專利名稱：帶有參考線圈的核磁共振地下水探測(cè)系統(tǒng)及探測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于尋找地下水的核磁共振探測(cè)系統(tǒng)，尤其是帶有參考線圈的核 磁共振地下水探測(cè)系統(tǒng)及探測(cè)方法。
背景技術(shù)：
核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance，簡(jiǎn)稱Nlffi)地下水探測(cè)方法是一種直 接勘查地下水的地球物理方法，與傳統(tǒng)的地球物理勘查地下水的方法相比具有高分辨力、 高效率、信息量豐富和解唯一性等優(yōu)點(diǎn)，不打鉆就可以確定出含水層的深度、厚度、含水率、 含水層平均孔隙度，且完成一個(gè)核磁共振測(cè)深點(diǎn)的費(fèi)用僅為一個(gè)水文地質(zhì)勘探鉆孔費(fèi)用的 1/10。但是，在NMR地下水探測(cè)方法中，探測(cè)對(duì)象是地下原子核的自旋磁矩，其在地面產(chǎn) 生的電磁場(chǎng)十分微小，導(dǎo)致儀器接收裝置需要具有檢測(cè)極微弱信號(hào)(nV級(jí))的能力才能實(shí) 現(xiàn)核磁共振探測(cè)信號(hào)的提取。然而，高靈敏度的接收裝置極易受到電磁噪聲的干擾。目前在 我國(guó)，電網(wǎng)覆蓋率已達(dá)到96. 4%，除西藏等偏遠(yuǎn)地區(qū)由于地理?xiàng)l件限制未架電網(wǎng)以外，電網(wǎng) 已遍及全國(guó)各地。所以，在村莊附近以及城市周邊地區(qū)，由于電力線噪聲(50Hz及其諧波) 以及偶發(fā)的奇異噪聲影響非常嚴(yán)重，NMR地下水探測(cè)方法的應(yīng)用受到限制。特別是拉莫爾 頻率非?？拷ゎl噪聲的諧波頻點(diǎn)時(shí)，NMR探水儀很難甚至不能獲得可靠的核磁共振信號(hào)。US6177794公開(kāi)了一種了利用宏觀表現(xiàn)出的核磁共振現(xiàn)象來(lái)尋找存在核磁共振 現(xiàn)象的地下液體礦產(chǎn)的新技術(shù)，運(yùn)用一組相位可控的接收天線陣列以及井中的接收天線來(lái) 比較精確地測(cè)定地下存在核磁共振現(xiàn)象的液體，該方法利用地面上和地下的線圈組合同時(shí) 接收信號(hào)，用來(lái)對(duì)核磁共振信號(hào)進(jìn)行良好接收，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地下石油，水等礦產(chǎn)資源的探 測(cè)。CN01278229. 7公開(kāi)了一種核磁共振地下水層探測(cè)儀，包括信號(hào)檢測(cè)器，其特征在于，該 信號(hào)檢測(cè)器的一輸入端連接一第一開(kāi)關(guān)，該第一開(kāi)關(guān)的號(hào)端串接一變速電阻器，該變速電 阻器的另端串接第二和第三兩開(kāi)關(guān)，第二開(kāi)關(guān)的另端串接一限流電阻，并依序串接有整流 器和發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)的另端與信號(hào)檢測(cè)器的另一端連接，其中該第二和第三兩開(kāi)關(guān)之間 接有一第一電容器，該第一電容器的另端與信號(hào)檢測(cè)器的另一端連接，該第一開(kāi)關(guān)與變速 電阻器之間接有一線圈，該線圈的另端與信號(hào)檢測(cè)器的另一端連接，該信號(hào)檢測(cè)器的兩端 之間有一電容器。該發(fā)明將核磁共振的方法應(yīng)用于地下水層的探測(cè)中，設(shè)計(jì)了適用于尋找 500米以上地下水的核磁共振探測(cè)儀器。CN1936621公開(kāi)了一種“核磁共振與瞬變電磁聯(lián) 用儀及其方法”，是將核磁共振與瞬變電磁組合成一體的核磁共振與瞬變電磁聯(lián)用儀及其 方法。首先將聯(lián)用儀選擇在瞬變電磁工作模式下，在測(cè)線上鋪設(shè)發(fā)射線圈和接收線圈，對(duì) 測(cè)區(qū)內(nèi)每一個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量完畢后，對(duì)瞬變電磁數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的處理，找出低電阻率 點(diǎn)，并對(duì)低電阻率異常測(cè)點(diǎn)標(biāo)定；再將聯(lián)用儀切換到核磁共振工作模式下，并以已標(biāo)定的異 常測(cè)點(diǎn)為中心鋪設(shè)發(fā)射線圈進(jìn)行核磁共振測(cè)量工作，以測(cè)得數(shù)據(jù)或圖形與瞬變電磁所測(cè)的 電阻率異常進(jìn)行比較，用以判斷瞬變電磁所測(cè)的電阻率異常目的層的真?zhèn)?。用一套設(shè)備實(shí) 現(xiàn)兩種儀器的功能，減少了設(shè)備投資，發(fā)揮了兩種儀器各自優(yōu)點(diǎn)，提高了探測(cè)效率和精度。