【技术实现步骤摘要】
本申请涉及岩土探测领域，尤其是涉及一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土探测装置及方法。
技术介绍
1、核磁共振是分析化合物分子结构的重要技术手段，在实验室中常用于测定油水等流体的成分、含量与空间分布等信息，对土体和岩体等多孔介质的孔隙结构特性进行分析表征。核磁共振技术能够区分岩土体孔隙流体中的油、水信号，获取地下深部地层中的含油或含水化合物的物理状态和化学成分，广泛应用于石油勘探和环境污染监测等领域。
2、高光谱成像技术利用分子化学键对特定波长辐射的吸收特性，通过与光谱指纹数据库进行对比分析，能够获取岩土体中各种物质的化学成分与相对含量。与核磁共振技术相比，高光谱成像技术基于反射光谱技术，更适用于对固体物质进行分析，且对物质种类的适用范围更广，同时提供高光谱图像数据，为物质分析提供有效的数据支撑。结合核磁共振与高光谱成像技术，能够在极低扰动的条件下，同时获取深部原位岩土体中固、液、气三相物质的物理、化学、力学和流体等多重特性，鉴于此，专利技术一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土原位探测装置与方法是非常有必要的。
技术实现思路
1、为了在低扰动状态下获取深部原位岩土体的化学成分和孔隙流体信息，同时采集岩土体的高光谱图像，获取深部复杂地层信息，本申请提供一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土探测装置及方法。
2、本申请提供的一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土探测装置采用如下的技术方案：
3、一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土探测装置，包括：
4、
5、数据采集及分析系统，用于收集并分析所述核磁共振测量模块和所述高光谱成像模块的测量数据；
6、下放系统，用于将所述测量探头下放至钻孔以及回收所述测量探头；
7、所述核磁共振测量模块包括磁体组件和射频组件；
8、所述高光谱成像模块包括：
9、多个光学视窗，沿所述外壳周向间隔分布；
10、光源，安装于所述光学视窗内，所述光源发出的光能够透过所述光学视窗进入土体，土体中目标物的反射光能够透过所述光学视窗进入所述外壳；
11、面阵光纤传感器，用于接收目标物的反射光并输出两个空间维的信息，包括面形成像区域内目标物的空间位置信息；
12、线扫描高光谱传感器，用于接收目标物的反射光并输出一个空间维和一个光谱维的信息，所述空间维的信息包括线形成像区域内目标物的空间位置信息，所述光谱维的信息包括目标物的光谱信息。
13、探测时，通过下放系统将测量探头下放至钻孔中，测量探头到达目标深度的土层后，核磁共振测量模块发射特定频率的射频信号并接收对应深度土体的回波信号，通过数据采集及分析系统对核磁共振回波信号进行反演，得到原状土的t2分布谱；t2谱在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。
14、同时，光源发出的光线透过光学视窗进入土体并照射在目标物上发生反射，反射光被面阵光纤传感器接收并输出面形成像区域内目标物的空间位置信息，反射光被线扫描高光谱传感器接收并输出线形成像区域内目标物的空间位置信息和光谱信息，数据采集及分析系统对面阵光纤传感器和线扫描高光谱传感器的电信号进行分析处理，解析得到包含目标物空间位置和光谱信息的数据体，并进一步输出视频、图像和光谱特征信息，将光谱特征信息与实验室内物质的光学指纹库进行对比分析，获得目标物的物质组成结构等信息。
15、通过对比不同深度土层的核磁共振信息和化学成分信息，结合原位土体的高光谱图像，可以对土体的物理力学特性和污染程度进行评价。
16、进一步地，所述磁体组件包括五个同轴固接的空心圆柱型磁铁，沿轴线方向依次为第一磁铁、第二磁铁、第三磁铁、第二磁铁和第一磁铁，所述第一磁铁、所述第二磁铁和所述第三磁铁的内周直径相同且外周直径依次递减，五个磁铁的极性相同。
17、磁体组件产生围绕轴线的圆环形静磁场b0，通过采用多个空心圆柱型磁铁组成磁体组件，且磁体组件呈变径设置，使核磁共振测量信号敏感区域沿磁体组件的径向向外延伸一段距离，从而使得测量区域尽可能避开贯入过程中被测量探头扰动和破坏的土，有助于提高测量的准确性。
