本發(fā)明涉及一種地球物理勘探設(shè)備及方法，尤其是地電場發(fā)射的核磁共振探水儀對地下水資源的2D/3D探測，并通過一發(fā)多收模式實現(xiàn)大面積高效率探測的地電場激發(fā)的核磁共振探水系統(tǒng)及其外工作方法。

背景技術(shù)：

核磁共振地下水探測技術(shù)是當(dāng)今唯一能夠直接探測地下水的地球物理方法，該方法在地下水資源勘探、礦井/隧道災(zāi)害水源超前預(yù)測、海水入侵等方面已有廣泛的應(yīng)用。然而，現(xiàn)有的核磁共振探水儀都是基于磁性源激發(fā)的工作方式，單次難以實現(xiàn)大面積測量，探測效率低。

CN102096112公開的“基于陣列線圈的核磁共振地下水探測儀及野外探測方法”采用多個線圈作為接收天線，可實現(xiàn)對地下水的2D/3D探測。

CN103033849公開的“多通道核磁共振地下水探測儀及其野外工作方法”不僅可實現(xiàn)2D/3D探測，還利用參考線圈進(jìn)一步提高儀器的抗噪聲能力。

CN1936621公開的“核磁共振與瞬變電磁聯(lián)用儀及其方法”，聯(lián)合了瞬變電磁和核磁共振兩種地球物理方法，與單獨使用核磁共振方法相比，該方法有效提高了探測深度和探測的準(zhǔn)確性。然而，以上三種方法都是基于磁性源激發(fā)的方法，每個測點的最大探測面積由發(fā)射線圈邊長決定(最大邊長為150m)，每個測點測量時間最少為46min，探測效率較低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種地電場激發(fā)的核磁共振探水系統(tǒng)；

本發(fā)明的另一目的是提供一種地電場激發(fā)的核磁共振探水系統(tǒng)的其野外工作方法；

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種地電場激發(fā)的核磁共振探水系統(tǒng)，包括發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、接收線圈、計算機(jī)和同步模塊；計算機(jī)1經(jīng)發(fā)射機(jī)2與同步模塊3連接，發(fā)射機(jī)2通過發(fā)射線22連接電極A和電極B，在連接電極A B的發(fā)射線22兩側(cè)分別對稱布設(shè)接收線圈，每個接收機(jī)掛載兩個接收線圈，計算機(jī)1經(jīng)第一接收機(jī)4、第二接收機(jī)5、第三接收機(jī)6、第六接收機(jī)9和第五接收機(jī)8與第四接收機(jī)7連接，同步模塊3分別與第一接收機(jī)4、第四接收機(jī)7、第二接收機(jī)5、第五接收機(jī)8、第三接收機(jī)6和第六接收機(jī)9連接。

接收線圈的間距為80m，每個接收線圈邊長或直徑為100m。

發(fā)射機(jī)2是由主控電路23經(jīng)電瓶24、DC-DC充電模塊25、大功率電容組26和發(fā)射橋路28與發(fā)射線接口29連接，主控電路23經(jīng)IGBT驅(qū)動模塊27與發(fā)射橋路28連接，主控電路23分別與通訊接口31、同步信號接口30和DC-DC充電模塊25連接構(gòu)成。

接收機(jī)是由接收線圈接口32經(jīng)繼電器開關(guān)電路33、雙向二極管34、放大和帶通濾波電路a35與A/D采樣模塊37連接，同步信號接口42經(jīng)控制模塊36、A/D采樣模塊37分別連接USB通訊接口43和RS485接口44，接收線圈接口38經(jīng)繼電器開關(guān)電路39、雙向二極管40和放大和帶通濾波電路b41與A/D采樣模塊37連接，繼電器開關(guān)電路33經(jīng)控制模塊36與繼電器開關(guān)電路39連接構(gòu)成。

