用于测量矿井矿石台阶中的矿石的设备的制作方法

用于测量矿井矿石台阶中的矿石的设备
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2019年12月24日提交的澳大利亚临时专利申请第2019904928号的优先权，该申请的全部内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
3.本发明涉及一种用于测量矿井矿石台阶(mine ore bench)或矿石堆场(ore stockpile)中的矿石的设备和方法。


背景技术：

4.在开采时，矿石可在地下或露天矿坑中提取。在大多数露天开采中，矿石是从矿井台阶中提取的。矿井台阶是形成于矿坑底面上的大致水平的表面，以便为爆破岩石和随后提取做好准备。
5.为了提取矿石，使用爆破孔钻机钻出矿石台阶，以在台阶中创建预定义爆破孔模式。为了使矿石台阶中的固体岩石破碎，通过引爆放置在爆破孔中的炸药来爆破台阶。在硬岩开采中，待爆破台阶的深度通常可为10m至15m，并且台阶的面积可跨越数百平方米。在爆破后，挖掘机械(诸如单斗挖掘机)用于将爆破的岩石装载到下一个运输阶段中，该运输阶段通常可包括卡车或其他类型的装载机或运输车辆。
6.还存在可使用不同开采方法从未经受爆破影响的较大水平表面提取矿石的矿井。例如，可使用连续开采装备开采矿石，该连续开采装备经过相对平坦的矿石区域并且使用集成切割工具切掉相对较浅的矿石层。为了逐渐剥离相对较薄的层中的矿石，重复该过程。出于本说明书的目的，也可将经受例如连续开采影响的平坦区域视为一种类型的矿井台阶。
7.在爆破发生之前，存在测量台阶中的矿石的物理、化学或矿物学特性(诸如矿石的元素或矿物品位(浓度))的机会。可出于各种目的进行测量。例如，测量数据可用于验证信息或将信息添加到矿井区段模型中。
8.矿井区段模型是矿床的计划要进行采矿的部分(诸如台阶的一部分)中的矿石参数(诸如矿石品位)的空间离散表示。在区段模型中，将矿石参数分配给矿石的单独体素。每个体素或“矿井区段”的大小根据开采和矿床的类型而改变，但大型露天矿的典型大小可为10,000吨矿石。矿井台阶可由多个矿井区段组成。
9.测量数据也可用于例如基于所测量的岩石硬度或品位来优化爆破方法。可基于测量数据来调整遍及爆破孔图案或甚至在单个爆破孔内的炸药载荷。这样做是为了优先在台阶内的特定区中大量地压裂或粉碎岩石。这种做法可用于提高下游过程中的高品位材料的回收率，或基于品位-粒度关联性来实现选择性开采。
10.除了矿井台阶之外，还可测量矿石堆场的物理、化学或矿物学特性。堆场通常表示长期累积的非常大量的爆破矿石，其可具有可进行测量的相对平坦的区域。矿石堆场可由较低品位矿石组成，该较低品位矿石在提取时要么不经济，要么不适合进一步加工。然而，
已知的是，堆场可以不具有异质矿石分布，并且相对较高品位的经济矿区可例如由于被错误地或不可避免地发送到堆场中而存在于堆场中。测量堆场的动机是表征元素或矿物品位分布，以便可进行对高品位区的选择性回收。目前，与台阶分析相比，堆场分析通常不太系统地进行，使得堆场中的详细品位分布通常是未知的。
11.目前可用于测量矿石特性的已知方法包括：
12.a.来自爆破孔钻探过程的钻屑可在钻探完成后从留在台阶上的钻锥中进行取样并且进行鉴定以确定品位或矿物学特性。可在将炸药装入爆破孔中之前手动地进行取样或使用机器人或半自动取样器以自动方式进行取样，该机器人或半自动取样器横穿钻探台阶。
13.b.可在爆破孔下方采用传感器来记录孔壁中的矿石特性。这些包括例如核或x射线测井工具。
14.c.传感器可部署在钻杆上以在钻探过程期间实时监测矿石特性，诸如矿石硬度。
15.d.可采用光学或其他方法来扫描矿井台阶表面以确定矿石的矿物学方面。
16.一般来讲，涉及传感器的测量优选地使用散装感测方法来进行，该散装感测方法具有超出岩石表面的穿透感测能力。由于表面上的灰尘层、钻探泥浆在表面上的污迹或表面湿气膜的形成，因此基于表面的技术潜在地提供了大量矿石的不良表示。
17.在上面列出的方法中存在已知缺陷。例如，由于对有限数量的钻屑锥或孔的分析，因此这些缺陷包括不良取样统计或较低空间分辨率。这些缺陷可能是由于在钻探矿井台阶上实际能够实现的取样或测量强度的限制而产生的。
18.虽然存在与用于钻探矿井台阶的人工取样和感测方法相关联的文献，但在钻探之前感测矿井台阶的实例非常少。地震分析可用于确定台阶内的断层或其他结构。地面穿透雷达可用于测量由具有不同电磁特性的矿区(诸如煤矿开采中的煤层)分离的层或特征的空间特性。反射光谱法可用于推断在台阶表层上存在的选定矿物。然而，这些方法通常无法用于推断矿井台阶内的矿物或元素品位的详细分布。
19.本说明书中所包括的对文献、法案、材料、装置、制品等的任何讨论不应因为其存在于所附权利要求中的每一个的优先权日之前而被认为是承认任何或所有这些事项形成现有技术基础的一部分或者是与本公开相关的领域中的公知常识。


技术实现要素：

20.根据本公开的一个方面，提供了一种用于测量矿井矿石台阶或矿石堆场中的矿石的设备，该设备包括：
21.移动平台，其限定平台区，其中移动平台能够定位在矿井矿石台阶或矿石堆场上或矿井矿石台阶或矿石堆场上方，
22.至少一个磁共振(mr)传感器，其被包括在移动平台中，该mr传感器包括：
23.主环路，其能够定位在位于矿井矿石台阶或矿石堆场上方或矿井矿石台阶或矿石堆场上的平台区中，
24.驱动环路，其位于主环路上方且与主环路电隔离并且磁耦合到主环路，其中射频(rf)发射器能够耦合到驱动环路的馈电端子以驱动驱动环路中的rf驱动电流，并且射频接收器能够耦合到驱动环路以监测驱动环路中的rf响应电流；
25.该设备进一步包括：
26.磁共振传感器控制系统，其被配置为控制以下中的至少一者：
27.至少一个mr传感器相对于平台区和/或矿井矿石台阶或矿石堆场的定位；
28.mr传感器中所包括的元件相对于彼此的定位；
29.至少一个mr传感器的电磁抑制特性；和/或
30.至少一个mr传感器的随传感器距矿井矿石台阶或矿石堆场的距离而变化的灵敏度。
31.在一些实施方案中，主环路可包括多个导电段和定位于导电段之间的电容器。电容器可沿着主环路均匀地间隔开，并且每个电容器的电容可基本上相等。在一些实施方案中，主环路的电容器中的至少一个电容器的电容是能够调整的。在一些实施方案中，传感器控制系统被配置为调整主环路的电容器中的至少一个电容器的电容。
32.在一些实施方案中，该设备进一步包括阻抗监测器以监测驱动环路的馈电端子处的电抗性阻抗。传感器控制系统可被配置为基于所监测的电抗性阻抗来调整电容。在一些实施方案中，传感器控制系统可被配置为调整电容，使得驱动环路的馈电端子处的电抗性阻抗处于目标电抗性阻抗。
