主动场核磁共振探测装置及探测方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种主动场核磁共振探测装置及探测方法。该装置包括：预极化控制电路，通过一切换开关控制发射线圈产生大于天然地磁场的预极化磁场；释放电路，通过一开关连接发射线圈用于快速关断电路释放发射线圈中的剩余能量；交变磁场控制电路，通过所述切换开关控制发射线圈产生交变磁场激发目标水体。主控单元：发出的控制信号，对所述预极化控制电路、释放电路、交变磁场控制电路进行切换和控制。本发明专利技术联合电流产生的预极化场(Bp)和交变磁场(Bac)对隧道四周灾害水探测，Bp场用于提高目标水的信号，改善探测的信噪比；Bac场对探测区逐层探测，可精确定位灾害水，实现了在隧道里多角度、超大噪声环境下非侵入式探测灾害水体。

【技术实现步骤摘要】
主动场核磁共振探测装置及探测方法
本专利技术属于地球物理勘探技术研究领域，涉及一种主动场核磁共振探测装置及探测方法。
技术介绍
核磁共振探水技术是当今唯一能够直接探测地下水的地球物理方法，该方法在隧道、矿井灾害水源超前探测、地下水资源勘探等方面已有广泛的应用。然而，由于天然地磁场相对微弱，现有的核磁共振探测系统难以实现对隧道、矿井下目标水体定性定量的探测。不能有效的对突水、涌泥等地质灾害问题进行预警，给施工安全带来巨大隐患。CN102062877A公开了一种对前方水体超前探测的核磁共振探测装置及探测方法。该专利技术将地面核磁共振技术应用到地下超前探测中，在小干扰环境下能够判断是否存在含水体,并对含水量大小等重要信息做出检测。但是上述专利技术的对前方水体超前探测装置及探测方法仅仅采用天然地磁场，磁场强度微弱，大噪声环境下难以获得核磁信号地磁场。方向不可改变，所以不能实现定向探测的目的。CN105824047A公布了一种瞬变电磁超前探测监测装置与方法。该专利技术将瞬变电磁技术应用到超前地质条件探测中,达到了对前方近距离地质条件的判断能力。但是上述的专利技术对探测空间的要求较高，遇到周边有金属结构时，所得的数据不可用，同时，该装置通过勘查地质构造来对水体是否存在进行判断，是一种间接测量方法，因此不能准确获得目标水体的含水层厚度、含水量大小等重要信息。CN103344995A公开了一种引入人工磁场的核磁共振定向探测装置及探测方法。该专利技术利用电磁铁产生的磁场和天然地磁场共同作用，提高了探测目标灾害水体的精度。但是上述的专利技术引入人工磁场的核磁共振定向探测装置及探测方法的人工磁场场源是磁铁，较大的磁铁搬运困难，不适合在狭小的地下空间进行勘探工作，利用磁铁产生的人工磁场难以在极短的时间内切断，因此无法保证探测数据的准确性和有效性。上述专利技术的核磁共振探测装置以及瞬变电磁探测装置针对特殊的需要和应用场合均具有良好的测量效果,但都存在一些不足：在针对隧道、矿井地下掘进工程中的核磁共振探测装置，无法进行定向的探测，且由于天然地磁场较弱，只能用于极低噪声环境下的探测；瞬变电磁探测装置遇到周边有金属结构时，所测到的数据不可使用，且其探测方式为间接探测，不能准确获得目标水体的含水层厚度、含水量大小等重要信息；人工磁场的核磁共振定向探测装置在空间狭小、环境复杂的地下掘进工程中，由于磁铁搬运困难，使用时磁铁不可控，且人工磁场难以在极短的时间内切断，因此无法保证探测数据的准确性和有效性，而且上述三个专利技术还存在共同的问题，探测方式单一，且对目标水体进行探测时，均导致施工无法正常进行，影响施工进度。
技术实现思路