CN101285895公開(kāi)了一種“線電源激發(fā)多道接收地面核磁共振方法和系統(tǒng)”，包括以下步驟 1)利用發(fā)射機(jī)通過(guò)兩個(gè)打入地下的發(fā)射電極向地下供入拉摩爾頻率的交變電流，通過(guò)改 變電極的距離和電流的大小產(chǎn)生不同的激發(fā)磁場(chǎng)；2)斷開(kāi)激發(fā)場(chǎng)，在被激發(fā)的氫質(zhì)子旋進(jìn) 到正常平衡態(tài)過(guò)程中，用高靈敏探頭組接收呈指數(shù)衰減規(guī)律的信號(hào)；幻將所述的信號(hào)通過(guò) 信號(hào)傳輸線傳送給接收機(jī)，再將所述接收機(jī)接收的信號(hào)發(fā)送給信號(hào)處理與成像系統(tǒng)，進(jìn)行 信號(hào)的預(yù)處理、去噪、反演和成像等處理。該發(fā)明能夠提供地下小體積的精細(xì)勘察；多道接 收工作效率高，探測(cè)空間范圍大，有利于三維反演成像等特點(diǎn)；線電源激發(fā)，施工靈活簡(jiǎn)單； 多道接收工作效率高，通過(guò)改變發(fā)射電流實(shí)現(xiàn)探測(cè)目的。US7466U8B2公開(kāi)了一種多通道 核磁共振采集裝置和處理方法，用于實(shí)現(xiàn)在靜態(tài)磁場(chǎng)的三維核磁共振成像，不受控于應(yīng)用 靜態(tài)磁場(chǎng)梯度。推薦的應(yīng)用是用地磁場(chǎng)對(duì)地下水的精確探測(cè)和定位。多線圈陣列均可以工 作在發(fā)射和接收模式，相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理算法應(yīng)用到產(chǎn)生3維核磁共振自旋數(shù)據(jù)。為處理這 種多線圈數(shù)據(jù)來(lái)估計(jì)3維核磁共振自旋密度分布，采用至少2個(gè)發(fā)射與接收線圈采集數(shù)據(jù)。 CN101251606公開(kāi)了 “一種弱信號(hào)檢測(cè)儀器中有用信號(hào)頻帶內(nèi)工頻諧波干擾抑制電路”，是 利用頻率、相位、幅度全面跟蹤有用信號(hào)頻帶內(nèi)工頻諧波造成干擾的補(bǔ)償電路。是主微處理 器控制信號(hào)傳感器與阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的接通與斷開(kāi)，阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)經(jīng)前置放大器、寬帶濾波 器與程控放大器連接，輸出信號(hào)包絡(luò)檢測(cè)器通過(guò)控制線和數(shù)據(jù)總線與從微處理器連接，程 控放大器經(jīng)鎖相環(huán)連接DDS信號(hào)發(fā)生器。有效地抑制檢測(cè)儀器中有用信號(hào)頻帶內(nèi)的工頻諧 波干擾，實(shí)時(shí)地跟蹤這種干擾的頻率、相位和幅度，將其從接收信號(hào)中濾除，而不影響其它 有用信號(hào)，不影響和這種干擾頻率重疊的有用信號(hào)頻率成分。上述發(fā)明的核磁共振地下水 探測(cè)儀器及方法中的現(xiàn)有技術(shù)大部分是采用核磁共振技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)地下水的精確探測(cè)以及 采用多通道方式用于提高儀器工作效率、探測(cè)精度及實(shí)現(xiàn)3維核磁共振反演成像，但對(duì)于 復(fù)雜多場(chǎng)源強(qiáng)干擾下核磁共振地下水探測(cè)系統(tǒng)及方法則沒(méi)有涉及；而發(fā)明的工頻諧波干擾 抑制電路則只能解決有用信號(hào)頻帶內(nèi)的某一個(gè)工頻諧波的濾除，對(duì)于其他工頻諧波和奇異 噪聲等電磁干擾則無(wú)能為力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種帶有參考線圈的核磁共振 地下水探測(cè)系統(tǒng)及探測(cè)方法，以解決村莊附近以及城市周邊地區(qū)復(fù)雜多場(chǎng)源強(qiáng)干擾下核磁 共振信號(hào)有效提取難題。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的計(jì)算機(jī)1通過(guò)串口線與控制系統(tǒng)2連接，計(jì)算機(jī)1通過(guò)控制線與發(fā)射電源3連接， 控制系統(tǒng)2通過(guò)信號(hào)線與發(fā)射控制驅(qū)動(dòng)4連接，發(fā)射控制驅(qū)動(dòng)4通過(guò)信號(hào)線經(jīng)大功率H橋 路7與發(fā)射/接收線圈9連接，控制系統(tǒng)2通過(guò)控制線與接收控制單元5連接，接收控制單 元5通過(guò)控制線與多路A/D采集單元16連接，多路A/D采集單元16通過(guò)數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)1 連接，控制系統(tǒng)2通過(guò)控制線與收發(fā)切換開(kāi)關(guān)6、第一切換開(kāi)關(guān)13、第二切換開(kāi)關(guān)18……乃 至第N切換開(kāi)關(guān)22連接，發(fā)射電源3通過(guò)交互信號(hào)線與大功率H橋路7連接，H橋路7輸 出端與配諧電容8和發(fā)射/接收線圈9連接，發(fā)射/接收線圈9通過(guò)信號(hào)線與收發(fā)切換開(kāi) 關(guān)6、信號(hào)調(diào)理電路10、信號(hào)放大器11和多路A/D采集單元16連接，第一參考線圈12經(jīng)第 一切換開(kāi)關(guān)13、第一調(diào)理電路14、第一放大器15與多路A/D采集單元16連接，第二參考線圈17經(jīng)第二切換開(kāi)關(guān)18、第二調(diào)理電路19、第二放大器20與多路A/D采集單元16連接， 第N參考線圈21經(jīng)第N切換開(kāi)關(guān)22、第N調(diào)理電路23、第N放大器M與多路A/D采集單 元16連接構(gòu)成。