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1、(10)申请公布号 CN 104297807 A (43)申请公布日 2015.01.21 CN 104297807 A (21)申请号 201410453397.X (22)申请日 2014.09.06 G01V 3/14(2006.01) G01R 33/48(2006.01) (71)申请人 吉林大学 地址 130012 吉林省长春市前进大街 2699 号 (72)发明人 林婷婷 杜官峰 林君 (74)专利代理机构 长春吉大专利代理有限责任 公司 22201 代理人 王立文 (54) 发明名称 地下灾害水源探测磁共振成像装置及探测和 成像方法 (57) 摘要 本发明涉及一种地下灾害水源探。
2、测磁共振成 像装置及探测和成像方法， 是由计算机经接收机 分别连接发射 / 接收线圈和相位道线圈组， 计算 机经主控单元分别连接接收机、 脉冲发射机和梯 度发射机， 脉冲发射机经发射 / 接收线圈与接收 机连接， 梯度发射机经相位道线圈组与接收机连 接， 梯度发射机与频率道线圈组连接构成。 相比现 有磁共振成像装置， 首次提出了在地下空间采用 磁共振成像对灾害水源直接成像， 增加主动梯度 场， 提高成像分辨率 ； 绕过了反演计算过程， 提高 了工作效率 ； 标明含水分布情况， 较现有磁共振 反演解释只能指导探测深度含水量更为准确 ； 应 用方便， 可灵活应用于多种地下灾害水源探测及 水资源赋存。
3、探测。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 9 页 附图 5 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书9页 附图5页 (10)申请公布号 CN 104297807 A CN 104297807 A 1/2 页 2 1.一种地下灾害水源探测磁共振成像装置， 其特征在于， 是由计算机(1)经接收机(3) 分别连接发射/接收线圈(6)和相位道线圈组(7)， 计算机(1)经主控单元(2)分别连接接 收机 (3)、 脉冲发射机 (4) 和梯度发射机 (5)， 脉冲发射机 (4) 经发射 / 接收线圈 (6) 与接 收机 (3) 连接， 梯度发。
4、射机 (5) 经相位道线圈组 (7) 与接收机 (3) 连接， 梯度发射机 (5) 与 频率道线圈组 (8) 连接构成。 2. 按照权利要求 1 所述的地下灾害水源探测磁共振成像装置， 其特征在于， 主控单元 (2)是由网络通讯接口(9)与微处理器(10)连接， 微处理器(10)分别经脉冲发射控制单元 (11)、 电源控制单元 (12)、 相位道发射控制单元 (13)、 频率道发射控制单元 (14)、 采集控制 单元 (15) 和信号放大调理控制单元 (16) 与同步信号接口 (17) 连接构成。 3. 按照权利要求 1 所述的地下灾害水源探测磁共振成像装置， 其特征在于， 脉冲发射 机 (4。
5、) 是由同步信号接口 (17) 经程控高压电源 (18) 和大功率脉冲发射桥路 (20) 与发射 / 接收线圈 (6) 连接， 同步信号接口 (17) 经脉冲发射桥路驱动 (19)、 大功率脉冲发射桥路 (20) 和脉冲发射配谐电容 (21) 与发射 / 接收线圈 (6) 连接构成。 4. 按照权利要求 1 所述的地下灾害水源探测磁共振成像装置， 其特征在于， 梯度发射 机 (5) 是由同步信号接口 (17) 经程控梯度电源 (22) 和大功率梯度桥路 (24) 与相位道线 圈组 (7) 连接， 同步信号接口 (17) 经梯度发射桥路驱动 (23) 和大功率梯度桥路 (24) 与频 率道线圈组。
6、 (8) 连接构成。 5. 按照权利要求 1 所述的地下灾害水源探测磁共振成像装置， 其特征在于， 接收机 (3) 是由计算机 (1) 通过网络通讯接口 (9) 与第一信号采集单元 (25)、 第一信号放大单元 (26)、 第一信号调理单元 (27) 和第一保护单元 (28) 与发射 / 接收线圈 (6) 连接 ； 网络通讯 接口 (9) 经第二信号采集单元 (29)、 第二信号放大单元 (30)、 第二信号调理单元 (31) 和第 二保护单元 (32) 与相位道线圈组 (7) 中的 a 组线圈连接 ； 网络通讯接口 (9) 经第三信号采 集单元 (33)、 第三信号放大单元 (34)、 第三。
