特定頻率噪聲對(duì)消地下核磁共振探測(cè)裝置及探測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種特定頻率噪聲對(duì)消地下核磁共振探測(cè)裝置及探測(cè)方法。是由計(jì)算機(jī)通過(guò)主控制單元對(duì)發(fā)射線圈、信號(hào)接收線圈及多個(gè)噪聲抵消線圈的控制。解決了地下掘進(jìn)空間狹小布線難的問(wèn)題，采用配諧設(shè)置諧振頻率點(diǎn)的方式，鋪設(shè)多個(gè)能接收特定頻率噪聲的噪聲抵消線圈，將采集到的多通道特定頻率噪聲經(jīng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行自適應(yīng)窄帶帶通濾波處理，再將特定頻率噪聲從摻有噪聲的核磁共振信號(hào)中剔除，解決了地下電磁干擾和工頻諧波干擾帶來(lái)的特定頻率噪聲問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了核磁共振信號(hào)的有效提取，提高了核磁共振信噪比，實(shí)現(xiàn)了對(duì)地下掘進(jìn)工程中災(zāi)害水源的精確測(cè)量、準(zhǔn)確定位，減少了因前方地質(zhì)情況不明所引發(fā)的突水、涌泥、塌方冒頂?shù)鹊刭|(zhì)災(zāi)害造成的各種事故。
【專利說(shuō)明】特定頻率噪聲對(duì)消地下核磁共振探測(cè)裝置及探測(cè)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種地球物理勘探裝置及探測(cè)方法，尤其是用于地下掘進(jìn)工程中尋找 災(zāi)害水源的特定噪聲頻率對(duì)消地下核磁共振探測(cè)裝置及探測(cè)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在隧道、礦井等地下掘進(jìn)工程中，由于地質(zhì)條件復(fù)雜，由地下水體引起的突水涌 泥、塌方冒頂?shù)鹊刭|(zhì)災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，給施工安全帶來(lái)了巨大的災(zāi)難和無(wú)法估計(jì)的經(jīng)濟(jì)損失。 同時(shí)，對(duì)地下工程中周圍的含水體進(jìn)行準(zhǔn)確的探測(cè)，可為減少未知水體引發(fā)的突水涌泥、塌 方冒頂?shù)仁鹿侍峁┲匾畔ⅰ?br> [0003] 地下掘進(jìn)工程中條件復(fù)雜，空間狹小，施工設(shè)備多，再加上地下工程的支護(hù)裝置均 會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的干擾，因此如何在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下檢測(cè)到極微弱的地下水體磁共振信號(hào)是 地磁場(chǎng)環(huán)境下災(zāi)害水源磁共振地球物理勘探方法中的一個(gè)重要研究方向。
[0004] CN102096112A公開(kāi)了一種基于陣列線圈的核磁共振地下水探測(cè)儀及野外探測(cè)方 法，由計(jì)算機(jī)通過(guò)串口線或網(wǎng)口線經(jīng)控制單元、發(fā)射線圈與接收線圈連接構(gòu)成，接收線圈是 由25個(gè)接收單元連接構(gòu)成陣列線圈，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)二維和=維的地下水成像，同時(shí)可W在 復(fù)雜地形地貌上進(jìn)行鋪設(shè)。該發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是改善了核磁共振探測(cè)在水平面上的精度，提高 了找水效率，降低了找水成本。但該發(fā)明主要針對(duì)的是地面上的半空間應(yīng)用，在類似空間狹 小、強(qiáng)電磁干擾的地下掘進(jìn)工程中存在陣列式線圈布設(shè)困難和信號(hào)提取困難的不足。
[0005] CN102053280A公開(kāi)了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)W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。該發(fā)明的有益之處是： 一定程度上實(shí)現(xiàn)了多場(chǎng)源噪聲干擾下核磁共振信號(hào)的提取，有效地解決了居民區(qū)核磁共振 探測(cè)干擾多、多種干擾噪聲數(shù)據(jù)難W分離的問(wèn)題，但同樣面臨著在狹小空間中參考線圈布 設(shè)困難、應(yīng)用受限的局限。