18、进一步地，所述射频组件包括绕设于所述磁体组件中部的射频线圈，所述射频线圈连接有调谐电路。
19、射频线圈产生的射频磁场b1沿磁铁轴向且与静磁场b0垂直，通过调谐电路，可将射频线圈频率和磁铁产生的静磁场b0的磁场强度调谐一致。
20、进一步地，所述面阵光纤传感器包括依次连接的面阵光纤阵列、面阵光纤束和面图像传感器，所述面阵光纤阵列设置于所述光学视窗的内侧面，所述面阵光纤阵列的轴向与所述光学视窗的内侧面垂直。
21、光源发出的光线照射在目标物上发生反射，透过光学视窗进入面阵光纤阵列，光线在面阵光纤束内发生全反射后进入面图像传感器进行信号处理。
22、进一步地，所述面图像传感器包括光纤解码器和面成像电荷耦合器件；所述光纤解码器连接于所述面阵光纤束的输出端，用于将图像编码信号解码为二维光信号；所述面成像电荷耦合器件连接于所述光纤解码器，用于将解码的二维光信号转化为电信号，所述面成像电荷耦合器件的两个维度均为空间维，用于输出面形成像区域内目标物的空间位置信息。
23、进一步地，所述线扫描高光谱传感器包括依次连接的线阵光纤阵列、线阵输入光纤束、线分光器、面阵输出光纤束和线图像高光谱传感器，所述线阵光纤阵列设置于所述光学视窗的内侧面，线阵光纤阵列的轴向与所述光学视窗的内侧面垂直。
24、光源发出的光线照射在目标物上发生反射，透过光学视窗进入线阵光纤阵列，光线在线阵输入光纤束内发生全反射后进入线分光器，线分光器将复合光线分解为不同波段的离散光线，通过面阵输出光纤束进入线图像高光谱传感器进行信号处理。
25、进一步地，所述线分光器包括分光器外壳和位于所述分光器外壳内且沿光路依次设置的输入光纤准直器、定向分光器件和输出光纤准直器，所述输入光纤准直器、所述定向分光器件和所述输出光纤准直器共轴线。
26、光线依次经过输入光纤准直器、定向分光器件和输出光纤准直器，将复合光线分解为不同波段的离散光线。
27、进一步地，所述定向分光器件为定向光栅-棱镜-衍射光栅-棱镜复合结构，所述定向光栅将发散光规制为平行光，所述衍射光栅将通过定向光栅的复合光线分解为多个具有不同波长的离散光线。
28、通过定向光栅-棱镜-衍射光栅-棱镜复合结构进行调光和分光，光路结构简单，且没有活动部件，抗震动干扰能力强。
29、进一步地，所述线图像高光谱传感器包括光纤解码器和线成像电荷耦合器件；所述光纤解码器连接于所述面阵输出光纤束的输出端，用于将图像编码信号解码为二维光信号；所述线成像电荷耦合器件连接于所述光纤解码器，用于将解码的二维光信号转化为电信号，所述线成像电荷耦合器件包括一个空间本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土探测装置，其特征在于：包括：
2.根据权利要求1所述的一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土探测装置，其特征在于：所述磁体组件包括五个同轴固接的空心圆柱型磁铁，沿轴线方向依次为第一磁铁、第二磁铁、第三磁铁、第二磁铁和第一磁铁，所述第一磁铁、所述第二磁铁和所述第三磁铁的内周直径相同且外周直径依次递减，五个磁铁的极性相同。
3.根据权利要求2所述的一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土探测装置，其特征在于：所述射频组件包括绕设于所述磁体组件中部的射频线圈，所述射频线圈连接有调谐电路。
4.根据权利要求1所述的一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土探测装置，其特征在于：所述面阵光纤传感器包括依次连接的面阵光纤阵列、面阵光纤束和面图像传感器，所述面阵光纤阵列设置于所述光学视窗的内侧面，所述面阵光纤阵列的轴向与所述光学视窗的内侧面垂直。
5.根据权利要求4所述的一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土探测装置，其特征在于：所述面图像传感器包括光纤解码器和面成像电荷耦合器件；所述光纤解码器连接于所述面阵光纤束的输出端，用于将