7、信号调理单元 (35) 和第三保护单元 (36) 与相 位道线圈组 (7) 中的 b 组线圈连接 ； 网络通讯接口 (9) 经第四信号采集单元 (37)、 第四信 号放大单元 (38)、 第四信号调理单元 (39) 和第四保护单元 (40) 与相位道线圈组 (7) 中的 c 组线圈连接 ； 网络通讯接口 (9) 经第五信号采集单元 (41)、 第五信号放大单元 (42)、 第五 信号调理单元 (43) 和第五保护单元 (44) 与相位道线圈组 (7) 中的 d 组线圈连接 ； 同步信 号接口 (17) 通过控制总线 (45) 连接第一信号采集单元 (25)、 第二信号采集单元 (29)、 第 。
8、三信号采集单元 (33)、 第四信号采集单元 (37) 和第五信号采集单元 (41) ； 同步信号接口 (17)通过控制总线(45)连接第一信号放大单元(26)、 第二信号放大单元(30)、 第三信号放 大单元 (34)、 第四信号放大单元 (38) 和第五信号放大单元 (42) 连接 ； 同步信号接口 (17) 通过控制总线(45)连接第一信号调理单元(27)、 第二信号调理单元(31)、 第三信号调理单 元 (35)、 第四信号调理单元 (39) 和第五信号调理单元 (43) ； 同步信号接口 (17) 通过控制 总线 (45) 连接第一保护单元 (28)、 第二保护单元 (32)、 第三。
9、保护单元 (36)、 第四保护单元 (40) 和第五保护单元 (44) 构成。 6.按照权利要求1所述的地下灾害水源探测磁共振成像装置， 其特征在于， 由发射/接 收线圈 (6)、 相位道线圈组 (7) 和频率道线圈组 (8) 组合成一体化线圈 (46)。 7. 一种地下灾害水源探测磁共振成像装置探测和成像方法， 其特征在于， 包括以下步 骤 ： 权 利 要 求 书 CN 104297807 A 2 2/2 页 3 A、 选择测点， 铺设一体化线圈 (46)， 并将其分别与接收机 (3)、 脉冲发射机 (4) 和梯度 发射机 (5) 连接 ； B、 计算机 (1) 通过网络通讯接口 (9) 分。
10、别与主控单元 (2) 和接收机 (3) 连接 ； C、 主控单元 (2) 通过同步信号接口 (17) 分别与接收机 (3)、 脉冲发射机 (4) 和梯度发 射机 (5) 连接 ； D、 计算机(1)发送设置参数指令， 经主控单元(2)识别， 由信号放大调理控制单元(16) 对接收机 (3) 进行参数配置， 包括采样率 50k， 放大倍数 10000 倍， 滤波系数 1 ； E、 计算机 1 发送工作开始指令， 经主控单元 (2) 识别， 首先由电源控制单元 (12) 分别 对脉冲发射机 (4) 和梯度发射机 (5) 进行充电， 然后由主控单元 (2) 分别控制接收机 (3)、 脉冲发射机 (4。
11、) 和梯度发射机 (5) 工作 ； F、 梯度发射机(5)开始工作后， 先由相位道发射控制单元(13)控制梯度发射桥路驱动 (23)， 经大功率梯度发射桥路 (24) 向相位道线圈组 (7) 供电， 在探测深度层面产生稳定相 位梯度场， 经 40ms 后关断， 再由频率道发射控制单元 (14) 控制梯度发射桥路 (23) 经大功 率梯度发射桥路 (24) 向频率道线圈组 (8) 供电， 在探测深度层面产生稳定频率梯度场， 经 过 40ms 关断 ； G、 脉冲发射机 (4) 开始工作后， 频率道线圈组关断， 由脉冲发射控制单元 (11) 控制脉 冲发射桥路驱动 (19) 工作， 经大功率脉冲发。
12、射桥路 (20) 向发射 / 接收线圈 (6) 供电， 在探 测深度层面施加激发脉冲， 发射时间为默认值 40ms ； H、 梯度发射机(5)开始工作后， 激发脉冲关断后由频率道发射控制单元(14)控制梯度 发射桥路 (23)， 经大功率梯度发射桥路 (24) 向频率道线圈组 (8) 供电， 在探测深度层面产 生稳定频率梯度场， 经过 80ms 关断 ； I、 接收机 (3) 开始工作后， 激发脉冲关断后， 由采集控制单元 (15) 控制接收机 (3) 经 发射 / 接收线圈 (6) 和相位道线圈组 (7) 进行采集， 采集过程中， 发射 / 接收线圈 (6) 和相 位道线圈组 (7) 捕捉磁。
