[发明专利]用预极化场增强信号幅度的磁共振多通道探测方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用预极化场增强信号幅度的磁共振多通道探测方法及装置，能够在噪声干扰严重及隧道矿井等特殊环境下，利用磁共振（Magnetic Resonance Sounding, MRS）技术进行层状及非层状复杂地下水结构的探测。

背景技术

磁共振探测技术，作为唯一能够直接探测地下水的地球物理方法，被广泛应用于浅层地下水探测。传统磁共振技术依靠仅为nT级别的天然地磁场，信号幅度有限，极易被噪声淹没，严重制约了磁共振技术的发展。

CN105549098A公开了一种地下全空间核磁共振预极化探测装置及探测方法。由电脑经主控单元及输出可调大功率电源与发射桥路驱动、大功率发射桥路、高电压切换开关与预极化线圈连接，电脑经A/D采集单元、放大器电路、Q-switch 电路和配谐电容与接收线圈相连构成。利用磁场强度远大于天然地磁场的预极化场，提高了探测目标水体的整体磁化强度，从而获得更大的磁共振信号。该项发明的提出，有效解决了隧道及矿井等地下施工高噪声环境下，突水、涌泥等地质灾害的探测问题，但由于系统仅含有单个发射及接受线圈，仅能针对层状水结构进行一维探测，对于复杂的多维结构水体并不能很好的反映水体真实状况，且单一预极化发射线圈，预极化场的范围及幅度有限，均匀程度不高，一定程度上限制了预极化场的应用。

CN103033849N公开了一种多通道核磁共振地下水探测仪及其野外工作方法。由计算机配置发射机和各接收机的工作参数，各接收机的工作模式可以在核磁共振测量模式和带参考核磁共振测量模式之间进行切换，每个接收机均可连接一个接受线圈和一个参考线圈，参考线圈个数的选取可依据当地噪声环境噪声水平而定，最多可连接8个参考线圈，通过自适应消噪算法及多通道测量模式实现对地下水体的二维探测。该项发明的提出，有效弥补了一维磁共振探测不能解决的非层状复杂含水结构探测问题，但存在传统磁共振探测技术的信号幅度较低的问题，在针对信号被噪声淹没的强噪声干扰情况时，并不能取得有效的磁共振信号，且不支持发射通道的扩展，仅能连接单一发射线圈。

上述发明的磁共振探测装置及方法在某些特殊情况下，均具有较好的探测效果，但都存在一定的局限性。在强噪声环境下，类似人为噪声及电力干扰较强的城镇，及隧道、矿井等大型掘进工程中，均无法对非层状复杂水体进行探测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种用预极化场增强信号幅度的磁共振多通道探测方法, 能够提升信号幅度，提高探测信噪比，还能够针对非层状复杂含水结构进行探测，实现人为噪声及电力干扰严重、隧道矿井等大型掘进等高噪声环境下，均匀预极化场的多维磁共振测量方法。

本发明另一方面还提供了一种用预极化场增强信号幅度的磁共振多通道探测装置。

本发明是这样实现的，一种用预极化场增强信号幅度的磁共振多通道探测方法，

该方法包括：

设置多个直流发射线圈与一个直流/交流发射线圈，发射直流电流形成预极化场，增大水中氢质子磁化强度；

发射一段时间后，切断直流电流，通过直流/交流发射线圈发射拉莫尔频率的交流电流，激发氢质子产生磁共振现象；

关断交流电流后，氢质子释放自由感应衰减磁共振信号，通过设置多个接受线圈以及一个参考线圈分别测量磁共振信号与噪声信号；

通过控制交流电流大小，完成不同脉冲矩的测量。

进一步地，包括以测点为中心，布设直流/交流发射线圈，在测点的四周对称布置有多个直流发射线圈，在噪声源处布置参考线圈。

进一步地，所述预极化磁场的产生包括：通过一计算机以及通讯连接的主控单元控制发射切换控制电路切换到可调直流脉冲发射电路，通入直流/交流发射线圈以及多个直流流发射线圈产生直流电流。

进一步地，切断直流电流后，通过一计算机通讯连接主控单元控制发射切换控制电路切换到可调交流脉冲发射电路，关闭其他直流发射线圈，并通入直流/交流发射线圈交流电流，激发极化后的地下水产生磁共振现象。

进一步地，按照如下的步骤进行探测：

a、在测区内选定测量位置，根据探测需要确定直流/交流发射线圈，直流发射线圈及接收线圈的大小、个数；

b、以测点为中心，布设直流/交流发射线圈，直流发射线圈以及接收线圈；

c、在测区对应测点附近，布设参考线圈，其铺设位置要尽量靠近噪声源，与发射线圈及接收线圈保持距离，以确保参考线圈接收到的是与接收线圈同源的噪声信号且不包含磁共振信号；