一种在煤矿巷道接收核磁共振微弱信号的超导装置的制造方法
【专利说明】一种在煤矿巷道接收核磁共振微弱信号的超导装置
[0001] 一 .技术领域：本发明涉及到一种在煤矿巷道接收核磁共振微弱信号的超导装 置，按中华人民共和国国家标准"学科分类与代码"，本实用新型专利属于地球科学中的"勘 探地球物理学（编码：1702065) "，即，应用地球物理（物探，地球物理勘探）。 二.
【背景技术】
[0002] 核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR)找水方法的形成与发展最早由前 苏联提出，在上世纪80年代研制成功世界上第一台核磁共振找水仪，申请了英国、苏联的 专利。在其后的10年间，进行了仪器改进、解释研宄，他们的试验遍及原苏联的大部分国 土，总结了一套正反演的数学模型及计算机数据处理程序。1994年法国地质调查局购买了 俄罗斯NMR找水仪专利，法国IRIS公司于1996年生产了 NMR找水仪。在中国，吉林大学和 中国地质大学目前已研制了在地面使用的核磁共振找水样机，但是在有干扰的区域，很难 取得探测目标的有效数据。目前还在改进之中。目前国内外，还没有在煤矿井下使用的核 磁共振找水仪。
[0003] 由于煤矿井下环境远比地面恶劣，是强磁干扰区，空间狭小，这导致了在地面使用 的核磁共振找水仪要移植到井下使用还有很多工作要做，仪器的很多方面还需改进，以便 适应煤矿井下的恶劣环境。我国煤矿自然灾害比较严重，"水、火、瓦斯爆炸、煤尘爆炸、顶板 塌方（冒顶）"，五大灾害俱全。另外还有冲击地压。我国的煤矿井深比较深，有的已达-700 米，一半煤矿是高瓦斯矿井。在高瓦斯矿井工作的仪器要具有防爆性，即仪器在井下不能引 起火花或不能引爆煤矿井下存在的瓦和煤尘，要达到这一目的，减少煤矿井下使用的仪器 的工作电流是人们经常使用的方法，但是核磁共振找水仪的工作电流和被探测的水中的氢 核的集合体在宏观上所表现出的核磁共振信号强度在一定的范围内成正比。目前国内外都 是采用降低工作电流来达到防爆性的目的，这就导致核磁共振信号强度变小，且成为难检 测的弱信号，如何检测这种微弱的核磁共振信号，本实用新型专利给出了答案。 三.
【发明内容】
[0004] 1?发明目的
[0005] 如【背景技术】中所讲，核磁共振信号是很微弱的信号，是微伏级的。在地面上为了能 够检测到这样微小的信号，一般采用增大发射线框或增大发射电流的方法来增加发射磁矩 M，然而，增加发射磁矩会使测量系统的体积和重量迅速增大，这使仪器不便在井下携带。另 外，煤矿井下的空间有限，煤矿井的横截面一般是4米X4米，有的稍为大些或小些，这样， 在有限的煤矿井中增大发射线框的面积受到了限制；增加发射线框中导线的匝数也会增加 测量系统的重量；增加发射电流可能会引爆煤矿井下存在的瓦斯和煤尘，使仪器不具有防 爆性。在核磁共振找水仪中发射线框和接收线框是同一个线框。这样如何在煤矿井下激发 较大的核磁共振信号并能从各种干扰中识别并分离出微弱的核磁共振信号？目前还没有 较好的方法、装置或设备，为了解决这个问题，本实用新型专利给出了一种在煤矿巷道接收 核磁共振微弱信号的超导装置。
[0006] 2.技术方案
[0007] 2. 1技术方案的基本思想：目前在地面检测核磁共振微弱信号的装置是采用多匝 的由铜线组成的大线圈，直径一般为10米X 10米。由于煤矿井下的巷道空间狭窄，只有4 米X4米的空间，在这样狭小的空间内不适合放置在地面上使用的大铜线线圈接收煤矿井 下的核磁共振微弱信号。另外，由铜线组成的接收大线圈的重量比较大，在井下携带不方 便。本实用新型专利给出的方案是采用超导装置在煤矿巷道接收核磁共振微弱信号，并用 "最小二乘小波变换方法"从强干扰中分离并识别出核磁共振微弱信号。
[0008] 2. 2具体的技术方案：为了达到在煤矿井下检测核磁共振微弱信号的目的，本实 用新型专利采用超导接收线圈装置，其形状、构造如图1所示。该超导接收线圈在产品形状 和构造方面有以下4个特点：
[0009] ①该超导接收线圈由铌-钛或铌-锡合金导线绕成多匝空心螺旋管线圈，并且将 线圈置于低温的液氦杜瓦瓶中，使其成为超导体，该超导螺旋管线圈内电阻率接近零，消耗 的电功也接近零。正因为超导螺旋管线圈内电阻率接近零且消耗的电功也接近零，使得核 磁共振微弱信号在超导接收线圈内损失得也很少，从而衰减得也很慢，这样可探测到晚期 的核磁共振微弱信号，从而提高勘探深度。一般情况下，用普通的非超导多匝大回线线圈 做为接收核磁共振微弱信号的传感器，这样的传感器频带窄，自身的过度过程很大，丢失了 很多早延时的信息。由超导体组成的接收线圈的频带很宽，它可获得较可靠的早、晚延时 信号。根据核磁共振理论，在一次场激发下，地下良导体水引起的二次场--核磁共振 微弱信号衰减较慢，变化率很小，用感应线圈测量的感应电动势信号较弱，但晚延时仍有较 强的核磁共振信号响应，用超导体组成的接收线圈可获得较可靠的晚延时核磁共振信号响 应，因次，用超导体组成的接收线圈能提高核磁共振的早、晚期信号的信噪比，可增大勘探 深度。
[0010] 另外，用超导体组成的接收线圈频带宽、低频响应好，测量信号的信噪比高。感应 线圈的灵敏度随频率的变化而变化；用超导体组成的接收线圈的灵敏度从直流到系统截止 频率范围内为固定值，低频信号信噪比高是超导体接收线圈的突出特点，核磁共振探水仪 接收二次场--核磁共振信号的时间窗口范围一般为1(T 5~102秒，所接收的核磁共振信 号有丰富的低频信号，因此使用超导体接收线圈做传感器能够提高测量信号的信噪比。
[0011] ②该铌-钛或铌-锡合金导线本身是空心的，而非实心，这是为了减少超导线圈的 重量，利用了核磁共振信号是高频电磁波并具有"趋肤效应"现象。如图2右边的信号所示， 核磁共振信号是高频电磁波，具有"趋肤效应"现象。"趋肤效应"现象是高频电磁波一般是 在导线的表面传播，电磁波的频率越高，则电磁波更加趋向于导线表面，在导线的中心，则 有更少的电