本發(fā)明涉及一種地球物理勘探設(shè)備，尤其是針對核磁共振探水技術(shù)對地下水資源的探測，可以實現(xiàn)大功率發(fā)射的核磁共振探水裝置。

背景技術(shù)：

核磁共振地下水探測技術(shù)發(fā)展至今已有三十年的歷史，作為當(dāng)今唯一能夠直接探測地下水的地球物理方法，在海水入侵、地下水資源勘探、水壩滲漏檢測等方面已有廣泛的應(yīng)用。為了滿足不同深度的探測要求，要求核磁共振探水儀發(fā)射機(jī)有不同的發(fā)射功率。通常發(fā)射線圈的直徑約等于最大探測深度，為了實現(xiàn)大深度探測需要增大線圈，而相應(yīng)地負(fù)載阻抗也增大；而現(xiàn)有的核磁共振探水儀發(fā)射機(jī)由于受儲能電容額定電壓值的限制，其最大發(fā)射電壓不超過450V。以面積為200m*200m的發(fā)射線圈為負(fù)載時（發(fā)射線圈電阻為2Ω），當(dāng)前發(fā)射機(jī)的最大發(fā)射功率為101ｋW，發(fā)射電流為225A，最大探測深度不到100m，因此當(dāng)前的磁共振探測發(fā)射系統(tǒng)無法滿足大深度探測的要求。

CN1936621公開的“核磁共振與瞬變電磁聯(lián)用儀及其方法”，該方法雖然聯(lián)合了瞬變電磁和核磁共振兩種地球物理方法，但其工作過程是獨(dú)立，核磁共振發(fā)射機(jī)的最大電壓仍不超過450V，當(dāng)負(fù)載為2Ω時，該發(fā)射機(jī)的最大發(fā)射功率不超過101ｋW。因此，為了提高核磁共振探水儀的探測深度，設(shè)計一種大功率發(fā)射的核磁共振探水裝置具有重要意義。

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，提供一種大功率核磁共振探水裝置。

本發(fā)明提出的大功率核磁共振探水裝置所述的大功率是指：在以面積為200m*200m的發(fā)射線圈為負(fù)載，發(fā)射線圈電阻為2Ω時，最大發(fā)射電壓達(dá)到780V、最大發(fā)射電流達(dá)到387A，最大探測深度達(dá)到175m，最大發(fā)射功率為302kW。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種大功率核磁共振探水裝置的構(gòu)成如下：主控電路與光耦隔離模塊連接，光耦隔離模塊分別與第一DC-DC充電模塊、第二DC-DC充電模塊、第三DC-DC充電模塊、第四DC-DC充電模塊、第五DC-DC充電模塊和第六DC-DC充電模塊連接，電瓶分別與第一DC-DC充電模塊、第二DC-DC充電模塊、第三DC-DC充電模塊、第四DC-DC充電模塊、第五DC-DC充電模塊和第六DC-DC充電模塊并聯(lián)連接，第一DC-DC充電模塊與第二DC-DC充電模塊分別與第一組儲能電容連接，第三DC-DC充電模塊與第四DC-DC充電模塊分別與第二組儲能電容連接，第五DC-DC充電模塊與第六DC-DC充電模塊分別與第三組儲能電容連接，第一組儲能電容經(jīng)發(fā)射橋路與第三組儲能電容連接，第三組儲能電容、第二組儲能電容和第一組儲能電容串聯(lián)連接，第一組儲能電容、第二組儲能電容和第三組儲能電容分別經(jīng)電壓傳感器模塊與主控電路連接，主控電路經(jīng)IGBT驅(qū)動模塊與發(fā)射橋路連接，發(fā)射橋路分別與發(fā)射線和諧振電容連接，發(fā)射橋路經(jīng)電流傳感器與主控電路連接，發(fā)射線與諧振電容連接，發(fā)射線經(jīng)LCR測量儀與主控電路連接，主控電路與PC機(jī)連接，主控電路經(jīng)接收機(jī)與接收線圈連接，接收機(jī)與PC機(jī)連接；

其中，主控電路、光耦隔離模塊、電瓶、第一DC-DC充電模塊、第二DC-DC充電模塊、第三DC-DC充電模塊、第四DC-DC充電模塊、第五DC-DC充電模塊、第六DC-DC充電模塊、第一組儲能電容、第二組儲能電容、第三組儲能電容、電壓傳感器模塊、發(fā)射橋路、IGBT驅(qū)動模塊和電流傳感器集裝在一個箱體內(nèi)，箱體留出與其余部件或設(shè)備連接的接口。