6.根据权利要求1所述的一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土探测装置，其特征在于：所述线扫描高光谱传感器包括依次连接的线阵光纤阵列、线阵输入光纤束、线分光器、面阵输出光纤束和线图像高光谱传感器，所述线阵光纤阵列设置于所述光学视窗的内侧面，线阵光纤阵列的轴向与所述光学视窗的内侧面垂直。
7.根据权利要求6所述的一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土探测装置，其特征在于：所述线分光器包括分光器外壳和位于所述分光器外壳内且沿光路依次设置的输入光纤准直器、定向分光器件和输出光纤准直器，所述输入光纤准直器、所述定向分光器件和所述输出光纤准直器共轴线。
8.根据权利要求7所述的一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土探测装置，其特征在于：所述定向分光器件为定向光栅-棱镜-衍射光栅-棱镜复合结构，所述定向光栅将发散光规制为平行光，所述衍射光栅将通过定向光栅的复合光线分解为多个具有不同波长的离散光线。
9.根据权利要求6所述的一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土探测装置，其特征在于：所述线图像高光谱传感器包括光纤解码器和线成像电荷耦合器件；所述光纤解码器连接于所述面阵输出光纤束的输出端，用于将图像编码信号解码为二维光信号；所述线成像电荷耦合器件连接于所述光纤解码器，用于将解码的二维光信号转化为电信号，所述线成像电荷耦合器件包括一个空间维和一个光谱维，空间维用于输出线形成像区域内目标物的空间位置信息，光谱维用于输出目标物的光谱信息。
10.一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土探测方法，其特征在于：采用权利要求1-9任一项所述的一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土探测装置，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土探测装置，其特征在于：包括：
2.根据权利要求1所述的一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土探测装置，其特征在于：所述磁体组件包括五个同轴固接的空心圆柱型磁铁，沿轴线方向依次为第一磁铁、第二磁铁、第三磁铁、第二磁铁和第一磁铁，所述第一磁铁、所述第二磁铁和所述第三磁铁的内周直径相同且外周直径依次递减，五个磁铁的极性相同。
3.根据权利要求2所述的一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土探测装置，其特征在于：所述射频组件包括绕设于所述磁体组件中部的射频线圈，所述射频线圈连接有调谐电路。
4.根据权利要求1所述的一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土探测装置，其特征在于：所述面阵光纤传感器包括依次连接的面阵光纤阵列、面阵光纤束和面图像传感器，所述面阵光纤阵列设置于所述光学视窗的内侧面，所述面阵光纤阵列的轴向与所述光学视窗的内侧面垂直。
5.根据权利要求4所述的一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土探测装置，其特征在于：所述面图像传感器包括光纤解码器和面成像电荷耦合器件；所述光纤解码器连接于所述面阵光纤束的输出端，用于将图像编码信号解码为二维光信号；所述面成像电荷耦合器件连接于所述光纤解码器，用于将解码的二维光信号转化为电信号，所述面成像电荷耦合器件的两个维度均为空间维，用于输出面形成像区域内目标物的空间位置信息。
6.根据权利要求1所述的一种核磁共振与高光谱成像结合的岩土探测装置，其特征在于：所述线扫描高光谱传感器包括依...
【专利技术属性】
技术研发人员：魏厚振，许睿，覃莹瑶，薛强，白明，马晓龙，阮航，孙翔，
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：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。