为了解决现有技术中的不足，本专利技术提供一种主动场核磁共振探测装置及探测方法,本专利技术适用于空间狭小、超大噪声环境、对地下掘进工程的灾害水逐层进行探测的探测装置和探测方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：主动场核磁共振探测装置，包括：预极化控制电路，通过一切换开关控制发射线圈产生大于天然地磁场的预极化磁场；释放电路，通过一开关连接发射线圈用于快速关断电路释放发射线圈中的剩余能量；交变磁场控制电路，通过所述切换开关控制发射线圈产生交变磁场激发目标水体。主控单元，对所述预极化控制电路、释放电路、交变磁场控制电路进行切换和控制。进一步的，所述预极化控制电路包括：Bp发射开关，与所述切换开关连接，驱动后通过发电机为发射线圈提供预极化电流；整流电路，设置在Bp发射开关与发电机之间，将发电机产生输出电压进行整流；Bp发射开关驱动器，与所述Bp发射开关的控制端连接，接收所述主控单元的控制信号控制Bp发射开关打开或闭合。进一步的，所述交变磁场控制电路包括：Bac发射H桥,与所述切换开关连接，驱动后通过电瓶为发射线圈提供激发电流；DC-DC开关电源，通过所述主控单元控制，与所述电瓶连接；储能电容，连接所述DC-DC开关电源，与所述Bac发射H桥的控制端连接；Bac发射H桥驱动器，与所述Bac发射H桥的控制端连接，接收所述主控单元的控制信号控制Bac发射H桥开关打开或闭合。进一步的，所述释放电路包括：IGBT高压开关，与所述发射线圈连接，由一IGBT驱动及保护电路控制其打开或闭合；Bp，Bac发射电流快速关断电路，连接所述IGBT高压开关，通过IGBT高压开关、Bp，Bac发射电流快速关断电路来迅速消耗发射线圈上的剩余能。进一步的，所述探测装置还包括信号采集电路和电流采集电路，其中，所述信号采集电路包括：A/D采集单元，与所述主控单元和上位机连接，接收主控单元发出的控制信号，将接收到的模拟信号转换成数字信号后传输至上位机；高压继电器，与主控单元连接，由主控单元控制其打开或闭合，其输入端连接所述接收线圈，接收接收线圈采集到的信号，其输出端依次连接一放大电路和一滤波电路，对其输出信号进行放大和过滤，将信号传输至所述A/D采集单元；所述电流采集电路包括：电流传感器，套在所述发射线圈上，采集发射的电流波形；Bp，Bac发射电流采集电路，其输入端连接电流传感器，其输出端连接所述主控单元，接收电流传感器采集发射的电流波形传输至控制单元。进一步的，所述主控单元的控制过程包括：主控单元发出控制信号通过接收线圈采集信号，传输至上位机中；控制DC-DC开关电源给储能电容充电；控制产生预极化过程，对前方水体的极化，通过电流传感器采集发射的电流波形，经Bp，Bac发射电流采集电路传输给主控单元；控制产生交变磁场过程，对前方水体的激发，通过电流传感器采集发射的电流波形，经Bp，Bac发射电流采集电路传输给主控单元。主动场核磁共振探测方法，包括以下步骤：步骤1、在测区内选择一探测点,根据待探测平面铺设接收线圈与发射线圈；线圈铺设完毕后，连接探测装置，系统开始自检；自检后进行噪声采集，噪声经采集后多次叠加探测，将多次探测得到的噪声信号进行显示并保存，评估当前的噪声环境；步骤2、充电过程，主控单元控制DC-DC开关电源给储能电容充电；步骤3、极化过程，主控单元控制预极化控制电路通过发射线圈产生大于天然地磁场的预极化磁场；步骤4、完成步骤3的极化过程后，通过Bp，Bac发射电流快速关断电路释放发射线圈中的剩余能量；步骤5、完成步骤4剩余能量释放，交变磁场控制电路控制发射线圈产生交变磁场激发目标水体。步骤6、完成步骤5的交变磁场激发过程后，通过Bp，Bac发射电流快速关断电路释放发射线圈中的剩余能量；步骤7，信号采集过程，通过接收线圈接收信号并将得到的信号送至上位机。进一步的，所述步骤3极化过程，主控单元控制Bp发射开关驱动器驱动Bp发射开关，Bp发射开关被驱动，主控单元控制Bp与Bac发射切换开关切换到发射工作状态，发电机经整流电路产生的输出电压向发射线圈施加电流,对前方水体的极化。