13、共振信号， 并将信号传入接收机 (3)， 第一信号调理单元 (27) 对信 号进行滤波后传入第一信号放大单元 (26)， 第一信号放大单元 (26) 对信号放大后传入第 一信号采集单元 (25) 进行模数转换， 第二信号调理单元 (31) 对信号进行滤波后传入第二 信号放大单元 (30) 放大后传入第二信号采集单元 (39) 进行模数转换， 第三信号调理单元 (35) 对信号进行滤波后传入第三信号放大单元 (34)， 第三信号放大单元 (34) 对信号放大 后传入第三信号采集单元 (33) 进行模数转换， 第四信号调理单元 (39) 对信号进行滤波后 传入第四信号放大单元 (38) 放大后传入。
14、第四信号采集单元 (37) 进行模数转换， 第五信号 调理单元(43)对信号进行滤波后传入第五信号放大单元(42)放大后传入第五信号采集单 元 (41) 进行模数转换 ； J、 计算机 1 发送数据传输指令， 经主控单元 (2) 识别， 由采集控制单元 (15) 对接收机 (3) 进行数据传输， 第一信号采集单元 (25)、 第二信号采集单元 (29)、 第三信号采集单元 (33)、 第四信号采集单元 (37) 和第五信号采集单元 (44) 通过网络通讯接口 (9) 将数据上 传至计算机 (1)， 完成对磁共振信号的接收 ； K、 重复 D J 步骤 16 次 ； L、 计算机(1)分析接收机。
15、(3)上传的采集信号进行数据处理， 对探测面直接成像， 并分 析地下灾害水源分布。 权 利 要 求 书 CN 104297807 A 3 1/9 页 4 地下灾害水源探测磁共振成像装置及探测和成像方法 技术领域 ： 0001 本发明涉及了一种灾害预测装置及探测和成像方法， 尤其是工作于地下空间的灾 害水源探测磁共振探测和成像方法 背景技术 ： 0002 核磁共振(MRS,Magnetic Resonance Sounding)探测方法是目前唯一的直接探测 地下水探测方法， 而在隧道、 矿井等复杂地下水探测工程中的核磁共振找水技术应用成为 了地球物理勘探的一个重要研究方向。磁共振成像 (MRI,。
16、Magnetic Resonance Imaging) 是目前比较成熟的成像应用手段， 并且广泛应用于物理、 化学生物及医学临床检测。 0003 CN 102217934A 公开了一种 “磁共振成像方法及系统” ， 包括以下步骤 ： 进行采样 得到导航数据和动态图像数据 ； 通过对所述导航数据进行鲁棒主成分分析提取时间基函 数 ； 根据所述时间基函数和动态图像数据进行预测得到空间基函数 ； 由所述时间基函数和 空间基函数进行插值恢复信号数据 ； 对恢复的信号数据进行傅里叶逆变换得到磁共振图 像。 上述磁共振成像方法及系统对时间基函数和动态图像通过正则化方法进行拟合得到空 间基函数 , 即使动态。
17、图像受到了噪声的污染 , 预测所得到的空间基函数也不会发生波动 , 不会受到噪声的影响,图像信噪比显著提高,进一步提高了拟合的准确性和图像重建的质 量。 0004 CN 103356188A 公开了一种 “磁共振成像装置以及磁共振成像方法” ， 提供一种能 够高精度地确定所希望的物质的共振频率的磁共振成像装置以及磁共振成像方法。 实施方 式所涉及的磁共振成像装置具备收集部和确定部。 收集部通过执行以频率选择性地抑制或 者强调第 1 物质的包含预脉冲的预扫描 , 来收集多个频谱中的、 至少 1 个频谱。确定部对 上述多个频谱进行分析 , 根据分析结果 , 来确定第 2 物质的共振频率。 0005。
18、 CN103654779A 公开了一种 “磁共振成像方法和装置” ， 包括如下步骤 ： 根据谱抑制 脉冲所抑制的谱成分的纵向磁化分量的稳定状态条件和所述纵向磁化分量的过零点条件 , 计算出该谱抑制脉冲的翻转角和 / 或反转时间 ； 应用包括设有所述翻转角和 / 或所述反转 时间的所述谱抑制脉冲的磁共振成像序列进行磁共振成像。以上三种方法， 均为在室内环 境使用， 且应用领域均在医疗行业。 0006 CN 102062877 公开了一种 “对前放水体超前探测的核磁共振探测装置及探测方 法” ， 是由计算机通过串口总线分别与系统控制器、 大功率电源、 信号采集单元相连， 系统控 制器经桥路驱动器、。
