模式之間進行切換，每個接收機均可連接一個接受線圈和一個參考線圈，參考線圈個數的選取可依據當地噪聲環境噪聲水平而定，最多可連接8個參考線圈，通過自適應消噪算法及多通道測量模式實現對地下水體的二維探測。該項發明的提出，有效彌補了一維磁共振探測不能解決的非層狀復雜含水結構探測問題，但存在傳統磁共振探測技術的信號幅度較低的問題，在針對信號被噪聲淹沒的強噪聲干擾情況時，并不能取得有效的磁共振信號，且不支持發射通道的擴展，僅能連接單一發射線圈。

上述發明的磁共振探測裝置及方法在某些特殊情況下，均具有較好的探測效果，但都存在一定的局限性。在強噪聲環境下，類似人為噪聲及電力干擾較強的城鎮，及隧道、礦井等大型掘進工程中，均無法對非層狀復雜水體進行探測。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種用預極化場增強信號幅度的磁共振多通道探測方法, 能夠提升信號幅度，提高探測信噪比，還能夠針對非層狀復雜含水結構進行探測，實現人為噪聲及電力干擾嚴重、隧道礦井等大型掘進等高噪聲環境下，均勻預極化場的多維磁共振測量方法。

本發明另一方面還提供了一種用預極化場增強信號幅度的磁共振多通道探測裝置。

本發明是這樣實現的，一種用預極化場增強信號幅度的磁共振多通道探測方法，

該方法包括：

設置多個直流發射線圈與一個直流/交流發射線圈，發射直流電流形成預極化場，增大水中氫質子磁化強度；

發射一段時間后，切斷直流電流，通過直流/交流發射線圈發射拉莫爾頻率的交流電流，激發氫質子產生磁共振現象；

關斷交流電流后，氫質子釋放自由感應衰減磁共振信號，通過設置多個接受線圈以及一個參考線圈分別測量磁共振信號與噪聲信號；

通過控制交流電流大小，完成不同脈沖矩的測量。

進一步地，包括以測點為中心，布設直流/交流發射線圈，在測點的四周對稱布置有多個直流發射線圈，在噪聲源處布置參考線圈。

進一步地，所述預極化磁場的產生包括：通過一計算機以及通訊連接的主控單元控制發射切換控制電路切換到可調直流脈沖發射電路，通入直流/交流發射線圈以及多個直流流發射線圈產生直流電流。

進一步地，切斷直流電流后，通過一計算機通訊連接主控單元控制發射切換控制電路切換到可調交流脈沖發射電路，關閉其他直流發射線圈，并通入直流/交流發射線圈交流電流，激發極化后的地下水產生磁共振現象。

進一步地，按照如下的步驟進行探測：

a、在測區內選定測量位置，根據探測需要確定直流/交流發射線圈，直流發射線圈及接收線圈的大小、個數；

b、以測點為中心，布設直流/交流發射線圈，直流發射線圈以及接收線圈；

c、在測區對應測點附近，布設參考線圈，其鋪設位置要盡量靠近噪聲源，與發射線圈及接收線圈保持距離，以確保參考線圈接收到的是與接收線圈同源的噪聲信號且不包含磁共振信號；