[0006] CN102062877A公開(kāi)了一種對(duì)前方水體超前探測(cè)的核磁共振探測(cè)裝置及探測(cè)方法。 是由計(jì)算機(jī)通過(guò)串口總線分別與系統(tǒng)控制器、大功率電源、信號(hào)采集單元相連，系統(tǒng)控制器 經(jīng)橋路驅(qū)動(dòng)器、大功率H型發(fā)射橋路和配諧電容與發(fā)射線圈連結(jié)構(gòu)成。采用垂直布設(shè)線圈 模式，有效的降低了線圈的占用面積，使該裝置可W在更加狹小的空間中展開(kāi)勘探工作?？?在煤田礦井生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)或隧道施工現(xiàn)場(chǎng)直接準(zhǔn)確探明出前方一定距離內(nèi)地下地質(zhì)情況，但在 多場(chǎng)源強(qiáng)噪聲等復(fù)雜工作環(huán)境中仍存在核磁共振信號(hào)有效提取的問(wèn)題。
[0007] 上述發(fā)明的核磁共振找水裝置針對(duì)特殊的需要和應(yīng)用場(chǎng)合均具有較高的測(cè)量精 度和良好的測(cè)量效果，但都存在一些不足；在空間狹小、環(huán)境復(fù)雜的地下掘進(jìn)工程中，地面 核磁共振探測(cè)中比較有效的方法，類似陣列式、多通道、參考線圈消噪等方法均因空間受限 面臨實(shí)現(xiàn)困難、線圈應(yīng)數(shù)不夠而不能接收到有效信號(hào)等對(duì)工作環(huán)境適應(yīng)差的問(wèn)題；同時(shí)在 針對(duì)隧道、礦井的的核磁共振找水裝置中，雖然采用了多應(yīng)小線圈接收的方式，解決了狹小 空間接收線圈鋪設(shè)的問(wèn)題，但在強(qiáng)噪聲復(fù)雜地下工程中仍然存在核磁共振信號(hào)不能從噪聲 中有效提取的問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[000引本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種能夠應(yīng)用于空間狹 小、特定頻率噪聲復(fù)雜的地下掘進(jìn)工程中，利用多個(gè)空屯、線圈實(shí)現(xiàn)特定頻率噪聲對(duì)消的地 下核磁共振探測(cè)裝置，通過(guò)采用其中一個(gè)空屯、線圈作為核磁共振信號(hào)接收裝置、其他若干 個(gè)空屯、線圈作為特定頻率噪聲信號(hào)接收裝置，通過(guò)將滲有噪聲的核磁共振信號(hào)與經(jīng)過(guò)上位 機(jī)處理過(guò)的噪聲信號(hào)相減從而對(duì)噪聲進(jìn)行剔除，進(jìn)而達(dá)到提高信噪比、提取出有效的核磁 共振信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)地下掘進(jìn)工程中災(zāi)害水源的精確測(cè)量，準(zhǔn)確定位、減少因前方地質(zhì)情況 不明所引發(fā)的突水、涌泥、塌方冒頂?shù)鹊刭|(zhì)災(zāi)害的特定頻率噪聲對(duì)消地下核磁共振探測(cè)裝 置；
[0009] 本發(fā)明的另一目的就是提供一種特定頻率噪聲對(duì)消地下核磁共振探測(cè)方法
[0010] 本發(fā)明的目的是通過(guò)W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0011] 特定頻率噪聲對(duì)消地下核磁共振探測(cè)裝置，是由計(jì)算機(jī)1經(jīng)主控制單元2分別連 接配諧電容5和切換開(kāi)關(guān)7，計(jì)算機(jī)1經(jīng)大功率高壓電源3、大功率全橋發(fā)射橋路4和發(fā)射線 圈6與配諧電容5連接，計(jì)算機(jī)1經(jīng)信號(hào)采集單元12、可調(diào)放大單元11和信號(hào)調(diào)理單元10 與切換開(kāi)關(guān)7連接，發(fā)射線圈6經(jīng)配諧電容5分別連接信號(hào)接收線圈8、噪聲對(duì)消線圈9-1、 噪聲對(duì)消線圈9-2……乃至噪聲對(duì)消線圈9-n，信號(hào)接收線圈8、噪聲對(duì)消線圈9-1、噪聲對(duì) 消線圈9-2……乃至噪聲對(duì)消線圈9-n分別經(jīng)切換開(kāi)關(guān)7與信號(hào)調(diào)理單元10連接構(gòu)成。
[0012] 所述的發(fā)射線圈6、信號(hào)接收線圈8和噪聲對(duì)消線圈9均為邊長(zhǎng)相等的多應(yīng)空屯、小 線圈。
[0013] 特定頻率噪聲對(duì)消地下核磁共振探測(cè)方法，包括W下步驟：
[0014] a、在地下掘進(jìn)工程測(cè)區(qū)內(nèi)選定測(cè)點(diǎn)，W測(cè)點(diǎn)為中屯、依次重疊鋪設(shè)發(fā)射線圈6和信 號(hào)接收線圈8，