一種采用權(quán)利要求1所述的地電場激發(fā)的核磁共振探水系統(tǒng)的野外工作方法，包括以下步驟：

a、在測試區(qū)根據(jù)勘探要求選擇勘探線，在勘探線的兩端分別釘入電極A和電極B，AB兩點間距離L＝1000m，將發(fā)射線22兩端分別連接到電極A B上；

b、鋪設(shè)接收線圈，每個接收線圈邊長或直徑為100m，從電極A開始按接收線圈80m間距在發(fā)射線22的兩側(cè)對稱鋪設(shè)第一接收線圈10、第二接收線圈11……乃至第十二接收線圈21；

c、將發(fā)射線22連接到發(fā)射線接口29，計算機(jī)1與發(fā)射機(jī)2的通訊接口31連接，計算機(jī)1與第一接收機(jī)4的USB通訊接口43連接，第一接收機(jī)4、第二接收機(jī)5、第三接收機(jī)6、第四接收機(jī)7、第五接收機(jī)8和第六接收機(jī)9均通過RS485接口44連接；

d、將第一接收線圈10和第二接收線圈11分別與第一接收機(jī)4連接，第三接收線圈12和第四接收線圈13分別與第二接收機(jī)5連接，第五接收線圈14和第六接收線圈15分別與第三接收機(jī)6連接，第七接收線圈16和第八接收線圈17分別與第四接收機(jī)7連接，第九接收線圈18和第十接收線圈19分別與第五接收機(jī)8連接，第十一接收線圈20和第十二接收線圈21分別與第六接收機(jī)9連接；第一接收機(jī)4、第二接收機(jī)5、第三接收機(jī)6、第四接收機(jī)7、第五接收機(jī)8和第六接收機(jī)9分別與接收線圈接口32和接收線圈接口38連接；

e、將同步模塊3分別與發(fā)射機(jī)2、第一接收機(jī)4、第二接收機(jī)5、第三接收機(jī)6、第四接收機(jī)7、第五接收機(jī)8和第六接收機(jī)9連接；

f、通過計算機(jī)1設(shè)置發(fā)射脈沖矩范圍和個數(shù)、疊加次數(shù)和采集頻率，設(shè)置完成后，啟動地電場激發(fā)的核磁共振探水系統(tǒng)，開始探測，直至在該測線的探測完成，保存探測的數(shù)據(jù)。

有益效果：本發(fā)明是一種地電場激發(fā)、線圈接收的新的磁共振地下水探測方式，可滿足大面積高效率勘探的目的，改善了利用磁共振原理探水工作效率低的缺點。通過同步電路實現(xiàn)一發(fā)多收，確保多臺接收機(jī)同步工作；數(shù)據(jù)通信通過相鄰接收機(jī)傳輸，擯棄了使用多個并行數(shù)據(jù)傳輸線，降低了成本和故障率。

附圖說明

圖1為一種地電場激發(fā)的核磁共振探水系統(tǒng)及野外工作布置圖

圖2為附圖1中發(fā)射機(jī)2的結(jié)構(gòu)框圖

圖3為附圖1中接收機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖

1計算機(jī)，2發(fā)射機(jī)，3同步模塊，4第一接收機(jī)，5第二接收機(jī)，6第三接收機(jī)，7第四接收機(jī)，8第五接收機(jī)，9第六接收機(jī)，10第一接收線圈，11第二接收線圈，12第三接收線圈，13第四接收線圈，14第五接收線圈，15第六接收線圈，16第七接收線圈，17第八接收線圈，18第九接收線圈，19第十接收線圈，20第十一接收線圈，21第十二接收線圈，22發(fā)射線，23主控電路，24電瓶，25DC-DC充電模塊，26大功率電容組，27IGBT驅(qū)動模塊，28發(fā)射橋路，29發(fā)射線接口，30同步信號接口，31通訊接口，32接收線圈接口，33繼電器開關(guān)電路，34雙向二極管，35放大和帶通濾波電路a，36控制模塊，37A/D采樣模塊，38接收線圈，39繼電器開關(guān)電路，40雙向二極管，41放大和帶通濾波電路b，42同步信號接口，43USB通訊接口，44RS485接口。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明：

