【技术实现步骤摘要】
本申请涉及岩土探测领域，尤其是涉及一种多探头核磁共振岩土原位监测系统。
技术介绍
1、常见的土体水分监测方法有频域反射法、时域反射法、烘干法、核磁共振法等，在土体原位测量的频域反射法与时域反射法通过测得介电常数间接反映土体含水量，所受影响因素较多、准确性不稳定。烘干法和核磁共振法通常需要人工钻取土样，再通过实验室检测获得土体含水信息，然而，原状土取样过程难以避免取土、运输、制样引起的附加扰动，且取样后开展的实验测试难以还原地下条件。
2、另一方面，岩土的水分含量和分布具有很强的时空变异性，取样有可能不具备代表性，且目前的相关技术难以获取地下岩土体的水分含量和物理性质随时间变化的信息。因此，需要一种对岩土进行长期、连续监测的装置，实现对地下岩土尤其是污染场地的原位监测。
技术实现思路
1、为了对岩土进行长期、连续的原位监测，本申请提供一种多探头核磁共振岩土原位监测系统。
2、本申请提供的一种多探头核磁共振岩土原位监测系统采用如下的技术方案：
3、一种多探头核磁共振岩土原位监测系统，包括：
4、多探头组件，包括筒状的外壳和固定设置于所述外壳中的多个核磁探头，多个所述核磁探头沿所述外壳的轴向依次间隔排布，多个所述核磁探头分别位于不同深度的地层且测量频率各不相同；
5、谱仪组件，用于发射和接收核磁共振测量射频信号；
6、工控机，用于发送测量指令并对测量数据进行实时处理；
7、电缆，连接于多个所述核磁探头、所
8、将多探头组件下放至钻孔中，使多个核磁探头分别埋置于不同深度的土层，对不同深度位置原状土的核磁信息进行同时测量；不同频率的核磁探头采集的数据统一由电缆传输至地面谱仪组件，从采集信号频率上实现了多个核磁探头数据的区分。
9、谱仪组件为控制信号收发的采集系统，用于控制各核磁探头的射频线圈发射频率不同的射频信号，并通过多通道接收器接收每个探头测得的不同频率信号，利用频谱分析进行信号频率区分后将地下土体的核磁共振采集信号传输至工控机。
10、工控机包含数据处理组件，用于核磁共振采集数据的处理。执行一次采集后，每个核磁探头都测量到对应深度土体的回波信号，通过数据处理组件对多探头采集的核磁共振回波信号进行反演，得到不同深度位置的原状土的t2分布谱。每一深度点的t2谱一定程度上反映了土体的含水分布、微观孔隙结构和油水流体信息，对t2谱进行积分即得到含水率。进一步可对比不同深度土层的核磁共振信息，评价土体的非均质性。
11、将多探头组件长期埋置于地下土体中，可实现对土体中水分信息、污染场地油类污染物的长期、连续监测。
12、进一步地，所述核磁探头包括套筒、固定设置于所述套筒中的磁体和绕设于所述套筒外的射频线圈，所述射频线圈连接有射频线圈电路，所述电缆贯穿于多个所述核磁探头且所述电缆连接于每个所述射频线圈电路。
13、进一步地，所述核磁探头还包括贯穿于所述套筒的套管，所述套管与所述套筒共轴线且二者固定连接，所述套管的轴向长度大于所述套筒的轴向长度，相邻的两个所述套管之间通过螺纹连接，所述电缆安装于所述套管内。
14、进一步地，每个所述核磁探头中，所述磁体包括两个极性相反的空心圆柱型磁铁，两个所述磁铁沿自身轴向间隔排布，产生围绕轴线的圆环形静磁场b0；所述射频线圈位于两个所述磁铁之间，所述射频线圈产生的射频磁场b1沿磁体轴向且与静磁场b0垂直。
15、进一步地，不同的所述核磁探头中，所述磁体的磁场强度各不相同，使得每个所述核磁探头的共振频率各不相同。
16、每个核磁探头都采用不同磁场强度的磁体，根据磁场强度b0和共振频率的关系，每个探头的共振频率都不相同，并将每个探头的射频线圈频率和磁体产生静磁场b0的磁场强度调谐一致，使得每个核磁探头都在不同的频率下工作，不同频率射频线圈采集的数据统一由电缆传输至地面谱仪系统，从采集信号频率上实现了多核磁探头数据的区分。
17、进一步地，所述套筒的外周侧的中部设置有供所述射频线圈缠绕的凹槽。凹槽便于射频线圈在套筒外均匀缠绕。
18、进一步地，所述外壳远离地面的一端固定连接有顶盖，所述顶盖与土体接触的一面呈凸弧面。
19、凸弧面有助于将多探头组件顺利下放至钻孔内，防止探头卡钻。
20、进一步地，所述套管采用非磁性材料制成。
21、非磁性材料使核磁探头的主磁场和射频磁场能够穿透套管到达需要测量的土体区域。
22、进一步地，所述套筒采用聚四氟乙烯材料制成。