[0015] b、開(kāi)啟特定頻率噪聲對(duì)消地下核磁共振探測(cè)裝置，首先采集一次噪聲，計(jì)算機(jī)1 通過(guò)串口總線向主控制單元2發(fā)送控制指令，包括激發(fā)時(shí)長(zhǎng)和激發(fā)頻率，主控制單元2產(chǎn)生 控制信號(hào)對(duì)大功率全橋發(fā)射橋路4控制，大功率全橋發(fā)射橋路4并不提供發(fā)射電流給發(fā)射 線圈6,此次發(fā)射為偽發(fā)射，發(fā)射過(guò)程中為了防止接收端被損壞，主控制單元2產(chǎn)生控制信 號(hào)控制切換開(kāi)關(guān)7,使切換開(kāi)關(guān)7斷開(kāi)；
[0016] C、發(fā)射結(jié)束后主控制單元2產(chǎn)生控制信號(hào)控制切換開(kāi)關(guān)7,使切換開(kāi)關(guān)7閉合，通 過(guò)信號(hào)接收線圈8采集噪聲，將信號(hào)接收線圈8采集到的噪聲經(jīng)信號(hào)調(diào)理單元10調(diào)理，再 經(jīng)可調(diào)放大單元11放大，然后由信號(hào)采集單元12送入計(jì)算機(jī)1，計(jì)算機(jī)1通過(guò)對(duì)噪聲進(jìn)行 頻譜分析，得出噪聲的頻率點(diǎn)；
[0017] t重復(fù)多次操作步驟b和步驟C，由數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法求出噪聲比較固定的頻率點(diǎn)，分 別記為f 1、f2......fn ;
[001引 e、計(jì)算機(jī)1錄入n個(gè)噪聲抵消線圈的電感值11、L2……Ln，再由諧振公式求出需 要配諧的電容值C1、C2……化；
[0019] f、依據(jù)需要在測(cè)點(diǎn)中屯、鋪設(shè)發(fā)射線圈6和信號(hào)接收線圈8處重疊鋪設(shè)噪聲對(duì)消線 圈9-1、噪聲對(duì)消線圈9-2……乃至噪聲對(duì)消線圈9-n ;
[0020] g、再次運(yùn)行特定頻率噪聲對(duì)消地下核磁共振探測(cè)裝置，計(jì)算機(jī)1通過(guò)串口總線向 主控制單元2發(fā)送控制指令，包括激發(fā)時(shí)長(zhǎng)、激發(fā)頻率W及需要配諧的電容值等信息，主控 制單元2產(chǎn)生控制信號(hào)首先對(duì)信號(hào)接收線圈8、噪聲對(duì)消線圈9-1、噪聲對(duì)消線圈9-2……乃 至噪聲對(duì)消線圈9-n進(jìn)行電容值配諧，然后對(duì)大功率全橋發(fā)射橋路4進(jìn)行控制，大功率全橋 發(fā)射橋路4向發(fā)射線圈6提供頻率為當(dāng)?shù)乩獱栴l率的交變電流，通過(guò)計(jì)算機(jī)1控制改變 大功率高壓電源3電壓的輸出來(lái)改變大功率全橋發(fā)射橋路4在發(fā)射線圈6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)前方不同深度的水體；
[0021] K主控制單元2控制斷開(kāi)激發(fā)場(chǎng)，控制切換開(kāi)關(guān)7使其閉合，使信號(hào)接收線圈8、噪 聲對(duì)消線圈9-1、噪聲對(duì)消線圈9-2……乃至噪聲對(duì)消線圈9-n接收相應(yīng)的核磁共振信號(hào)和 特定頻率的噪聲，將接收到的多路核磁共振信號(hào)和特定頻率的噪聲經(jīng)調(diào)理單元10調(diào)理后 再經(jīng)可調(diào)放大單元11放大，然后由信號(hào)采集單元12采集送入計(jì)算機(jī)1 ;
[0022] i、信號(hào)接收線圈8送入計(jì)算機(jī)1的信號(hào)是滲有噪聲的核磁共振信號(hào)，噪聲對(duì)消線 圈9-1、噪聲對(duì)消線圈9-2……乃至噪聲對(duì)消線圈9-n接收到的是頻率點(diǎn)分別是fl、f2…… 化處的特定頻率的噪聲，將特定頻率的噪聲分別經(jīng)計(jì)算機(jī)1中自適應(yīng)窄帶帶通濾波器1、自 適應(yīng)窄帶帶通濾波器2……乃至自適應(yīng)窄帶帶通濾波器n進(jìn)行濾波處理，使其盡可能的保 留純凈的特定頻率的噪聲，從滲有噪聲的核磁共振信號(hào)中剔除特定頻率的噪聲，實(shí)現(xiàn)核磁 共振信號(hào)的有效提??；
[0023] j、將步驟i提取到的有效核磁共振信號(hào)進(jìn)行特征參數(shù)提取，獲得初始振幅、弛豫 時(shí)間、相位、頻率等參數(shù)，將測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行反演處理，估算出災(zāi)害水源位置、涌水量、滲透 率等水文地質(zhì)參數(shù)，為可能發(fā)生的突水涌泥、塌方冒頂?shù)鹊刭|(zhì)災(zāi)害提供可靠的預(yù)報(bào)依據(jù)。
