一种未知拉莫尔频率进行地面核磁偏共振探测方法技术

本发明专利技术属于一种未知拉莫尔频率进行地面核磁偏共振探测方法。传统核磁共振探测必须要求发射频率与拉莫尔频率相同。由于地磁场时空分布不均、磁场干扰和强电磁噪声的影响，拉莫尔频率很难精确获得，因此偏共振现象普遍存在，当拉莫尔频率未知时，频率偏量也未知，无法获取有效偏共振信号。本发明专利技术采用两个发射脉冲组成激发序列进行偏共振探测，发射频率fT1和fT2分别与拉莫尔频率预估值fL相差±Δfset(设定的频率偏量)，将两次发射获得的偏共振信号的实部相加和虚部相减，叠加的结果修正了未知拉莫尔频率的影响，获得频率偏量Δfset下的偏共振信号。本发明专利技术能够实现未知拉莫尔频率下偏共振信号准确获取，解决传统共振探测方法无法在复杂环境下开展应用的难题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及核磁共振偏共振信号的测量领域，具体涉及一种未知拉莫尔频率进行地面核磁偏共振探测方法。
技术介绍
核磁共振(MRS)技术以其直接定量探测地下水的优势被广泛应用于水资源评价和灾害水探查等领域。地下水核磁共振探测方法的原理是：通过发射人工交变磁场，激发地下水中的氢质子，产生弛豫信号来直接确定含水层深度、厚度、含水量和孔隙大小等地下水赋存状态信息。人工磁场的发射频率由地磁场B0决定，当发射频率与拉莫尔频率相等时，氢质子发生共振现象；当发射频率与拉莫尔频率不相等时，氢质子发生偏共振(off-resonance)现象普遍存在。传统的地下水核磁共振探测方法假设地磁场B0是恒定的，利用磁力仪测量B0后计算拉莫尔频率，作为人工磁场的发射频率。地磁场B0会受到如下几个因素的影响：1、地磁场自身的不均匀性和时变性；2、测量区域存在磁性干扰；3、强电磁噪声环境。因此，难以获得拉莫尔频率的精确值，只能用其近似值作为发射频率，导致发射频率必然存在频率偏量，因而作用在氢质子自旋上的不再是物理意义上严格的共振现象，而是与频率偏量密切相关的偏共振激发，且拉莫尔频率未知时，频率偏量也未知，无法精确表达偏共振信号的实部和虚部，引起水文信息解释不准确和深层分辨率严重受限等问题。CN203759267U公开了一种拉莫尔频率测量仪，是由主控系统分别连接上位机、按键、显示器、电源和三分量测力仪模块，主控系统经极化电路、探头、配谐电路、放大电路和测频电路与主控系统连接，主控系统经继电器切换电路分别连接极化电路和配谐电路构成。该技术测量效率高，在几秒钟就能够测量出结果；测量精度高；全自动测量，使用方便简洁；体积较小，成本低廉，方便集成在各种类型核磁共振仪器内部。但是，该技术存在如下的缺点：
在强电磁噪声环境下，三分量磁力仪模块不能够正常工作，因此不能够对拉莫尔频率测量仪进行配谐，在继电器切换过程中会有电弧产生，影响拉莫尔频率的测量精度。在此情况下，测量的拉莫尔频率与真实值不相等，存在未知频率偏量，氢质子发生偏共振现象，传统的共振模型无法获得准确的MRS信号的幅度和相位信息，进而严重影响了对地下水文信息解释的准确性和深层海水层的分辨率。CN103955004A公开了一种四通道核磁共振信号全波采集系统及采集方法，是由计算机经控制器、高速数字I/O卡和控制器与电源管理模块连接，控制器经采集卡分别连接宽带放大器，计算机经控制器与GPS模块连接构成。前置放大器有效的抵制了放大器饱和，用Q_SWITCH缩短死区时间，提高信噪比，提高了同步精度，防止误触发，噪声信号用电流进行远传有效的抑制传输过程中的信号衰减，用自适应参数消噪算法对采集到的核磁共振信号进行数据处理，提高了仪器的抗干扰能力，提高了仪器的动态范围，使核磁共振方法在大噪声区域的应用成为可能，有效提高对地下水体分布测量的横向分辨率和准确性。多通道测量提高工作效率，对地下水体的精确定位。但是此专利技术存在以下缺点：此专利技术采用传统的核磁共振探测方式，即必须要求发射频率与拉莫尔频率相等，由于磁场时空分布不均、磁场干扰和强电磁噪声的影响，拉莫尔频率很难获得，导致偏共振现象普遍存在，在此情况下，传统的核磁共振探测方式无法获得准确的MRS探测信号的幅度和相位，进而严重影响了对地下水文信息解释的准确性和深层含水层的分辨率。因此，需要专利技术一种新的偏共振激发序列和探测方法，实现未知拉莫尔频率情况下偏共振信号的有效获取，突破传统共振探测对准确拉莫尔频率的依赖。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种未知拉莫尔频率进行地面核磁偏共振探测方法，以解决在复杂地质情况下，由于偏共振现象普遍存在，传统的共振探测方法获得的MRS信号相位误差大的问题，以及在未知拉莫尔频率时