帶有參考線圈的核磁共振地下水探測(cè)系統(tǒng)的探測(cè)方法，包括以下順序和步驟a、在測(cè)區(qū)內(nèi)選擇探測(cè)地點(diǎn)，以探測(cè)點(diǎn)為中心，鋪設(shè)方形發(fā)射/接收線圈9，根據(jù)探 測(cè)點(diǎn)附近電磁干擾源情況確定鋪設(shè)至少一個(gè)參考線圈乃至N個(gè)參考線圈，參考線圈要盡可 能靠近干擾源鋪設(shè)，與發(fā)射/接收線圈9線框邊界的距離至少要大于方形發(fā)射/接收線圈 9的邊長(zhǎng)，以此確保參考線圈采集的是噪聲而不是核磁共振信號(hào)；b、開(kāi)啟帶有參考線圈的核磁共振地下水探測(cè)系統(tǒng)，發(fā)射控制驅(qū)動(dòng)4控制大功率H 橋路向發(fā)射/接收線圈9中供入頻率為拉莫爾頻率的交變電流，通過(guò)計(jì)算機(jī)1控制改變發(fā) 射電源3電壓輸出的大小，來(lái)改變H橋路在發(fā)射/接收線圈9中輸出電流的大小，即改變激 發(fā)脈沖矩的大小，從而激發(fā)地下不同深度的水體；C、控制系統(tǒng)2控制斷開(kāi)激發(fā)場(chǎng)，控制收發(fā)切換開(kāi)關(guān)6、第一切換開(kāi)關(guān)13、第二切換 開(kāi)關(guān)18乃至第N切換開(kāi)關(guān)22同步將發(fā)射/接收線圈9中核磁共振信號(hào)和第一參考線圈 12、第二參考線圈17和第N參考線圈21中噪聲信號(hào)的全波形數(shù)據(jù)通過(guò)多路A/D采集單元 16采集；d、將多路A/D采集單元16采集的核磁共振信號(hào)和噪聲信號(hào)全波形數(shù)據(jù)上傳至計(jì) 算機(jī)1，計(jì)算參考線圈采集的噪聲信號(hào)與發(fā)射/接收線圈9采集的核磁共振信號(hào)的最大相關(guān) 性，最佳值是0. 7以上，如果計(jì)算值小于此值，則重新布設(shè)參考線圈的位置和數(shù)量，重復(fù)步 驟b和步驟c ；e、基于自適應(yīng)噪聲抵消原理，采用帶有一個(gè)或N個(gè)參考線圈的自適應(yīng)噪聲抵消系 統(tǒng)，變步長(zhǎng)自適應(yīng)最小均方(LMQ算法進(jìn)行噪聲對(duì)消，實(shí)現(xiàn)核磁共振信號(hào)的有效提取；f、將上述提取的核磁共振全波形信號(hào)進(jìn)行特征參數(shù)提取，獲得初始振幅、弛豫時(shí) 間、相位、頻率信息；g、根據(jù)獲得的初始振幅、弛豫時(shí)間、相位、頻率信息進(jìn)行正反演處理，估算出地下 水儲(chǔ)量和滲透率。有益效果采用參考線圈實(shí)現(xiàn)對(duì)探測(cè)點(diǎn)附近多種干擾噪聲數(shù)據(jù)的采集，在信號(hào)和 噪聲統(tǒng)計(jì)特性未知的情況下，采用變步長(zhǎng)自適應(yīng)算法，自適應(yīng)跟蹤學(xué)習(xí)參考線圈中的噪聲， 基于相關(guān)抵消原理最大限度對(duì)消發(fā)射/接收線圈中的噪聲，實(shí)現(xiàn)多場(chǎng)源復(fù)雜強(qiáng)噪聲干擾下 核磁共振信號(hào)的提取，提高了儀器抗干擾性能，有效地解決了村莊附近以及城市周邊地區(qū) 核磁共振探測(cè)干擾多、多種干擾噪聲數(shù)據(jù)難以分離的問(wèn)題，為在村莊附近以及城市周邊地 區(qū)尋找地下水提供了一種可靠的探測(cè)裝置和方法。


圖1是帶有參考線圈的核磁共振地下水探測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖2是帶有參考線圈的核磁共振地下水探測(cè)系統(tǒng)信號(hào)自適應(yīng)噪聲抵消系統(tǒng)框圖。1計(jì)算機(jī)，2控制系統(tǒng)，3發(fā)射電源，4發(fā)射控制驅(qū)動(dòng)，5接收控制單元，6收發(fā)切換開(kāi) 關(guān)，7大功率H橋路，8配諧電容，9發(fā)射/接收線圈，10信號(hào)調(diào)理電路，11信號(hào)放大器，12第 一參考線圈，13第一切換開(kāi)關(guān)，14第一調(diào)理電路，15第一放大器，16多路A/D采集單元，17第二參考線圈，18第二切換開(kāi)關(guān)，19第二調(diào)理電路，20第二放大器，21第N參考線圈，22第 N切換開(kāi)關(guān)，23第N調(diào)理電路，M第N放大器
