一種基于分步式發(fā)射的地下核磁共振探測裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于地球物理勘探設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種基于分步式發(fā)射的地下核磁共振探測裝置。采用的探測裝置包括發(fā)射線圈、發(fā)射上位機(jī)、MCU下位機(jī)、DC-DC升壓電源、儲能電容、發(fā)射橋路、檢測裝置以及配諧電容，發(fā)射上位機(jī)通過串口總線以及通訊接口與MCU下位機(jī)相連接,MCU下位機(jī)與DC-DC升壓電源連接，DC-DC升壓電源連接儲能電容給儲能電容充電,同時(shí)MCU下位機(jī)通過驅(qū)動控制電路連接發(fā)射橋路后與儲能電容相連接,儲能電容通過配諧電容連接發(fā)射線圈相連接，同時(shí)儲能電容通過檢測裝置檢測電壓，檢測裝置的輸出端與MCU下位機(jī)相連接，檢測裝置檢測發(fā)射線圈的電流與MCU下位機(jī)相連接，通過對儲能電容的一次充電多次發(fā)射的模式，提高了探測過程中的工作效率，減少了重復(fù)工作的時(shí)間。
【專利說明】—種基于分步式發(fā)射的地下核磁共振探測裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于地球物理勘探設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種基于分步式發(fā)射的地下核磁共振探測裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]在MRS探測中，勘探深度主要取決于兩個(gè)因素，一是地面上線圈的大小，探測深度大約等于線圈直徑或方框邊長；二是激發(fā)脈沖矩的大小，在實(shí)際工作中隨意改變線圈的面積不易實(shí)現(xiàn)，一般通過增大激發(fā)脈沖矩來改變探測深度。激發(fā)脈沖矩為q= 1X τρ，Ι0和τP分別是發(fā)射電流脈沖的幅值和發(fā)射持續(xù)時(shí)間。發(fā)射持續(xù)時(shí)間通常是不變的，增加激發(fā)脈沖矩主要靠增加發(fā)射電流，也就是增加大功率電源的電壓。核磁共振大功率電源是為發(fā)射系統(tǒng)提供所需能量的模塊，即產(chǎn)生激發(fā)電流能量的單元，通常發(fā)射線圈阻抗在I Ω左右，故電源的最大輸出電壓應(yīng)達(dá)到400V。完成一次發(fā)射電壓之后，剩余的電量一般情況下應(yīng)該為此前電量的80%。為了方便介紹，我們舉例說明發(fā)射電壓數(shù)值的大小從大到小依次記為數(shù)值1，數(shù)值2，數(shù)值3，數(shù)值4，且以此4個(gè)數(shù)值為一組測量。在實(shí)際測量中測量次數(shù)大于4次，此處只是舉例方便說明。
[0003]CN200997000Y介紹了一種利用地面核磁共振技術(shù)找水的大功率發(fā)射裝置。用小功率的電池供電獲取短時(shí)大功率的供電電源，采用快速切換開關(guān)，發(fā)射同接收共用一個(gè)線圈，利用H橋電路實(shí)現(xiàn)正負(fù)交變脈沖發(fā)生，激發(fā)地下水中氫質(zhì)子發(fā)生核磁共振現(xiàn)象的裝置。
[0004]CN103033849A介紹了一種帶有參考線圈的多通道核磁共振地下水探測儀及其野外工作方法，由計(jì)算機(jī)配置發(fā)射機(jī)和各接收機(jī)的工作參數(shù)，各接收機(jī)的工作模式可以在核磁共振測量模式和帶參考核磁共振測量模式之間進(jìn)行切換，每個(gè)接收機(jī)均可連接一個(gè)接收線圈和一個(gè)參考線圈，參考線圈個(gè)數(shù)的可依據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境噪聲水平而定，最多可連接8個(gè)參考線圈，在使用帶有參考線圈的多通道核磁共振地下水探測儀進(jìn)行探測時(shí)，通過自適應(yīng)消噪算法對所取得的核磁共振信號數(shù)據(jù)進(jìn)行消噪處理。
