专利名称：带有参考线圈的核磁共振地下水探测系统及探测方法
技术领域：
本发明涉及一种用于寻找地下水的核磁共振探测系统，尤其是带有参考线圈的核 磁共振地下水探测系统及探测方法。
背景技术：
核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance，简称Nlffi)地下水探测方法是一种直 接勘查地下水的地球物理方法，与传统的地球物理勘查地下水的方法相比具有高分辨力、 高效率、信息量丰富和解唯一性等优点，不打钻就可以确定出含水层的深度、厚度、含水率、 含水层平均孔隙度，且完成一个核磁共振测深点的费用仅为一个水文地质勘探钻孔费用的 1/10。但是，在NMR地下水探测方法中，探测对象是地下原子核的自旋磁矩，其在地面产 生的电磁场十分微小，导致仪器接收装置需要具有检测极微弱信号(nV级)的能力才能实 现核磁共振探测信号的提取。然而，高灵敏度的接收装置极易受到电磁噪声的干扰。目前在 我国，电网覆盖率已达到96. 4%，除西藏等偏远地区由于地理条件限制未架电网以外，电网 已遍及全国各地。所以，在村庄附近以及城市周边地区，由于电力线噪声(50Hz及其谐波) 以及偶发的奇异噪声影响非常严重，NMR地下水探测方法的应用受到限制。特别是拉莫尔 频率非常靠近工频噪声的谐波频点时，NMR探水仪很难甚至不能获得可靠的核磁共振信号。US6177794公开了一种了利用宏观表现出的核磁共振现象来寻找存在核磁共振 现象的地下液体矿产的新技术，运用一组相位可控的接收天线阵列以及井中的接收天线来 比较精确地测定地下存在核磁共振现象的液体，该方法利用地面上和地下的线圈组合同时 接收信号，用来对核磁共振信号进行良好接收，可以实现对地下石油，水等矿产资源的探 测。CN01278229. 7公开了一种核磁共振地下水层探测仪，包括信号检测器，其特征在于，该 信号检测器的一输入端连接一第一开关，该第一开关的号端串接一变速电阻器，该变速电 阻器的另端串接第二和第三两开关，第二开关的另端串接一限流电阻，并依序串接有整流 器和发电机，该发电机的另端与信号检测器的另一端连接，其中该第二和第三两开关之间 接有一第一电容器，该第一电容器的另端与信号检测器的另一端连接，该第一开关与变速 电阻器之间接有一线圈，该线圈的另端与信号检测器的另一端连接，该信号检测器的两端 之间有一电容器。该发明将核磁共振的方法应用于地下水层的探测中，设计了适用于寻找 500米以上地下水的核磁共振探测仪器。CN1936621公开了一种“核磁共振与瞬变电磁联 用仪及其方法”，是将核磁共振与瞬变电磁组合成一体的核磁共振与瞬变电磁联用仪及其 方法。首先将联用仪选择在瞬变电磁工作模式下，在测线上铺设发射线圈和接收线圈，对 测区内每一个测点进行测量，测量完毕后，对瞬变电磁数据进行初步的处理，找出低电阻率 点，并对低电阻率异常测点标定；再将联用仪切换到核磁共振工作模式下，并以已标定的异 常测点为中心铺设发射线圈进行核磁共振测量工作，以测得数据或图形与瞬变电磁所测的 电阻率异常进行比较，用以判断瞬变电磁所测的电阻率异常目的层的真伪。用一套设备实 现两种仪器的功能，减少了设备投资，发挥了两种仪器各自优点，提高了探测效率和精度。CN101285895公开了一种“线电源激发多道接收地面核磁共振方法和系统”，包括以下步骤 1)利用发射机通过两个打入地下的发射电极向地下供入拉摩尔频率的交变电流，通过改 变电极的距离和电流的大小产生不同的激发磁场；2)断开激发场，在被激发的氢质子旋进 到正常平衡态过程中，用高灵敏探头组接收呈指数衰减规律的信号；幻将所述的信号通过 信号传输线传送给接收机，再将所述接收机接收的信号发送给信号处理与成像系统，进行 信号的预处理、去噪、反演和成像等处理。该发明能够提供地下小体积的精细勘察；多道接 收工作效率高，探测空间范围大，有利于三维反演成像等特点；线电源激发，施工灵活简单； 多道接收工作效率高，通过改变发射电流实现探测目的。