33.在一些实施方案中，主环路的导电段和电容器可沿着环形路径延伸，并且在截面中，在垂直于环形路径的平面中，导电段可具有非圆形截面形状。在一些实施方案中，非圆形形状可以是具有凸形边界和相对的凹形边界的形状。凸形边界可位于主环路的径向外侧处，并且凹形边界可位于主环路的径向内侧处。在一些实施方案中，非圆形形状可以是新月形、肾形或由两个相交的椭圆形成的新月形。
34.在本文公开的实施方案中的任一者中，传感器控制系统可被配置为整以下中的至少一者：(i)至少一个mr传感器相对于矿井矿石台阶或矿石堆场的位置和/或取向；和(ii)驱动环路相对于主环路的位置和/或取向。例如，传感器控制系统可被配置为控制整个mr传感器或至少mr传感器的主环路和驱动环路的移动，使得其更接近或更远离矿井矿石台阶或矿石堆场。另外或替代地，传感器控制系统可被配置为控制主环路和驱动环路的移动以使他们彼此更接近或更远离。为了实现移动和取向的改变，该设备可包括一个或多个移动致动器，例如由马达、气动、液压或以其他方式控制的线性致动器。
35.该设备可包括阻抗监测器以监测驱动环路的馈电端子处的电阻性阻抗，并且传感器控制系统可被配置为基于所监测的电阻性阻抗来如上所述一般调整位置和/或取向。在一些实施方案中，传感器控制系统可适于调整位置和/或取向，使得驱动环路的馈电端子处的电阻性阻抗处于目标电阻性阻抗。
36.在一些实施方案中，传感器控制系统可被配置为调整mr传感器相对于矿井矿石台阶或矿石堆场的位置和/或取向，使得驱动环路的馈电端子处的电阻性阻抗在预定电阻性阻抗范围内。在一些实施方案中，传感器控制系统可被配置为随后调整驱动环路相对于主环路的位置和/或取向，使得驱动环路的馈电端子处的电阻性阻抗处于目标电阻性阻抗。
37.在一些实施方案中，该设备可进一步包括位移监测器以监测至少一个mr传感器与矿井矿石台阶或矿石堆场之间的位移(例如位置和/或取向的变化)。传感器控制系统可被配置为基于所监测的位移来调整mr传感器的位置和/或取向。在一些实施方案中，传感器控制系统可基于所监测的位移来调整mr传感器的位置和/或取向，以维持矿井矿石台阶或矿
石堆场与主环路之间的固定间隔。
38.在本文公开的实施方案中的任一者中，该设备可包括定位在主环路上方的反射器，该反射器被配置为减少来自矿井矿石台阶或矿石堆场的向上方向上的辐射和磁近场。
39.在本文公开的实施方案中的任一者中，该设备可包括位于主环路上方或与主环路齐平(在主环路的平面中)的无源环路。无源环路可被配置为抑制主环路中的外部电磁接口。
40.在一些实施方案中，反射器位于主环路与无源环路之间。
41.在一些实施方案中，无源环路具有电容集总阻抗，该电容集总阻抗能够由传感器控制系统调整以优化对主环路中的外部电磁接口的抑制。
42.在本文公开的实施方案中，该设备可进一步包括噪声监测器以监测驱动环路的馈电端子处的rf噪声电压。在一些实施方案中，传感器控制系统可被配置为基于所监测的rf噪声电压来调整无源环路的电容集总阻抗，以使驱动环路的馈电端子处的rf噪声电压最小化。
43.在本文公开的实施方案中的任一者中，该设备可进一步包括磁耦合到主环路并且以电阻端接的电阻环路。传感器控制系统可被配置为调整电阻环路相对于主环路的取向。在一些实施方案中，该设备可包括阻抗监测器以监测驱动环路的馈电端子处的电阻性阻抗，并且传感器控制系统可被配置为基于所监测的电阻性阻抗来调整电阻环路相对于主环路的取向，使得驱动环路的馈电端子处的电阻性阻抗处于目标电阻性阻抗。
44.在本文公开的实施方案中，该设备可进一步包括在主环路的平面中径向定位在主环路内部的插入件。在一些实施方案中，插入件是扁球体。
45.在一些实施方案中，移动平台可包括具有轮子或滑块的底盘。在一些实施方案中，移动平台可由车辆(包括连续采矿机)牵引和/或具有用于自推进的装置。例如，移动平台可为自机动化的。在一些实施方案中，移动平台可为自主系统，该自主系统被编程为在矿井矿石台阶上标出预定义区域。
46.在一些实施方案中，传感器控制系统可集成在移动平台上。替代地或另外，传感器控制系统或其部件可位于与移动平台一起移动的单独结构中。在一些实施方案中，单独结构被拴系以实现传感器控制系统与移动平台之间的通信链路。在一些实施方案中，传感器控制系统可固定在矿井矿石台阶上的便利点处的单独结构中的位置中并且被拴系到移动平台。
47.在一些实施方案中，矿石的测量可包括矿石矿物质量和/或矿石品位的测量。
48.在一些实施方案中，该设备包括平台控制系统。平台控制系统可被配置为控制移动平台在矿井矿石台阶或矿石堆场上的移动，使得矿井矿石台阶或矿石堆场的一部分能够相对地移动通过移动平台的平台区或能够定位在移动平台的平台区内。在一些实施方案中，平台控制系统可被配置为控制设备与矿井环境的一个或多个其他部件之间的信息传递。
49.在本公开的另一方面中，提供了一种使用根据本文公开的实施方案中的任一者的设备来测量矿井矿石台阶或矿石堆场中的矿石的方法。
50.如所指示，传感器控制系统可被配置为控制至少一个mr传感器的随传感器距矿井矿石台阶或矿石堆场的距离而变化的灵敏度。可根据“灵敏度分布曲线”来识别至少一个mr
传感器的灵敏度，针对施加到mr传感器的一个或多个rf脉冲序列和针对一种或多种相关联的分析方法(掩码)，该灵敏度为至少一个mr传感器的随传感器距矿井矿石台阶或矿石堆场的距离而变化的灵敏度。
51.与此相关，在一些实施方案中，公开了针对施加到mr传感器的一个或多个rf脉冲序列和针对一个或多个相关联的分析方法(掩码)为mr传感器确定一个或多个预定灵敏度分布曲线的设备和方法。可将掩码应用于时域mr信号，以优先将诊断矿井矿石台阶或矿石堆场的不同深度的响应作为目标。对于要分析的特定矿井矿石台阶或矿石堆场，可针对灵敏度分布曲线中的每一个测量加权。可例如由传感器控制系统使用一个或多个灵敏度分布曲线加权来估计矿井矿石台阶或矿石堆场中的随深度而变化的矿物浓度。
52.例如，在一个实施方案中，该设备的传感器控制系统可被配置为：
53.控制至少一个rf脉冲序列向mr传感器的施加，并且使用至少一种对应分析方法来分析来自矿井矿石台阶或矿石堆场的mr响应信号，其中至少一个rf脉冲序列其对应分析方法具有对应的预定灵敏度分布曲线，
54.使用对mr响应信号的分析来测量对应灵敏度分布曲线加权；以及
55.使用灵敏度分布曲线加权来估计矿井矿石台阶或矿石堆场中的随深度而变化的矿物浓度。
56.在一些实施方案中，公开了设备和方法，其利用或包括：