一種地電場激發(fā)的核磁共振探水系統(tǒng)，包括發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、接收線圈、計算機(jī)和同步模塊；計算機(jī)1經(jīng)發(fā)射機(jī)2與同步模塊3連接，發(fā)射機(jī)2通過發(fā)射線22連接電極A和電極B，在連接電極A B的發(fā)射線22兩側(cè)分別對稱布設(shè)接收線圈，每個接收機(jī)掛載兩個接收線圈，計算機(jī)1經(jīng)第一接收機(jī)4、第二接收機(jī)5、第三接收機(jī)6、第六接收機(jī)9和第五接收機(jī)8與第四接收機(jī)7連接，同步模塊3分別與第一接收機(jī)4、第四接收機(jī)7、第二接收機(jī)5、第五接收機(jī)8、第三接收機(jī)6和第六接收機(jī)9連接。

接收線圈的間距為80m，每個接收線圈邊長或直徑為100m。

發(fā)射機(jī)2是由主控電路23經(jīng)電瓶24、DC-DC充電模塊25、大功率電容組26和發(fā)射橋路28與發(fā)射線接口29連接，主控電路23經(jīng)IGBT驅(qū)動模塊27與發(fā)射橋路28連接，主控電路23分別與通訊接口31、同步信號接口30和DC-DC充電模塊25連接構(gòu)成。

接收機(jī)是由接收線圈接口32經(jīng)繼電器開關(guān)電路33、雙向二極管34、放大和帶通濾波電路a35與A/D采樣模塊37連接，同步信號接口42經(jīng)控制模塊36、A/D采樣模塊37分別連接USB通訊接口43和RS485接口44，接收線圈接口38經(jīng)繼電器開關(guān)電路39、雙向二極管40和放大和帶通濾波電路b41與A/D采樣模塊37連接，繼電器開關(guān)電路33經(jīng)控制模塊36與繼電器開關(guān)電路39連接構(gòu)成。

一種地電場激發(fā)的核磁共振探水系統(tǒng)的野外工作方法，包括以下步驟：

a、在測試區(qū)根據(jù)勘探要求選擇勘探線，在勘探線的兩端分別釘入電極A和電極B，AB兩點間距離L＝1000m，將發(fā)射線22兩端分別連接到電極A B上；

b、鋪設(shè)接收線圈，每個接收線圈邊長或直徑為100m，從電極A開始按接收線圈80m間距在發(fā)射線22的兩側(cè)對稱鋪設(shè)第一接收線圈10、第二接收線圈11……乃至第十二接收線圈21；

c、將發(fā)射線22連接到發(fā)射線接口29，計算機(jī)1與發(fā)射機(jī)2的通訊接口31連接，計算機(jī)1與第一接收機(jī)4的USB通訊接口43連接，第一接收機(jī)4、第二接收機(jī)5、第三接收機(jī)6、第四接收機(jī)7、第五接收機(jī)8和第六接收機(jī)9均通過RS485接口44連接；

d、將第一接收線圈10和第二接收線圈11分別與第一接收機(jī)4連接，第三接收線圈12和第四接收線圈13分別與第二接收機(jī)5連接，第五接收線圈14和第六接收線圈15分別與第三接收機(jī)6連接，第七接收線圈16和第八接收線圈17分別與第四接收機(jī)7連接，第九接收線圈18和第十接收線圈19分別與第五接收機(jī)8連接，第十一接收線圈20和第十二接收線圈21分別與第六接收機(jī)9連接；第一接收機(jī)4、第二接收機(jī)5、第三接收機(jī)6、第四接收機(jī)7、第五接收機(jī)8和第六接收機(jī)9分別與接收線圈接口32和接收線圈接口38連接；

e、將同步模塊3分別與發(fā)射機(jī)2、第一接收機(jī)4、第二接收機(jī)5、第三接收機(jī)6、第四接收機(jī)7、第五接收機(jī)8和第六接收機(jī)9連接；

f、通過計算機(jī)1設(shè)置發(fā)射脈沖矩范圍和個數(shù)、疊加次數(shù)和采集頻率，設(shè)置完成后，啟動地電場激發(fā)的核磁共振探水系統(tǒng)，開始探測，直至在該測線的探測完成，保存探測的數(shù)據(jù)。