[0024] 有益效果；本發(fā)明是基于核磁共振勘探原理，針對(duì)空間狹小、地質(zhì)條件復(fù)雜的地下 掘進(jìn)工程，充分結(jié)合隧道、礦井中布線困難的實(shí)際，W及一些會(huì)帶來(lái)特定頻率噪聲的支護(hù)裝 置、電力設(shè)備電磁干擾和工頻諧波干擾，利用多應(yīng)空屯、小線圈進(jìn)行發(fā)射接收，同時(shí)利用噪聲 對(duì)消線圈剔除特定頻率的噪聲，進(jìn)而提高信噪比，提取出有效的核磁共振信號(hào)，提高了儀器 的抗干擾能力，有效地解決了空間狹小、特定頻率噪聲源復(fù)雜的地下掘進(jìn)工程中核磁共振 信號(hào)有效提取的問(wèn)題，該探測(cè)裝置及探測(cè)方法為保證隧道、礦井等空間狹小、地質(zhì)條件復(fù)雜 地下掘進(jìn)工程的施工安全，防止突水涌泥、塌方冒頂?shù)鹊刭|(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，提供了一種可靠的 探測(cè)裝置及探測(cè)方法。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025] 圖1是特定頻率噪聲對(duì)消地下核磁共振探測(cè)裝置結(jié)構(gòu)框圖
[0026] 圖2是發(fā)射線圈、信號(hào)接收線圈、噪聲對(duì)消線圈鋪設(shè)示意圖
[0027] 圖3是信號(hào)和噪聲自適應(yīng)對(duì)消處理功能框圖 [002引圖4是大功率全橋發(fā)射橋路電路圖
[0029] 1計(jì)算機(jī)，2主控制單元，3大功率高壓電源，4大功率全橋發(fā)射橋路，5配諧電容，6 發(fā)射線圈，7切換開(kāi)關(guān)，8信號(hào)接收線圈，9-1噪聲對(duì)消線圈，9-2噪聲對(duì)消線圈……9-n噪聲 對(duì)消線圈，10信號(hào)調(diào)理單元，11可調(diào)放大單元，12信號(hào)采集單元。

【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明：
[0031] 特定頻率噪聲對(duì)消地下核磁共振探測(cè)裝置，是由計(jì)算機(jī)1經(jīng)主控制單元2分別連 接配諧電容5和切換開(kāi)關(guān)7，計(jì)算機(jī)1經(jīng)大功率高壓電源3、大功率全橋發(fā)射橋路4和發(fā)射線 圈6與配諧電容5連接，計(jì)算機(jī)1經(jīng)信號(hào)采集單元12、可調(diào)放大單元11和信號(hào)調(diào)理單元10 與切換開(kāi)關(guān)7連接，發(fā)射線圈6經(jīng)配諧電容5分別連接信號(hào)接收線圈8、噪聲對(duì)消線圈9-1、 噪聲對(duì)消線圈9-2……乃至噪聲對(duì)消線圈9-n，信號(hào)接收線圈8、噪聲對(duì)消線圈9-1、噪聲對(duì) 消線圈9-2……乃至噪聲對(duì)消線圈9-n分別經(jīng)切換開(kāi)關(guān)7與信號(hào)調(diào)理單元10連接構(gòu)成。
[0032] 所述的發(fā)射線圈6、信號(hào)接收線圈8和噪聲對(duì)消線圈9均為邊長(zhǎng)相等的多應(yīng)空屯、小 線圈。
[0033] 特定頻率噪聲對(duì)消地下核磁共振探測(cè)方法，包括W下步驟：
[0034] a、在地下掘進(jìn)工程測(cè)區(qū)內(nèi)選定測(cè)點(diǎn)，W測(cè)點(diǎn)為中屯、依次重疊鋪設(shè)發(fā)射線圈6和信 號(hào)接收線圈8，
[0035] b、開(kāi)啟特定頻率噪聲對(duì)消地下核磁共振探測(cè)裝置，首先采集一次噪聲，計(jì)算機(jī)1 通過(guò)串口總線向主控制單元2發(fā)送控制指令，包括激發(fā)時(shí)長(zhǎng)和激發(fā)頻率，主控制單元2產(chǎn)生 控制信號(hào)對(duì)大功率全橋發(fā)射橋路4控制，大功率全橋發(fā)射橋路4并不提供發(fā)射電流給發(fā)射 線圈6,此次發(fā)射為偽發(fā)射，發(fā)射過(guò)程中為了防止接收端被損壞，主控制單元2產(chǎn)生控制信 號(hào)控制切換開(kāi)關(guān)7,使切換開(kāi)關(guān)7斷開(kāi)；
[0036] C、發(fā)射結(jié)束后主控制單元2產(chǎn)生控制信號(hào)控制切換開(kāi)關(guān)7,使切換開(kāi)關(guān)7閉合，通 過(guò)信號(hào)接收線圈8采集噪聲，將信號(hào)接收線圈8采集到的噪聲經(jīng)信號(hào)調(diào)理單元10調(diào)理，再 經(jīng)可調(diào)放大單元11放大，然后由信號(hào)采集單元12送入計(jì)算機(jī)1，計(jì)算機(jī)1通過(guò)對(duì)噪聲進(jìn)行 頻譜分析，得出噪聲的頻率點(diǎn)；