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明帶有參考線圈的核磁共振地下水探測(cè)系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)1通過(guò)串口線與控制系統(tǒng)2 連接，計(jì)算機(jī)ι通過(guò)控制線與發(fā)射電源3連接，控制系統(tǒng)2通過(guò)信號(hào)線與發(fā)射控制驅(qū)動(dòng)4連 接，發(fā)射控制驅(qū)動(dòng)4通過(guò)信號(hào)線經(jīng)大功率H橋路7與發(fā)射/接收線圈9連接，控制系統(tǒng)2通 過(guò)控制線與接收控制單元5連接，接收控制單元5通過(guò)控制線與多路A/D采集單元16連接， 多路A/D采集單元16通過(guò)數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)1連接，控制系統(tǒng)2通過(guò)控制線與收發(fā)切換開(kāi)關(guān) 6、第一切換開(kāi)關(guān)13、第二切換開(kāi)關(guān)18……乃至第N切換開(kāi)關(guān)22連接，發(fā)射電源3通過(guò)交互 信號(hào)線與大功率H橋路7連接，H橋路7輸出端與配諧電容8和發(fā)射/接收線圈9連接，發(fā) 射/接收線圈9通過(guò)信號(hào)線與收發(fā)切換開(kāi)關(guān)6、信號(hào)調(diào)理電路10、信號(hào)放大器11和多路A/ D采集單元16連接，第一參考線圈12經(jīng)第一切換開(kāi)關(guān)13、第一調(diào)理電路14、第一放大器15 與多路A/D采集單元16連接，第二參考線圈17經(jīng)第二切換開(kāi)關(guān)18、第二調(diào)理電路19、第二 放大器20與多路A/D采集單元16連接，第N參考線圈21經(jīng)第N切換開(kāi)關(guān)22、第N調(diào)理電 路23、第N放大器M與多路A/D采集單元16連接構(gòu)成。具體工作過(guò)程是在發(fā)射階段計(jì)算機(jī)1控制發(fā)射電源3產(chǎn)生某一數(shù)值電壓，并通過(guò)控制系統(tǒng)2，控 制發(fā)射控制驅(qū)動(dòng)4，使之驅(qū)動(dòng)大功率H橋路7，大功率H橋路7的兩個(gè)輸出端與配諧電容8 和發(fā)射/接收線圈9連接構(gòu)成串聯(lián)諧振回路，使線圈中產(chǎn)生具有某一拉莫爾頻率的交變電 流，激發(fā)地下某一深度和范圍內(nèi)的地下水中的氫質(zhì)子。激發(fā)深度取決于激發(fā)脈沖矩的大小， 即發(fā)射/接收線圈中的電流大小。激發(fā)范圍取決于發(fā)射/接收線圈9的大小。收發(fā)切換開(kāi) 關(guān)6采用高壓干簧繼電器，在發(fā)射階段使繼電器斷開(kāi)，使發(fā)射/接收線圈9不與接收系統(tǒng)相 連，第一切換開(kāi)關(guān)13、第二切換開(kāi)關(guān)18乃至第N切換開(kāi)關(guān)均置于斷開(kāi)狀態(tài)。在接收階段控制系統(tǒng)2同步控制收發(fā)切換開(kāi)關(guān)6與第一切換開(kāi)關(guān)13、第二切換 開(kāi)關(guān)18乃至第N切換開(kāi)關(guān)22，使多路A/D采集單元16同步采集發(fā)射/接收線圈9中的核 磁共振信號(hào)以及第一參考線圈12、第二參考線圈17…第N參考線圈21中的噪聲信號(hào)。鑒 于被測(cè)核磁共振信號(hào)的頻率范圍1.3-2. 6KHz以及頻譜特征，加之信號(hào)及其微弱，信號(hào)調(diào)理 電路10、信號(hào)放大器11被采用，第一參考線圈12、第二參考線圈17…第N參考線圈21采 集的噪聲數(shù)據(jù)亦采用了第一調(diào)理電路14、第二調(diào)理電路19…第N調(diào)理電路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采集單元16。帶有參考線圈的核磁共振地下水探測(cè)方法，具體實(shí)施步驟包括a、在測(cè)區(qū)內(nèi)選擇探測(cè)地點(diǎn)，以探測(cè)點(diǎn)為中心，鋪設(shè)方形發(fā)射/接收線圈9，根據(jù)探 測(cè)點(diǎn)附近電磁干擾源情況確定鋪設(shè)至少一個(gè)參考線圈乃至N個(gè)參考線圈，參考線圈要盡可 能靠近干擾源鋪設(shè)，與發(fā)射/接收線圈9線框邊界的距離至少要大于方形發(fā)射/接收線圈 9的邊長(zhǎng)，以此確保參考線圈采集的是噪聲而不是核磁共振信號(hào)；b、開(kāi)啟帶有參考線圈的核磁共振地下水探測(cè)系統(tǒng)，發(fā)射控制驅(qū)動(dòng)4控制大功率H 橋路向發(fā)射/接收線圈9中供入頻率為拉莫爾頻率的交變電流，通過(guò)計(jì)算機(jī)1控制改變發(fā)射電源3電壓輸出的大小，來(lái)改變H橋路在發(fā)射/接收線圈9中輸出電流的大小，即改變激 發(fā)脈沖矩的大小，從而激發(fā)地下不同深度的水體；C、控制系統(tǒng)2控制斷開(kāi)激發(fā)場(chǎng)，控制收發(fā)切換開(kāi)關(guān)6、第一切換開(kāi)關(guān)13、第二切換 開(kāi)關(guān)18乃至第N切換開(kāi)關(guān)22同步將發(fā)射/接收線圈9中核磁共振信號(hào)和第一參考線圈 12、第二參考線圈17和第N參考線圈21中噪聲信號(hào)的全波形數(shù)據(jù)通過(guò)多路A/D采集單元 16采集；d、將多路A/D采集單元16采集的核磁共振信號(hào)和噪聲信號(hào)全波形數(shù)據(jù)上傳至計(jì) 算機(jī)1，計(jì)算參考線圈采集的噪聲信號(hào)與發(fā)射/接收線圈9采集的核磁共振信號(hào)的最大相關(guān) 性，最佳值是0. 