[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

本發明屬于地球物理勘探設備領域，涉及一種有效降低死區時間的磁共振探水裝置及方法，該裝置包括：發射線圈，用于交流脈沖激發；補償線圈，與發射線圈中心相同，位于發射線圈覆蓋區域內部，與所述發射線圈電流大小相等，產生方向相反的感應磁場；接收線圈，也與發射線圈中心相同，位于補償線圈覆蓋的區域內，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。本發明采用補償線圈來消除發射對接收的耦合影響，可以有效降低死區時間，根據磁共振弛豫衰減特性，有效提高采集信號的幅度，從源端改善了信噪比。

技術領域

本發明涉及地球物理勘探設備領域，具體而言，涉及一種有效降低死區時間的磁共振探水裝置及方法。

背景技術

地面磁共振技術(Magnetic Resonance Sounding，MRS)是一種基于核磁共振理論的非入侵式地下水探測的地球物理新方法，現已廣泛應用在礦井隧道的水源性地質災害探測中。它的基本工作過程是首先通過發射線圈發射交流脈沖激發水中的氫質子，撤掉激發脈沖后氫質子向低能級躍遷產生自由感應衰減(Free Induction Decay，FID)信號，然后接收裝置將接收線圈探測到的信號進行一系列處理形成可識別的信息。

傳統核磁共振探測儀器采用重疊回線的方式進行探測，即發射線圈與接收線圈互相重疊，發射結束后采用硬關斷撤掉激發脈沖。在進行交流激發脈沖發射時，會在接收線圈內產生感應能量，從而導致發射結束到信號開始采集需間隔一段時間用于釋放接收線圈中的感應能量，這段時間為死區時間(也叫能釋時間)。另外，傳統工作模式為了防止在發射期間發射諧振電壓(可達到kV級)耦合到接收系統，燒毀接收系統，采用高壓繼電器保護接收電路，等發射完全關斷后，繼電器吸合、抖動也會引起一段死區時間。如圖1所示，t₁為交流脈沖發射時間；t₂為整體死區時間，在此期間的信號為損失的有效信號；t₃為信號采集時間，該時間內的信號為實際采集到的信號；t₄為FID信號實際存在時間，由激發脈沖的時間和強度決定，且有t₄＝t₂+t₃。由于地下水中的氫質子在激發脈沖結束后立即開始釋放能量，即在死區時間t₂內已有有效FID信號產生，且FID信號按指數衰減，因此在死區時間結束后進行探測會損失較強的信號，且死區時間越長，信號損失越嚴重，導致實際測量的信噪比低，影響探測效果。

在重疊回線模式下，接收線圈大小受發射線圈制約，一般為固定值，因此探測的靈敏度由接收線圈匝數決定，匝數越多，探測靈敏度越高，但在尺寸固定情況下，線圈匝數越多，電感量越大，存儲的感應能量越多，死區時間越長。尤其在礦井隧道的水源性地質災害探測中，受空間限制無法鋪設大線圈，一般接收線圈為邊長2-6m的方形線圈，為了能夠檢測到nV級的磁共振信號，只能同過增加接收線圈匝數的方式，進而導致更長的死區時間，因此現有核磁儀器難以做到二者兼顧。

李同公開了一篇用于地面磁共振早期信號檢測及頻域分段噪聲消減方法研究[D].吉林大學，2015，一定程度上減弱了發射線圈激發時對接收線圈的影響，減小了死區時間，但所提方法僅減弱了影響效果，仍有信號損失，未達到完全抵消發射線圈產生的磁場影響的目的。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種有效降低死區時間的磁共振探水裝置,解決發射線圈激發時對接收線圈的影響。

另一方面，本發明提供一種有效降低死區時間的磁共振探水方法。

本發明是這樣實現的，

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；