进一步地，所述步骤5交变磁场激发过程，主控单元控制Bac发射H桥驱动器驱动Bac发射H桥，Bac发射H桥被驱动，主控单元控制Bp，Bac发射切换开关切换到Bac发射工作状态，DC-DC开关电源产生的储存在储能电容中的能量向发射线圈施加电压，对前方水体的激发。进一步地，重复所述步骤1到步骤7过程，进行预设叠加次数的探测，将多次探测得到的磁共振信号显示并保存，得到最小Bac发射电压下的预设叠加次数的信号；主控单元得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
主动场核磁共振探测装置，其特征在于，包括：预极化控制电路，通过一切换开关控制发射线圈产生大于天然地磁场的预极化磁场；释放电路，通过一开关连接发射线圈用于快速关断电路释放发射线圈中的剩余能量；交变磁场控制电路，通过所述切换开关控制发射线圈产生交变磁场激发目标水体。主控单元，对所述预极化控制电路、释放电路、交变磁场控制电路进行切换和控制。

【技术特征摘要】
1.主动场核磁共振探测装置，其特征在于，包括：预极化控制电路，通过一切换开关控制发射线圈产生大于天然地磁场的预极化磁场；释放电路，通过一开关连接发射线圈用于快速关断电路释放发射线圈中的剩余能量；交变磁场控制电路，通过所述切换开关控制发射线圈产生交变磁场激发目标水体。主控单元，对所述预极化控制电路、释放电路、交变磁场控制电路进行切换和控制。2.根据权利要求1所述的主动场核磁共振探测装置，其特征在于，所述预极化控制电路包括：Bp发射开关，与所述切换开关连接，驱动后通过发电机为发射线圈提供预极化电流；整流电路，设置在Bp发射开关与发电机之间，将发电机产生输出电压进行整流；Bp发射开关驱动器，与所述Bp发射开关的控制端连接，接收所述主控单元的控制信号控制Bp发射开关打开或闭合。3.根据权利要求1所述的主动场核磁共振探测装置，其特征在于，所述交变磁场控制电路包括：Bac发射H桥,与所述切换开关连接，驱动后通过电瓶为发射线圈提供激发电流；DC-DC开关电源，通过所述主控单元控制，与所述电瓶连接；储能电容，连接所述DC-DC开关电源，与所述Bac发射H桥的控制端连接；Bac发射H桥驱动器，与所述Bac发射H桥的控制端连接，接收所述主控单元的控制信号控制Bac发射H桥开关打开或闭合。4.根据权利要求2或3所述的主动场核磁共振探测装置，其特征在于，所述释放电路包括：IGBT高压开关，与所述发射线圈连接，由一IGBT驱动及保护电路控制其打开或闭合；Bp，Bac发射电流快速关断电路，连接所述IGBT高压开关，通过IGBT高压开关、Bp，Bac发射电流快速关断电路来迅速消耗发射线圈上的剩余能。5.根据权利要求1所述的主动场核磁共振探测装置，其特征在于，所述探测装置还包括信号采集电路和电流采集电路，其中，所述信号采集电路包括：A/D采集单元，与所述主控单元和上位机连接，接收主控单元发出的控制信号，将接收到的模拟信号转换成数字信号后传输至上位机；高压继电器，与主控单元连接，由主控单元控制其打开或闭合，其输入端连接所述接收线圈，接收接收线圈采集到的信号，其输出端依次连接一放大电路和一滤波电路，对其输出信号进行放大和过滤，将信号传输至所述A/D采集单元；所述电流采集电路包括：电流传感器，套在所述发射线圈上，采集发射的电流波形；Bp，Bac发射电流采集电路，其输入端连接电流传感器，其输出端连接所述主控单元，接收电流传感器采集发射的电流波形传输至控制单元。6.根据权利要求1所述的主动场核磁共振探测装置，其特征在于，所述主控单元的控制过...

【专利技术属性】
技术研发人员：林婷婷，周坤，何春娟，张洋，万玲，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22