57.i.针对施加到mr传感器的第一rf脉冲序列和第一相关联的分析方法(掩码)，为mr传感器确定第一预定灵敏度分布曲线；
58.ii.针对施加到mr传感器的一个或多个另外的rf脉冲序列和一种或多种相关联的分析方法(掩码)，为mr传感器确定一个或多个另外的预定灵敏度分布曲线；
59.iii.将第一rf脉冲序列提供给mr传感器并且利用第一相关联的分析方法来分析来自矿井矿石台阶或矿石堆场的所得第一mr响应信号，以测量第一灵敏度分布曲线的第一灵敏度分布曲线加权；
60.iv.将一个或多个另外的rf脉冲序列提供给mr传感器并且利用一种或多种另外的相关联的分析方法来分析来自矿井矿石台阶或矿石堆场的一个或多个所得的另外的mr响应信号，以测量一个或多个另外的灵敏度分布曲线的一个或多个另外的灵敏度分布曲线加权；
61.v.将在步骤(iii)和步骤(iv)中测量的灵敏度分布曲线加权相加，以创建优选空间灵敏度分布曲线加权；以及
62.vi.使用在步骤(v)中获得的优选空间灵敏度分布曲线加权来估计矿井矿石台阶或矿石堆场中的随深度而变化的矿物浓度。
63.例如，在一个实施方案中，该设备的传感器控制系统可被配置为：
64.控制第一rf脉冲序列向mr传感器的施加，并且使用对应的第一分析方法来分析来自矿井矿石台阶或矿石堆场的第一mr响应信号，其中第一rf脉冲序列和第一对应分析方法具有对应的第一预定灵敏度分布曲线，
65.控制一个或多个另外的rf脉冲序列向mr传感器的施加，并且使用一种或多种对应的另外的分析方法来分析来自矿井矿石台阶或矿石堆场的一个或多个另外的mr响应信号，其中一个或多个另外的rf脉冲序列和一种或多种另外的对应分析方法各自具有对应的另
外的预定灵敏度分布曲线，
66.使用对第一mr响应信号和另外的mr响应信号的分析来测量对应的第一灵敏度分布曲线加权和另外的灵敏度分布曲线加权；
67.将第一灵敏度分布曲线加权和另外的灵敏度分布曲线加权求和，以创建优选空间灵敏度分布曲线加权；以及
68.使用优选灵敏度分布曲线加权来估计矿井矿石台阶或矿石堆场中的随深度而变化的矿物浓度。
69.一般来讲，应认识到，传感器控制系统可包括用于控制设备的一个或多个部件或功能的多个控制或处理模块，并且还可包括用于存储数据(诸如预定灵敏度分布曲线、灵敏度分布曲线加权、阻抗值等)的一个或多个存储装置。可使用一个或多个处理装置和一个或多个数据存储单元来实现模块和存储装置，这些模块和/或存储装置可位于一个位置处或分布在多个位置中并且由一个或多个通信链路互连。
70.另外，模块可由计算机程序或包括程序指令的程序代码来实现。计算机程序指令可包括可操作以使处理器进行所描述的步骤的源代码、目标代码、机器代码或任何其他所存储的数据。计算机程序可以任何形式的编程语言(包括编译或通译语言)写入，并且可以任何形式部署，包括作为独立程序或作为模块、部件、子例程或适用于计算环境的其他单元。数据存储装置可包括非暂时性计算机可读存储器介质，该非暂时性计算机可读存储器介质包括使处理器进行如本文所描述的步骤的指令。数据存储装置可包括合适的计算机可读介质，诸如易失性(例如ram)和/或非易失性(例如rom、磁盘)存储器等。
71.本说明书全文中，词语“包括(comprise)”或变型形式，诸如“包括(comprises)”或“包括(comprising)”应理解为意味着包括陈述元件、整数或步骤，或元件、整数或步骤的组，但不排除任何其他元件、整数或步骤，或元件、整数或步骤的组。
72.附图简述
73.仅以举例的方式，现在参考附图来描述实施方案，在附图中：
74.图1示出了根据本公开的实施方案的用于测量矿井矿石台阶或矿石堆场中的矿石的设备的部件框图；
75.图2示出了根据本公开的实施方案的用于测量矿井矿石台阶或矿石堆场中的矿石的设备的示意性侧视图；
76.图3a示出了根据本公开的实施方案的磁共振传感器的剖视图；
77.图3b示出了图3a的磁共振传感器的平面图；
78.图3c示出了根据本公开的实施方案的磁共振传感器的剖视图；
79.图4示出了根据本公开的实施方案的磁共振传感器和传感器控制系统的示意图；
80.图5c示出了具有圆形截面(图5a)和非圆形截面(图5b)的主环路的每单位电流的归一化同轴场；
81.图6示出了根据本公开的实施方案的磁共振传感器和传感器控制系统的示意图；
82.图7图示了根据本公开实施方案的形成rf梯度仪的环路的功能性；
83.图8a示出了在主环路的平面中不具有插入件的主环路截面，并且图8b示出了对应计算的归一化rf磁场轮廓；
84.图9a示出了在主环路的平面中具有插入件的主环路截面，且图9b示出了对应计算
的归一化rf磁场轮廓；
85.图10示出了图8a的不具有插入件的主环路(蓝色迹线)和图9a的具有插入件的主环路(黑色迹线)以及由插入件表面上的涡电流生成的场(红色迹线)的每单位电流的归一化同轴场
86.图11示出了悬浮在半空间上方的mr传感器，其中在平行于传感器面的平面中，包括薄圆盘的样本可定位于距传感器不同的位移(z)处；
87.图12a-c示出了针对三种不同脉冲序列和分析方法获得的三种不同灵敏度分布曲线；以及
88.图13a-b示出了用于在对应于(a)早期分析和(b)晚期分析的fid波形中的不同时间提取信号功率的掩码。
具体实施方式
89.本公开的一个或多个实施方案可至少部分地提供一种适合于测量矿井矿石台阶或矿石堆场中的矿石并且使用磁共振(mr)技术的设备。在一些实施方案中，该设备可利用穿透式(散装矿石测量)磁共振方法，在矿井台阶的情况下，该方法可在爆破孔钻探之前实施。
90.与钻探前的穿透式测量相关联的优势可包括：
91.a.测量不需要在必须以其他方式导航钻锥的地方与钻探台阶条件兼容。
92.b.高横向(“x-y”)测量分辨率可为能够实现的。以这种方式，例如，基于测量结果，可使用精确比例来指导单斗挖掘机和卡车进行选择性开采。由测量数据描绘的高品位矿石和低品位矿石的小区域可被装载在卡车上，与可使用在大得多的体积上平均的数据来分配卡车进行废物处理或处理的现有方法相比，可以更高精度引导卡车。
93.c.钻探操作可利用在部署钻机前的可用数据，这可有助于优化爆破特性。
94.d.测量过程可与现有矿井台阶活动分离。例如，台阶可用于长时间内进行测量。
95.e.与能够使用常规钻屑取样实现的基本上(局部的)点试样相反，台阶的大部分可由设备测量。
96.磁共振是用于原子和分子键合的基础研究以及材料和医学成像的常规实验室表征等领域中的射频(rf)光谱学。大多数应用涉及用于测量氢和碳核以分析有机化合物的常规核磁共振(nmr)的实验室使用。地球的场nmr也已用于使用以极低频率放置在地面上，但不位于矿井环境中的极大线圈来推断深度下的水的存在。
