本發(fā)明涉及地質(zhì)勘測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種聚焦型超導(dǎo)核磁共振探測裝置。

背景技術(shù)：

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展不斷深化，在基礎(chǔ)建設(shè)方面，特別是施工方面的勘察需求日益加劇，勘察精度要逐步提高，勘察深度逐步增加。核磁共振(magneticresonancesounding，mrs)超前預(yù)報(bào)作為直接探測地下水的地球物理方面前沿技術(shù)，它利用人工激發(fā)的電磁場使水中的h核產(chǎn)生具有特征進(jìn)動頻率的宏觀磁矩，通過接收裝置采集mrs晚期延時(shí)信息，探明一定深度的水分布情況。該技術(shù)具有靈敏度較高，分辨率好，信息量豐富，解唯一，無損測試、反演速度快、成像效果好等特點(diǎn)，能測定地下水層的深度、儲水量和孔隙度等水文地質(zhì)信息，特別是對低阻充水破碎帶反映靈敏。

在地層中h核是具有核子順磁性的物質(zhì)中豐度最高的核子，其磁矩不為零，在核磁共振過程中正是利用了水中氫核具有順磁性這一特性。在穩(wěn)定的地磁場b0作用下，具有一定磁矩的氫核繞地磁場進(jìn)動，進(jìn)動頻率由larmor方程計(jì)算。根據(jù)實(shí)測的地磁場b0和氫核的磁旋比γp，就可以求出水中質(zhì)子的larmor進(jìn)動頻率ω0。

ω0＝γp|b0|(1)

在線圈中通入交變電流i(t)，其頻率等于larmor頻率ω0。

i(t)＝i0cos(ω0t)(2)

在地下形成的交變電磁場激發(fā)下，地下水中的氫質(zhì)子產(chǎn)生能級躍遷，大量的氫質(zhì)子躍遷到高能級上。垂直于地磁場b0的激發(fā)磁場垂直分量b1⊥使質(zhì)子的核磁化強(qiáng)度m0偏離沿地磁場方向的平衡位置一個(gè)角度θ，稱為扳倒角。

其中，q＝i0τ是電流脈沖矩。脈沖矩q越大，探測的距離越大。

當(dāng)撤去供電電流，這些高能級氫質(zhì)子便逐漸回到低能級狀態(tài)，釋放出大量的具有l(wèi)armor頻率的能量子，在接收線圈中感應(yīng)出mrs信號，通過對接收線圈中感應(yīng)出mrs信號反演，得到地下含水量信息。現(xiàn)有的核磁共振技術(shù)主要采用居中型同位線圈，接收待測區(qū)域h核電子能級躍遷所發(fā)射電磁信號。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，受儀器靈敏度和信號損耗等限制，發(fā)射線圈激發(fā)的磁場強(qiáng)度一般只能夠達(dá)到50米-100米的勘測，同時(shí)接收線圈反饋回來的電磁信號受地磁場、外界環(huán)境等電磁干擾較大，特別是在隧道和井下等惡劣環(huán)境中接收儀器常為極微弱的幾個(gè)微伏，進(jìn)而造成信號提取難度大。在常規(guī)檢測中，采用增大發(fā)射線圈或增加發(fā)射電流的方法來增加發(fā)射磁矩m的方法使得儀器設(shè)備重量和體積都很大，特別是核磁共振勘探測量在存在一定的甲烷、粉塵等有害物質(zhì)的隧道或地下施工檢測過程中，除了靈敏度有待提高、勘測深度有限、外界電磁干擾大之外，安全性也有很大的隱患。在有限的空間和儀器安全運(yùn)行條件下，如何增強(qiáng)發(fā)射信號、加大勘測深度；如何提高儀器的信噪比，進(jìn)而提高信號分辨靈敏度，是當(dāng)前核磁共振勘探方面亟待解決的兩個(gè)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)解決的技術(shù)問題

本發(fā)明目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種聚焦型超導(dǎo)核磁共振探測裝置，增強(qiáng)了磁場強(qiáng)度，增加了勘測深度，提高了分辨地質(zhì)體精準(zhǔn)度。