US7466U8B2公开了一种多通道 核磁共振采集装置和处理方法，用于实现在静态磁场的三维核磁共振成像，不受控于应用 静态磁场梯度。推荐的应用是用地磁场对地下水的精确探测和定位。多线圈阵列均可以工 作在发射和接收模式，相应的数据处理算法应用到产生3维核磁共振自旋数据。为处理这 种多线圈数据来估计3维核磁共振自旋密度分布，采用至少2个发射与接收线圈采集数据。 CN101251606公开了 “一种弱信号检测仪器中有用信号频带内工频谐波干扰抑制电路”，是 利用频率、相位、幅度全面跟踪有用信号频带内工频谐波造成干扰的补偿电路。是主微处理 器控制信号传感器与阻抗匹配网络的接通与断开，阻抗匹配网络经前置放大器、宽带滤波 器与程控放大器连接，输出信号包络检测器通过控制线和数据总线与从微处理器连接，程 控放大器经锁相环连接DDS信号发生器。有效地抑制检测仪器中有用信号频带内的工频谐 波干扰，实时地跟踪这种干扰的频率、相位和幅度，将其从接收信号中滤除，而不影响其它 有用信号，不影响和这种干扰频率重叠的有用信号频率成分。上述发明的核磁共振地下水 探测仪器及方法中的现有技术大部分是采用核磁共振技术实现对地下水的精确探测以及 采用多通道方式用于提高仪器工作效率、探测精度及实现3维核磁共振反演成像，但对于 复杂多场源强干扰下核磁共振地下水探测系统及方法则没有涉及；而发明的工频谐波干扰 抑制电路则只能解决有用信号频带内的某一个工频谐波的滤除，对于其他工频谐波和奇异 噪声等电磁干扰则无能为力。
发明内容
本发明的目的就是针对上述现有技术的不足，提供一种带有参考线圈的核磁共振 地下水探测系统及探测方法，以解决村庄附近以及城市周边地区复杂多场源强干扰下核磁 共振信号有效提取难题。本发明的目的是通过以下技术方案实现的计算机1通过串口线与控制系统2连接，计算机1通过控制线与发射电源3连接， 控制系统2通过信号线与发射控制驱动4连接，发射控制驱动4通过信号线经大功率H桥 路7与发射/接收线圈9连接，控制系统2通过控制线与接收控制单元5连接，接收控制单 元5通过控制线与多路A/D采集单元16连接，多路A/D采集单元16通过数据线与计算机1 连接，控制系统2通过控制线与收发切换开关6、第一切换开关13、第二切换开关18……乃 至第N切换开关22连接，发射电源3通过交互信号线与大功率H桥路7连接，H桥路7输 出端与配谐电容8和发射/接收线圈9连接，发射/接收线圈9通过信号线与收发切换开 关6、信号调理电路10、信号放大器11和多路A/D采集单元16连接，第一参考线圈12经第 一切换开关13、第一调理电路14、第一放大器15与多路A/D采集单元16连接，第二参考线圈17经第二切换开关18、第二调理电路19、第二放大器20与多路A/D采集单元16连接， 第N参考线圈21经第N切换开关22、第N调理电路23、第N放大器M与多路A/D采集单 元16连接构成。带有参考线圈的核磁共振地下水探测系统的探测方法，包括以下顺序和步骤a、在测区内选择探测地点，以探测点为中心，铺设方形发射/接收线圈9，根据探 测点附近电磁干扰源情况确定铺设至少一个参考线圈乃至N个参考线圈，参考线圈要尽可 能靠近干扰源铺设，与发射/接收线圈9线框边界的距离至少要大于方形发射/接收线圈 9的边长，以此确保参考线圈采集的是噪声而不是核磁共振信号；b、开启带有参考线圈的核磁共振地下水探测系统，发射控制驱动4控制大功率H 桥路向发射/接收线圈9中供入频率为拉莫尔频率的交变电流，通过计算机1控制改变发 射电源3电压输出的大小，来改变H桥路在发射/接收线圈9中输出电流的大小，即改变激 发脉冲矩的大小，从而激发地下不同深度的水体；C、控制系统2控制断开激发场，控制收发切换开关6、第一切换开关13、第二切换 开关18乃至第N切换开关22同步将发射/接收线圈9中核磁共振信号和第一参考线圈 12、第二参考线圈17和第N参考线圈21中噪声信号的全波形数据通过多路A/D采集单元 16采集；d、将多路A/D采集单元16采集的核磁共振信号和噪声信号全波形数据上传至计 算机1，计算参考线圈采集的噪声信号与发射/接收线圈9采集的核磁共振信号的最大相关 性，最佳值是0. 