19、 大功率 H 型发射桥路和配谐电容与发 射线圈连结构成。 0007 CN 102221711 公开了一种 “核磁共振差分探测坑道突水超前预测装置及探测方 法” ， 由计算机经主控制单元、 发射驱动电路和发射桥路分别与高压电源、 配谐电容和发射 与接收一体线圈连接， 接收多匝线圈两端经第二保护开关、 第二信号调理电路与多通道采 集电路连接， 计算机经主控制单元分别与第一保护开关和第二保护开关连接， 第一保护开 关经第一信号调理电路和多通道采集电路与第二信号调理电路连接构成。 接收一体线圈垂 直装在测点左侧， 接收多匝线圈垂直装在右侧。 以上两种方法， 虽然能在复杂地下环境中应 说 明 书 CN 。
20、104297807 A 4 2/9 页 5 用， 但结果处理及解释均为反演解释， 不能直接对地下灾害水源直接磁共振成像。 0008 吉林大学学报 ( 地球科学版 ) 2012 年 05 期林君等公开了 “复杂条件下地下水 磁共振探测与灾害水源探查研究进展” 磁共振地下水探测是一种直接非侵害性探测地下水 的地球物理新方法,与传统地球物理探测地下水方法相比,具有高分辨力、 高效率、 信息量 丰富和解唯一等优点。近年来地下水磁共振探测技术发展迅速 , 不仅用于缺水地区的地下 水勘查 , 还在地下灾害水源 ( 由于地下水引起的灾害如堤坝渗漏、 隧道 / 矿井水害、 滑坡、 海水入侵等 ) 的探测预警中。
21、进行了探索性研究。综述了复杂条件下地下水磁共振探测技术 的研究现状,包括强电磁干扰环境的自适应噪声压制、 地下小水体的2D/3D磁共振探测、 复 杂条件的数据处理与反演、 针对喀斯特地貌等地质环境的地下水磁共振与瞬变电磁联合探 测研究成果 , 简要介绍了磁共振技术用于滑坡、 海水入侵和隧道涌水等灾害水源探查的探 索性研究示例 , 展望了地下水磁共振探测技术的未来发展趋势。 发明内容 ： 0009 本发明的目的就是针对上述现有技术的不足， 提供一种工作于地下空间的地下灾 害水源探测磁共振成像装置 ； 0010 本发明的另一目的是提供一种地下灾害水源探测磁共振成像装置的探测和成像 方法。 0011。
22、 本发明的目的是通过以下方式实现的 ： 0012 地下灾害水源探测磁共振成像装置， 是由计算机 1 经接收机 3 分别连接发射 / 接 收线圈 6 和相位道线圈组 7， 计算机 1 经主控单元 2 分别连接接收机 3、 脉冲发射机 4 和梯 度发射机 5， 脉冲发射机 4 经发射 / 接收线圈 6 与接收机 3 连接， 梯度发射机 5 经相位道线 圈组 7 与接收机 3 连接， 梯度发射机 5 与频率道线圈组 8 连接构成。 0013 主控单元 2 是由网络通讯接口 9 与微处理器 10 连接， 微处理器 10 分别经脉冲发 射控制单元11、 电源控制单元12、 相位道发射控制单元13、 频率。
23、道发射控制单元14、 采集控 制单元 15 和信号放大调理控制单元 16 与同步信号接口 17 连接构成。 0014 脉冲发射机4是由同步信号接口17经程控高压电源18和大功率脉冲发射桥路20 与发射 / 接收线圈 6 连接， 同步信号接口 17 经脉冲发射桥路驱动 19、 大功率脉冲发射桥路 20 和脉冲发射配谐电容 21 与发射 / 接收线圈 6 连接构成。 0015 梯度发射机 5 是由同步信号接口 17 经程控梯度电源 22 和大功率梯度桥路 24 与 相位道线圈组 7 连接， 同步信号接口 17 经梯度发射桥路驱动 23 和大功率梯度桥路 24 与频 率道线圈组 8 连接构成。 00。
24、16 接收机 3 是由计算机 1 通过网络通讯接口 9 与第一信号采集单元 25、 第一信号放 大单元 26、 第一信号调理单元 27 和第一保护单元 28 与发射 / 接收线圈 6 连接 ； 网络通讯 接口 9 经第二信号采集单元 29、 第二信号放大单元 30、 第二信号调理单元 31 和第二保护单 元 32 与相位道线圈组 7 中的 a 组线圈连接 ； 网络通讯接口 9 经第三信号采集单元 33、 第三 信号放大单元 34、 第三信号调理单元 35 和第三保护单元 36 与相位道线圈组 7 中的 b 组线 圈连接 ； 网络通讯接口9经第四信号采集单元37、 第四信号放大单元38、 第四信。
25、号调理单元 39和第四保护单元40与相位道线圈组7中的c组线圈连接 ； 网络通讯接口9经第五信号采 集单元 41、 第五信号放大单元 42、 第五信号调理单元 43 和第五保护单元 44 与相位道线圈 说 明 书 CN 104297807 A 5 3/9 页 6 组 7 中的 d 组线圈连接 ； 同步信号接口 17 通过控制总线 45 连接第一信号采集单元 25、 第 二信号采集单元 29、 第三信号采集单元 33、 第四信号采集单元 37 和第五信号采集单元 41 ； 同步信号接口 17 通过控制总线 45 连接第一信号放大单元 26、 第二信号放大单元 30、 第三 信号放大单元 34、 。
