一种隧道突水三维核磁共振超前探测装置及成像方法
专利汇可以提供一种隧道突水三维核磁共振超前探测装置及成像方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 属于地球物理勘探领域，具体来讲为一种隧道突 水 三维 核磁共振 超前探测装置及成像方法。该装置包括：球形 支架 ，所述球形支架上以球心为圆心建立直 角 坐标系 ，以隧道掘进方向为X轴正方向，垂直于X轴，指向隧道拱顶面的方向为Z轴正方向，与X轴和Z轴夹角均为90°，指向隧道边墙面的方向为Y轴正方向，每个轴向上设置有多个相同尺寸、相同 匝 数的接 收线 圈，相邻线圈之间夹角相同。采用一个固定方向的发射线圈，三轴多角度接收天线，准确、快速的得出隧道全空间内的含水构造的核磁共振响应，并利用成像方法得到含水构造分布及 含水量 大小，大大减小隧道突水等事故误报、漏报的 风 险，减小经济及生命财产损失。，下面是一种隧道突水三维核磁共振超前探测装置及成像方法专利的具体信息内容。
1.一种隧道突水三维核磁共振超前探测装置，其特征在于，该装置包括：
球形支架，所述球形支架上以球心为圆心建立直角坐标系，以隧道掘进方向为X轴正方向，垂直于X轴，指向隧道拱顶面的方向为Z轴正方向，与X轴和Z轴夹角均为90°，指向隧道边墙面的方向为Y轴正方向，每个轴向上设置有多个相同尺寸、相同匝数的接收线圈，相邻线圈之间夹角相同。
2.按照权利要求1所述的隧道突水三维核磁共振超前探测装置，其特征在于，X轴方向接收线圈具体摆放为：首先放置1个接收线圈，使其法向方向指向X轴方向，然后依次放置另外的接收线圈，使多个接收线圈间在Z轴方向的夹角均相同，且中心位置重叠。
3.按照权利要求1所述的隧道突水三维核磁共振超前探测装置，其特征在于，Y轴方向接收线圈具体摆放为：首先放置1个接收线圈，使其法向方向指向Y轴方向，然后依次放置另外的接收线圈，使多个接收线圈间在X轴方向的夹角均相同，且中心位置重叠。
4.按照权利要求1所述的隧道突水三维核磁共振超前探测装置，其特征在于，Z轴方向接收线圈具体摆放为：首先放置1个接收线圈，使其法向方向指向Z轴方向，然后依次放置另外的接收线圈，使多个接收线圈间在Y轴方向的夹角均相同，且中心位置重叠。
5.按照权利要求1所述的隧道突水三维核磁共振超前探测装置，其特征在于，设置一个多匝发射线圈平行与掌子面放置，使得法向方向指向X轴方向，同时，与球形支架结构保持一定距离，且发射线圈中心与球形支架中心点间为平行与X轴的直线，形成收发分离探测结构。
6.按照权利要求1所述的隧道突水三维核磁共振超前探测装置，其特征在于，每个轴向上设置6个接收线圈，相邻接收线圈之间夹角均为30°。
7.采用权利要求1-6任意一项所述的装置的隧道突水三维核磁共振超前探测成像方法，其特征在于，该方法包括：从小到大依次在发射线圈内通入Q个不同脉冲矩的交变电流，每次发射停止后，三个轴向上多个接收线圈同时接收三维隧道空间内含水体产生的磁共振信号，共计Q次，则接收得到电压数据；
将接收线圈Q个脉冲矩对应的电压数据分别进行尖峰噪声和工频谐波噪声消除，再经过包络检测和门积分，得到观测磁共振数据复数矩阵V；
将不同接收方向线圈的磁共振数据复数矩阵V同时参与三维复数域QT反演，得到隧道全空间含水量三维成像结果。
8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，
三维复数域QT反演方法实现如下：
三维复数域QT反演的目标函数为
其中D＝1/ε是观测电压数据噪声水平估计加权值，Vcalc是利用正演方法计算得到的接收线圈多次旋转对应的磁共振信号集合，m是三维模型网格每个单元的含水量集合，C是三维模型平滑度矩阵，λ是正则化参数，用来平衡数据拟合度和模型平滑度。
其中 是经相位偏移修正后观测值， 为相位偏移量；利用共轭梯度方法求解反演目标函数，经过多次迭代，得到隧道三维模型空间的含水量分布。