7以上，如果计算值小于此值，则重新布设参考线圈的位置和数量，重复步 骤b和步骤c ；e、基于自适应噪声抵消原理，采用带有一个或N个参考线圈的自适应噪声抵消系 统，变步长自适应最小均方(LMQ算法进行噪声对消，实现核磁共振信号的有效提取；f、将上述提取的核磁共振全波形信号进行特征参数提取，获得初始振幅、弛豫时 间、相位、频率信息；g、根据获得的初始振幅、弛豫时间、相位、频率信息进行正反演处理，估算出地下 水储量和渗透率。有益效果采用参考线圈实现对探测点附近多种干扰噪声数据的采集，在信号和 噪声统计特性未知的情况下，采用变步长自适应算法，自适应跟踪学习参考线圈中的噪声， 基于相关抵消原理最大限度对消发射/接收线圈中的噪声，实现多场源复杂强噪声干扰下 核磁共振信号的提取，提高了仪器抗干扰性能，有效地解决了村庄附近以及城市周边地区 核磁共振探测干扰多、多种干扰噪声数据难以分离的问题，为在村庄附近以及城市周边地 区寻找地下水提供了一种可靠的探测装置和方法。
图1是带有参考线圈的核磁共振地下水探测系统结构框图。图2是带有参考线圈的核磁共振地下水探测系统信号自适应噪声抵消系统框图。1计算机，2控制系统，3发射电源，4发射控制驱动，5接收控制单元，6收发切换开 关，7大功率H桥路，8配谐电容，9发射/接收线圈，10信号调理电路，11信号放大器，12第 一参考线圈，13第一切换开关，14第一调理电路，15第一放大器，16多路A/D采集单元，17第二参考线圈，18第二切换开关，19第二调理电路，20第二放大器，21第N参考线圈，22第 N切换开关，23第N调理电路，M第N放大器
具体实施例方式下面结合附图和实施例作进一步的详细说明带有参考线圈的核磁共振地下水探测系统是由计算机1通过串口线与控制系统2 连接，计算机ι通过控制线与发射电源3连接，控制系统2通过信号线与发射控制驱动4连 接，发射控制驱动4通过信号线经大功率H桥路7与发射/接收线圈9连接，控制系统2通 过控制线与接收控制单元5连接，接收控制单元5通过控制线与多路A/D采集单元16连接， 多路A/D采集单元16通过数据线与计算机1连接，控制系统2通过控制线与收发切换开关 6、第一切换开关13、第二切换开关18……乃至第N切换开关22连接，发射电源3通过交互 信号线与大功率H桥路7连接，H桥路7输出端与配谐电容8和发射/接收线圈9连接，发 射/接收线圈9通过信号线与收发切换开关6、信号调理电路10、信号放大器11和多路A/ D采集单元16连接，第一参考线圈12经第一切换开关13、第一调理电路14、第一放大器15 与多路A/D采集单元16连接，第二参考线圈17经第二切换开关18、第二调理电路19、第二 放大器20与多路A/D采集单元16连接，第N参考线圈21经第N切换开关22、第N调理电 路23、第N放大器M与多路A/D采集单元16连接构成。具体工作过程是在发射阶段计算机1控制发射电源3产生某一数值电压，并通过控制系统2，控 制发射控制驱动4，使之驱动大功率H桥路7，大功率H桥路7的两个输出端与配谐电容8 和发射/接收线圈9连接构成串联谐振回路，使线圈中产生具有某一拉莫尔频率的交变电 流，激发地下某一深度和范围内的地下水中的氢质子。激发深度取决于激发脉冲矩的大小， 即发射/接收线圈中的电流大小。激发范围取决于发射/接收线圈9的大小。收发切换开 关6采用高压干簧继电器，在发射阶段使继电器断开，使发射/接收线圈9不与接收系统相 连，第一切换开关13、第二切换开关18乃至第N切换开关均置于断开状态。