[發明專利]一種有效降低死區時間的磁共振探水裝置及方法

有效

• 申請號: 201910084451.0
• 申請日: 2019-01-29
• 公開（公告）號: CN109884718B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 張洋;李蘇杭;孫德立;林婷婷
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01V3/14
• 分類號: G01V3/14;G01V3/32
• 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

1.一種有效降低死區時間的磁共振探水裝置，其特征在于，該裝置包括：

發射線圈，用于交流脈沖激發；

補償線圈，與發射線圈級聯，位于發射線圈內部，與所述發射線圈通入同一電流，繞制方式與發射線圈相反，在接收線圈中產生與發射線圈方向相反的感應磁場；

接收線圈，與發射線圈中心相同，位于補償線圈內部，

發射裝置，用于控制發射線圈交流脈沖激發；

接收裝置，接收來自接收線圈的信號；

所述補償線圈、與發射線圈滿足：

進而使得發射線圈與補償線圈在接收線圈中產生方向的感應磁場互相抵消，消除耦合影響，其中，N₁為發射線圈的匝數，I₁為發射線圈的電流，R₁為發射線圈的半徑，N₂為補償線圈的匝數，I₂為補償線圈的電流，補償線圈與發射線圈級聯，I₁和I₂為同一電流，I₁＝I₂，R₂為補償線圈的半徑；

補償線圈、接收線圈以及發射線圈共中心設置，半徑滿足：其中r為接收線圈的半徑，補償線圈的半徑R₂小于發射線圈半徑R₁的1/5，防止補償線圈影響發射線圈對地下水的有效激發；補償線圈的半徑R₂大于接收線圈半徑r，才能產生于發射相反的磁場；

所述接收裝置包括：

AD采集卡，用于模數轉換，將初步處理后的模擬信號轉換成數字信號，并將傳送至PC上位機；

第一匹配網絡，由匹配電容和LC帶通濾波器構成，用于接收線圈的阻抗匹配以提高信號幅度同時壓制噪聲；

第一濾波放大模塊，將第一匹配網絡的信號初步處理傳遞至AD采集卡；

第二匹配網絡和第三匹配網絡，分別由匹配電容和LC帶通濾波器構成，用于參考線圈的阻抗匹配以提高信號幅度同時壓制噪聲；

第二濾波放大模塊以及第三濾波放大模塊，分別對應第二匹配網絡和第三匹配網絡將第二匹配網絡和第三匹配網絡的信號初步處理傳遞至AD采集卡；

所述發射裝置用于控制發射線圈交流脈沖激發，包括：主控模塊，蓄電池，DC-DC變換器模塊，儲能電容模塊以及H橋斬波模塊，

主控模塊，與PC上位機進行交互，控制DC-DC變換模塊使用蓄電池為儲能電容模塊充電，同時接收DC-DC變換模塊回傳的數據，監控充電過程；

主控模塊，還用于控制H橋斬波模塊進行交流脈沖發射；

主控模塊，還用于通過信號線將同步信號傳送至接收裝置；

蓄電池，用于為儲能電容提供能量；

DC-DC變換模塊，用于調控蓄電池到儲能電容模塊間的能量傳遞；

儲能電容模塊，用于提供發射時所需的能量；

H橋斬波模塊，用于將儲能電容模塊中的能量轉換成交流脈沖信號作用在發射線圈上，從而激發地下水中氫質子。

2.按照權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括：至少一個參考線圈，所述參考線圈與發射線圈之間距離d與發射線圈半徑相同。

3.一種有效降低死區時間的磁共振探水方法，其特征在于，包括：

通過發射裝置經由發射線圈以交流脈沖的形式通過發射線圈向外激發，使水中氫質子發生能級躍遷；

通過在發射線圈中心相同，位于發射線圈覆蓋區域內部設置補償線圈與發射線圈同時工作，產生方向相反的感應磁場；

通過在補償線圈覆蓋的區域內設置接收線圈，使得接收線圈所在區域具有發射線圈與補償線圈產生的磁場的疊加，消除接收線圈中的感應能量；

所述補償線圈與所述發射線圈串聯，所述補償線圈、與發射線圈滿足：其中，N₁為發射線圈的匝數，R₁為發射線圈的半徑，N₂為補償線圈的匝數，R₂為補償線圈的半徑，I₁為發射線圈的電流，I₂為補償線圈的電流；補償線圈、接收線圈以及發射線圈的半徑滿足：其中r為接收線圈的半徑；

所述方法具體包括：

a、確定線圈規格并鋪設線圈；

b、參數設置：PC上位機通過串口向主控模塊發送系統參數及工作指令；

c、噪聲采集：發射裝置開始工作前，主控模塊向AD采集卡發送同步信號，AD采集卡同時采集經過參考線圈、第二匹配網絡和第二濾波放大模塊回傳的噪聲數據以及經過參考線圈、第三匹配網絡和第三濾波放大模塊回傳的噪聲數據并發送至PC上位機，采集到的噪聲信號用于后期消噪處理；

d、儲能電容充電：主控模塊根據接收到的數據和指令控制DC-DC變換器模塊工作，為儲能電容模塊充電；

e、發射激發脈沖：主控模塊控制H橋斬波模塊將儲能電容模塊中的能量以交流脈沖的形式通過發射線圈向外激發，使水中氫質子發生能級躍遷，此時補償線圈與發射線圈同時工作，產生方向相反的感應磁場，消除接收線圈中的感應能量，避免出現死區時間；

f、信號采集：撤去激發脈沖后，接收線圈感應到FID信號，同時主控模塊向AD采集卡發送同步信號，AD采集卡采集經由第一匹配網絡和第一濾波放大模塊處理后的FID信號，將其轉換成數字信號并上傳至PC上位機；

g、等待進入下一次工作循環：參數設置、噪聲采集、儲能電容充電、發射激發脈沖、信號采集，直至探測結束。