[0005]以上的兩種核磁共振找水儀采用的發(fā)射電壓的裝置均為從較小的電壓值開始，為儲能電容進(jìn)行充電，充電一次將電壓以交變電流的形式傳輸?shù)桨l(fā)射線圈中。每發(fā)射電流都需要進(jìn)行一次充電，同時(shí)都不具備電壓和電流的檢測裝置，對于實(shí)際的野外測量中，就需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和精力重復(fù)相同的工作，不僅效率低下，同時(shí)由于多次的充放電過程，對于器件的要求也相對較高，較容易損壞，可靠性有待于提高。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于提供一種采用了分步式發(fā)射電能探測核磁共振信號，提供電壓和電流的檢測，通過對儲能電容的一次充電多次發(fā)射的模式，提高了探測過程中的工作效率，減少了重復(fù)工作的時(shí)間的基于分步式發(fā)射的地下核磁共振探測裝置。
[0007]本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于分步式發(fā)射的地下核磁共振探測裝置，采用的探測裝置包括發(fā)射線圈、發(fā)射上位機(jī)、MCU下位機(jī)、DC-DC升壓電源、儲能電容、發(fā)射橋路、檢測裝置以及配諧電容，發(fā)射上位機(jī)通過串口總線以及通訊接口與MCU下位機(jī)相連接，MCU下位機(jī)與DC-DC升壓電源連接，DC-DC升壓電源連接儲能電容給儲能電容充電，同時(shí)MCU下位機(jī)通過驅(qū)動控制電路連接發(fā)射橋路后與儲能電容相連接，儲能電容通過配諧電容連接發(fā)射線圈相連接，同時(shí)儲能電容通過檢測裝置檢測電壓，檢測裝置的輸出端與MCU下位機(jī)相連接，檢測裝置檢測發(fā)射線圈的電流與MCU下位機(jī)相連接。
[0008]進(jìn)一步地，其中檢測裝置是由電壓檢測模塊和電流監(jiān)測模塊兩部分構(gòu)成，其中電壓監(jiān)測模塊是依次通過與儲能電容連接的功率電阻、電壓傳感器、電壓A/D采集板相連接最終連接到單片機(jī)上；而電流檢測裝置依次通過與發(fā)射線圈連接的電流傳感器以及電流A/D采集板連接到單片機(jī)上而構(gòu)成的，通過單片機(jī)與MCU下位機(jī)通訊連接。
[0009]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果在于:
[0010]本實(shí)用新型依據(jù)核磁共振探測原理，在地下工程中采用了分步式發(fā)射電能的裝置探測核磁共振信號，提供電壓和電流的檢測，通過對儲能電容的一次充電多次發(fā)射的模式，提高了探測過程中的工作效率，減少了重復(fù)工作的時(shí)間，并且提高了儀器的可靠性，降低了儀器的故障率，簡化了工作的步驟，為野外試驗(yàn)減輕了負(fù)擔(dān)，提高了探測的實(shí)用性，能夠有效地測量地下工程中的前方水體，成為地下工程中發(fā)生突水，涌泥等地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報(bào)的根據(jù)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的設(shè)備的模塊結(jié)構(gòu)框圖；
[0012]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的檢測裝置的模塊框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0013]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0014]如圖1所示，本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于分步式發(fā)射的地下核磁共振探測裝置，采用的探測裝置包括發(fā)射線圈10、發(fā)射上位機(jī)1、以及發(fā)射機(jī)17，其中發(fā)射機(jī)17包括:MCU下位機(jī)3、DC-DC升壓電源5、儲能電容7、發(fā)射橋路6、檢測裝置8以及配諧電容9，發(fā)射上位機(jī)I通過串口總線以及通訊接口 2與MCU下位機(jī)3相連接，MCU下位機(jī)3與DC-DC升壓電源5連接，DC-DC升壓電源5連接儲能電容7給儲能電容7充電，同時(shí)MCU下位機(jī)3通過驅(qū)動控制電路4連接發(fā)射橋路后與儲能電容相連接，儲能電容通過配諧電容連接發(fā)射線圈相連接，同時(shí)儲能電容通過檢測裝置檢測電壓，檢測裝置的輸出端與MCU下位機(jī)相連接，檢測裝置檢測發(fā)射線圈的電流與MCU下位機(jī)相連接。