26、第四信号放大单元 (38) 和第五信号放大单元 42 连接 ； 同步信号接口 17 通过控制总线 45 连接第一信号调理单元 27、 第二信号调理单元 31、 第三信号调理单元 35、 第四信号调理单元 39 和第五信号调理单元 43 ； 同步信号接口 17 通过控制总线 45 连接第 一保护单元28、 第二保护单元32、 第三保护单元36、 第四保护单元40和第五保护单元44构 成。 0017 6、 按照权利要求 1 所述的地下灾害水源探测磁共振成像装置， 其特征在于， 由发 射 / 接收线圈 6、 相位道线圈组 7 和频率道线圈组 8 组合成一体化线圈 46。 0018 7、 一种地下灾害。
27、水源探测磁共振成像装置探测和成像方法， 其特征在于， 包括以 下步骤 ： 0019 A、 选择测点， 铺设一体化线圈 46， 并将其分别与接收机 3、 脉冲发射机 4 和梯度发 射机 5 连接 ； 0020 B、 计算机 1 通过网络通讯接口 9 分别与主控单元 2 和接收机 3 连接 ； 0021 C、 主控单元 2 通过同步信号接口 17 分别与接收机 3、 脉冲发射机 4 和梯度发射机 5 连接 ； 0022 D、 计算机 1 发送设置参数指令， 经主控单元 2 识别， 由信号放大调理控制单元 16 对接收机 3 进行参数配置， 包括采样率 50k， 放大倍数 10000 倍， 滤波系数。
28、 1 ； 0023 E、 计算机 1 发送工作开始指令， 经主控单元 2 识别， 首先由电源控制单元 12 分别 对脉冲发射机 4 和梯度发射机 5 进行充电， 然后由主控单元 2 分别控制接收机 3、 脉冲发射 机 4 和梯度发射机 5 工作 ； 0024 F、 梯度发射机5开始工作后， 先由相位道发射控制单元13控制梯度发射桥路驱动 23， 经大功率梯度发射桥路 24 向相位道线圈组 7 供电， 在探测深度层面产生稳定相位梯度 场， 经 40ms 后关断， 再由频率道发射控制单元 14 控制梯度发射桥路 23 经大功率梯度发射 桥路 24 向频率道线圈组 8 供电， 在探测深度层面产生稳定。
29、频率梯度场， 经过 40ms 关断 ； 0025 G、 脉冲发射机 4 开始工作后， 频率道线圈组关断， 由脉冲发射控制单元 11 控制脉 冲发射桥路驱动 19 工作， 经大功率脉冲发射桥路 20 向发射 / 接收线圈 6 供电， 在探测深度 层面施加激发脉冲， 发射时间为默认值 40ms ； 0026 H、 梯度发射机5开始工作后， 激发脉冲关断后由频率道发射控制单元14控制梯度 发射桥路 23， 经大功率梯度发射桥路 24 向频率道线圈组 8 供电， 在探测深度层面产生稳定 频率梯度场， 经过 80ms 关断 ； 0027 I、 接收机 3 开始工作后， 激发脉冲关断后， 由采集控制单元 。
30、15 控制接收机 3 经发 射 / 接收线圈 6 和相位道线圈组 7 进行采集， 采集过程中， 发射 / 接收线圈 6 和相位道线圈 组7捕捉磁共振信号， 并将信号传入接收机3， 第一信号调理单元27对信号进行滤波后传入 第一信号放大单元 26， 第一信号放大单元 26 对信号放大后传入第一信号采集单元 25 进行 模数转换， 第二信号调理单元 31 对信号进行滤波后传入第二信号放大单元 30 放大后传入 第二信号采集单元 39 进行模数转换， 第三信号调理单元 35 对信号进行滤波后传入第三信 号放大单元 34， 第三信号放大单元 34 对信号放大后传入第三信号采集单元 33 进行模数转 说。
31、 明 书 CN 104297807 A 6 4/9 页 7 换， 第四信号调理单元 39 对信号进行滤波后传入第四信号放大单元 38 放大后传入第四信 号采集单元 37 进行模数转换， 第五信号调理单元 43 对信号进行滤波后传入第五信号放大 单元 42 放大后传入第五信号采集单元 41 进行模数转换 ； 0028 J、 计算机 1 发送数据传输指令， 经主控单元 2 识别， 由采集控制单元 15 对接收机 3 进行数据传输， 第一信号采集单元 25、 第二信号采集单元 29、 第三信号采集单元 33、 第四 信号采集单元37和第五信号采集单元44通过网络通讯接口9将数据上传至计算机1， 完成。