如圖1所示，一種基于地電場激發(fā)的核磁共振探水儀，是由計算機(jī)1經(jīng)發(fā)射機(jī)2與同步模塊3、發(fā)射線22連接，計算機(jī)1經(jīng)第一接收機(jī)4與第二接收機(jī)5連接，第二接收機(jī)5經(jīng)第三接收機(jī)6與第六接收機(jī)9連接，第六接收機(jī)9經(jīng)第五接收機(jī)8與第四接收機(jī)7連接，同步模塊3分別與第一接收機(jī)4、第二接收機(jī)5、第三接收機(jī)6、第四接收機(jī)7、第五接收機(jī)8、第六接收機(jī)9連接，第一接收機(jī)4分別與第一接收線圈10、第二接收線圈11連接，第二接收機(jī)5分別與第三接收線圈12、第四接收線圈13連接，第三接收機(jī)6分別與第五接收線圈14、第六接收線圈15連接，第四接收機(jī)7分別與第七接收線圈16、第八接收線圈17連接，第五接收機(jī)8分別與第九接收線圈18、第十接收線圈19連接，第六接收機(jī)9分別與第十一接收線圈20、第十二接收線圈21連接構(gòu)成。

如圖2所示，發(fā)射機(jī)2是由主控電路23經(jīng)電瓶24與DC-DC充電模塊25連接，主控電路23經(jīng)IGBT驅(qū)動模塊27與發(fā)射橋路28連接，主控電路23分別與通訊接口31、同步信號接口30連接，DC-DC充電模塊25經(jīng)大功率電容組26與發(fā)射橋路連接，發(fā)射橋路28與發(fā)射線接口29連接構(gòu)成。

如圖3所示，第一接收機(jī)4、第二接收機(jī)5、第三接收機(jī)6、第四接收機(jī)7、第五接收機(jī)8和第六接收機(jī)9的結(jié)構(gòu)相同且具體如下：各接收機(jī)均是由接收線圈接口32經(jīng)繼電器開關(guān)電路33與雙向二極管34連接，雙向二極管34經(jīng)放大器和帶通濾波電路35與A/D采樣模塊37連接，同步信號接口42經(jīng)控制模塊36與A/D采樣模塊37連接，A/D采樣模塊37分別與USB通訊接口43和RS485接口44連接，接收線圈接口38經(jīng)繼電器開關(guān)電路39與雙向二極管40連接，雙向二極管40經(jīng)放大器和帶通濾波電路41與A/D采樣模塊37連接，控制模塊36分別與繼電器開關(guān)電路33和繼電器開關(guān)電路39連接構(gòu)成。

一種地電場激發(fā)的核磁共振探水系統(tǒng)的野外工作方法，包括以下步驟：

a、在測試區(qū)內(nèi)選定A、B兩點釘入電極，A、B兩點距離為L＝1000m，將發(fā)射線22兩端連接到電極A、B上；

b、鋪設(shè)接收線圈，每個接收線圈邊長或直徑為100m，從電極A開始按接收線圈80m間距在發(fā)射線22的兩側(cè)對稱鋪設(shè)第一接收線圈10、第二接收線圈11……乃至第十二接收線圈21；

c、將發(fā)射線22連接到發(fā)射線接口29，計算機(jī)1與發(fā)射機(jī)2的通訊接口31連接，計算機(jī)1與第一接收機(jī)4的USB通訊接口43連接，第一接收機(jī)4的RS485接口44與第二接收機(jī)5的RS485接口44連接，第二接收機(jī)5的RS485接口44與第三接收機(jī)6的RS485接口44連接，第三接收機(jī)6的RS485接口44與第六接收機(jī)9的RS485接口44連接，第六接收機(jī)9的RS485接口44與第五接收機(jī)8的RS485接口44連接，第五接收機(jī)8的RS485接口44與第四接收機(jī)7的RS485接口44連接；

d、將第一接收線圈10和第二接收線圈11分別與第一接收機(jī)4的接收線圈接口32和接收線圈接口38連接，把第三接收線圈12和第四接收線圈13分別與第二接收機(jī)5的接收線圈接口32和接收線圈接口38連接，把第五接收線圈14和第六接收線圈15分別與第三接收機(jī)6的接收線圈接口32和接收線圈接口38連接，把第七接收線圈16和第八接收線圈17分別與第四接收機(jī)7的接收線圈接口32和接收線圈接口38連接，把第九接收線圈18和第十接收線圈19分別與第五接收機(jī)8的接收線圈接口32和接收線圈接口38連接，把第十一接收線圈20和第十二接收線圈21分別與第六接收機(jī)9的接收線圈接口32和接收線圈接口38連接；