9.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，磁共振数据复数矩阵
其中，R和I分别代表实部和虚部，N代表门积分个数，Rx为接收线圈个数，T为转置运算，其中：
一种隧道突水三维核磁共振超前探测装置及成像方法
技术领域
背景技术
唯一等优点，三维核磁共振成像结果不仅能够对灾害水源进 行定量评估，而且能实现准确
的定位。因此，隧道突水三维磁共振探测方法具 有重要意义。
电路驱动发射桥路，产生激发磁场。放大电路将核磁共振信 号放大后送到采集电路，采集
电路通过转换器将放大器输出的模拟信号转换成 数字信号后送至计算机，对数据进行显
示、存储、滤波处理和解释，以实现掌 子面附近含水体的一维探测。
统控制器经桥路驱动器、大功率型发射桥路和配谐电容与发 射线圈连结构成。该方法利用
收发分离线圈，垂直布设模式，虽然可以在狭小 的空间中展开勘探工作，但该方法仍然属
于一维探测，将隧道空间简化为层状 模型，与实际情况不符。
掌子面前方、顶板和左右侧壁的含水体进行探测，实现掌子 面前方扇形区域内的含水体二
维探测。但是该方法采用收发同一线圈多次旋转 装置，耗费大量测量时间，且不适用于溶
洞等无法简化为二维模型的地质构造。
发明内容
隧道全空间内的含水构造的核磁共振响应，并利用成像方法 得到含水构造分布及含水量
大小，大大减小隧道突水等事故误报、漏报的风险， 减小经济及生命财产损失。
向隧道边墙面的方向为Y轴正方向，每个轴向上 设置有多个相同尺寸、相同匝数的接收线
圈，相邻线圈之间夹角相同。
同，且中心位置重叠。
同，且中心位置重叠。
直线，形成收发分离探测结构。
时接收三维隧道空间内含水体产生的磁共振信号，共计Q次， 则接收得到电压数据为：
分别代表实部和虚部，N代表门积分个数，Rx 为接收线圈个数。
是三维模型平滑度矩阵，λ是正则化参数，用来平衡数据拟合度 和模型平滑度。
旋转测量，不仅耗费大量时间，且其成像结果只适用于含水断 层等可以简化为二维模型的
地质构造，例如含水断层。采用三轴多角度接收并 进行三维成像，可以准确得到任何典型
含水构造(例如含水断层、陷落的水柱和 溶洞等)的位置及含水规模，减少隧道开凿过程带
来的经济和生命财产损失。
附图说明
具体实施方式
架1上，X、Y、Z方向各6个，见图1结构线圈所示，掌 子面前方为含水构造3见图1。令隧道掘进
方向为X轴正方向，垂直于X轴， 指向隧道拱顶面的方向为Z轴正方向，与X轴和Z轴夹角均为
90°，指向隧 道边墙面的方向为Y轴正方向。每个方向上天线间的夹角为30°。并将固定好
的球形天线结构放置于掌子面正前方。
30°，且中心位置重叠，见附图2a。Y轴方向6个接收 线圈具体摆放方式如下：首先放置1个线
圈，使其法向方向指向Y轴方向，然 后依次放置另外5个接收线圈，使6个接收线圈间在X轴
方向的夹角均为30°， 且中心位置重叠，见附图2b。Z轴方向6个接收线圈具体摆放方式如
下：首先 放置1个接收线圈，使其法向方向指向Z轴方向，然后依次放置另外5个接收 线圈，
使6个接收线圈间在Y轴方向的夹角均为30°，且中心位置重叠，见附 图2c。
发射线圈中心与球形发射中心点间为平行与X轴 的直线，形成收发分离探测结构。
射停止后，18个多匝接收线圈同时接收三维隧道空间内含水 体产生的磁共振信号，共计20
次，则接收得到电压数据为
地磁倾角和地磁偏角分别为150°和90°。
和1分别代表实部和虚部，门积分个数N为30，接收 线圈个数Rx等于18。
振超前探测装置和方法得到的隧道全空间含水量三维成 像结果与模型含水构造基本一
致，验证了方法的有效性。
模型平滑度矩阵，λ是正则化参数，用来平衡数据拟合度和模 型平滑度，本实施例中设为
100。
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