(二)技術(shù)方案

一種聚焦型超導(dǎo)核磁共振探測裝置，其特征在于，包括高壓密封殼、控制組件、制冷組件、核磁信號發(fā)生組件及溫控組件；所述高壓密封殼右端設(shè)置有高壓密封蓋；所述高壓密封殼左端外壁上設(shè)置有第一殼置觸頭；所述高壓密封蓋外壁上設(shè)置有第二殼置觸頭；所述高壓密封蓋內(nèi)側(cè)圓周均勻設(shè)置有空心結(jié)構(gòu)的液氦流通骨架；所述控制組件包括計(jì)算機(jī)、通訊電纜、控制臺、發(fā)射電機(jī)和核磁信號接收機(jī)，計(jì)算機(jī)、控制臺、發(fā)射電機(jī)、第二殼置觸頭通過通訊電纜電路連接，計(jì)算機(jī)、控制臺、核磁信號接收機(jī)、第一殼置觸頭通過通訊電纜電路連接；所述制冷組件包括抽/排氣機(jī)、液氦冷凝制冷機(jī)、液氦罐，依次連接；所述抽/排氣機(jī)和所述液氦罐分別與高壓密封殼連通；所述核磁信號發(fā)生組件包括超導(dǎo)發(fā)射線圈、超導(dǎo)聚磁屏蔽環(huán)、超導(dǎo)接收線圈；所述超導(dǎo)發(fā)射線圈卡合在液氦流通骨架上；所述超導(dǎo)接收線圈設(shè)置在高壓密封殼左端；所述超導(dǎo)聚磁屏蔽環(huán)為縮口結(jié)構(gòu)，大口端包住超導(dǎo)發(fā)射線圈，小口端超過超導(dǎo)接收線圈內(nèi)圈；所述超導(dǎo)聚磁屏蔽環(huán)外壁還設(shè)置有固定桿；所述超導(dǎo)發(fā)射線圈與第二殼置觸頭電路連接；所述超導(dǎo)接收線圈與第一殼置觸頭電路連接；所述高壓密封蓋內(nèi)側(cè)還設(shè)置有防輻射屏；所述溫控組件包括半導(dǎo)體制冷器、溫度反饋平衡控制器、溫控探頭，依次電路連接，所述溫控探頭設(shè)置在高壓密封殼內(nèi)側(cè)。

優(yōu)選的，所述防輻射屏包括兩層，從左到右依次為40k防輻射屏、80k防輻射屏。

優(yōu)選的，所述液氦流通骨架底端設(shè)置螺紋，頂端設(shè)置有凹槽和限位扣。

優(yōu)選的，所述高壓密封殼內(nèi)還設(shè)置有失超爆破閥門。

優(yōu)選的，所述高壓密封殼左端設(shè)置有立柱，頂端設(shè)置有凹槽和限位扣。

優(yōu)選的，所述高壓密封蓋設(shè)置有3個(gè)進(jìn)氦氣孔、3個(gè)出氦氣孔，在內(nèi)部分別與液氦流通骨架連接；所述進(jìn)氦氣孔與液氦罐連通，所述出氦氣孔與抽/排氣機(jī)連通。

優(yōu)選的，所述超導(dǎo)接收線圈的內(nèi)圈面積和所述超導(dǎo)發(fā)射線圈的內(nèi)圈面積相同；所述超導(dǎo)接收線圈的內(nèi)圈面積大于4倍的超導(dǎo)聚磁屏蔽環(huán)小口端面積，小于16倍的超導(dǎo)聚磁屏蔽環(huán)小口端面積。

優(yōu)選的，所述高壓密封殼、所述高壓密封蓋、所述液氦流通骨架、所述固定桿均為無電磁感非金屬材料；所述超導(dǎo)發(fā)射線圈、所述超導(dǎo)接收線圈均為外部涂抹nbti材料的空心鋼；所述超導(dǎo)聚磁屏蔽環(huán)內(nèi)壁均勻涂抹nbti材料。

(三)有益效果

本發(fā)明提供了一種聚焦型超導(dǎo)核磁共振探測裝置，一方面利用超導(dǎo)體的超導(dǎo)性大幅度增加脈沖磁場強(qiáng)度，并利用超導(dǎo)體的完全抗磁性將產(chǎn)生的電磁場定向聚焦，有指向性地增加測量深度；另一方面利用超導(dǎo)接收線圈具有接近零電阻這一特性，該特性使得核磁共振弱信號在超導(dǎo)接收線圈衰減慢，即超導(dǎo)接收線圈對于弱信號具有高的靈敏度，從而能夠提取出所需要的勘測深度更深，強(qiáng)度更微弱的mrs信號。裝置體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，靈敏度高，特別適用于隧道建設(shè)，地下施工等。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的，保護(hù)一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明的整體連接示意圖；