32、 对磁共振信号的接收 ； 0029 K、 重复步骤 D J， 重复 16 次 ； 0030 L、 计算机 1 分析接收机 3 上传的采集信号进行数据处理， 对探测面直接成 像， 并 分析地下灾害水源分布。 。 0031 有益效果 ： 本发明是一种对地下灾害水源探测磁共振直接成像方法。相比现有的 磁共振成像装置， 可以对地下水灾害水源磁共振实现直接成像， 首次提出了在地下空间采 用磁共振成像对灾害水源直接成像， 增加主动梯度场， 提高成像分辨率 ； 绕过了反演计算过 程， 提高了工作效率 ； 本发明可对探测面进行直接磁共振成像， 可标明含水分布情况， 较以 往磁共振反演解释只能指导探测深度含水量。
33、更为准确 ； 应用方便， 可灵活应用于多种地下 灾害水源探测及水资源赋存探测。 0032 在地下空间中， 使用磁共振成像技术对地下灾害水源进行直接成像， 以解决隧道、 矿井等复杂环境下地下水探测问题。 附图说明 ： 0033 图 1 是地下灾害水源探测磁共振成像装置结构框图 0034 图 2 是附图 1 中主控单元 8 的结构框图 0035 图 3 是附图 1 中脉冲发射机 4 的结构框图 0036 图 4 是附图 1 中梯度发射机 5 的结构框图 0037 图 5 是附图 1 中接收机 3 的结构框图 0038 图 6 是地下灾害水源探测磁共振成像装置一体化线圈 46 的结构框图 0039 。
34、图 7 是附图 1 中发射 / 接收线圈 6 的结构框图 0040 图 8 是附图 1 中频率道线圈组 8 的结构框图 0041 图 9 是附图 1 中相位道线圈组 7 的结构框图 0042 图 10 是地下灾害水源探测磁共振成像装置工作流程图 0043 1 计算机， 2 主控单元， 3 接收机， 4 脉冲发射机， 5 梯度发射机， 6 发射 / 接收线圈， 7 相位道线圈组， 8 频率道线圈组， 9 网络通讯接口， 10 微处理器， 11 脉冲发射控制单元， 12 电 源控制单元， 13相位道发射控制单元， 14频率道发射控制单元， 15采集控制单元， 16信号放 大调理控制单元， 17同步。
35、信号接口， 18程控高压电源， 19脉冲发射桥路驱动， 20大功率脉冲 发射桥路， 21脉冲发射配谐电容， 22程控梯度电源， 23梯度发射桥路驱动， 24大功率梯度发 射桥路， 25第一信号采集单元， 26第一信号放大单元， 27第一信号调理单元， 28第一保护单 元， 29 第二信号采集单元， 30 第二信号放大单元， 31 第二信号调理单元， 32 第二保护单元， 33第三信号采集单元， 34第三信号放大单元， 35第三信号调理单元， 36第三保护单元， 37第 四信号采集单元， 38第四信号放大单元， 39第四信号调理单元， 40第四保护单元， 41第五信 说 明 书 CN 10429。
36、7807 A 7 5/9 页 8 号采集单元， 42 第五信号放大单元， 43 第五信号调理单元， 44 第五保护单元， 45 控制总线， 46 一体化线圈。 具体实施方式 ： 0044 下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明 ： 0045 地下灾害水源探测磁共振成像装置， 是由计算机 1 通过网络通讯接口 9 分别与主 控单元 2 和接收机 3 连接， 主控单元 2 通过同步信号接口 17 分别与接收机 3、 脉冲发射机 4 和梯度发射机 5 连接， 脉冲发射机 4 通过高压导线与发射 / 接收线圈 6 连接， 梯度发射机 5 通过高压导线与相位道线圈组 7 和频率道线圈组 8 连接。
37、。发射 / 接收线圈 6 和相位道线 圈组 7 又通过高压导线与接收机 3 连接。主控单元 2 是由计算机 1 通过网络通讯接口 9 与 微处理器 10 连接， 微处理器 10 分别与脉冲发射控制单元 11、 电源控制单元 12、 相位道发射 控制单元 13、 频率道发射控制单元 14、 采集控制单元 15 和信号放大调理控制单元 16 连接。 脉冲发射控制单元11、 电源控制单元12、 相位道发射控制单元13、 频率道发射控制单元14、 采集控制单元 15、 信号放大调理控制单元 16 又与同步信号接口 17 连接。 0046 脉冲发射机 4 是由主控单元 2 通过同步信号接口 17 与程控。