在接收阶段控制系统2同步控制收发切换开关6与第一切换开关13、第二切换 开关18乃至第N切换开关22，使多路A/D采集单元16同步采集发射/接收线圈9中的核 磁共振信号以及第一参考线圈12、第二参考线圈17…第N参考线圈21中的噪声信号。鉴 于被测核磁共振信号的频率范围1.3-2. 6KHz以及频谱特征，加之信号及其微弱，信号调理 电路10、信号放大器11被采用，第一参考线圈12、第二参考线圈17…第N参考线圈21采 集的噪声数据亦采用了第一调理电路14、第二调理电路19…第N调理电路23、第一放大器 15、第二放大器20…第N放大器M被送至多路A/D采集单元16。带有参考线圈的核磁共振地下水探测方法，具体实施步骤包括a、在测区内选择探测地点，以探测点为中心，铺设方形发射/接收线圈9，根据探 测点附近电磁干扰源情况确定铺设至少一个参考线圈乃至N个参考线圈，参考线圈要尽可 能靠近干扰源铺设，与发射/接收线圈9线框边界的距离至少要大于方形发射/接收线圈 9的边长，以此确保参考线圈采集的是噪声而不是核磁共振信号；b、开启带有参考线圈的核磁共振地下水探测系统，发射控制驱动4控制大功率H 桥路向发射/接收线圈9中供入频率为拉莫尔频率的交变电流，通过计算机1控制改变发射电源3电压输出的大小，来改变H桥路在发射/接收线圈9中输出电流的大小，即改变激 发脉冲矩的大小，从而激发地下不同深度的水体；C、控制系统2控制断开激发场，控制收发切换开关6、第一切换开关13、第二切换 开关18乃至第N切换开关22同步将发射/接收线圈9中核磁共振信号和第一参考线圈 12、第二参考线圈17和第N参考线圈21中噪声信号的全波形数据通过多路A/D采集单元 16采集；d、将多路A/D采集单元16采集的核磁共振信号和噪声信号全波形数据上传至计 算机1，计算参考线圈采集的噪声信号与发射/接收线圈9采集的核磁共振信号的最大相关 性，最佳值是0. 7以上，如果计算值小于此值，则重新布设参考线圈的位置和数量，重复步 骤b和步骤c ；e、基于自适应噪声抵消原理，采用带有一个或N个参考线圈的自适应噪声抵消系 统，变步长自适应LMS算法进行噪声对消，实现核磁共振信号的有效提取；f、将上述提取的核磁共振全波形信号进行特征参数提取，获得初始振幅、弛豫时 间、相位、频率信息；g、根据获得的初始振幅、弛豫时间、相位、频率信息进行正反演处理，估算出地下 水储量和渗透率。结合附图2，本发明设计多参考线圈方式实现对采集到的核磁共振信号的有效提 取。在核磁共振信号中常见的对信号影响较大的噪声主要是工频谐波干扰以及奇异噪声， 其数学模型表达形式均可以直接或者间接表示成正余弦信号，基于这一特点，采用90° 移相方式相当于设计了多个自适应陷波器来进行自适应噪声对消。90°移相方式是通过 Hilbert变换实现的。所采用的变步长自适应LMS算法的迭代公式zk (n) = Wkl (η) vk (η) +Wk2 (η) vk ± (η)e (η) =S (η) +ν (η) - [Z1 (η) +. . . +ζΝ (η)]Wkl (η+1) = Wkl (η) +2 μ (η) e (η) Vk (η)Wk2 (η+1) = Wk2 (η) +2 μ (η) e (η) Vk 丄(η)(k = 1.. . N)其中，Vk(n)和vk± (η)代表第k个参考线圈采集到的噪声数据以及经过90°移相 后的噪声数据。μ (η)表示变步长，其取决于野外测点的信噪比，当被测区域信噪比较低时， μ (η)取值要大一些，以便尽快跟踪噪声，相反，当被测区域信噪比较高时，μ (η)取值要小一些。