圖2為本發(fā)明中高壓密封殼、高壓密封蓋內(nèi)部剖面示意圖；

圖3為本發(fā)明中高壓密封蓋平面圖；

圖4為本發(fā)明中超導(dǎo)聚磁屏蔽環(huán)的磁力線分布圖；

圖5為本發(fā)明中液氦流通骨架示意圖。

附圖中，各標(biāo)號所代表的部件列表如下：

1、計(jì)算機(jī)，2、液氦流通骨架，3、通訊電纜，4、控制臺，5、發(fā)射電機(jī)，6、超導(dǎo)發(fā)射線圈，7、抽/排氣機(jī)，8、超導(dǎo)接收線圈，9、核磁信號接收機(jī)，10、液氦罐，11、液氦冷凝制冷機(jī)，12、失超爆破閥門，13、40k防輻射屏，14、80k防輻射屏，15、溫度反饋平衡控制器，16、超導(dǎo)聚磁屏蔽環(huán)，17、高壓密封殼，18、高壓密封蓋，19、溫控探頭，20、半導(dǎo)體制冷器，21、第一殼置觸頭，22、第二殼置觸頭，23、固定桿。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

參看圖1、圖2、圖3、圖4、圖5，一種聚焦型超導(dǎo)核磁共振探測裝置，包括高壓密封殼17、控制組件、制冷組件、核磁信號發(fā)生組件及溫控組件；高壓密封殼17右端螺栓固定有高壓密封蓋18，高壓密封殼17與高壓密封蓋18內(nèi)壁有絕熱設(shè)計(jì)，密封容器間隙精度小于0.1mm，在4k溫度下，系統(tǒng)整體漏熱小于1w。高壓密封殼17左端外壁上設(shè)置有第一殼置觸頭21；高壓密封蓋18外壁上設(shè)置有第二殼置觸頭22；高壓密封蓋18內(nèi)側(cè)圓周均勻螺紋連接有空心結(jié)構(gòu)的液氦流通骨架2，具體的，參看圖5，液氦流通骨架2底端加工螺紋，頂端加工有凹槽和限位扣，用以安裝和固定超導(dǎo)發(fā)射線圈6。

控制組件包括計(jì)算機(jī)1、通訊電纜3、控制臺4、發(fā)射電機(jī)5和核磁信號接收機(jī)9，計(jì)算機(jī)1、控制臺4、發(fā)射電機(jī)5、第二殼置觸頭22通過通訊電纜3電路連接，計(jì)算機(jī)1、控制臺4、核磁信號接收機(jī)9、第一殼置觸頭21通過通訊電纜3電路連接。

制冷組件包括抽/排氣機(jī)7、液氦冷凝制冷機(jī)11、液氦罐10，依次連接；抽/排氣機(jī)7和液氦罐10分別與高壓密封殼17連通，具體的，參看圖3，高壓密封蓋18加工有6個(gè)通氣孔，上部3個(gè)作為進(jìn)氦氣孔、下部3個(gè)作為出氦氣孔，在內(nèi)部分別與液氦流通骨架2連接；進(jìn)氦氣孔與液氦罐10通過液氦輸送管連通，出氦氣孔與抽/排氣機(jī)17也通過液氦輸送管連通，構(gòu)成回路。液氦冷凝制冷機(jī)11調(diào)節(jié)液氦的溫度，回收循環(huán)利用液氦，保證環(huán)流氦氣壓力在0.1mpa。

核磁信號發(fā)生組件包括超導(dǎo)發(fā)射線圈6、超導(dǎo)聚磁屏蔽環(huán)16、超導(dǎo)接收線圈8；超導(dǎo)發(fā)射線圈6卡合在液氦流通骨架2上；超導(dǎo)接收線圈8設(shè)置在高壓密封殼17左端，具體的，高壓密封殼17左端焊接有立柱，立柱也加工有凹槽和限位扣，超導(dǎo)接收線圈8卡合立柱；超導(dǎo)聚磁屏蔽環(huán)16為縮口結(jié)構(gòu)，大口端包住超導(dǎo)發(fā)射線圈6，小口端超過超導(dǎo)接收線圈8內(nèi)圈；超導(dǎo)聚磁屏蔽環(huán)16外壁還設(shè)置有固定桿，進(jìn)行支撐；參看圖4，由于超導(dǎo)體具有完全抗磁性，超導(dǎo)發(fā)射線圈6產(chǎn)生的磁力線經(jīng)過超導(dǎo)聚磁屏蔽環(huán)16的導(dǎo)向，使得相應(yīng)的磁力線產(chǎn)生匯聚，進(jìn)而達(dá)到增強(qiáng)磁場強(qiáng)度的目標(biāo)，使得能夠達(dá)到更深的勘測深度。超導(dǎo)接收線圈8的內(nèi)圈面積和超導(dǎo)發(fā)射線圈6的內(nèi)圈面積相同；超導(dǎo)接收線圈8的內(nèi)圈面積大于4倍的超導(dǎo)聚磁屏蔽環(huán)16小口端面積，小于16倍的超導(dǎo)聚磁屏蔽環(huán)16小口端面積。超導(dǎo)發(fā)射線圈6與第二殼置觸頭22電路連接；超導(dǎo)接收線圈8與第一殼置觸頭21電路連接，方便控制組件進(jìn)行操作。