97.其他不太常见的磁共振类别包括磁性有序材料中的核四极矩共振(nqr)和nmr。这些不太常见的类别仅适用于固态，但提供了几个重要的测量优势。首先，在这些情况下，不需要施加外部静态磁场来定义和测量共振。第二，共振频率强烈依赖于化学键和晶体结构，因此通常高度特定于特定结晶相。
98.出于说明书的目的，“磁共振”是指nmr、nqr或不需要施加外部施加的静态磁场的其他相关磁共振波谱学的这些子类。
99.在大多数类型的mr中，将rf磁场(通常是感应线圈或线圈组的近场区域)施加到待分析的材料上。实际上，可将近场区域定义为包括电感式传感器的内部和传感器周围的延伸到等于传感器的几个直径的距离的区域两者的区域。
100.如可应用于根据本公开的设备中的脉冲mr方法中的测量序列涉及激励阶段，随后是检测阶段。在激励阶段中，在传感器中驱动脉冲rf电流，以用rf场照射位于近场区域中的材料。rf电流由耦合到传感器的射频发射器驱动。照射导致材料中的靶核的动态核磁化强度的产生，这生成相关联的rf响应场。在rf激励电流被切断后，响应场可保留显著振幅。
101.如果在传感器线圈(用于激励的相同感应线圈或不同线圈)的近场区域内生成rf响应场，则可在传感器的输出端子处产生电压，该传感器然后可用于使用rf接收器检测传感器输出端子处的信号(和噪声)电压进行rf响应场的检测。这对应于测量序列的检测阶段。因此，发射器和接收器都耦合到传感器，但通常在测量过程期间的不同时间耦合。可使用rf开关来控制发射器或接收器中任一者与传感器的耦合。针对基于法拉第定律的检测，端子电压与穿过由传感器线圈限定的孔径的磁通量的时间变化率成比例。在传感器线圈中生成的信号电压的幅度可用于确定感测体积内的特定材料的质量。可通过应用测量信号与感测体积内的质量之间的简单线性系数来进行确定。利用感测体积内部的质量负载的辅助知识，也可确定材料的浓度和品位。
102.例如，矿物质量m可根据下式来计算：
103.m＝a
×s104.其中a是校准因数，并且s是磁共振信号电压。
105.品位g可根据以下公式来计算：
[0106][0107]
其中b是固定校准因数，并且mo是对感测区中的矿石的质量的估计。可将mo假设为固定值，或通过测量矿井矿石台阶或矿石堆场中的矿石的密度确定的值。
[0108]
使用mr技术的已知应用通常涉及测量相对较小的样本(例如在样本体积方面小于1l)，并且在受控环境(诸如完全电磁屏蔽的传感器)中进行，或在同样完全屏蔽的磁共振成像(mri)设施中进行。在这方面，需要电磁(em)屏蔽来避免由于外部电磁扰动干扰mr信号的检测而导致的不良信噪比。
[0109]
图1图示了根据本公开的实施方案的用于测量矿井矿石台阶或矿石堆场201中的矿石的设备100。设备100包括移动平台200、至少一个磁共振(mr)传感器300(其被包括在移动平台200中)、磁共振传感器控制系统400以及任选地平台控制系统500。参考图2，平台限定了平台区202。平台200是例如具有框架的机械结构，该机械结构可容纳至少一个磁共振传感器300的机械集成并且能够在矿井矿石台阶或矿石堆场201上方移动，如图2所图示。
[0110]
传感器控制系统400通常被配置为控制设备的特征，以帮助磁共振传感器在移动平台环境中工作的能力和/或使用磁共振传感器300提供更可靠或准确的测量。传感器控制系统400可控制例如以下中的至少一者：至少一个mr传感器300相对于平台200的区和/或相对于矿井矿石台阶或矿石堆场的定位；mr传感器300中所包括的元件相对于彼此的定位；至少一个磁共振传感器300的电磁抑制特性；和/或至少一个磁共振传感器300的随传感器300距矿井矿石台阶或矿石堆场的距离而变化的灵敏度。
[0111]
平台控制系统500可控制例如以下中的至少一者：移动平台200的移动(例如移动的停止和开始，和/或行进方向)；和设备100与矿井环境的一个或多个其他部件之间的信息传递。实际上，传感器控制系统400和平台控制系统500可集成到设备的更广泛的控制系统
中，或保持为单独控制系统元件。
[0112]
移动平台200具有限定平台区202的体积或面积的物理尺寸。在一些实施方案中，移动平台200可适于允许测量矿石矿井台阶或矿石堆场201上的不同位置处的矿石品位。
[0113]
在一些实施方案中，移动平台200包括具有轮子或滑块的底盘。移动平台200可由车辆牵引或能够自推进。例如，移动平台200可为自机动的。在一些实施方案中，移动平台200可为自主系统，该自主系统被编程为在矿井矿石台阶上标出预定义区域。在一些实施方案中，传感器控制系统400或其部件可集成在移动平台上。替代地或另外，传感器控制系统或其部件可位于与移动平台(例如牵引车)一起移动的单独结构中。在一些实施方案中，单独结构被拴系以实现传感器控制系统400与移动平台200之间的通信链路。在一些实施方案中，传感器控制系统400可固定在矿井矿石台阶上的便利点处的单独结构中的位置中并且被拴系到移动平台。
[0114]
为了对矿石材料进行代表性测量，可能需要测量可能较大的矿石体积(例如许多立方米)。与选定/目标矿物相相关联的磁共振(mr)频率通常低于100mhz。在此类频率下，岩石类型(诸如花岗岩)的电磁感应趋肤深度通常至少为几米。因此，根据本公开的磁共振技术可提供对矿井矿石台阶或矿石堆场中的矿石的散装测量。
[0115]
对于大体积散装测量，矿石矿井矿石台阶或矿石堆场可近似为矿石半空间。
[0116]
为了优化对与传感器等相距较大距离的矿石的检测，可潜在地组合优化包括设备100的至少一个mr传感器的设备的方面。
[0117]
例如，设备100可被配置为使得可使用可用射频功率来最大化与mr传感器300相距较大距离的射频(rf)场。低于某一场强阈值，感应响应场以指数方式下降。深度处增加的rf场强实现矿井矿石台阶或矿石堆场的感测体积的增加。
[0118]
此外，mr传感器300可被配置成考虑与矿石和其他机械的接近度相关联的电阻抗变化。
[0119]
另外，mr传感器300可被配置为拒绝潜在高水平的外部电磁干扰。对于使用平台结构测量矿井矿石台阶或矿石堆场中的矿石，在测量期间完全屏蔽矿井矿石台阶或矿石堆场可为不切实际的。最多只能应用部分屏蔽。使用平台布置测量矿井矿石台阶或矿石堆场中的矿石可被视为“开放系统”，其中完整的电磁(em)屏蔽技术/装备可为不适用的，因此拒绝电磁干扰的其他装置可为特别有利的。
[0120]