7以上，如果計(jì)算值小于此值，則重新布設(shè)參考線圈的位置和數(shù)量，重復(fù)步 驟b和步驟c ；e、基于自適應(yīng)噪聲抵消原理，采用帶有一個(gè)或N個(gè)參考線圈的自適應(yīng)噪聲抵消系 統(tǒng)，變步長(zhǎng)自適應(yīng)LMS算法進(jìn)行噪聲對(duì)消，實(shí)現(xiàn)核磁共振信號(hào)的有效提??；f、將上述提取的核磁共振全波形信號(hào)進(jìn)行特征參數(shù)提取，獲得初始振幅、弛豫時(shí) 間、相位、頻率信息；g、根據(jù)獲得的初始振幅、弛豫時(shí)間、相位、頻率信息進(jìn)行正反演處理，估算出地下 水儲(chǔ)量和滲透率。結(jié)合附圖2，本發(fā)明設(shè)計(jì)多參考線圈方式實(shí)現(xiàn)對(duì)采集到的核磁共振信號(hào)的有效提 取。在核磁共振信號(hào)中常見(jiàn)的對(duì)信號(hào)影響較大的噪聲主要是工頻諧波干擾以及奇異噪聲， 其數(shù)學(xué)模型表達(dá)形式均可以直接或者間接表示成正余弦信號(hào)，基于這一特點(diǎn)，采用90° 移相方式相當(dāng)于設(shè)計(jì)了多個(gè)自適應(yīng)陷波器來(lái)進(jìn)行自適應(yīng)噪聲對(duì)消。90°移相方式是通過(guò) Hilbert變換實(shí)現(xiàn)的。所采用的變步長(zhǎng)自適應(yīng)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個(gè)參考線圈采集到的噪聲數(shù)據(jù)以及經(jīng)過(guò)90°移相 后的噪聲數(shù)據(jù)。μ (η)表示變步長(zhǎng)，其取決于野外測(cè)點(diǎn)的信噪比，當(dāng)被測(cè)區(qū)域信噪比較低時(shí)， μ (η)取值要大一些，以便盡快跟蹤噪聲，相反，當(dāng)被測(cè)區(qū)域信噪比較高時(shí)，μ (η)取值要小一些。實(shí)施例1帶有參考線圈的核磁共振地下水探測(cè)系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)1通過(guò)串口線與控制系統(tǒng)2 連接，計(jì)算機(jī)1通過(guò)控制線與發(fā)射電源3連接，控制系統(tǒng)2通過(guò)信號(hào)線與發(fā)射控制驅(qū)動(dòng)4連 接，發(fā)射控制驅(qū)動(dòng)4通過(guò)信號(hào)線經(jīng)大功率H橋路7與發(fā)射/接收線圈9連接，控制系統(tǒng)2通 過(guò)控制線與接收控制單元5連接，接收控制單元5通過(guò)控制線與多路A/D采集單元16連接， 多路A/D采集單元16通過(guò)數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)1連接，控制系統(tǒng)2通過(guò)控制線與收發(fā)切換開(kāi)關(guān) 6、第一切換開(kāi)關(guān)13連接，發(fā)射電源3通過(guò)交互信號(hào)線與大功率H橋路7連接，H橋路7輸 出端與配諧電容8和發(fā)射/接收線圈9連接，發(fā)射/接收線圈9通過(guò)信號(hào)線與收發(fā)切換開(kāi)關(guān)6、信號(hào)調(diào)理電路10、信號(hào)放大器11和多路A/D采集單元16連接，第一參考線圈12經(jīng)第 一切換開(kāi)關(guān)13、第一調(diào)理電路14、第一放大器15與多路A/D采集單元16連接構(gòu)成。帶有參考線圈的核磁共振地下水探測(cè)方法，具體實(shí)施步驟包括a、在測(cè)區(qū)內(nèi)選擇探測(cè)地點(diǎn)，以探測(cè)點(diǎn)為中心，鋪設(shè)方形發(fā)射/接收線圈9，根據(jù)探 測(cè)點(diǎn)附近電磁干擾源情況確定鋪設(shè)一個(gè)參考線圈，參考線圈要盡可能靠近干擾源鋪設(shè)，與 發(fā)射/接收線圈9線框邊界的距離至少要大于方形發(fā)射/接收線圈9的邊長(zhǎng)，以此確保參 考線圈采集的是噪聲而不是核磁共振信號(hào)；b、開(kāi)啟帶有參考線圈的核磁共振地下水探測(cè)系統(tǒng)，發(fā)射控制驅(qū)動(dòng)4控制大功率H 橋路向發(fā)射/接收線圈9中供入頻率為拉莫爾頻率的交變電流，通過(guò)計(jì)算機(jī)1控制改變發(fā) 射電源3電壓輸出的大小，來(lái)改變H橋路在發(fā)射/接收線圈9中輸出電流的大小，即改變激 發(fā)脈沖矩的大小，從而激發(fā)地下不同深度的水體；C、控制系統(tǒng)2控制斷開(kāi)激發(fā)場(chǎng)，控制收發(fā)切換開(kāi)關(guān)6、第一切換開(kāi)關(guān)13同步將發(fā) 射/接收線圈9中核磁共振信號(hào)和第一參考線圈12中噪聲信號(hào)的全波形數(shù)據(jù)通過(guò)多路A/ D采集單元16采集；d、將多路A/D采集單元16采集的核磁共振信號(hào)和噪聲信號(hào)全波形數(shù)據(jù)上傳至計(jì) 算機(jī)1，計(jì)算參考線圈采集的噪聲信號(hào)與發(fā)射/接收線圈9采集的核磁共振信號(hào)的最大相關(guān) 性，最佳值是0. 