[0037] t重復(fù)多次操作步驟b和步驟C，由數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法求出噪聲比較固定的頻率點(diǎn)，分 別記為f 1、f2......fn ;
[003引 e、計(jì)算機(jī)1錄入n個(gè)噪聲抵消線圈的電感值11、L2……Ln，再由諧振公式求出需 要配諧的電容值C1、C2……化；
[0039] f、依據(jù)需要在測(cè)點(diǎn)中屯、鋪設(shè)發(fā)射線圈6和信號(hào)接收線圈8處重疊鋪設(shè)噪聲對(duì)消線 圈9-1、噪聲對(duì)消線圈9-2......乃至噪聲對(duì)消線圈9-n ;
[0040] g、再次運(yùn)行特定頻率噪聲對(duì)消地下核磁共振探測(cè)裝置，計(jì)算機(jī)1通過(guò)串口總線向 主控制單元2發(fā)送控制指令，包括激發(fā)時(shí)長(zhǎng)、激發(fā)頻率W及需要配諧的電容值等信息，主控 制單元2產(chǎn)生控制信號(hào)首先對(duì)信號(hào)接收線圈8、噪聲對(duì)消線圈9-1、噪聲對(duì)消線圈9-2……乃 至噪聲對(duì)消線圈9-n進(jìn)行電容值配諧，然后對(duì)大功率全橋發(fā)射橋路4進(jìn)行控制，大功率全橋 發(fā)射橋路4向發(fā)射線圈6提供頻率為當(dāng)?shù)乩獱栴l率的交變電流，通過(guò)計(jì)算機(jī)1控制改變 大功率高壓電源3電壓的輸出來(lái)改變大功率全橋發(fā)射橋路4在發(fā)射線圈6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)前方不同深度的水體；
[0041] K主控制單元2控制斷開(kāi)激發(fā)場(chǎng)，控制切換開(kāi)關(guān)7使其閉合，使信號(hào)接收線圈8、噪 聲對(duì)消線圈9-1、噪聲對(duì)消線圈9-2……乃至噪聲對(duì)消線圈9-n接收相應(yīng)的核磁共振信號(hào)和 特定頻率的噪聲，將接收到的多路核磁共振信號(hào)和特定頻率的噪聲經(jīng)調(diào)理單元10調(diào)理后 再經(jīng)可調(diào)放大單元11放大，然后由信號(hào)采集單元12采集送入計(jì)算機(jī)1 ;
[0042] i、信號(hào)接收線圈8送入計(jì)算機(jī)1的信號(hào)是滲有噪聲的核磁共振信號(hào)，噪聲對(duì)消線 圈9-1、噪聲對(duì)消線圈9-2……乃至噪聲對(duì)消線圈9-n接收到的是頻率點(diǎn)分別是fl、f2…… 化處的特定頻率的噪聲，將特定頻率的噪聲分別經(jīng)計(jì)算機(jī)1中自適應(yīng)窄帶帶通濾波器1、自 適應(yīng)窄帶帶通濾波器2……乃至自適應(yīng)窄帶帶通濾波器n進(jìn)行濾波處理，使其盡可能的保 留純凈的特定頻率的噪聲，從滲有噪聲的核磁共振信號(hào)中剔除特定頻率的噪聲，實(shí)現(xiàn)核磁 共振信號(hào)的有效提取；
[0043] j、將步驟i提取到的有效核磁共振信號(hào)進(jìn)行特征參數(shù)提取，獲得初始振幅、弛豫 時(shí)間、相位、頻率等參數(shù)，將測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行反演處理，估算出災(zāi)害水源位置、涌水量、滲透 率等水文地質(zhì)參數(shù)，為可能發(fā)生的突水涌泥、塌方冒頂?shù)鹊刭|(zhì)災(zāi)害提供可靠的預(yù)報(bào)依據(jù)。
[0044] 具體工作過(guò)程為；
[0045] 主控制單元2為集成微處理器ARM,負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)全局的時(shí)序和功能控制，協(xié) 調(diào)其他模塊穩(wěn)定有序地工作。
[0046] 在發(fā)射階段；計(jì)算機(jī)1控制大功率高壓電源3產(chǎn)生不同大小的電壓，并通過(guò)主控制 單元2,控制大功率全橋發(fā)射橋路4,再通過(guò)配諧電容5與發(fā)射線圈6連接構(gòu)成串聯(lián)諧振回 路，使線圈中流過(guò)與當(dāng)?shù)乩獱栴l率相符的交變電流，激發(fā)地下某一深度和范圍內(nèi)的地下 水中的氨質(zhì)子。激發(fā)距離取決于激發(fā)脈沖矩的大小，即發(fā)射線圈6中的電流大小。在發(fā)射 階段通過(guò)主控制單元2使切換開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，達(dá)到保護(hù)接收端的目的。此電流信號(hào)通過(guò)發(fā)射線 圈6產(chǎn)生了交變磁場(chǎng)，完成了對(duì)前方可能存在的災(zāi)害水源中氨質(zhì)子的激發(fā)。