实施例1带有参考线圈的核磁共振地下水探测系统是由计算机1通过串口线与控制系统2 连接，计算机1通过控制线与发射电源3连接，控制系统2通过信号线与发射控制驱动4连 接，发射控制驱动4通过信号线经大功率H桥路7与发射/接收线圈9连接，控制系统2通 过控制线与接收控制单元5连接，接收控制单元5通过控制线与多路A/D采集单元16连接， 多路A/D采集单元16通过数据线与计算机1连接，控制系统2通过控制线与收发切换开关 6、第一切换开关13连接，发射电源3通过交互信号线与大功率H桥路7连接，H桥路7输 出端与配谐电容8和发射/接收线圈9连接，发射/接收线圈9通过信号线与收发切换开关6、信号调理电路10、信号放大器11和多路A/D采集单元16连接，第一参考线圈12经第 一切换开关13、第一调理电路14、第一放大器15与多路A/D采集单元16连接构成。带有参考线圈的核磁共振地下水探测方法，具体实施步骤包括a、在测区内选择探测地点，以探测点为中心，铺设方形发射/接收线圈9，根据探 测点附近电磁干扰源情况确定铺设一个参考线圈，参考线圈要尽可能靠近干扰源铺设，与 发射/接收线圈9线框边界的距离至少要大于方形发射/接收线圈9的边长，以此确保参 考线圈采集的是噪声而不是核磁共振信号；b、开启带有参考线圈的核磁共振地下水探测系统，发射控制驱动4控制大功率H 桥路向发射/接收线圈9中供入频率为拉莫尔频率的交变电流，通过计算机1控制改变发 射电源3电压输出的大小，来改变H桥路在发射/接收线圈9中输出电流的大小，即改变激 发脉冲矩的大小，从而激发地下不同深度的水体；C、控制系统2控制断开激发场，控制收发切换开关6、第一切换开关13同步将发 射/接收线圈9中核磁共振信号和第一参考线圈12中噪声信号的全波形数据通过多路A/ D采集单元16采集；d、将多路A/D采集单元16采集的核磁共振信号和噪声信号全波形数据上传至计 算机1，计算参考线圈采集的噪声信号与发射/接收线圈9采集的核磁共振信号的最大相关 性，最佳值是0. 7以上，如果计算值小于此值，则重新布设参考线圈的位置，重复步骤b和步 骤C;e、基于自适应噪声抵消原理，采用带有一个参考线圈的自适应噪声抵消系统，变 步长自适应LMS算法进行噪声对消，实现核磁共振信号的有效提取；f、将上述提取的核磁共振全波形信号进行特征参数提取，获得初始振幅、弛豫时 间、相位、频率信息；g、根据获得的初始振幅、弛豫时间、相位、频率信息进行正反演处理，估算出地下 水储量和渗透率。实施例2计算机1通过串口线与控制系统2连接，计算机1通过控制线与发射电源3连接， 控制系统2通过信号线与发射控制驱动4连接，发射控制驱动4通过信号线经大功率H桥 路7与发射/接收线圈9连接，控制系统2通过控制线与接收控制单元5连接，接收控制单 元5通过控制线与多路A/D采集单元16连接，多路A/D采集单元16通过数据线与计算机1 连接，控制系统2通过控制线与收发切换开关6、第一切换开关13、第二切换开关18连接， 发射电源3通过交互信号线与大功率H桥路7连接，H桥路7输出端与配谐电容8和发射/ 接收线圈9连接，发射/接收线圈9通过信号线与收发切换开关6、信号调理电路10、信号 放大器11和多路A/D采集单元16连接，第一参考线圈12经第一切换开关13、第一调理电 路14、第一放大器15与多路A/D采集单元16连接，第二参考线圈17经第二切换开关18、 第二调理电路19、第二放大器20与多路A/D采集单元16连接构成。带有参考线圈的核磁共振地下水探测方法，具体实施步骤包括a、在测区内选择探测地点，以探测点为中心，铺设方形发射/接收线圈9，根据探 测点附近电磁干扰源情况确定铺设二个参考线圈，参考线圈要尽可能靠近干扰源铺设，与 发射/接收线圈9线框边界的距离至少要大于方形发射/接收线圈9的边长，以此确保参考线圈采集的是噪声而不是核磁共振信号；b、开启带有参考线圈的核磁共振地下水探测系统，发射控制驱动4控制大功率H 桥路向发射/接收线圈9中供入频率为拉莫尔频率的交变电流，通过计算机1控制改变发 射电源3电压输出的大小，来改变H桥路在发射/接收线圈9中输出电流的大小，即改变激 发脉冲矩的大小，从而激发地下不同深度的水体；C、控制系统2控制断开激发场，控制收发切换开关6、第一切换开关13、第二切换 开关18同步将发射/接收线圈9中核磁共振信号和第一参考线圈12、第二参考线圈17中 噪声信号的全波形数据通过多路A/D采集单元16采集；d、将多路A/D采集单元16采集的核磁共振信号和噪声信号全波形数据上传至计 算机1，计算参考线圈采集的噪声信号与发射/接收线圈9采集的核磁共振信号的最大相关 性，最佳值是0. 