[發明專利]狹小空間遠距離超前探測的磁共振線圈系統及探測方法

在審

• 申請號: 201811364280.9
• 申請日: 2018-11-16
• 公開（公告）號: CN109490802A
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 尚新磊;徐奡澍;劉婷婷;呂欣;張亞軍
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01R33/3415
• 分類號: G01R33/3415
• 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

本發明涉及核磁共振探水領域，尤其是一種狹小空間遠距離超前探測的磁共振線圈及探測方法，包括：上位機、主控單元、磁共振發射機、磁共振接收機、多個線圈以及多個程控開關；所述上位機經主控單元與磁共振發射機連接，通過所述主控單元向磁共振發射機以及磁共振接收機發送指令；所述主控單元根據上位機的指令向磁共振發射機以及磁共振接收機發送指令，以及用于控制多個程控開關；所述多個線圈之間通過兩個程控開關兩兩相連，通過控制程控開關的開合使得線圈形成串聯或并聯結構；本發明與原本的單個多匝發射/接收線圈相比，增大發射/接收線圈等效面積，且同樣的發射功率下，發射電流相應地可提高倍，激發更遠距離的氫質子。

技術領域

本發明涉及核磁共振探水領域，尤其是一種狹小空間遠距離超前探測的磁共振線圈及探測方法。

背景技術

在地下工程中，尤其是礦井、隧道等大型地下挖掘工程中，由于地質條件的復雜性與未知性，由地下水引起的突水、空水、涌水等災害常有發生，給施工安全帶來了巨大的災難以及難以估計的損失。因而在地下工程中，提前對施工前方水體進行準確、快速、有效的探測，具有重要意義。磁共振方法已被證明可以有效應用于狹小空間，包括礦井及隧道，對前方水體進行超前探測，通常使用的線圈系統為一組發射線圈，一組接收線圈，接收線圈位于發射線圈之內。然而，處于地下施工環境內，為了安全作業，以防發生打火、爆炸，應用磁共振方法時需控制發射電流，發射電流有限導致探測范圍小，磁共振信號往往為nV級別，施工噪聲過大會引起獲取的磁共振信號信噪比極低。因此，為了增大探測范圍、提高磁共振信號質量，在保證地下安全作業的前提下，本發明提出一種應用于狹小空間的遠距離超前探測的磁共振線圈系統及探測方法。 CN102262247A公開了一種“隧道突水超前預測裝置及預測方法”，涉及一種基于核磁共振地下水探測方法的隧道突水超前預測裝置及預測方法。收發一體多匝矩形或方形線圈，平行于掌子面布設，計算機控制高壓電源，主控芯片通過驅動電路驅動發射橋路，產生激發磁場。放大電路將核磁共振信號放大后送到采集電路，采集電路通過A/D轉換器將放大器輸出的模擬信號轉換成數字信號后送至計算機，對數據進行顯示和存儲和濾波處理，通過軟件進行水文地質解釋，獲取探測深度、水體含水率及潛在水體賦存狀態。該發明中采用的是收發一體的多匝矩形或方形線圈，隧道中為了安全，往往會降低發射功率，而較低的發射功率限制了發射電流，因而無法實現對遠距離的超前探測。

CN102062877A公開了一種“對前方水體超前探測的核磁共振探測裝置及探測方法”，涉及一種對前方水體超前探測的核磁共振探測裝置及探測方法。由計算機通過串口總線與系統控制器、大功率電源、信號采集單元相連，系統控制器經橋路驅動器、大功率H型發射橋路和配諧電容與發射線圈連結構成。該發明可實現對前方是否存在含水體以及含水體的含水量大小等重要信息做出準確有效的檢測。其采用垂直布設線圈模式，降低了線圈的占用面積。然而該發明采用發射/接收線圈為單個多匝、收發分離的發射/接收線圈，眾所周知，探測深度與線圈截面積、匝數及發射電流呈正比關系。在礦井、隧道等施工現場中應用時，為了安全作業，防止發生爆炸，發射電流通常很小，經過一個多匝線圈的發射功率也被大大降低，從而無法激發遠距離的氫質子而導致探測深度無法保障。

CN104656155A公開了一種“提高煤巷核磁共振儀勘探深度的超導裝置及信號提取方法”，提出了一種在煤巷接收NMR信號的超導裝置，由鈮-鈦或鈮-錫合金導線繞成多匝空心螺線管線圈，直徑3.5米，并將線圈置于低溫的雙層液氮杜瓦瓶中，使其成為超導體，其電阻率接近零，然后應用“最小二成小波變換”對具有干擾的實測信號進行5級分解，其中第4級分解中的相對較大的極大值為核磁共振信號。其發明內容涉及的是磁共振低溫超導接收線圈，提高接收信號的信噪比，未涉及發射線圈，若發射線圈有效截面積及發射功率無法提高，遠距離的氫質子無法被激發，無法產生磁共振響應，因而僅從接收線圈上改進并不能解決發射功率受限的問題。

上述發明的核磁共振探水裝置針對特殊的需要和應用場合均具有較高的測量精度和良好的測量效果,但都存在一些問題，僅從接收角度考慮提高了礦井、隧道等狹小空間內磁共振超前探測的信噪比，而并未對磁共振發射部分進行改進，因而無法激發遠距離的氫質子，無法達到遠距離超前探測的需求。