7以上，如果計(jì)算值小于此值，則重新布設(shè)參考線圈的位置，重復(fù)步驟b和步 驟C;e、基于自適應(yīng)噪聲抵消原理，采用帶有一個(gè)參考線圈的自適應(yīng)噪聲抵消系統(tǒng)，變 步長(zhǎng)自適應(yīng)LMS算法進(jìn)行噪聲對(duì)消，實(shí)現(xiàn)核磁共振信號(hào)的有效提?。籪、將上述提取的核磁共振全波形信號(hào)進(jìn)行特征參數(shù)提取，獲得初始振幅、弛豫時(shí) 間、相位、頻率信息；g、根據(jù)獲得的初始振幅、弛豫時(shí)間、相位、頻率信息進(jìn)行正反演處理，估算出地下 水儲(chǔ)量和滲透率。實(shí)施例2計(jì)算機(jī)1通過(guò)串口線與控制系統(tǒng)2連接，計(jì)算機(jī)1通過(guò)控制線與發(fā)射電源3連接， 控制系統(tǒng)2通過(guò)信號(hào)線與發(fā)射控制驅(qū)動(dòng)4連接，發(fā)射控制驅(qū)動(dòng)4通過(guò)信號(hào)線經(jīng)大功率H橋 路7與發(fā)射/接收線圈9連接，控制系統(tǒng)2通過(guò)控制線與接收控制單元5連接，接收控制單 元5通過(guò)控制線與多路A/D采集單元16連接，多路A/D采集單元16通過(guò)數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)1 連接，控制系統(tǒng)2通過(guò)控制線與收發(fā)切換開(kāi)關(guān)6、第一切換開(kāi)關(guān)13、第二切換開(kāi)關(guān)18連接， 發(fā)射電源3通過(guò)交互信號(hào)線與大功率H橋路7連接，H橋路7輸出端與配諧電容8和發(fā)射/ 接收線圈9連接，發(fā)射/接收線圈9通過(guò)信號(hào)線與收發(fā)切換開(kāi)關(guān)6、信號(hào)調(diào)理電路10、信號(hào) 放大器11和多路A/D采集單元16連接，第一參考線圈12經(jīng)第一切換開(kāi)關(guān)13、第一調(diào)理電 路14、第一放大器15與多路A/D采集單元16連接，第二參考線圈17經(jīng)第二切換開(kāi)關(guān)18、 第二調(diào)理電路19、第二放大器20與多路A/D采集單元16連接構(gòu)成。帶有參考線圈的核磁共振地下水探測(cè)方法，具體實(shí)施步驟包括a、在測(cè)區(qū)內(nèi)選擇探測(cè)地點(diǎn)，以探測(cè)點(diǎn)為中心，鋪設(shè)方形發(fā)射/接收線圈9，根據(jù)探 測(cè)點(diǎn)附近電磁干擾源情況確定鋪設(shè)二個(gè)參考線圈，參考線圈要盡可能靠近干擾源鋪設(shè)，與 發(fā)射/接收線圈9線框邊界的距離至少要大于方形發(fā)射/接收線圈9的邊長(zhǎng)，以此確保參考線圈采集的是噪聲而不是核磁共振信號(hào)；b、開(kāi)啟帶有參考線圈的核磁共振地下水探測(cè)系統(tǒng)，發(fā)射控制驅(qū)動(dòng)4控制大功率H 橋路向發(fā)射/接收線圈9中供入頻率為拉莫爾頻率的交變電流，通過(guò)計(jì)算機(jī)1控制改變發(fā) 射電源3電壓輸出的大小，來(lái)改變H橋路在發(fā)射/接收線圈9中輸出電流的大小，即改變激 發(fā)脈沖矩的大小，從而激發(fā)地下不同深度的水體；C、控制系統(tǒng)2控制斷開(kāi)激發(fā)場(chǎng)，控制收發(fā)切換開(kāi)關(guān)6、第一切換開(kāi)關(guān)13、第二切換 開(kāi)關(guān)18同步將發(fā)射/接收線圈9中核磁共振信號(hào)和第一參考線圈12、第二參考線圈17中 噪聲信號(hào)的全波形數(shù)據(jù)通過(guò)多路A/D采集單元16采集；d、將多路A/D采集單元16采集的核磁共振信號(hào)和噪聲信號(hào)全波形數(shù)據(jù)上傳至計(jì) 算機(jī)1，計(jì)算參考線圈采集的噪聲信號(hào)與發(fā)射/接收線圈9采集的核磁共振信號(hào)的最大相關(guān) 性，最佳值是0. 7以上，如果計(jì)算值小于此值，則重新布設(shè)參考線圈的位置，重復(fù)步驟b和步 驟C;e、基于自適應(yīng)噪聲抵消原理，采用帶有二個(gè)參考線圈的自適應(yīng)噪聲抵消系統(tǒng)，變 步長(zhǎng)自適應(yīng)LMS算法進(jìn)行噪聲對(duì)消，實(shí)現(xiàn)核磁共振信號(hào)的有效提??；f、將上述提取的核磁共振全波形信號(hào)進(jìn)行特征參數(shù)提取，獲得初始振幅、弛豫時(shí) 間、相位、頻率信息；g、根據(jù)獲得的初始振幅、弛豫時(shí)間、相位、頻率信息進(jìn)行正反演處理，估算出地下 水儲(chǔ)量和滲透率。