38、高压电源 18 连接， 程 控高压电源 18 和脉冲发射桥路驱动 19 又与大功率脉冲发射桥路 20 连接， 大功率脉冲发射 桥路 20 和脉冲发射配谐电容 21 分别于发射 / 接收线圈 6 连接。梯度发射机 5 是由主控单 元 2 通过同步信号接口 17 与程控梯度电源 22 连接， 程控梯度电源 22 和梯度发射桥路驱动 23 与大功率梯度发射桥路 24 连接， 大功率梯度桥路 24 分别与相位道线圈组 7 和频率道线 圈组 8 连接。 0047 接收机 3 是由计算机 1 通过网络通讯接口 9 与第一信号采集单元 25、 第二信号采 集单元 29、 第三信号采集单元 33、 第四信号采。
39、集单元 37 和第五信号采集单元 44 连接， 主控 单元 2 通过同步信号接口 17 与控制总线 45 连接， 控制总线 45 分别与第一信号采集单元 25、 第二信号采集单元 29、 第三信号采集单元 33、 第四信号采集单元 37、 第五信号采集单元 44、 第一信号放大单元 26、 第二信号放大单元 30、 第三信号放大单元 34、 第四信号放大单元 38、 第五信号放大单元 42、 第一信号调理单元 27、 第二信号调理单元 31、 第三信号调理单元 34、 第四信号调理单元 39、 第五信号调理单元 43、 第一保护单元 28、 第二保护单元 32、 第三 保护单元 36、 第四保。
40、护单元 40 和第五保护单元 44 连接。第一信号采集单元 25 与信号放大 单元连接 26， 第一信号放大单元 26 与信号调理单元连接 27， 第一信号调理单元 27 与第一 保护单元 28 连接， 第一保护单元 28 通过高压导线与发射 / 接收线圈 6 连接。第二信号采 集单元 29 与第二信号放大单元 30 连接， 第二信号放大单元 30 与第二信号调理单元 31 连 接， 第二信号调理单元 31 与第二保护单元 32 连接， 第二保护单元 32 通过高压导线与相位 道线圈组 7 连接。第三信号采集单元 33 与第三信号放大单元 34 连接， 第三信号放大单元 34 与第三信号调理单。
41、元 35 连接， 第三信号调理单元 35 与保护 单元连接， 第三保护单元 36 通过高压导线与相位道线圈组7连接。 第四信号采集单元37与第四信号放大单元38连接， 第四信号放大单元 38 与第四信号调理单元 39 连接， 第四信号调理单元 39 与第四保护单元 40 连接， 第四保护单元 40 通过高压导线与相位道线圈组 7 连接。第五信号采集单元 41 与 第五信号放大单元 42 连接， 第五信号放大单元 42 与第五信号调理单元 43 连接， 第五信号 调理单元 43 与第五保护单元 44 连接， 第五保护单元 44 通过高压导线与相位道线圈组 7 连 说 明 书 CN 1042978。
42、07 A 8 6/9 页 9 接。 0048 一体化线圈 46 由发射 / 接收线圈 6、 相位道线圈组 7、 频率道线圈组 8 组合构成。 0049 发射 / 接收线圈 6 有两种功能， 一种是作为激发脉冲载体， 即发射线圈， 一种是作 为采集信号接收线圈。 发射时用于发射激发脉冲， 激发脉冲的能量大小定义为脉冲矩， 脉冲 矩为激发电流与时间的乘积， 沿 PuC 正方向， 不同脉冲矩下所对应的激发深度不同， 脉冲矩 越大， 激发深度越大， 一个脉冲矩对应一个探测深度层面， 层面厚度可视为零。接收时作为 接收线圈， 用于接收磁共振信号。 0050 相位道线圈组 7 用于产生相位梯度场， 通过多。
43、道线圈通入递进增长的电流可在探 测深度层面产生相位梯度场， 同时， 相位道线圈组 7 也用于接收磁共振信号， 在发射后作为 阵列式接收线圈， 由线圈 a、 线圈 b、 线圈 c 和线圈 d 相邻共面组成。发射时用于发射直流电 流， 电流依次通过多道线圈组中的线圈a、 线圈b、 线圈c和线圈d， 在每道线圈中产生不同电 流， 相位道线圈组 7 可探测深度层面上产生稳定相位梯度场。在相位梯度场作用下， 探测深 度层面沿 PhC 方向不同位置上的磁场强度将存在差别， 梯度场中心位置上磁场强度保持不 变， 该处的氢质子进动频率保持不变， 沿 PhC 正方向磁场强度越来越高， 相应位置的氢质子 进动频率。