同样有利的是，mr传感器300被配置为返回平台区202中的矿井矿石或矿石堆场的均匀加权测量。也就是说，在一些实施方案中，优选的是，mr传感器300对不均匀的矿物或元素品位分布不过度敏感。例如，由于传感器灵敏度在更接近mr传感器300的空间区中更强的事实，因此这可应用于非常接近传感器的高品位矿石材料导致总品位的过高估计的情况中。
[0121]
如在以下实例4中更详细地讨论的，施加到mr传感器300的脉冲序列的不同配置可修改mr传感器300在测量区205(或矿石半空间)中的空间灵敏度的特性。在本公开的实施方案中，可修改脉冲序列和信号分析方法以优先抑制mr传感器300在非常接近(例如邻近于)mr传感器300的区域处的灵敏度，同时使远离mr传感器300的灵敏度相对不受影响。
[0122]
针对施加到mr传感器300的一个或多个rf脉冲序列和一种或多种相关联的分析方法(掩码)，可为mr传感器300确定一个或多个预定灵敏度分布曲线。可将掩码应用于时域mr
信号，以优先将诊断矿石矿井矿石台阶或矿石堆场的不同深度的响应作为目标。对于要分析的特定矿井矿石或矿石堆场，可针对灵敏度分布曲线中的每一个测量加权。一个或多个灵敏度分布曲线加权可用于估计矿井矿石台阶或矿石堆场中的随深度而变化的矿物浓度。
[0123]
在一个实施方案中，设备100的传感器控制系统400被配置为：
[0124]
控制至少一个rf脉冲序列向mr传感器300的施加，并且使用至少一种对应分析方法来分析来自矿井矿石台阶或矿石堆场的mr响应信号，其中至少一个rf脉冲序列和至少一种对应分析方法各自具有对应的预定灵敏度分布曲线，
[0125]
使用对mr响应信号的分析来测量对应灵敏度分布曲线加权；以及
[0126]
使用灵敏度分布曲线加权来估计矿井矿石台阶或矿石堆场中的随深度而变化的矿物浓度。
[0127]
在一些实施方案中，例如，根据实施方案4中更详细地描述的方法，用于测量矿石(包括例如测量矿物浓度或品位)的设备或相关联的方法可利用或包括：
[0128]
i.针对施加到mr传感器300的第一rf脉冲序列和第一相关联的分析方法(掩码)，为mr传感器300确定第一预定灵敏度分布曲线；
[0129]
ii.针对施加到mr传感器300的一个或多个另外的rf脉冲序列和一种或多种相关联的分析方法(掩码)，为mr传感器300确定一个或多个另外的预定灵敏度分布曲线；
[0130]
iii.将第一rf脉冲序列提供给mr传感器300并且利用第一相关联的分析方法来分析来自矿井矿石台阶或矿石堆场的所得mr响应信号，以测量第一灵敏度分布曲线的第一灵敏度分布曲线加权；
[0131]
iv.将一个或多个另外的rf脉冲序列提供给mr传感器300并且利用一种或多种另外的相关联的分析方法来分析来自矿井矿石台阶或矿石堆场的一个或多个所得mr响应信号，以测量一个或多个另外的灵敏度分布曲线的一个或多个另外的灵敏度分布曲线加权；
[0132]
v.将在步骤(iii)和步骤(iv)中测量的灵敏度分布曲线加权相加，以创建优选空间灵敏度分布曲线加权；以及
[0133]
vi.使用在步骤(v)中获得的优选空间灵敏度分布曲线加权来估计矿井矿石台阶或矿石堆场中的随深度而变化的矿物浓度。
[0134]
例如，在一个实施方案中，设备100的传感器控制系统400被配置为：
[0135]
控制第一rf脉冲序列向mr传感器300的施加，并且使用对应的第一分析方法来分析来自矿井矿石台阶或矿石堆场的第一mr响应信号，其中第一rf脉冲序列和第一对应分析方法具有对应的第一预定灵敏度分布曲线，
[0136]
控制一个或多个另外的rf脉冲序列向mr传感器300的施加，并且使用一种或多种对应的另外的分析方法来分析来自矿井矿石台阶或矿石堆场的一个或多个另外的mr响应信号，其中一个或多个另外的rf脉冲序列和一种或多种另外的对应分析方法各自具有对应的另外的预定灵敏度分布曲线，
[0137]
使用对第一mr响应信号和另外的mr响应信号的分析来测量对应的第一灵敏度分布曲线加权和另外的灵敏度分布曲线加权；
[0138]
将第一灵敏度分布曲线加权和另外的灵敏度分布曲线加权求和，以创建优选空间灵敏度分布曲线加权；以及
[0139]
使用优选灵敏度分布曲线加权来估计矿井矿石台阶或矿石堆场中的随深度而变
化的矿物浓度。
[0140]
现在参考图3a和图3b更详细地描述根据本公开的实施方案的至少一个mr传感器300。如图3a所示，磁共振传感器300包括主环路301和辅助环路(驱动环路302)，该主环路301能够定位在矿井矿石台阶或矿石堆场上方或搁置在矿井矿石台阶或矿石堆场201顶部，该辅助环路302与主环路301同轴定位并且定位在主环路301的平面上方。驱动环路302与主环路301电隔离并且磁耦合到主环路301，并且在适当的频率下串联共振。主环路301在与驱动环路共振频率基本上相同(通常在2％以内)的串联共振频率下共振。
[0141]
驱动环路301由驱动环路馈电端子3013处的射频(rf)发射器馈电。驱动环路302中的rf驱动电流激励主环路301中的rf驱动电流，从而在设备100的测量区205中生成rf磁场，该rf磁场适合于改变矿井矿床台阶或矿石堆场201中的目标核的磁化强度。通常，测量区205将至少部分地包含在移动平台的平台区202内。通过目标核的磁化强度的进动在主环路301中激励rf响应电流，并且主环路301中的rf响应电流在驱动环路302中引起对应rf响应电流，该rf响应电流由耦合到驱动环路302的射频接收器(未示出)监测。
[0142]
至少一个磁共振传感器300的主环路301适于具有串联共振频率，并且至少一个磁共振传感器适于具有相关联的操作频率，适合于目标核的磁共振测量。本领域技术人员应了解，整个靶核对能量的共振吸收和发射可具有频率分布。峰值磁共振频率被定义为频率分布的模式。当串联共振频率接近峰值磁共振频率时，至少一个磁共振传感器300的操作频率可适合于目标核的磁共振测量。
[0143]
通过使得更大rf信号电流能够在主环路301中激励，将操作频率设置为接近目标核的峰值共振频率提高了磁共振传感器300对少量目标核的灵敏度。例如，可将操作频率设置为使得所激励的rf电流的频率在(目标核的磁共振频率分布的)与目标核的峰值磁共振频率的两个标准偏差内。
[0144]
特别注意主环路301并且参考图3a和图3b，主环路301是定位在矿井矿石台阶或矿石堆场上方或搁置在矿井矿石台阶或矿石堆场201顶部的平面环路(例如单匝线圈)。主环路301传导rf电流，使得其在整个主环路上方主要是同相的。rf电流生成适合于改变目标核的磁化强度的rf磁场；诸如通过共振激励目标核来改变整个目标核的净磁化强度的取向。此外，主环路301适于具有由被分析的矿石材料中的目标核的磁化强度的进动所激励的rf信号电流。