7以上，如果计算值小于此值，则重新布设参考线圈的位置，重复步骤b和步 骤C;e、基于自适应噪声抵消原理，采用带有二个参考线圈的自适应噪声抵消系统，变 步长自适应LMS算法进行噪声对消，实现核磁共振信号的有效提取；f、将上述提取的核磁共振全波形信号进行特征参数提取，获得初始振幅、弛豫时 间、相位、频率信息；g、根据获得的初始振幅、弛豫时间、相位、频率信息进行正反演处理，估算出地下 水储量和渗透率。实施例3计算机1通过串口线与控制系统2连接，计算机1通过控制线与发射电源3连接， 控制系统2通过信号线与发射控制驱动4连接，发射控制驱动4通过信号线经大功率H桥 路7与发射/接收线圈9连接，控制系统2通过控制线与接收控制单元5连接，接收控制单 元5通过控制线与多路A/D采集单元16连接，多路A/D采集单元16通过数据线与计算机1 连接，控制系统2通过控制线与收发切换开关6、第一切换开关13、第二切换开关18……乃 至第八切换开关22连接，发射电源3通过交互信号线与大功率H桥路7连接，H桥路7输 出端与配谐电容8和发射/接收线圈9连接，发射/接收线圈9通过信号线与收发切换开 关6、信号调理电路10、信号放大器11和多路A/D采集单元16连接，第一参考线圈12经第 一切换开关13、第一调理电路14、第一放大器15与多路A/D采集单元16连接，第二参考线 圈17经第二切换开关18、第二调理电路19、第二放大器20与多路A/D采集单元16连接， 第八参考线圈21经第八切换开关22、第八调理电路23、第八放大器M与多路A/D采集单 元16连接构成。带有参考线圈的核磁共振地下水探测方法，具体实施步骤包括a、在测区内选择探测地点，以探测点为中心，铺设方形发射/接收线圈9，根据探 测点附近电磁干扰源情况确定铺设八个参考线圈，参考线圈要尽可能靠近干扰源铺设，与 发射/接收线圈9线框边界的距离至少要大于方形发射/接收线圈9的边长，以此确保参 考线圈采集的是噪声而不是核磁共振信号；b、开启带有参考线圈的核磁共振地下水探测系统，发射控制驱动4控制大功率H 桥路向发射/接收线圈9中供入频率为拉莫尔频率的交变电流，通过计算机1控制改变发 射电源3电压输出的大小，来改变H桥路在发射/接收线圈9中输出电流的大小，即改变激发脉冲矩的大小，从而激发地下不同深度的水体；C、控制系统2控制断开激发场，控制收发切换开关6、第一切换开关13、第二切换 开关18乃至第八切换开关22同步将发射/接收线圈9中核磁共振信号和第一参考线圈 12、第二参考线圈17和第八参考线圈21中噪声信号的全波形数据通过多路A/D采集单元 16采集；d、将多路A/D采集单元16采集的核磁共振信号和噪声信号全波形数据上传至计 算机1，计算参考线圈采集的噪声信号与发射/接收线圈9采集的核磁共振信号的最大相关 性，最佳值是0. 7以上，如果计算值小于此值，则重新布设参考线圈的位置，重复步骤b和步 骤C;e、基于自适应噪声抵消原理，采用带有八个参考线圈的自适应噪声抵消系统，变 步长自适应LMS算法进行噪声对消，实现核磁共振信号的有效提取；f、将上述提取的核磁共振全波形信号进行特征参数提取，获得初始振幅、弛豫时 间、相位、频率信息；g、根据获得的初始振幅、弛豫时间、相位、频率信息进行正反演处理，估算出地下 水储量和渗透率。
权利要求