大功率核磁共振探水裝置的野外工作方法包括如下步驟：

a、根據(jù)實際最大探測面積和最大探測深度鋪設(shè)發(fā)射線和接收線圈，鋪設(shè)完成后，連接發(fā)射線與LCR測量儀，并把主控電路分別與LCR測量儀和PC機(jī)連接起來；

b、所有電路上電后，主控電路通過LCR測量儀測量發(fā)射線的電感量和電阻值，并上傳到PC機(jī)顯示，PC機(jī)根據(jù)待測地點(diǎn)的拉莫爾頻率與LCR串聯(lián)諧振公式

計算出諧振電容值；

c、根據(jù)PC機(jī)的計算結(jié)果，選定諧振電容值后,把諧振電容分別與發(fā)射線和發(fā)射橋路連接，并分別把發(fā)射線和發(fā)射橋路連接，接收機(jī)與接收線圈連接，接收機(jī)與PC機(jī)連接；

d、通過PC機(jī)設(shè)定發(fā)射電壓、發(fā)射時間40ms-100ms和死區(qū)時間5ms-30ms，啟動發(fā)射機(jī)工作，PC機(jī)根據(jù)預(yù)設(shè)的發(fā)射電壓，通過主控電路控制第一至第六DC-DC充電模塊給第一組儲能電容至第三組儲能電容并聯(lián)充電，其中，第一DC-DC充電模塊與第二DC-DC充電模塊并聯(lián)給第一組儲能電容充電；第三DC-DC充電模塊與第四DC-DC充電模塊并聯(lián)給第二組儲能電容充電；第五DC-DC充電模塊與第六DC-DC充電模塊并聯(lián)給第三組儲能電容充電；且上述的三組儲能電容的充電電壓為發(fā)射電壓的1/3倍，并通過電壓傳感器模塊實時監(jiān)測儲能電容值，一直達(dá)到相應(yīng)電壓為止；

e、充電完成后，主控電路產(chǎn)生具有當(dāng)?shù)乩獱栴l率的方波脈沖，并通過IGBT驅(qū)動模塊啟動發(fā)射橋路；同時主控電路控制電流傳感器采集發(fā)射電流，并上傳至PC機(jī)，達(dá)到發(fā)射時間后，再經(jīng)過死區(qū)時間，主控電路觸發(fā)接收機(jī)采集磁共振信號，并把采集的數(shù)據(jù)上傳到PC機(jī)，工作結(jié)束。

有益效果：本發(fā)明的一種大功率核磁共振探水裝置是基于多儲存電容組級聯(lián)發(fā)射、并聯(lián)充電的方式，實現(xiàn)了磁共振探水裝置的大功率發(fā)射和高效率工作，為地面磁共振技術(shù)的大深度探測提供技術(shù)支持。多儲存電容組級聯(lián)提高了最大發(fā)射電壓及發(fā)射功率；采用兩組充電模塊給每一組儲能電容并聯(lián)充電，避免了傳統(tǒng)單級充電效率低的問題。本發(fā)明提出的大功率核磁共振探水裝置在以面積為200m*200m的發(fā)射線圈為負(fù)載，發(fā)射線圈電阻為2Ω時，最大發(fā)射電壓達(dá)到780V，是已有的設(shè)備的1.73倍；最大發(fā)射電流達(dá)到387A，是已有設(shè)備的1.72倍；最大發(fā)射功率達(dá)到302KW，幾乎是已有設(shè)備的3倍；最大探測深度達(dá)到175m，是已有設(shè)備的1.75倍。

附圖說明

圖1為一本發(fā)明的一種大功率核磁共振探水裝置結(jié)構(gòu)框圖。

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：

如圖1所示，一種大功率核磁共振探水裝置的構(gòu)成如下：主控電路1與光耦隔離模塊2連接，光耦隔離模塊2分別與第一DC-DC充電模塊4、第二DC-DC充電模塊5、第三DC-DC充電模塊6、第四DC-DC充電模塊7、第五DC-DC充電模塊8和第六DC-DC充電模塊9連接，電瓶3分別與第一DC-DC充電模塊4、第二DC-DC充電模塊5、第三DC-DC充電模塊6、第四DC-DC充電模塊7、第五DC-DC充電模塊8和第六DC-DC充電模塊9并聯(lián)連接，第一DC-DC充電模塊4與第二DC-DC充電模塊5分別與第一組儲能電容10連接，第三DC-DC充電模塊6與第四DC-DC充電模塊7分別與第二組儲能電容11連接，第五DC-DC充電模塊8與第六DC-DC充電模塊9分別與第三組儲能電容12連接，第一組儲能電容10經(jīng)發(fā)射橋路14與第三組儲能電容12連接，第三組儲能電容12、第二組儲能電容11和第一組儲能電容10串聯(lián)連接，第一組儲能電容10、第二組儲能電容11和第三組儲能電容12分別經(jīng)電壓傳感器模塊13與主控電路1連接，主控電路1經(jīng)IGBT驅(qū)動模塊15與發(fā)射橋路14連接，發(fā)射橋路14分別與發(fā)射線19和諧振電容17連接，發(fā)射橋路14經(jīng)電流傳感器16與主控電路1連接，發(fā)射線19與諧振電容17連接，發(fā)射線19經(jīng)LCR測量儀18與主控電路1連接，主控電路1與PC機(jī)20連接，主控電路1經(jīng)接收機(jī)21與接收線圈22連接，接收機(jī)21與PC機(jī)20連接；