實(shí)施例3計(jì)算機(jī)1通過(guò)串口線與控制系統(tǒng)2連接，計(jì)算機(jī)1通過(guò)控制線與發(fā)射電源3連接， 控制系統(tǒng)2通過(guò)信號(hào)線與發(fā)射控制驅(qū)動(dòng)4連接，發(fā)射控制驅(qū)動(dòng)4通過(guò)信號(hào)線經(jīng)大功率H橋 路7與發(fā)射/接收線圈9連接，控制系統(tǒng)2通過(guò)控制線與接收控制單元5連接，接收控制單 元5通過(guò)控制線與多路A/D采集單元16連接，多路A/D采集單元16通過(guò)數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)1 連接，控制系統(tǒng)2通過(guò)控制線與收發(fā)切換開(kāi)關(guān)6、第一切換開(kāi)關(guān)13、第二切換開(kāi)關(guān)18……乃 至第八切換開(kāi)關(guān)22連接，發(fā)射電源3通過(guò)交互信號(hào)線與大功率H橋路7連接，H橋路7輸 出端與配諧電容8和發(fā)射/接收線圈9連接，發(fā)射/接收線圈9通過(guò)信號(hào)線與收發(fā)切換開(kāi) 關(guān)6、信號(hào)調(diào)理電路10、信號(hào)放大器11和多路A/D采集單元16連接，第一參考線圈12經(jīng)第 一切換開(kāi)關(guān)13、第一調(diào)理電路14、第一放大器15與多路A/D采集單元16連接，第二參考線 圈17經(jīng)第二切換開(kāi)關(guān)18、第二調(diào)理電路19、第二放大器20與多路A/D采集單元16連接， 第八參考線圈21經(jīng)第八切換開(kāi)關(guān)22、第八調(diào)理電路23、第八放大器M與多路A/D采集單 元16連接構(gòu)成。帶有參考線圈的核磁共振地下水探測(cè)方法，具體實(shí)施步驟包括a、在測(cè)區(qū)內(nèi)選擇探測(cè)地點(diǎn)，以探測(cè)點(diǎn)為中心，鋪設(shè)方形發(fā)射/接收線圈9，根據(jù)探 測(cè)點(diǎn)附近電磁干擾源情況確定鋪設(shè)八個(gè)參考線圈，參考線圈要盡可能靠近干擾源鋪設(shè)，與 發(fā)射/接收線圈9線框邊界的距離至少要大于方形發(fā)射/接收線圈9的邊長(zhǎng)，以此確保參 考線圈采集的是噪聲而不是核磁共振信號(hào)；b、開(kāi)啟帶有參考線圈的核磁共振地下水探測(cè)系統(tǒng)，發(fā)射控制驅(qū)動(dòng)4控制大功率H 橋路向發(fā)射/接收線圈9中供入頻率為拉莫爾頻率的交變電流，通過(guò)計(jì)算機(jī)1控制改變發(fā) 射電源3電壓輸出的大小，來(lái)改變H橋路在發(fā)射/接收線圈9中輸出電流的大小，即改變激發(fā)脈沖矩的大小，從而激發(fā)地下不同深度的水體；C、控制系統(tǒng)2控制斷開(kāi)激發(fā)場(chǎng)，控制收發(fā)切換開(kāi)關(guān)6、第一切換開(kāi)關(guān)13、第二切換 開(kāi)關(guān)18乃至第八切換開(kāi)關(guān)22同步將發(fā)射/接收線圈9中核磁共振信號(hào)和第一參考線圈 12、第二參考線圈17和第八參考線圈21中噪聲信號(hào)的全波形數(shù)據(jù)通過(guò)多路A/D采集單元 16采集；d、將多路A/D采集單元16采集的核磁共振信號(hào)和噪聲信號(hào)全波形數(shù)據(jù)上傳至計(jì) 算機(jī)1，計(jì)算參考線圈采集的噪聲信號(hào)與發(fā)射/接收線圈9采集的核磁共振信號(hào)的最大相關(guān) 性，最佳值是0. 7以上，如果計(jì)算值小于此值，則重新布設(shè)參考線圈的位置，重復(fù)步驟b和步 驟C;e、基于自適應(yīng)噪聲抵消原理，采用帶有八個(gè)參考線圈的自適應(yīng)噪聲抵消系統(tǒng)，變 步長(zhǎng)自適應(yīng)LMS算法進(jìn)行噪聲對(duì)消，實(shí)現(xiàn)核磁共振信號(hào)的有效提??；f、將上述提取的核磁共振全波形信號(hào)進(jìn)行特征參數(shù)提取，獲得初始振幅、弛豫時(shí) 間、相位、頻率信息；g、根據(jù)獲得的初始振幅、弛豫時(shí)間、相位、頻率信息進(jìn)行正反演處理，估算出地下 水儲(chǔ)量和滲透率。
權(quán)利要求
1.一種帶有參考線圈的核磁共振地下水探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，計(jì)算機(jī)1通過(guò)串口線 與控制系統(tǒng)2連接，計(jì)算機(jī)1通過(guò)控制線與發(fā)射電源3連接，控制系統(tǒng)2通過(guò)信號(hào)線與發(fā)射 控制驅(qū)動(dòng)4連接，發(fā)射控制驅(qū)動(dòng)4通過(guò)信號(hào)線經(jīng)大功率H橋路7與發(fā)射/接收線圈9連接， 控制系統(tǒng)2通過(guò)控制線與接收控制單元5連接，接收控制單元5通過(guò)控制線與多路A/D采 集單元16連接，多路A/D采集單元16通過(guò)數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)1連接，控制系統(tǒng)2通過(guò)控制線 與收發(fā)切換開(kāi)關(guān)6、第一切換開(kāi)關(guān)13、第二切換開(kāi)關(guān)18……乃至第N切換開(kāi)關(guān)22連接，發(fā)射 電源3通過(guò)交互信號(hào)線與大功率H橋路7連接，H橋路7輸出端與配諧電容8和發(fā)射/接 收線圈9連接，發(fā)射/接收線圈9通過(guò)信號(hào)線與收發(fā)切換開(kāi)關(guān)6、信號(hào)調(diào)理電路10、信號(hào)放 大器11和多路A/D采集單元16連接，第一參考線圈12經(jīng)第一切換開(kāi)關(guān)13、第一調(diào)理電路 14、第一放大器15與多路A/D采集單元16連接，第二參考線圈17經(jīng)第二切換開(kāi)關(guān)18、第二 調(diào)理電路19、第二放大器20與多路A/D采集單元16連接，第N參考線圈21經(jīng)第N切換開(kāi) 關(guān)22、第N調(diào)理電路23、第N放大器M與多路A/D采集單元16連接構(gòu)成。