44、越高， 沿 PhC 负方向磁场强度越来越低， 相应位置的氢质子进动频率越低。由于进 动频率的不同， 过一段时间后， PhC 正负方向不同位置上的氢质子进动的相位将出现一定的 偏差。这时关闭相位梯度场， PhC 正负方向不同位置上的磁场强度差别消失， 各个位置上氢 质子的进动频率恢复一致， 而相位梯度场产生的氢质子的进动相位被保留下来。 接收时， 作 为阵列式接收线圈， 用于接收磁共振信号。 0051 频率道线圈组 8 用于产生频率梯度场， 通过多道线圈通入递进增长的电流可在探 测深度层面产生频率梯度场， 由线圈 a、 线圈 b、 线圈 c 和线圈 d 相邻共面组成。发射时用于 发射直流电流， 。
45、电流依次通过多道线圈组中的线圈a、 线圈b、 线圈c和线圈d， 在每道线圈中 产生递进电流， 频率道线圈组可探测深度层面上产生稳定频率梯度场。在频率梯度场作用 下， 探测深度层面沿 FrC 方向不同位置上的磁场强度将存在差别， 梯度场中心位置上磁场 强度保持不变， 该处的氢质 子进动频率保持不变， 沿 FrC 正方向磁场强度越来越高， 相应 位置的氢质子进动频率越高， 沿 FrC 负方向磁场强度越来越低， 相应位置的氢质子进动频 率越低， 这样采集的磁共振信号就包含不同频率的空间信息。频率道线圈组 8 在发射 / 接 收线圈 6 作为发射线圈前工作， 也在发射 / 接收线圈 6 作为接收线圈时。
46、同时工作。 0052 地下灾害水源探测磁共振成像装置探测和成像方法， 包括以下步骤 ： 0053 计算机 1 发送指令， 指令包含三种， 一种为参数设置指令， 一种为工作开始指令， 一种为数据传输指令。计算机 1 发送参数设置指令， 由微处理器 10 接收， 微处理器 10 响应 计算机 1 指令， 分别更新脉冲发射控制单元 11、 电源控制单元 12、 相位道发射控制单元 13、 频率道发射控制单元 14、 采集控制单元 15 和信号放大调理控制单元 16 参数设置。计算机 1发送工作开始指令， 由微处理器10接收， 微处理器10响应计算机1指令， 分别控制脉冲发 射控制单元11、 电源控制。
47、单元12、 相位道发射控制单元13、 频率道发射控制单元14、 采集控 制单元 15 和信号放大调理控制单元 16 产生时序信号。计算机 1 发送数据传输指令， 由微 处理器 10 接收， 微处理器 10 响应计算机 1 指令， 分别控制第一信号采集单元 25、 第二信号 采集单元 29、 第三信号采集单元 33、 第四信号采集单元 37 和第五信号采集单元 44 传输数 据。 说 明 书 CN 104297807 A 9 7/9 页 10 0054 主控单元 2 开始工作后， 电源控制单元 12 通过同步信号接口 17 分别控制程控高 压电源 18 和程控梯度电源 22 充电， 当充电电压值。
48、满足设定的参数时， 程控高压电源 18 和 程控梯度电源 22 停止充电。脉冲发射控制单元 11 通过同步信号接口 17 控制脉冲发射桥 路驱动 19 发射， 发射频率为当地拉莫尔频率为中心的频率道梯度范围混频， 发射时间为默 认值 40ms。相位道发射控制单元 13 和频率道发射控制单元 14 通过同步信号接口 17 控制 梯度发射桥路驱动 23 发射， 发射电流为已设置参数， 发射时间为默认值 40ms。采集控 制单元 15 通过同步信号接口 17 分别控制第一信号采集单元 25、 第二信号采集单元 29、 第 三信号采集单元 33、 第四信号采集单元 37 和第五信号采集单元 44 传输。
49、数据。 0055 脉冲发射机 4 接收主控单元 2 充电信号后， 程控高压电源 18 开始充电， 充电后接 收主控单元 2 发射信号后， 脉冲发射桥路驱动 19 驱动大功率脉冲发射桥路 20 向脉冲发射 配谐电容 21 和发射 / 接收线圈 6 输出高压交变电流， 实现对待测水体的激发。 0056 梯度发射机 5 接收主控单元 2 充电信号后， 程控梯度电源 22 开始充电， 充电后接 收主控单元 2 发射信号后， 梯度发射桥路驱动 23 驱动大功率梯度发射桥路 24 向相位道线 圈组 7 和频率道线圈组 8 发射直流电流， 实现作用在探测面上不同方向的梯度场。 0057 接收机 3 接收主控单元 2 采集信号后， 第一信号采集单元 25、 第二信号采集单元 29、 第三信号采集单元33、 第四信号采集单元37和第五信号采集单元44开始采集。 在经发 射 / 接收线圈 6 输出采集信号， 经第 1 保护单元 28 进入第一信号调理单元 27， 对采集信号 进行选频滤波， 后进入第一信号放大单元 26， 将已调理的采集信号放大， 最后由第一信号。