其中，主控電路1、光耦隔離模塊2、電瓶3、第一DC-DC充電模塊4、第二DC-DC充電模塊5、第三DC-DC充電模塊6、第四DC-DC充電模塊7、第五DC-DC充電模塊8、第六DC-DC充電模塊9、第一組儲能電容10、第二組儲能電容11、第三組儲能電容12、電壓傳感器模塊13、發(fā)射橋路14、IGBT驅(qū)動模塊15和電流傳感器16集裝在一個箱體內(nèi)，箱體留出與其余部件或設(shè)備連接的接口。

大功率核磁共振探水裝置的野外工作方法包括如下步驟：

a、根據(jù)實際最大探測面積和最大探測深度鋪設(shè)發(fā)射線19和接收線圈22，鋪設(shè)完成后，連接發(fā)射線19與LCR測量儀18，并把主控電路1分別與LCR測量儀18和PC機(jī)20連接起來；

b、所有電路上電后，主控電路1通過LCR測量儀18測量發(fā)射線19的電感量和電阻值，并上傳到PC機(jī)20顯示，PC機(jī)20根據(jù)待測地點(diǎn)的拉莫爾頻率與LCR串聯(lián)諧振公式

計算出諧振電容值；

c、根據(jù)PC機(jī)20的計算結(jié)果，選定諧振電容值后,把諧振電容17分別與發(fā)射線19和發(fā)射橋路14連接，并分別把發(fā)射線19和發(fā)射橋路14連接，接收機(jī)21與接收線圈22連接，接收機(jī)21與PC機(jī)20連接；

d、通過PC機(jī)20設(shè)定發(fā)射電壓、發(fā)射時間40ms-100ms和死區(qū)時間5ms-30ms，啟動發(fā)射機(jī)工作，PC機(jī)20根據(jù)預(yù)設(shè)的發(fā)射電壓，通過主控電路1控制第一至第六DC-DC充電模塊給第一組儲能電容至第三組儲能電容并聯(lián)充電，其中，第一DC-DC充電模塊4與第二DC-DC充電模塊5并聯(lián)給第一組儲能電容10充電；第三DC-DC充電模塊6與第四DC-DC充電模塊7并聯(lián)給第二組儲能電容11充電；第五DC-DC充電模塊8與第六DC-DC充電模塊9并聯(lián)給第三組儲能電容12充電；且上述的三組儲能電容的充電電壓為發(fā)射電壓的1/3倍，并通過電壓傳感器模塊13實時監(jiān)測儲能電容值，一直達(dá)到相應(yīng)電壓為止；

e、充電完成后，主控電路1產(chǎn)生具有當(dāng)?shù)乩獱栴l率的方波脈沖，并通過IGBT驅(qū)動模塊15啟動發(fā)射橋路14；同時主控電路1控制電流傳感器16采集發(fā)射電流，并上傳至PC機(jī)20，達(dá)到發(fā)射時間后，再經(jīng)過死區(qū)時間，主控電路1觸發(fā)接收機(jī)21采集磁共振信號，并把采集的數(shù)據(jù)上傳到PC機(jī)20，工作結(jié)束。

實施例的地點(diǎn)是在吉林省長春市北側(cè)郊區(qū)燒鍋鎮(zhèn)。根據(jù)磁共振探水理論正演模型分析，在發(fā)射電流達(dá)到387A時，面積為200m*200m的發(fā)射線圈與接收線圈可探測最大深度為175m。在實施例的地點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)處理后，結(jié)果顯示在地下130-175m之間無含水層，與附近的鉆孔數(shù)據(jù)一致。另外，以面積為200m*200m的發(fā)射線圈為負(fù)載，發(fā)射線圈電阻為2Ω時時，本實施例的一種大功率核磁共振探水裝置實測最大發(fā)射功率為302kW，發(fā)射電流達(dá)到387A，最大發(fā)射電壓達(dá)到780V。