[0015]如圖2所示，其中檢測裝置是由電壓檢測模塊和電流監(jiān)測模塊兩部分構(gòu)成，其中電壓監(jiān)測模塊是依次通過與儲能電容連接的功率電阻14、電壓傳感器13、電壓A/D采集板12相連接最終連接到單片機(jī)上；而電流檢測裝置依次通過與發(fā)射線圈連接的電流傳感器15以及電流A/D采集板16連接到單片機(jī)11上而構(gòu)成的，通過單片機(jī)與MCU下位機(jī)通訊連接。
[0016]具體工作過程是:
[0017]發(fā)射機(jī)上位機(jī)I通過串口連接通訊接口 2對MCU下位機(jī)3設(shè)置充電時(shí)間和充電電壓后，MCU下位機(jī)3控制DC-DC升壓電源模塊5向儲能電容7輸出設(shè)定的電壓以備發(fā)射。之后發(fā)射機(jī)上位機(jī)通過串口連接發(fā)射通訊接口 2對MCU下位機(jī)3進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，設(shè)定的發(fā)射的電壓值為數(shù)值Λ\。MCU下位機(jī)3中的CPLD的管腳產(chǎn)生脈沖信號，通過驅(qū)動控制電路4提高了驅(qū)動的能力。驅(qū)動發(fā)射橋路6。發(fā)射橋路6由H橋路構(gòu)成，兩路橋路分別有兩個(gè)大功率IGBT開關(guān)管。發(fā)射橋路6工作時(shí)，將儲能電容7中儲備的電壓以交變電流的形式通過配諧電容9發(fā)送到發(fā)射線圈10中。地下水中的氫核受到發(fā)射電流產(chǎn)生的電磁場的激發(fā)，躍遷至高能級。并通過電流檢測裝置19檢測發(fā)射線圈10中的電流數(shù)值傳遞至發(fā)射機(jī)上位機(jī)I，供參考人員進(jìn)行參看后，不符合通常經(jīng)驗(yàn)的值，對配諧電容進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0018]之后，儲能電容9中的電容數(shù)值通過功率電阻14，它的作用是防止電容過大燒毀電路，之后電壓數(shù)值傳遞給電壓傳感器13，通過電壓A/D采集板12對電壓數(shù)值進(jìn)行采集并傳遞給單片機(jī)11。最終將結(jié)果返回到MCU下位機(jī)3中。MCU下位機(jī)3根據(jù)檢測結(jié)果反饋給發(fā)射上位機(jī)I，之后通過發(fā)射上位機(jī)I再次通過通訊接口 2對MCU下位機(jī)3進(jìn)行發(fā)射電壓設(shè)置，為數(shù)值Λ V2。MCU下位機(jī)3中的發(fā)射控制模塊的CPLD產(chǎn)生脈沖信號，通過驅(qū)動控制電路4提高驅(qū)動能力，驅(qū)動儲能電容7以交變電流的形式通過配諧電容9向發(fā)射線圈10發(fā)射電壓，以此類推。
[0019]基于分步發(fā)射的地下全波核磁共振探測裝置，包括以下順序和步驟:
[0020]a.在測區(qū)內(nèi)選定測點(diǎn)，以測點(diǎn)為中心垂直鋪設(shè)發(fā)射線圈10。并將發(fā)射線圈語法設(shè)計(jì)的發(fā)射線圈接線端相連接。
[0021]b.發(fā)射上位機(jī)I通過串口與發(fā)射機(jī)17相連接，并對其工作參數(shù)進(jìn)行初始設(shè)置。
[0022]c.發(fā)射上位機(jī)I通過通訊接口 MCU下位機(jī)3，DC-DC升壓電源5對儲能電容7中的電壓進(jìn)行設(shè)置，是儲能電容7中的電壓參數(shù)達(dá)到測量范圍內(nèi)的最大值，為數(shù)值Vl。
[0023]d.發(fā)射上位機(jī)I通過通訊接口 2，MCU下位機(jī)3驅(qū)動控制電路4對儲能電容發(fā)出信號，允許其向發(fā)射線圈10以交變電流的形式發(fā)射電壓，發(fā)射電壓的數(shù)值為數(shù)值ΛV1，并通過電流檢測裝置19檢測電流的數(shù)值是否在合理范圍內(nèi)，并反饋給MCU下位機(jī)3，此為完成一次發(fā)射。
[0024]e.電壓檢測裝置18檢測儲能電容7中的剩余電壓，并反饋給MCU下位機(jī)3，如果大于發(fā)射的數(shù)值Λ V2,則由MCU下位機(jī)3通過驅(qū)動控制電路4對儲能電容7發(fā)出信號，允許其向發(fā)射線圈10以交變電流的形式發(fā)射電壓，發(fā)射電壓數(shù)值為數(shù)值Λ V2，并通過電流檢測裝置19測量電流的數(shù)值是否在合理范圍內(nèi)，這里的合理范圍的判斷是依照經(jīng)驗(yàn)值來判斷的，并反饋給MCU下位機(jī)3，完成第二次發(fā)射。