高壓密封蓋18內(nèi)側(cè)還設(shè)置有兩層防輻射屏，從左到右依次為40k防輻射屏、80k防輻射屏，減少對工作人員的輻射傷害，用來保護(hù)工作人員工作空間的安全穩(wěn)定。

溫控組件包括溫度反饋平衡控制器15、半導(dǎo)體制冷器20、溫控探頭19，依次電路連接。溫控探頭19設(shè)置在高壓密封殼17內(nèi)側(cè)，實(shí)時(shí)監(jiān)測內(nèi)部溫度變化。

具體的，根據(jù)磁場要求，高壓密封殼17、高壓密封蓋18、液氦流通骨架2、固定桿23均為無電磁感非金屬材料；超導(dǎo)發(fā)射線圈6、超導(dǎo)接收線圈8均為外部涂抹nbti材料的空心鋼；超導(dǎo)聚磁屏蔽環(huán)16內(nèi)壁均勻涂抹有nbti材料。根據(jù)低溫及高壓的要求，失超爆破閥門12采用型號為dj61f-40p；溫控探頭19采用布魯克公司的型號為bolometer輻射熱測量計(jì)；溫度反饋平衡控制器15采用lakeshore325；半導(dǎo)體制冷器20采用tes1-3101；液氦冷凝制冷機(jī)11采用cryomagnetics公司的hrc-100；抽/排氣機(jī)7采用型號為apiezonap201；液氦輸送管采用extensionhosem/f。

本發(fā)明在使用時(shí)，先確定待測位置，再將高壓密封殼17左端對準(zhǔn)測量位置。通過抽/排氣機(jī)7引導(dǎo)液氦逐漸進(jìn)入高壓密封殼17，逐步將高壓密封殼17內(nèi)的溫度降低，保證環(huán)流氦氣壓力在0.1mpa。達(dá)到工作要求，逐步開啟發(fā)射電機(jī)5，通過超導(dǎo)發(fā)射線圈6激發(fā)電磁場，對待測點(diǎn)位前方不良地質(zhì)進(jìn)行探測，超導(dǎo)接收線圈8接收相關(guān)核磁數(shù)據(jù)，并傳遞給計(jì)算機(jī)1，計(jì)算機(jī)1反演測點(diǎn)的核磁圖，完成測區(qū)探測。在工作過程中，溫控探頭19接收溫度信號，將信號反饋給溫度反饋平衡控制器15，溫度反饋平衡控制器15通過半導(dǎo)體制冷器20對高壓密封殼17內(nèi)進(jìn)行溫度變化調(diào)節(jié)，將溫度平衡至3-3.5k范圍；當(dāng)高壓密封殼17內(nèi)壓力發(fā)生異常時(shí)，失超爆破閥門12開始工作，維持容器內(nèi)部壓力平衡。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的一種聚焦型超導(dǎo)核磁共振探測裝置，利用超導(dǎo)體的“零電阻”和“完全抗磁性”效應(yīng)，增強(qiáng)磁場強(qiáng)度，增加勘測深度，提高分辨地質(zhì)體精準(zhǔn)度。本發(fā)明同時(shí)增加了一種核磁信號聚焦裝置，利用超導(dǎo)體的完全抗磁性，將有限的磁力線聚焦在一起，形成更加強(qiáng)大的磁場。采取如下設(shè)計(jì)，超導(dǎo)聚磁屏蔽環(huán)不僅能夠?qū)l(fā)射線圈產(chǎn)生的激發(fā)磁場強(qiáng)化數(shù)倍，進(jìn)而達(dá)到更深的勘測深度，同時(shí)也能夠在儀器工作過程中，一定程度地屏蔽外界電磁，減小發(fā)射線圈和接收線圈的電磁互擾。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料過著特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

以上公開的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例只是用于幫助闡述本發(fā)明。優(yōu)選實(shí)施例并沒有詳盡敘述所有的細(xì)節(jié)，也不限制該發(fā)明僅為的具體實(shí)施方式。顯然，根據(jù)本說明書的內(nèi)容，可作很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述這些實(shí)施例，是為了更好地解釋本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用，從而使所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員能很好地理解和利用本發(fā)明。本發(fā)明僅受權(quán)利要求書及其全部范圍和等效物的限制。