2.按照權(quán)利要求1所述的帶有參考線圈的核磁共振地下水探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，按 以下順序和步驟工作a、在測(cè)區(qū)內(nèi)選擇探測(cè)地點(diǎn)，以探測(cè)點(diǎn)為中心，鋪設(shè)方形發(fā)射/接收線圈9，根據(jù)探測(cè)點(diǎn) 附近電磁干擾源情況確定鋪設(shè)至少一個(gè)參考線圈乃至N個(gè)參考線圈，參考線圈要盡可能靠 近干擾源鋪設(shè)，與發(fā)射/接收線圈9線框邊界的距離至少要大于方形發(fā)射/接收線圈9的 邊長(zhǎng)，以此確保參考線圈采集的是噪聲而不是核磁共振信號(hào)；b、開(kāi)啟帶有參考線圈的核磁共振地下水探測(cè)系統(tǒng)，發(fā)射控制驅(qū)動(dòng)4控制大功率H橋路 向發(fā)射/接收線圈9中供入頻率為拉莫爾頻率的交變電流，通過(guò)計(jì)算機(jī)1控制改變發(fā)射電 源3電壓輸出的大小，來(lái)改變H橋路在發(fā)射/接收線圈9中輸出電流的大小，即改變激發(fā)脈 沖矩的大小，從而激發(fā)地下不同深度的水體；c、控制系統(tǒng)2控制斷開(kāi)激發(fā)場(chǎng)，控制收發(fā)切換開(kāi)關(guān)6、第一切換開(kāi)關(guān)13、第二切換開(kāi)關(guān) 18乃至第N切換開(kāi)關(guān)22同步將發(fā)射/接收線圈9中核磁共振信號(hào)和第一參考線圈12、第 二參考線圈17和第N參考線圈21中噪聲信號(hào)的全波形數(shù)據(jù)通過(guò)多路A/D采集單元16采 集；d、將多路A/D采集單元16采集的核磁共振信號(hào)和噪聲信號(hào)全波形數(shù)據(jù)上傳至計(jì)算機(jī) 1，計(jì)算參考線圈采集的噪聲信號(hào)與發(fā)射/接收線圈9采集的核磁共振信號(hào)的最大相關(guān)性， 最佳值是0. 7以上，如果計(jì)算值小于此值，則重新布設(shè)參考線圈的位置和數(shù)量，重復(fù)步驟b 和步驟c ；e、基于自適應(yīng)噪聲抵消原理，采用帶有一個(gè)或N個(gè)參考線圈的自適應(yīng)噪聲抵消系統(tǒng)， 變步長(zhǎng)自適應(yīng)最小均方算法進(jìn)行噪聲對(duì)消，實(shí)現(xiàn)核磁共振信號(hào)的有效提??；f、將上述提取的核磁共振全波形信號(hào)進(jìn)行特征參數(shù)提取，獲得初始振幅、弛豫時(shí)間、相 位、頻率信息；g、根據(jù)獲得的初始振幅、弛豫時(shí)間、相位、頻率信息進(jìn)行正反演處理，估算出地下水儲(chǔ) 量和滲透率。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶有參考線圈的核磁共振地下水探測(cè)系統(tǒng)及探測(cè)方法。通過(guò)多路A/D采集單元同步采集發(fā)射/接收線圈中的核磁共振信號(hào)以及參考線圈中噪聲信號(hào)的全波形數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算參考線圈采集的噪聲信號(hào)與核磁共振信號(hào)的最大相關(guān)性，實(shí)現(xiàn)參考線圈最佳位置和數(shù)量的布設(shè)，在信號(hào)和噪聲統(tǒng)計(jì)特性未知的情況下，采用變步長(zhǎng)自適應(yīng)算法，最大限度對(duì)消發(fā)射/接收線圈獲得核磁共振信號(hào)中的噪聲，實(shí)現(xiàn)多場(chǎng)源復(fù)雜強(qiáng)噪聲干擾下核磁共振信號(hào)的提取，有效地解決了村莊附近以及城市周邊地區(qū)核磁共振探測(cè)干擾多、多種干擾噪聲數(shù)據(jù)難以分離的問(wèn)題，提高了儀器抗干擾性能，為在村莊附近以及城市周邊地區(qū)尋找地下水提供了一種可靠的探測(cè)裝置和方法。
文檔編號(hào)G01V3/14GK102053280SQ20101053746
公開(kāi)日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2010年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月10日
發(fā)明者萬(wàn)琦, 易曉峰, 李鵬飛, 林君, 段清明, 田寶鳳, 蔣川東, 郝薈萃 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)