[0047] 在接收階段；根據(jù)核磁共振原理，在地下水受激發(fā)一定時(shí)間后，突然撤去激發(fā)場(chǎng)， 地下水中的氨質(zhì)子會(huì)產(chǎn)生一個(gè)弛豫效應(yīng)，表現(xiàn)為在接收線圈8中產(chǎn)生一個(gè)呈指數(shù)衰減的電 信號(hào)。當(dāng)發(fā)射結(jié)束后，經(jīng)過(guò)死區(qū)時(shí)間的延遲，主控制單元2發(fā)出一個(gè)控制信號(hào)，令保護(hù)接收 端的切換開(kāi)關(guān)7閉合，信號(hào)接收線圈8接收滲有噪聲的核磁共振信號(hào)，預(yù)先經(jīng)過(guò)配諧電容設(shè) 置好諧振頻率n、f2……化的噪聲對(duì)消線圈9-1、噪聲對(duì)消線圈9-2……乃至噪聲對(duì)消線圈 9-n接收特定頻率的噪聲，將接收到的多路核磁共振信號(hào)和特定頻率的噪聲經(jīng)調(diào)理單元10 調(diào)理，再經(jīng)可調(diào)放大單元11放大，然后由信號(hào)采集單元12采集送入計(jì)算機(jī)1，將特定頻率的 噪聲分別經(jīng)計(jì)算機(jī)1中自適應(yīng)窄帶帶通濾波器1、自適應(yīng)窄帶帶通濾波器2……乃至自適應(yīng) 窄帶帶通濾波器n進(jìn)行濾波處理，使其盡可能的保留純凈的特定頻率的噪聲，基于自適應(yīng) 噪聲對(duì)消理論，采用適當(dāng)?shù)淖赃m應(yīng)噪聲對(duì)消技術(shù)，從滲有噪聲的核磁共振信號(hào)中剔除特定 頻率的噪聲，實(shí)現(xiàn)核磁共振信號(hào)的有效提取。
[0048] 特定頻率噪聲對(duì)消地下核磁共振探測(cè)方法，具體實(shí)施步驟包括：
[0049] a、在地下掘進(jìn)工程測(cè)區(qū)內(nèi)選定測(cè)點(diǎn)，W測(cè)點(diǎn)為中屯、依次重疊鋪設(shè)發(fā)射線圈6和信 號(hào)接收線圈8,該里的發(fā)射線圈6、信號(hào)接收線圈8 W及后面所提及的噪聲對(duì)消線圈均為邊 長(zhǎng)相等的多應(yīng)空屯、小線圈；
[0化0] b、首先采集一次噪聲，開(kāi)啟特定頻率噪聲對(duì)消地下核磁共振探測(cè)裝置，計(jì)算機(jī)1 通過(guò)串口總線向主控制單元2發(fā)送控制指令，包括激發(fā)時(shí)長(zhǎng)和激發(fā)頻率等信息，主控制單 元2產(chǎn)生控制信號(hào)對(duì)大功率全橋發(fā)射橋路4進(jìn)行控制，此處大功率全橋發(fā)射橋路4并不提 供發(fā)射電流給發(fā)射線圈6,此次發(fā)射為偽發(fā)射。發(fā)射過(guò)程中為了防止接收端被損壞，主控制 單元2產(chǎn)生控制信號(hào)控制切換開(kāi)關(guān)7,使切換開(kāi)關(guān)7斷開(kāi)；
[0化1] c、發(fā)射結(jié)束后主控制單元2產(chǎn)生控制信號(hào)控制切換開(kāi)關(guān)7,使切換開(kāi)關(guān)7閉合，通 過(guò)信號(hào)接收線圈8采集噪聲，將信號(hào)接收線圈8采集到的噪聲經(jīng)信號(hào)調(diào)理單元10調(diào)理，再 經(jīng)可調(diào)放大單元11放大，然后由信號(hào)采集單元12采集送入計(jì)算機(jī)1，計(jì)算機(jī)1通過(guò)對(duì)噪聲 進(jìn)行頻譜分析，得出噪聲的頻率點(diǎn)；
[0052] t重復(fù)多次操作步驟b和步驟C，由數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法求出噪聲比較固定的頻率點(diǎn)，分 別記為fl、f2……4;
[0053] e、提前在計(jì)算機(jī)里錄入n個(gè)噪聲抵消線圈的電感值Li、L2……L。，再由諧振公式 / = 2,tVIc求出需要配諧的電容值。、〔2……C。；
[0054] f、依據(jù)需要在測(cè)點(diǎn)中屯、鋪設(shè)發(fā)射線圈6和信號(hào)接收線圈8處重疊鋪設(shè)噪聲對(duì)消線 圈9-1、噪聲對(duì)消線圈9-2......乃至噪聲對(duì)消線圈9-n ;
[0化5] g、開(kāi)啟特定頻率噪聲對(duì)消地下核磁共振探測(cè)裝置，計(jì)算機(jī)1通過(guò)串口總線向主控 制單元2發(fā)送控制指令，包括激發(fā)時(shí)長(zhǎng)、激發(fā)頻率W及需要配諧的電容值等信息，主控制單 元2產(chǎn)生控制信號(hào)首先對(duì)信號(hào)接收線圈8、噪聲對(duì)消線圈9-1、噪聲對(duì)消線圈9-2……乃至噪 聲對(duì)消線圈9-n進(jìn)行電容值配諧，然后對(duì)大功率全橋發(fā)射橋路4進(jìn)行控制，大功率全橋發(fā)射 橋路4向發(fā)射線圈6提供頻率為當(dāng)?shù)乩獱栴l率的交變電流，通過(guò)計(jì)算機(jī)1控制改變大功 率高壓電源3電壓輸出的大小，來(lái)改變大功率全橋發(fā)射橋路4在發(fā)射線圈6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)前方不同距離的水體；