[0145]
将主环路301分割成由调谐电容器3012a-d分离的离散的多个导电区段3011a-d。调谐电容器3012a-d的电容大致相等(例如在彼此的10％内)，并且被选择为与主环路301串联共振。分割成区段3011a-d是为了在主环路301中实现大致均匀的rf电流。均匀rf电流优化了矿井矿石台阶或矿石堆场的被照明的半空间中的近场均匀性。相对于主环路301的电磁场(em)的近场区域(即，近区)中的矿石或其他元件，由于电荷非均匀分布，因此该分割还使主环路301上的点处的最大电压最小化。这减少了与非均匀环路电荷分布相关联的rf损耗机制，从而降低了主环路电阻，并且允许增加近场区域中的rf场幅度。
[0146]
在一些实施方案中，调谐电容器3011a-d中的至少一个是能够调整的，以便允许修改主环路301的串联共振。
[0147]
有利的是，使主环路301的电感最小化，但不损害测量区205中的场生成。环路的质量因数被定义为环路电抗除以环路电阻。在环路的固定质量因数下，最小电感暗指环路电
阻的对应最小值。通常，可将主环路301视为沿着环形路径延伸。
[0148]
在一些实施方案中，主环路301的截面(在垂直于环形路径的平面中)的形状可为圆形的，从而为主环路301提供了基本上环形的整体形状。然而，在本公开中，已经有利地认识到，也可利用主环路的不同形状(非圆形)的截面，例如以便使主环路301的电感最小化。
[0149]
与环形线圈的圆形截面相比，主环路截面的成形可减小电感。图5c示出了由具有不同截面形状的主环路生成的每单位电流的场的比较，约束是形状具有相同垂直尺寸(通过维持相同的垂直尺寸，每单位电流的场中的差异可仅基于形状的变化而识别，而不是由于主环路与矿石之间的距离的修改)。在图5c中，提供了两条迹线，一条迹线是从圆形截面/环形主环路(图5a)获得的归一化同轴场，而另一条迹线是使用非圆形主环路(图5b)获得的归一化同轴场。对于每种情况，由主环路生成的场实际上是相同的。然而，针对每种情况存在环路电感的显著差异，如下表1所见。尽管非圆形截面形状具有与常规圆形形状相同的垂直尺寸和同轴归一化场分布，但非圆形截面形状具有低了20％的电感。因此，非圆形截面形状有利于减小传感器电感和电阻。
[0150]
表1-图5a和图5b所示的环路截面几何形状的环路电感
[0151]
截面电感(μh)圆形1.26非圆形1.05
[0152]
如图5b所见，非圆形形状是具有凸形边界3015a和相对的凹形边界3015b的形状。凸形边界3015a位于主环路的径向外侧处，并且凹形边界3015b位于主环路的径向内侧处。可将非圆形形状视为肾形、新月形或由两个相交的椭圆形成的新月形。其他非圆形形状是可能的。
[0153]
现在转向驱动环路302，驱动环路302在操作频率下使用多个电容器3022a-d串联共振，并且磁耦合到主环路301。通过改变驱动环路302相对于主环路301的位置，驱动环路302和主环路301的相互耦合是能够调整的。可变位置允许在馈电端子3013处修改输入电阻抗的实部分。这可考虑由矿井矿石台阶或矿石堆场201中的可变矿石呈现所赋予的可变电阻抗。
[0154]
参考图4，设备可包括至少一个阻抗监测器307和rf接收器308。阻抗监测器307可监测驱动环路302的馈电端子处的电抗性和/或电阻性阻抗，并且将所监测的阻抗的细节提供给传感器控制系统400。rf接收器308可在测量序列的检测阶段期间检测信号(和噪声)电压。
[0155]
在一些实施方案中，传感器控制系统400被配置为例如基于所监测的电抗性阻抗来调整主环路301的电容器中的至少一个电容器的电容。这可被实施为使得将驱动环路302的馈电端子处的电抗性阻抗调整为目标电抗性阻抗。目标馈电端子电抗性阻抗通常接近零欧姆。
[0156]
在一些实施方案中，如图4所示，传感器控制系统400包括位移监测器309以监测至少一个mr传感器300与矿井矿石台阶或矿石堆场201之间的位置、取向和/或位移。在这些实施方案中，传感器控制系统400基于所监测的位移来调整位置和/或取向。传感器控制系统400可基于所监测的位移来调整位置和/或取向，以维持矿井矿石台阶或矿石堆场201与mr传感器300的主环路301之间的固定间隔。
[0157]
在一些实施方案中，传感器控制系统400被配置为控制至少一个mr传感器300相对于矿井矿石台阶或矿石堆场201的位置和/或取向。替代地或另外，传感器控制系统400可被配置为控制驱动环路302相对于主环路301的位置和/或取向。在一些实施方案中，传感器控制系统基于所监测的电阻性阻抗来调整位置和/或取向。在一些实施方案中，传感器控制系统400调整mr传感器300相对于矿井矿石台阶或矿石堆场201的位置和/或取向，使得驱动环路302的馈电端子处的电阻性阻抗在预定电阻性阻抗范围内。该电阻性阻抗范围通常可在目标馈电端子电阻性阻抗的30％内。随后，传感器控制系统400可调整驱动环路相对于主环路的位置和/或取向，使得驱动环路的馈电端子处的电阻性阻抗处于目标电阻性阻抗。目标电阻性阻抗是固定系统阻抗，该固定系统阻抗是预先确定的并且被选择用于优化从发射器到传感器的rf功率传递。典型目标电阻性阻抗是50欧姆。
[0158]
在(高功率)驱动环路馈电端子3013处维持固定且优化的电阻抗是有利的。驱动环路302的位置可根据驱动环路馈电端子输入阻抗与目标输入阻抗之间的差值的测量来设置。驱动环路302的位置可根据垂直位移或角位移而改变。
[0159]
本领域技术人员应了解，至少一个mr传感器300可包括其他传导元件、阻抗监测器、致动器、组合环路、插入件、反射器、驱动线圈和/或其他反射器/护罩。
[0160]
参考图3a，在一些实施方案中，至少一个磁共振传感器300进一步包括无源反射器303，该无源反射器303可与主环路301同轴并且定位在主环路301和驱动环路302上方。在优选实施方案中，反射器303被配置(例如定位)为将辐射和磁近场减小到与测量区205相反(即，与矿石半空间相反)的方向。在一些实施方案中，反射器被配置为减少在来自矿井矿石台阶或矿石堆场201的向上方向上的辐射。在一些实施方案中，如图3a所图示，反射器303可为不具有孔径的基本上平坦的圆盘形结构。在替代实施方案中，如图3c所图示，反射器303’可为不具有孔径的圆顶形结构。针对圆顶形反射器303’结构的情况，圆顶的凹面面向主环路301。
[0161]