e、同步模塊3分別與發(fā)射機(jī)2、第一接收機(jī)4、第二接收機(jī)5、第三接收機(jī)6、第四接收機(jī)7、第五接收機(jī)8、第六接收機(jī)9連接；

f、通過計算機(jī)1設(shè)置發(fā)射脈沖矩范圍、個數(shù)、疊加次數(shù)和采集頻率，設(shè)置完成后，啟動探水儀工作，直至在該測線的測試完成，保存探測的數(shù)據(jù)。

實施例

在長春燒鍋鎮(zhèn)，使用本申請設(shè)計的地電場激發(fā)的核磁共振探水系統(tǒng)及野外工作方法進(jìn)行野外實際應(yīng)用。

具體實施步驟如下：

a、在測試區(qū)內(nèi)選定A、B兩點釘入電極，A、B兩點距離為L＝1000m，將發(fā)射線22兩端連接到電極A、B上；

b、鋪設(shè)接收線圈，每個接收線圈邊長或直徑為100m，從電極A開始按接收線圈80m間距在發(fā)射線22的兩側(cè)對稱鋪設(shè)第一接收線圈10、第二接收線圈11……乃至第十二接收線圈21；

c、將發(fā)射線22連接到發(fā)射線接口29，計算機(jī)1與發(fā)射機(jī)2的通訊接口31連接，計算機(jī)1與第一接收機(jī)4的USB通訊接口43連接，第一接收機(jī)4的RS485接口44與第二接收機(jī)5的RS485接口44連接，第二接收機(jī)5的RS485接口44與第三接收機(jī)6的RS485接口44連接，第三接收機(jī)6的RS485接口44與第六接收機(jī)9的RS485接口44連接，第六接收機(jī)9的RS485接口44與第五接收機(jī)8的RS485接口44連接，第五接收機(jī)8的RS485接口44與第四接收機(jī)7的RS485接口44連接；

d、將第一接收線圈10和第二接收線圈11分別與第一接收機(jī)4的接收線圈接口32和接收線圈接口38連接，把第三接收線圈12和第四接收線圈13分別與第二接收機(jī)5的接收線圈接口32和接收線圈接口38連接，把第五接收線圈14和第六接收線圈15分別與第三接收機(jī)6的接收線圈接口32和接收線圈接口38連接，把第七接收線圈16和第八接收線圈17分別與第四接收機(jī)7的接收線圈接口32和接收線圈接口38連接，把第九接收線圈18和第十接收線圈19分別與第五接收機(jī)8的接收線圈接口32和接收線圈接口38連接，把第十一接收線圈20和第十二接收線圈21分別與第六接收機(jī)9的接收線圈接口32和接收線圈接口38連接，；

e、同步模塊3分別與發(fā)射機(jī)2、第一接收機(jī)4、第二接收機(jī)5、第三接收機(jī)6、第四接收機(jī)7、第五接收機(jī)8、第六接收機(jī)9連接；

f、通過計算機(jī)1設(shè)置發(fā)射脈沖矩范圍是200A.ms到10000A.ms，共16個脈沖矩、疊加次數(shù)32、采集頻率25kHz，設(shè)置完成后，啟動探水儀工作，直至在該測點的測試完成，保存探測的數(shù)據(jù)。

測試結(jié)束后，對每一臺接收機(jī)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行信號處理，從頻譜上可以看出在頻率點2330Hz(測試點的拉莫爾頻率)有信號，且從時域上可以看出e指數(shù)衰減的正弦信號，即為磁共振信號，且第二接收機(jī)和第五接收機(jī)采集的信號幅度較大，而第一、三、四、六接收機(jī)采集的信號相對第二、五接收機(jī)較小，符合理論分析，證明了探測數(shù)據(jù)的有效性。