[0056] K主控制單元2控制斷開(kāi)激發(fā)場(chǎng)，控制切換開(kāi)關(guān)7使其閉合，從而使信號(hào)接收線圈 8、噪聲對(duì)消線圈9-1、噪聲對(duì)消線圈9-2……乃至噪聲對(duì)消線圈9-n接收相應(yīng)的核磁共振信 號(hào)和特定頻率的噪聲，將接收到的多路核磁共振信號(hào)和特定頻率的噪聲經(jīng)調(diào)理單元10調(diào) 理，再經(jīng)可調(diào)放大單元11放大，然后由信號(hào)采集單元12采集送入計(jì)算機(jī)1 ;
[0化7] i、信號(hào)接收線圈8送入計(jì)算機(jī)的信號(hào)是滲有噪聲的核磁共振信號(hào)，噪聲對(duì)消線圈 9-1、噪聲對(duì)消線圈9-2……乃至噪聲對(duì)消線圈9-n接收到的是頻率點(diǎn)分別在fl、f2……化 處的特定頻率的噪聲，將特定頻率的噪聲分別經(jīng)計(jì)算機(jī)1中自適應(yīng)窄帶帶通濾波器1、自適 應(yīng)窄帶帶通濾波器2……乃至自適應(yīng)窄帶帶通濾波器n進(jìn)行濾波處理，使其盡可能的保留 純凈的特定頻率的噪聲，基于自適應(yīng)噪聲對(duì)消理論，采用適當(dāng)?shù)淖赃m應(yīng)噪聲對(duì)消技術(shù)，剔除 特定頻率的噪聲，實(shí)現(xiàn)核磁共振信號(hào)的有效提?。?br> [0化引 j、將步驟i提取到的有效核磁共振信號(hào)進(jìn)行特征參數(shù)提取，獲得初始振幅、弛豫 時(shí)間、相位、頻率等參數(shù)，將測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行反演處理，估算出災(zāi)害水源位置、涌水量、滲透 率等水文地質(zhì)參數(shù)，為可能發(fā)生的突水涌泥、塌方冒頂?shù)鹊刭|(zhì)災(zāi)害提供可靠的預(yù)報(bào)依據(jù)。
【權(quán)利要求】
1. 一種特定頻率噪聲對(duì)消地下核磁共振探測(cè)裝置，其特征在于，是由計(jì)算機(jī)（1)經(jīng)主 控制單元（2)分別連接配諧電容（5)和切換開(kāi)關(guān)（7)，計(jì)算機(jī)（1)經(jīng)大功率高壓電源（3)、 大功率全橋發(fā)射橋路（4)和發(fā)射線圈（6)與配諧電容（5)連接，計(jì)算機(jī)（1)經(jīng)信號(hào)采集單 元（12)、可調(diào)放大單元（11)和信號(hào)調(diào)理單元（10)與切換開(kāi)關(guān)（7)連接，發(fā)射線圈（6)經(jīng)配 諧電容（5)分別連接信號(hào)接收線圈（8)、噪聲對(duì)消線圈（9-1)、噪聲對(duì)消線圈（9-2)……乃至 噪聲對(duì)消線圈（9-n)，信號(hào)接收線圈（8)、噪聲對(duì)消線圈（9-1)、噪聲對(duì)消線圈（9-2)……乃 至噪聲對(duì)消線圈（9-n)分別經(jīng)切換開(kāi)關(guān)（7)與信號(hào)調(diào)理單元（10)連接構(gòu)成。
2. 按照權(quán)利要求1所述的特定頻率噪聲對(duì)消地下核磁共振探測(cè)裝置，其特征在于，所 述的發(fā)射線圈（6)、信號(hào)接收線圈（8)和噪聲對(duì)消線圈（9)均為邊長(zhǎng)相等的多匝空心小線 圈。
3. 按照權(quán)利要求1所述的特定頻率噪聲對(duì)消地下核磁共振探測(cè)方法，其特征在于，包 括以下步驟： a、 在地下掘進(jìn)工程測(cè)區(qū)內(nèi)選定測(cè)點(diǎn)，以測(cè)點(diǎn)為中心依次重疊鋪設(shè)發(fā)射線圈（6)和信號(hào) 接收線圈（8)， b、 開(kāi)啟特定頻率噪聲對(duì)消地下核磁共振探測(cè)裝置，首先采集一次噪聲，計(jì)算機(jī)（1)通 過(guò)串口總線向主控制單元（2)發(fā)送控制指令，包括激發(fā)時(shí)長(zhǎng)和激發(fā)頻率，主控制單元（2)產(chǎn) 生控制信號(hào)對(duì)大功率全橋發(fā)射橋路（4)控制，大功率全橋發(fā)射橋路（4)并不提供發(fā)射電流 給發(fā)射線圈￠)，此次發(fā)射為偽發(fā)射，發(fā)射過(guò)程中為了防止接收端被損壞，主控制單元（2) 