仍然参考图3a，在一些实施方案中，至少一个磁共振传感器300可包括无源环路304(单匝线圈)，该无源环路304与主环路301同轴定位，并且如图3a所示定位在主环路301上方，或定位在主环路301的平面中。无源环路304磁耦合到主环路301。无源环路304具有串联插入的特别选择的电容集总阻抗，以便提供对主环路301中的外部电磁干扰的抑制。在一些实施方案中，例如，通过传感器控制系统400来改变特定电容集总阻抗，以便基于驱动环路馈电端子处的rf噪声电压的测量来优化外部电磁干扰的抑制/使rf噪声电压最小化。至少一个mr传感器300可包括噪声监测器，以监测驱动环路302的馈电端子处的rf噪声电压。rf接收器可充当噪声监测器。
[0162]
在一些实施方案中，反射器303位于主环路301与无源环路304之间。在这方面，反射器303可在减少主环路与无源环路304之间的相互耦合方面起作用，如在以下实例2中更详细地讨论的。
[0163]
在一些实施方案中并且在图3a的实施方案中说明，至少一个mr传感器300包括磁耦合到主环路301并且以电阻端接的电阻环路305。可相对于主环路301修改电阻环路305的取向，以赋予驱动环路馈电网络的电阻性阻抗的变化。电阻环路305可用于修改磁共振传感器300中的总电阻损耗，以便控制主环路301中的rf电流。
[0164]
在一些实施方案中，传感器控制系统400被配置为调整电阻环路305相对于主环路
301的取向。在这些实施方案中，设备100可包括阻抗监测器以监测驱动环路302的馈电端子处的电阻性阻抗，并且传感器控制系统400可被配置为基于所监测的电阻性阻抗来调整电阻环路305相对于主环路301的取向。以这种方式，可将驱动环路302的馈电端子处的电阻性阻抗置于或维持在目标电阻性阻抗。
[0165]
仍然参考图3a，在一些实施方案中，至少一个磁共振传感器300包括无源插入件306，该无源插入件306定位在主环路301的平面中和主环路301的最小半径内部。无源插入件306可为不具有孔径的圆盘或椭圆形结构。在一些实施方案中，无源插入件306是扁球体。插入件的外表面可由具有高导电性的材料(诸如铜)组成。插入件的内部部分可由与外表面相同的材料组成或以不同方式组成。
[0166]
根据本公开，无源插入件306可用于抑制紧邻于主环路301的rf场，但被配置为在与主环路301相距较大距离处最小程度地影响rf场。因此，无源插入件306可用于抑制紧邻于主环路301的测量区205(即，矿石半空间)中的涡电流，以便减小主环路的有效电阻。这种配置由此可增加主环路301中的电流并且在远离主环路301的位置处提供rf场的整体增加。
[0167]
无源插入件306的另一有利效果也可为通过降低非常接近传感器的位置的局部灵敏度来平坦化测量区205(即，矿石半空间)中的mr灵敏度分布曲线。
[0168]
参考图6，控制系统400可包括致动器(600a-d)以修改磁共振传感器300和磁共振传感器300内的元件(包括主环路301、驱动环路302、无源环路304和电阻环路305)的位置和/或取向。为此目的，传感器控制系统可使用所测量的信息，包括传感器驱动环路馈电端子的复阻抗、传感器驱动环路馈电端子处的噪声电压(例如，如由射频接收器所测量的)以及传感器正面与矿井矿石台阶或矿石堆场的表面之间的距离(例如借助于超声波或激光距离测量方法)。
[0169]
实例1-无源环路(“梯度仪”)功能
[0170]
参考图7，当两个环路(“环路1”和“环路2”)被浸入均匀干扰磁场中时，散射场的结构可用于在环路中的一个中提供一定水平的rf干扰抑制。分析可通过假设外部干扰场分别将电动势ε1和ε2贡献于环路1和环路2开始。电动势将与相应环路区域成比例。在该分析中，例如，根据前述实施方案，环路1可被识别为“主环路”，而环路2可被识别为“无源环路”。例如，根据前述实施方案的并且将进一步讨论的碗形或圆盘形的“无源反射器”可插入环路1与环路2之间，但现在从分析中省略。进一步假设ε1和ε2同相。这通常意味着环路被比自由空间波长小得多的距离分离并且耦合到相同场偏振。因此，比率α＝ε2/ε1是正实数。还假设与自由空间波长相比，环路在物理上更小。因此，集总电路分析的原理可用于分析每个环路中由于外部场和来自另一个环路的散射场而产生的电动势。
[0171]
当每个环路与另一个环路完全隔离时(互感m＝0)，每个环路具有在z1＝r1 jx1和z2＝r2 jx2的环路路径周围串联采取的通常复杂的环路阻抗。这些阻抗封装了内部环路电阻和电感以及外部电感。他们还包括加载呈调谐元件的形式的环路的任何终端阻抗以及在环路1的情况下包括在测量的接收阶段期间存在的接收器的输入阻抗。当m≠0时，可表明环路1中的总电动势ε
t
为
[0172][0173]
其中β＝ωm/x2，γ＝r2/x2。我们寻求使|εt|/|ε1|最小化的参数组合。接着，应当
注意，可通过明智地选择m和环路2终端来使(1)中的分子的幅度最小化：
[0174]
或x2≈-αωm，
ꢀꢀꢀ
(2)
[0175]
其中x2的近似值对于小|γ|和αωm＞2r2是有效的。对x2的这种特定选择产生：
[0176][0177]
据观察，通过采取小|γ|，可获得|ε
t
|的可能较大的减小。必须验证d同样不小。d可改写如下：
[0178][0179]
为了取得进一步的进展，我们注意到，为了在测量的激励阶段期间实现高效rf功率耦合，环路1通常会以非常接近共振的方式操作，其中z1基本上为纯实数(x1＝0)。在此假设下，|d|总是》1。
[0180]
作为实例，可(独立地)选择以下参数：α＝2、r2/r1＝2、|γ|＝0.1。然后β～-0.5且|d|＝5.1。针对这些参数，实现了散射场的正确定相，并且根据等式(3)的rfi降低因数是0.019或34db。
[0181]
最后，我们可检查通过与环路1串联施加的测试电压“看到”的阻抗z
t
(其中等式(2)同时适用)，这考虑了环路2的反射阻抗，因为这是与环路1中的电流驱动相关的相关阻抗：
[0182][0183]
其中z
′1＝r
′1 jx
′1是环路1完全隔离时的阻抗，但接收器电路系统不对环路的负载作出贡献。实际上，z
′1通常类似于z1。应当注意，在所选参数下，电阻(z
t
的实部分)由于环路2的接近度(因为|β|《1)而仅具有小贡献。这种情况确保了从外部驱动电路系统到环路1的高效功率耦合。环路1电抗也仅受到微弱影响。因此，为了磁共振测量的目的，环路1可在由与单个完全隔离的环路所产生的场模式类似的场模式限定的区域中激励显著的rf磁场。通过应用互易原理，相同环路因此能够接收在相同区域中生成的信号。然而，凭借散射场的所布置的定相和幅度，跨两个环路具有相等相位和幅度的rf干扰(rfi)磁场被显著抑制。对包括自由空间辐射效应的环路布置的数值分析产生了类似rfi抑制属性。
[0184]