23、聚四氟乙烯材料能够允许磁场穿透且有助于降低核磁共振测量信号中的背景噪声干扰。
24、进一步地，所述外壳采用无磁不导电的材料制成。
25、无磁不导电的材料使核磁探头的主磁场和射频磁场能够穿透外壳到达需要测量的土体区域，同时保证了探头下放并埋置于地下土体时具有良好的防水防腐性能。
26、综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
27、1.将多个核磁探头分别埋置于不同深度的土层中，对不同深度位置原状土的核磁信息进行实时原位测量，可获取不同深度位置原状土的水分含量、水分分布等信息，对比不同深度土层测量结果评价土体的非均质性；
28、2.每个核磁探头都采用不同磁场强度的磁体，使得每个核磁探头都在不同的频率下工作，不同频率的射频线圈采集的数据统一由电缆传输至地面谱仪系统，从采集信号频率上实现了多核磁探头数据的区分；
29、3.将多探头组件长期埋置于地下土体中，可实现对土体中水分信息、污染场地油类污染物的长期、连续监测。
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1.一种多探头核磁共振岩土原位监测系统，其特征在于：包括：
2.根据权利要求1所述的一种多探头核磁共振岩土原位监测系统，其特征在于：所述核磁探头包括套筒、固定设置于所述套筒中的磁体和绕设于所述套筒外的射频线圈，所述射频线圈连接有射频线圈电路，所述电缆贯穿于多个所述核磁探头且所述电缆连接于每个所述射频线圈电路。
3.根据权利要求2所述的一种多探头核磁共振岩土原位监测系统，其特征在于：所述核磁探头还包括贯穿于所述套筒的套管，所述套管与所述套筒共轴线且二者固定连接，所述套管的轴向长度大于所述套筒的轴向长度，相邻的两个所述套管之间通过螺纹连接，所述电缆安装于所述套管内。
4.根据权利要求3所述的一种多探头核磁共振岩土原位监测系统，其特征在于：每个所述核磁探头中，所述磁体包括两个极性相反的空心圆柱型磁铁，两个所述磁铁沿自身轴向间隔排布，产生围绕轴线的圆环形静磁场B0；所述射频线圈位于两个所述磁铁之间，所述射频线圈产生的射频磁场B1沿磁体轴向且与静磁场B0垂直。
5.根据权利要求4所述的一种多探头核磁共振岩土原位监测系统，其特征在于：所述套筒的
6.根据权利要求2所述的一种多探头核磁共振岩土原位监测系统，其特征在于：不同的所述核磁探头中，所述磁体的磁场强度各不相同，使得每个所述核磁探头的共振频率各不相同。
7.根据权利要求3所述的一种多探头核磁共振岩土原位监测系统，其特征在于：所述外壳远离地面的一端固定连接有顶盖，所述顶盖与土体接触的一面呈凸弧面。
8.根据权利要求3所述的一种多探头核磁共振岩土原位监测系统，其特征在于：所述套管采用非磁性材料制成。
9.根据权利要求2所述的一种多探头核磁共振岩土原位监测系统，其特征在于：所述套筒采用聚四氟乙烯材料制成。
10.根据权利要求1所述的一种多探头核磁共振岩土原位监测系统，其特征在于：所述外壳采用无磁不导电的材料制成。
...【技术特征摘要】
1.一种多探头核磁共振岩土原位监测系统，其特征在于：包括：
2.根据权利要求1所述的一种多探头核磁共振岩土原位监测系统，其特征在于：所述核磁探头包括套筒、固定设置于所述套筒中的磁体和绕设于所述套筒外的射频线圈，所述射频线圈连接有射频线圈电路，所述电缆贯穿于多个所述核磁探头且所述电缆连接于每个所述射频线圈电路。
3.根据权利要求2所述的一种多探头核磁共振岩土原位监测系统，其特征在于：所述核磁探头还包括贯穿于所述套筒的套管，所述套管与所述套筒共轴线且二者固定连接，所述套管的轴向长度大于所述套筒的轴向长度，相邻的两个所述套管之间通过螺纹连接，所述电缆安装于所述套管内。
4.根据权利要求3所述的一种多探头核磁共振岩土原位监测系统，其特征在于：每个所述核磁探头中，所述磁体包括两个极性相反的空心圆柱型磁铁，两个所述磁铁沿自身轴向间隔排布，产生围绕轴线的圆环形静磁场b0；所述射频线圈位于两个所述磁铁之间，所述射频线圈产生的射频磁场...
【专利技术属性】
技术研发人员：薛强，魏厚振，万勇，马晓龙，阮航，孙翔，李江山，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：
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