[发明专利]一种基于核磁共振传感器和5G通信的地质体水含量测试系统

说明书

本发明公开了一种基于核磁共振传感器和5G通信的地质体水含量测试系统，适用于边坡、堤坝、基桩等地质体水缘性灾害的实时监测与防治，包括核磁共振传感器，布置在地质体探测钻孔中，由射频、接收、控制、无线通信和提升模块构成，可以测试钻孔周围不同深度的水含量；5G基站，包含上传和下载模块，从监测平台接收测试指令传递至核磁共振传感器并将传感器的测试数据上传至监测平台；监测平台，包含采集、数据处理、预警和通信模块，能够对传感器下达采集指令，并对上传的测试数据进行分析，得到地质体水含量三维分布及演化，对地质灾害进行预警。该系统可以对地质体水含量进行永久监测，识别地质灾害前兆，对山体滑坡、溃坝等地质灾害及时预警。

技术领域

本发明涉及一种基于核磁共振传感器和5G通信的地质体水含量实时监测系统，尤其适用于边坡、坝体、基桩等地质体水缘性灾害(滑坡、溃坝、垮塌)的实时监测与预警。

背景技术

边坡、堤坝、基桩等地质体在水力侵蚀作用下容易发生失稳、滑坡或垮塌等地质灾害，造成严重的人员伤亡与财产损失。这些地质灾害往往具有突发性、隐蔽性和动态变化特征，需要采取有效的监测技术进行监测与预警。水体是诱发地质灾害的最主要因素，对地质体水含量的预测是地质灾害监测预警的关键。地震波、电磁、红外和直流电法等方法均是间接测试水含量，探测精度和距离不足，对工作环境的要求也较高。

核磁共振是一种能直接探测地层水文地质特征的物探方法，通过测试能得到地质体的孔隙结构、孔径分布、水分饱和度与运移等。当前多是在地质体表面布置大尺寸探测线圈，探测地质体下方的水分分布，易受地形等条件限制，难以满足连续测试需求。现有的核磁共振测井仪尺寸与重量一般较大，需要人工提升，探水过程费时费力，无法满足连续探测要求；需要较大直径的探测钻孔，易对地质体本身造成扰动与破坏。

发明内容

技术问题：本发明的目的是要克服现有地质体水含量测试系统的的不足之处，提供一种基于核磁共振传感器和5G通信的地质体水含量测试系统，通过小直径探测钻孔放置核磁共振传感器探测地质体内部不同深度的水含量分布，并通过5G通信上传至监测平台，进行实时监测与预警。

技术方案：本发明的一种基于核磁共振传感器和5G通信的地质体水含量测试系统，包括在容易发生失稳、滑坡或垮塌地质灾害的边坡、堤坝、或基桩设置的5G基站和接收5G基站信息的监测平台，并在容易发生失稳、滑坡或垮塌地质灾害的边坡、堤坝、或基桩施多个探测钻孔，多个探测钻孔按网格化布置在地表，在每个探测钻孔的底部均设置一个核磁共振传感器，所有核磁共振传感器经信号线连接形成分布式地质体水含量监测网络，接受5G基站发出的指令，并将测试数据上传至5G基站，监测平台根据测试数据反演地质体水含量变化并及时预警；所述核磁共振传感器、5G基站和监测平台均通过5G通信技术进行双向信号传输。

所述的核磁共振传感器包括集成在一起的射频模块、接收模块、控制模块、无线通信模块和提升模块；所述射频模块提供静磁场并发射射频脉冲产生射频磁场，使钻孔周围的孔隙水被极化产生核磁共振；所述接收模块接收孔隙水产生的核磁共振驰豫信号，将模拟信号转换为数字信号并放大；所述提升模块自动将核磁共振传感器提升至钻孔不同深度并记录深度信息；所述控制模块接收无线通信模块获得的测试指令并控制射频模块和接收模块工作，整合接收模块的测试数据和提升模块的深度数据；所述无线通信模块接收5G基站传递的测试指令并将控制模块整合的测试数据上传至5G基站；

所述的5G基站包括集成在一起的上传模块和下载模块；所述下载模块将监测平台的测试指令同时传递至每个核磁共振传感器；所述上传模块将每个核磁共振传感器的测试数据传输至监测平台。

所述的监测平台包括集成在一起的采集模块、数据处理模块、预警模块和通信模块；所述采集模块对核磁共振传感器下达采集指令；所述数据处理模块将测试数据进行汇总、反演和分析，得到地质体不同位置的水含量分布变化；所述预警模块根据地质体水含量变化进行水缘性地质灾害预警，当地质体水含量相对变化超过报警阈值时，判断可能发生的水缘性灾害并预警；所述通信模块将采集模块的测试指令传递至5G移动基站。