因此，提供无源环路(例如，如前述实施方案中所述)可提供对主环路中的外部电磁干扰的抑制。
[0185]
实例2-无源反射器的作用
[0186]
无源反射器的一个作用是减小撞击环路1(主环路)的rfi场。这种功能是在不存在环路2的情况下实现的。将环路1放置在减小的场区域中，从而降低ε1并且提供某种rfi抑制。
[0187]
无源反射器的另一作用是减少主环路与无源环路之间的相互耦合。以上分析并未承认在实现对rfi抑制的参数选择时可存在实际限制。例如，在以上分析中，我们可假设r2＝10mω。从所选参数值可得到jx2＝-100jmω且jωm＝50jmω。如果隔离环路2的质量因数
是500，则未调谐环路的电抗是5jω。因此，与未调谐环路的电抗相比，所需互电感极小。为了在两个类似大小的环路之间实现这种相对较小的耦合通常会涉及不切实际的大空间间隔，这与紧凑性的要求不相容。无源反射器插入环路1与环路2之间。这不是共振结构，并且无法显著地修改散射近场的相位。相反，这通过在反射器表面上支持涡电流来部分地屏蔽由一个环路生成的场。这优化了环路1与环路2之间的m的值，并且允许环路的紧凑空间布置的发展。
[0188]
无源反射器的另一作用是提高比率α＝ε2/ε1(从而减小β)。从进一步降低由于环路2的接近度而在环路1中出现的反射阻抗(如等式5所示)的角度来看，β的降低是有利的。这提供了耦合到环路1的更高效的磁共振信号。
[0189]
实例3-无源插入件功能
[0190]
例如，根据相对于以上实施方案描述的无源插入件306的插入件可用于多种目的。例如，插入件降低了紧邻主环路的rf场强。这具有减少非常接近环路的矿石中的涡电流，因此也减少了主环路中的反射电阻的效果。这产生如下优势：在相同的可用功率电平下，可在主环路中驱动显著增加的电流。图8和图9比较了用于不具有插入件(图8a和图8b)和具有插入件(图9a和图9b)的主环路的作为等值线图的计算出的每单位电流的场强。在图9b中，插入件是放置在主环路的平面中的扁球体(参见图9a所示的主环路截面)。图9b中非常接近环路的轮廓指示明显较低的场强。另一方面，在远离环路的距离处的场强受插入件的影响小得多。根据涡电流损耗的严重程度，主环路电阻的降低所带来的电流的增加导致与传感器相距更大距离处的整体灵敏度优势。
[0191]
与更远离传感器的距离相比，插入件还降低了主环路在非常接近传感器的距离处的灵敏度，从而相对于深度“平坦化”传感器响应。这是用于跨矿石半空间提供更高的感测均匀性的优点。图10示出了由于仅主环路(蓝色迹线)和环路加插入件(黑色迹线)引起的归一化场(同轴)之间的比较曲线图。红色迹线是由插入件表面上的涡电流生成的场，涡电流用于抵消非常接近主场的场。与远离主环路的场相比，优先减小了非常接近主环路的rf场。因为灵敏度取决于归一化rf场，所以实现了感测均匀性的改善。
[0192]
实例4-获得均匀的空间灵敏度
[0193]
大多数感测技术在应用于单侧测量应用时受到以下事实的限制：感测场或通量远离传感器衰减，并且测量响应远离传感器位置以类似方式迅速减小，通常以至少“1/r
2”的方式。虽然来自环路的电磁场通常也远离环路孔径而单调衰减，但可使mr响应分布曲线在远离传感器一定距离处达到峰值。这是因为mr共振响应在所施加的激励场中具有非线性。存在可用于剖绘(包括饱和、内部破坏性干扰以及可变磁化强度旋转等)的各种mr现象。
[0194]
已经进行了实验来证明用于灵敏度剖绘的方法。图11示出了悬浮在半空间上方的mr传感器，其中在平行于传感器面的平面中，包括薄圆盘的样本可定位于距传感器不同的位移处。圆盘用于模拟传感器下方的半空间中的薄矿化层。针对不同mr脉冲序列和信号分析方法(掩码)，改变圆盘和传感器的间隔以表征传感器相对于矿物深度的响应。针对每种类型的序列和信号分析方法，可获得灵敏度与样品深度之间的不同关系。这些关系在本文中被称为“灵敏度分布曲线”。上述实验表示校准过程，在该校准过程中，各种灵敏度分布曲线在其用于矿石半空间测量中之前生成。
[0195]
图12a-c示出了针对三种不同脉冲序列和分析方法(掩码)获得的三种不同灵敏度
分布曲线。分布曲线a(图12a)是在由特定脉冲序列(在这种情况下为单个长脉冲)生成的自由感应衰减(fid)期间早期对mr信号功率的分析造成的。分布曲线b(图12b)是在稍后时间段对相同类型的fid的分析造成的。
[0196]
图13a和图13b示出了用于生成灵敏度分布曲线的掩蔽方法。已经将掩码应用于信号的特定时域，以提取在那些时段内出现的信号功率的特定部分。在该实例中，屏蔽用于在对应于早期分析(图13a)和晚期分析(图13b)的fid波形中在不同时间提取信号功率。分布曲线c(如图12c所示)是对源自较短脉冲长度的磁共振响应的分析造成的。在实际矿石测量中可开发许多不同的灵敏度分布曲线，这是因为mr测量参数可实时动态变化以在正常操作过程中交错生成特定灵敏度分布曲线。
[0197]
应当注意，通过简单地使用对应于分布曲线a的脉冲和分析参数，能够实现具有深度的相对恒定的灵敏度。这表明，针对这种配置，mr测量未被接近表面的坡度“淹没”，即，测量并未根据上部区坡度而强烈偏置。
[0198]
图12a-c中的灵敏度分布曲线还允许通过可用灵敏度分布曲线的线性组合来开发所需形状的复合灵敏度分布曲线。笼统地说，灵敏度分布曲线形成“基础集”；每个灵敏度分布曲线可在加权线性组合中求和以重现新的灵敏度分布曲线，该新的灵敏度分布曲线被设计成与指定测量区强烈重叠。
[0199]
加权过程进行如下。每个mr测量配置为传感器下方的整个半空间提供单个波形。使用信号掩码来分析每个配置的波形，以提取一个或多个灵敏度分布曲线“加权”。例如，针对长脉冲配置，分析早期和晚期信号功率和以提供两个数字(分别为sa和sb)，这两个数字估计半空间中的每个灵敏度分布曲线模式的加权。在这里探讨的实例中，第三灵敏度分布曲线强度sc也源自第二mr测量配置(短脉冲配置)。每个灵敏度分布曲线加权被归一化为对应于确定值的均匀矿石品位的已知校准加权。因此，灵敏度分布曲线强度携带与分布曲线和定量品位值相关的信息。
[0200]
一旦确定了灵敏度分布曲线加权，就可使用他们来对对应灵敏度分布曲线进行加权，以估计半空间中的指定区域中的品位分布曲线的形状。可采用多个灵敏度分布曲线，以便用深度优化平坦响应，或替代地，设置在特定区中优先加权的灵敏度分布曲线组合。后一种方法允许以深度剖绘坡度。
[0201]
本领域技术人员应了解，在不脱离本公开的广泛一般范围的情况下，可对上述实施方案进行许多变型和/或修改。因此，本发明的实施方案被视为在所有方面都是说明性而非限制性的。