磁共振地下水探测实时抗饱和检测方法研究

发布时间：2021-09-25 11:34

　　磁共振地下水探测技术（Magnetic resonance sounding,MRS）具有可以直接反演出地下0-150 m深度的含水层位置、含水量大小、介质孔隙度及电导率等地质水文信息的优点,已广泛应用于我国的地下水勘探领域,尤其是在旱区进行水文地质调查,为缓解旱灾提供了有效的技术支持。然而,随着MRS的应用范围逐渐拓展到电磁噪声更加严重的环境,现有检测技术已无法满足实际探测的需求,存在抗干扰能力差、放大器易饱和以及无法检测有效信号等问题。因此,开发能够在强噪声环境中获取有效MRS信号的检测方法和系统具有重要意义和实用价值。由于MRS信号只有纳伏级,极易受噪声干扰,如何从背景噪声中检测出有效信号一直都是该技术领域的研究热点。目前,磁共振地下水探测领域已形成了一套相对成熟的MRS信号检测步骤,分为低噪声传感器拾取信号、数据采集系统记录信号、数字滤波算法压制噪声和曲线拟合提取信号四个过程。针对MRS系统在强噪声条件下的有效信号检测问题,本文从分析不同类型噪声对上述每一个检测过程的影响着手,对实现可靠采集和提取有效信号的关键技术进行深入研究,提出了一种适用于强噪声干扰下磁共振地下水探测的实时... 

【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：149 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

近几年全国气象干旱综合监测图

图 1.14 论文整体研究思路框图针对非调谐宽频系统灵敏度低和低频谐波噪声易导致前置放大器饱和的传感器问题，提出了基于宽频 LC 匹配网络的实时抗饱和传感技术；针对工频谐波和尖峰噪声易导致二级放大器饱和的采集系统问题，提出了基于瞬时浮点放大的实时抗饱和数据采集技术；针对多步消噪引发信号损失、噪声残余增大信号提取误差的数据处理问题，提出基于建模反恢复的锁相放大检测方法。最终开发具有强抗干扰能力的 MRS 检测方法和仪器系统，并通过野外应用实例进行试验测试，为我国噪声干扰严重地区进行地下水的磁共振探测提供技术支持。1.5.2 论文结构安排根据以上研究思路，全文共分为 7 章，各章节内容安排如下：第 1 章，绪论。首先对我国近些年水资源短缺和干旱情况进行了介绍，然

图 2.1 氢质子的磁共振响应过程 (a)平衡态 (b)激发过程 (c)弛豫过程地面上接收线圈感应到 FID 信号可表示为*0 2( )=E exp( / T )cos( )Le t t t ·························(2中，FID 信号的三个关键参数 E0、T2*和 θ 分别是初始振幅、平均弛豫时间始相位，检测到这三个参数后通过反演解释可以获取地下分布的含水量、岩性和电导性等相关水文信息。氢质子受激发交变磁场 BT作用后，原子核磁化强度 M 相对于 B0被扳倒角度 φ，即扳倒角，它是 B0与 M 的夹角，其大小表示氢质子的受激发程度倒角是由发射线圈的电流 I0和持续时间 τ 的乘积决定，φ= |BT|τ，一般设=40 ms，当扳倒角为 90°时，原子核系统产生的 FID 信号最强。MRS 探测用到地下水体的激发磁场是不均匀的，所以不同位置含水层中氢质子扳倒分布也是不均匀的，通常用脉冲矩 q= I0*τ 表征地下水氢质子受激发后扳倒


本文编号：3409654