[0025]f.電壓檢測裝置18檢測儲能電容中的剩余電壓，并反饋給MCU下位機(jī)，如果小于發(fā)射的數(shù)值Λ V3,則由MCU下位機(jī)3通過DC-DC升壓電源5對儲能電容7進(jìn)行充電，以確保達(dá)到發(fā)射的數(shù)值Λ V3，并通過驅(qū)動控制電路4對儲能電容7發(fā)出信號，允許其向發(fā)射線圈10以交變電流的形式發(fā)射電壓，發(fā)射電壓數(shù)值為數(shù)值3，并通過電流檢測裝置19測量電流的數(shù)值是否在合理范圍內(nèi)，并反饋給MCU下位機(jī)3，完成第三次發(fā)射。
[0026]g.電壓檢測裝置18檢測儲能電容7中的剩余電壓，并反饋給MCU下位機(jī)3，如果大于發(fā)射的數(shù)值Λ V4,則由MCU下位機(jī)3通過驅(qū)動控制電路4對儲能電容發(fā)出信號，允許其向發(fā)射線圈10以交變電流的形式發(fā)射電壓，發(fā)射電壓數(shù)值為數(shù)值Λ V4，并通過電流檢測裝置19測量電流的數(shù)值反饋給MCU下位機(jī)3，完成第四次發(fā)射。至此，一次發(fā)射的循環(huán)完成。
[0027]h.之后通過電壓檢測裝置18檢測儲能電容7中的剩余電壓，并反饋給MCU下位機(jī)3，MCU下位機(jī)3根據(jù)當(dāng)前的電壓數(shù)值和發(fā)射電壓數(shù)值，反饋給發(fā)射上位機(jī)1，在發(fā)射上位機(jī)I上顯示，通過人為下達(dá)指令，是否繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)，如果進(jìn)行試驗(yàn)，MCU下位機(jī)3通過DC-DC升壓電源對儲能電容進(jìn)行充電。以完成接下來的測試工作，并重復(fù)c_g步驟。
[0028]1.數(shù)據(jù)采集完成后，在發(fā)射機(jī)上位機(jī)I運(yùn)行地下核磁共振探測裝置解釋軟件，反演估算涌水量，滲透率，空隙大小等水文參數(shù)，將能夠成為地下工程中發(fā)生突水，涌泥等地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報(bào)的根據(jù)。本實(shí)用新型中對地下核磁共振探測裝置的解釋軟件，即反演估算涌水量，滲透率，空隙大小等水文參數(shù)不予保護(hù)，保護(hù)的是對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分。
[0029]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于分步式發(fā)射的地下核磁共振探測裝置，其特征在于，采用的探測裝置包括發(fā)射線圈、發(fā)射上位機(jī)、MCU下位機(jī)、DC-DC升壓電源、儲能電容、發(fā)射橋路、檢測裝置以及配諧電容，發(fā)射上位機(jī)通過串口總線以及通訊接口與MCU下位機(jī)相連接，MCU下位機(jī)與DC-DC升壓電源連接，DC-DC升壓電源連接儲能電容給儲能電容充電，同時(shí)MCU下位機(jī)通過驅(qū)動控制電路連接發(fā)射橋路后與儲能電容相連接，儲能電容通過配諧電容連接發(fā)射線圈相連接，同時(shí)儲能電容通過檢測裝置檢測電壓，檢測裝置的輸出端與MCU下位機(jī)相連接，檢測裝置檢測發(fā)射線圈的電流與MCU下位機(jī)相連接。
2.按照權(quán)利要求1所述的基于分步式發(fā)射的地下核磁共振探測裝置，其特征在于，其中檢測裝置是由電壓檢測模塊和電流監(jiān)測模塊兩部分構(gòu)成，其中電壓監(jiān)測模塊是依次通過與儲能電容連接的功率電阻、電壓傳感器、電壓A/D采集板相連接最終連接到單片機(jī)上；而電流檢測裝置依次通過與發(fā)射線圈連接的電流傳感器以及電流A/D采集板連接到單片機(jī)上而構(gòu)成的，通過單片機(jī)與MCU下位機(jī)通訊連接。
【文檔編號】G01V3/14GK204142970SQ201420516180
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月9日
【發(fā)明者】林昊, 范鐵虎, 段清明, 易曉峰 申請人:吉林大學(xué)