1.一种带有参考线圈的核磁共振地下水探测系统，其特征在于，计算机1通过串口线 与控制系统2连接，计算机1通过控制线与发射电源3连接，控制系统2通过信号线与发射 控制驱动4连接，发射控制驱动4通过信号线经大功率H桥路7与发射/接收线圈9连接， 控制系统2通过控制线与接收控制单元5连接，接收控制单元5通过控制线与多路A/D采 集单元16连接，多路A/D采集单元16通过数据线与计算机1连接，控制系统2通过控制线 与收发切换开关6、第一切换开关13、第二切换开关18……乃至第N切换开关22连接，发射 电源3通过交互信号线与大功率H桥路7连接，H桥路7输出端与配谐电容8和发射/接 收线圈9连接，发射/接收线圈9通过信号线与收发切换开关6、信号调理电路10、信号放 大器11和多路A/D采集单元16连接，第一参考线圈12经第一切换开关13、第一调理电路 14、第一放大器15与多路A/D采集单元16连接，第二参考线圈17经第二切换开关18、第二 调理电路19、第二放大器20与多路A/D采集单元16连接，第N参考线圈21经第N切换开 关22、第N调理电路23、第N放大器M与多路A/D采集单元16连接构成。
2.按照权利要求1所述的带有参考线圈的核磁共振地下水探测系统，其特征在于，按 以下顺序和步骤工作a、在测区内选择探测地点，以探测点为中心，铺设方形发射/接收线圈9，根据探测点 附近电磁干扰源情况确定铺设至少一个参考线圈乃至N个参考线圈，参考线圈要尽可能靠 近干扰源铺设，与发射/接收线圈9线框边界的距离至少要大于方形发射/接收线圈9的 边长，以此确保参考线圈采集的是噪声而不是核磁共振信号；b、开启带有参考线圈的核磁共振地下水探测系统，发射控制驱动4控制大功率H桥路 向发射/接收线圈9中供入频率为拉莫尔频率的交变电流，通过计算机1控制改变发射电 源3电压输出的大小，来改变H桥路在发射/接收线圈9中输出电流的大小，即改变激发脉 冲矩的大小，从而激发地下不同深度的水体；c、控制系统2控制断开激发场，控制收发切换开关6、第一切换开关13、第二切换开关 18乃至第N切换开关22同步将发射/接收线圈9中核磁共振信号和第一参考线圈12、第 二参考线圈17和第N参考线圈21中噪声信号的全波形数据通过多路A/D采集单元16采 集；d、将多路A/D采集单元16采集的核磁共振信号和噪声信号全波形数据上传至计算机 1，计算参考线圈采集的噪声信号与发射/接收线圈9采集的核磁共振信号的最大相关性， 最佳值是0. 7以上，如果计算值小于此值，则重新布设参考线圈的位置和数量，重复步骤b 和步骤c ；e、基于自适应噪声抵消原理，采用带有一个或N个参考线圈的自适应噪声抵消系统， 变步长自适应最小均方算法进行噪声对消，实现核磁共振信号的有效提取；f、将上述提取的核磁共振全波形信号进行特征参数提取，获得初始振幅、弛豫时间、相 位、频率信息；g、根据获得的初始振幅、弛豫时间、相位、频率信息进行正反演处理，估算出地下水储 量和渗透率。
全文摘要
本发明涉及一种带有参考线圈的核磁共振地下水探测系统及探测方法。通过多路A/D采集单元同步采集发射/接收线圈中的核磁共振信号以及参考线圈中噪声信号的全波形数据，通过计算参考线圈采集的噪声信号与核磁共振信号的最大相关性，实现参考线圈最佳位置和数量的布设，在信号和噪声统计特性未知的情况下，采用变步长自适应算法，最大限度对消发射/接收线圈获得核磁共振信号中的噪声，实现多场源复杂强噪声干扰下核磁共振信号的提取，有效地解决了村庄附近以及城市周边地区核磁共振探测干扰多、多种干扰噪声数据难以分离的问题，提高了仪器抗干扰性能，为在村庄附近以及城市周边地区寻找地下水提供了一种可靠的探测装置和方法。
文档编号G01V3/14GK102053280SQ20101053746
公开日2011年5月11日 申请日期2010年11月10日 优先权日2010年11月10日
发明者万琦, 易晓峰, 李鹏飞, 林君, 段清明, 田宝凤, 蒋川东, 郝荟萃 申请人:吉林大学