產(chǎn)生控制信號(hào)控制切換開(kāi)關(guān)（7)，使切換開(kāi)關(guān)（7)斷開(kāi)； c、 發(fā)射結(jié)束后主控制單元（2)產(chǎn)生控制信號(hào)控制切換開(kāi)關(guān)（7)，使切換開(kāi)關(guān)（7)閉合， 通過(guò)信號(hào)接收線圈（8)采集噪聲，將信號(hào)接收線圈（8)采集到的噪聲經(jīng)信號(hào)調(diào)理單元（10) 調(diào)理，再經(jīng)可調(diào)放大單元（11)放大，然后由信號(hào)采集單元（12)送入計(jì)算機(jī)（1)，計(jì)算機(jī)（1) 通過(guò)對(duì)噪聲進(jìn)行頻譜分析，得出噪聲的頻率點(diǎn)； d、 重復(fù)多次操作步驟b和步驟c，由數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法求出噪聲比較固定的頻率點(diǎn)，分別記 為 fl、f2......fn ； e、 計(jì)算機(jī)（1)錄入n個(gè)噪聲抵消線圈的電感值Ll、L2……Ln，再由諧振公式求出需要 配諧的電容值C1、C2……Cn ; f、 依據(jù)需要在測(cè)點(diǎn)中心鋪設(shè)發(fā)射線圈（6)和信號(hào)接收線圈（8)處重疊鋪設(shè)噪聲對(duì)消線 圈（9-1)、噪聲對(duì)消線圈（9-2)……乃至噪聲對(duì)消線圈（9-n); g、 再次運(yùn)行特定頻率噪聲對(duì)消地下核磁共振探測(cè)裝置，計(jì)算機(jī)（1)通過(guò)串口總線向 主控制單元（2)發(fā)送控制指令，包括激發(fā)時(shí)長(zhǎng)、激發(fā)頻率以及需要配諧的電容值等信息，主 控制單元（2)產(chǎn)生控制信號(hào)首先對(duì)信號(hào)接收線圈（8)、噪聲對(duì)消線圈（9-1)、噪聲對(duì)消線圈 (9-2)……乃至噪聲對(duì)消線圈（9-n)進(jìn)行電容值配諧，然后對(duì)大功率全橋發(fā)射橋路（4)進(jìn)行 控制，大功率全橋發(fā)射橋路（4)向發(fā)射線圈（6)提供頻率為當(dāng)?shù)乩獱栴l率的交變電流，通 過(guò)計(jì)算機(jī)1控制改變大功率高壓電源3電壓的輸出來(lái)改變大功率全橋發(fā)射橋路（4)在發(fā)射 線圈（6)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)前方不同深度的水體； h、 主控制單元（2)控制斷開(kāi)激發(fā)場(chǎng)，控制切換開(kāi)關(guān)（7)使其閉合，使信號(hào)接收線圈（8)、 噪聲對(duì)消線圈（9-1)、噪聲對(duì)消線圈（9-2)……乃至噪聲對(duì)消線圈（9-n)接收相應(yīng)的核磁 共振信號(hào)和特定頻率的噪聲，將接收到的多路核磁共振信號(hào)和特定頻率的噪聲經(jīng)調(diào)理單元 (10)調(diào)理后再經(jīng)可調(diào)放大單元（11)放大，然后由信號(hào)采集單元（12)采集送入計(jì)算機(jī)（1); i、 信號(hào)接收線圈（8)送入計(jì)算機(jī)（1)的信號(hào)是摻有噪聲的核磁共振信號(hào)，噪聲對(duì)消線 圈（9-1)、噪聲對(duì)消線圈（9-2)……乃至噪聲對(duì)消線圈（9-n)接收到的是頻率點(diǎn)分別是fl、 f2......fn處的特定頻率的噪聲，將特定頻率的噪聲分別經(jīng)計(jì)算機(jī)（1)中自適應(yīng)窄帶帶通濾 波器（1)、自適應(yīng)窄帶帶通濾波器（2)……乃至自適應(yīng)窄帶帶通濾波器n進(jìn)行濾波處理，使 其盡可能的保留純凈的特定頻率的噪聲，從摻有噪聲的核磁共振信號(hào)中剔除特定頻率的噪 聲，實(shí)現(xiàn)核磁共振信號(hào)的有效提??； j、 將步驟i提取到的有效核磁共振信號(hào)進(jìn)行特征參數(shù)提取，獲得初始振幅、弛豫時(shí)間、 相位、頻率等參數(shù)，將測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行反演處理，估算出災(zāi)害水源位置、涌水量、滲透率等水 文地質(zhì)參數(shù)，為可能發(fā)生的突水涌泥、塌方冒頂?shù)鹊刭|(zhì)災(zāi)害提供可靠的預(yù)報(bào)依據(jù)。
【文檔編號(hào)】G01V3/14GK104502984SQ201410778024
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月15日
【發(fā)明者】尚新磊, 蔡敏, 賀巖, 徐奡澍, 林君, 彭良玉, 曲國(guó)麗, 張義鑫, 巨長(zhǎng)磊 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)