的偏共振信号的精确获取难题。本专利技术是这样实现的，一种未知拉莫尔频率进行地面核磁偏共振探测方法具体步骤如下，步骤1：预估拉莫尔频率fL；步骤2：设定频率偏量Δfset；步骤3：设置正偏置发射频率fT1＝fL+Δfset；步骤4：用正偏置发射频率fT1发射，采集信号S1＝x1+iy1；步骤5：设置负偏置发射频率fT2＝fL-Δfset；步骤6：用负偏置发射频率fT2发射，采集信号S2＝x2+iy2；步骤7：信号叠加步骤8：获得与真实拉莫尔频率相差Δfset的信号。本专利技术与现有技术相比，有益效果在于：在进行传统的核磁共振探测时，必须要求发射频率与拉莫尔频率相等，由于地磁场时空分布不均、磁性干扰和强电磁噪声的影响，导致偏共振现象普遍存在，传统的核磁共振探测方法无法获得准确的MRS信号幅度和相位信息。本专利技术突破了传统共振探测必须依赖准确拉莫尔频率的限制，通过采用发射两个发射脉冲组成激发序列，可实现已知频率偏量Δfset下偏共振信号的探测，获取准确的MRS幅度和相位信息。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1本专利技术实施例提供的未知拉莫尔频率进行地面核磁偏共振探测方法的流程图；图2本专利技术实施例提供的共振激发(a)和偏共振激发(b)序列示意图；图3频率偏量优化过程图(a)是在脉冲矩q＝10As时，不同Δfset计算的MRS
信号实部、虚部和模的仿真图,(b)是MRS信号实部绝对值、虚部绝对值及两者之和与Δfset的关系图；图4共振探测与偏共振探测下MRS信号仿真图，其中(a)为信号实部的仿真图，(b)为信号虚部的仿真图，(b)为信号的模的仿真图；图5在拉莫尔频率不稳定时偏共振激发序列示意图；图6在测量区域地磁场时空分布不均匀时偏共振激发序列示意图；具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术的一种未知拉莫尔频率进行地面核磁偏共振探测方法的框图如图1和2所示。本专利技术一种未知拉莫尔频率进行地面核磁偏共振探测方法的具体步骤如下：步骤1：预估拉莫尔频率fL；当地质条件复杂时，拉莫尔频率难以准确估计，本专利技术虽不需要真实拉莫尔频率，但其估计值不能与真实值相差太大，为此，本专利技术提出如下两种预估拉莫尔频率fL的方案如下：方案11：利用磁力仪在不同时间对测量地点的多个位置进行地磁场测量，然后求取平均值作为拉莫尔频率的预估值fL；方案12：当磁力仪无法测量时，根据已有数据库(如中国和美国地质调查局)进行差值计算作为拉莫尔频率的预估值fL；结合图2(a)共振激发序列示意图，拉莫尔预估值fL与拉莫尔频率真实值fLarmor之间存在未知频率偏量Δfuk＝fL-fLarmor。步骤2：设定频率偏量Δfset；通过采用拉莫尔频率预估值fL作为频率偏量Δfset的选择依据，保证两个发射频率在真实的拉莫尔频率两侧，同时使得MRS信号的实部和虚部都达到最佳值。参考图3频率偏量的优化过程图，频率偏量Δfset计算步骤如下：a)设定搜索Δfset的范围为[-20,20]Hz和搜索步长1Hz；b)根据核磁共振原理计算，并根据仿真含水层模型计算MRS信号的实部和虚部；c)绘制MRS信号实部绝对值和虚部绝对值之和随Δfset变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种未知拉莫尔频率进行地面核磁偏共振探测方法，其特征在于，步骤1：预估拉莫尔频率作为拉莫尔频率的预估值fL；步骤2：设定频率偏量Δfset；步骤3：设置正偏置发射频率fT1＝fL+Δfset；步骤4：用正偏置发射频率fT1发射，采集信号S1＝x1+iy1；步骤5：设置负偏置发射频率fT2＝fL‑Δfset；步骤6：用负偏置发射频率fT2发射，采集信号S2＝x2+iy2；步骤7：信号叠加步骤8：获得与真实拉莫尔频率相差Δfset的信号。

【技术特征摘要】
1.一种未知拉莫尔频率进行地面核磁偏共振探测方法，其特征在于，步骤1：预估拉莫尔频率作为拉莫尔频率的预估值fL；步骤2：设定频率偏量Δfset；步骤3：设置正偏置发射频率fT1＝fL+Δfset；步骤4：用正偏置发射频率fT1发射，采集信号S1＝x1+iy1；步骤5：设置负偏置发射频率fT2＝fL-Δfset；步骤6：用负偏置发射频率fT2发射，采集信号S2＝x2+iy2；步骤7：信号叠加步骤8：获得与真实拉莫尔频率相差Δfset的信号。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在拉莫尔频率两侧分别进行设定频率偏量的偏共振激发。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋川东，刘骏妍，田宝凤，易晓峰，杜官峰，张健，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22