隧道瞬变电磁重叠回线接收线圈的匹配电路的制作方法

本实用新型涉及一种匹配电路，尤其是隧道瞬变电磁探测设备重叠回线方式下接收线圈的匹配电路。

背景技术：

瞬变电磁法(Transient Electromagnetic Methods，TEM)是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间利用线圈或接地电极观测地下介质中引起的二次感应涡流场，从而探测介质电阻率的一种方法。

隧道瞬变电磁法(TEM)是隧道前方地质构造和富水体超前探测的一种有效的方法，是预防隧道施工过程中突水涌泥灾害的常用手段。隧道内由于空间环境的限制，不能像地面瞬变电磁那样铺设100M*100M左右的大回线，只能选用边框长度在5M以下小回线装置，目前的小回线装置主要有重叠回线方式、中心回线方式和偶极偶极方式。重叠回线收发线圈的大小、形状基本相同，固定安装在一起，施工方便灵活，同时该装置与探测目标耦合程度最好，接收线圈感应电压的幅度较大，具有较好的穿透深度，探测范围较大，对于表面异常的干扰不会出现反向信号，异常响应强烈，响应曲线形态较为简单，异常便于分析解释；中心回线方式需要将接收线圈安装在发射框的中心，在应用中对接收线圈的位置精度要求较高，收发线圈的分离，使得施工过程中增加了劳力，降低了装置的灵活性，对表面异常易出现感应电压信号过零，反向衰减，给反演解释带来困难；偶极偶极方式需要收发线圈保持一定的间距，相对上述两种方式需要较大的空间，在应用时，须分别旋转收发线圈，以保证线圈的朝向一致，施工时灵便性较差，而且发射线圈的激发能量会在收发间距上被消耗很多，造成能量的浪费，探测深度较小，响应信号较弱，该装置对直立低阻异常体响应较为灵敏，分离回线装置为70年代仪器常用的装置形式，现今已很少使用。本发明是针对隧道瞬变电磁设备重叠回线方式下接收线圈的匹配电路。

传统重叠回线匹配电路的设计是将接收线圈出来的原始信号进行整体的衰减，衰减到满足接收机量程的范围内，这种设计方法有一个问题就是，信号的整体衰减，必然会将有用的二次场信号进行衰减，二次场信号的幅度原本就不高，还要进行衰减，从瞬变电磁法原理的角度来说，二次场信号是目标信号，应该尽可能完整的保留，显然传统匹配电路的做法是做了一种妥协，不利于获得更多的地下信息。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是针对上述现有技术的不足，提供一种隧道瞬变电磁重叠回线接收线圈的匹配电路。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种隧道瞬变电磁重叠回线接收线圈的匹配电路，是由接收线圈的一端分别连接匹配电阻和耗能电阻a，接收线圈的一端分别连接匹配电阻和耗能电阻b，耗能电阻a经稳压二极管组a和稳压二极管组b与耗能电阻b连接，接收机分别与匹配电阻、耗能电阻a与稳压二极管组a连接处、耗能电阻b与稳压二极管组b连接处和稳压二极管组a与稳压二极管组b连接处连接构成。

稳压二极管组a包括两个相串联的第一稳压二极管、第二稳压二极管，第一稳压二极管的阳极接第二稳压二极管的阳极；稳压二极管组b包括两个相串联的第三稳压二极管、第四稳压二极管，第三稳压二极管的阳极接第四稳压二极管的阳极；稳压二极管组a与第一耗能电阻串联，串联支路又并联在第一匹配电阻两端；稳压二极管组b与第二耗能电阻串联，串联支路又并联在第二匹配电阻两端构成。

有益效果：利用匹配电阻使接收线圈工作在瞬变电磁法要求的最佳状态，使接收线圈出来的信号不产生震荡。使有用的二次场信号完好地、不被衰减地保留下来，在一次测量中可以获得更多的有用信号，进而获得更多的地下信息。使用稳压二极管，在保证有用的二次场信号不被衰减的前提下，将原始信号钳位到接收机的量程范围内，满足测量要求。耗能电阻的加入，使原始信号的能量被消耗掉，避免原始信号幅度低于钳位电压的幅度时，输出信号的幅度继续保持钳位电压幅度，不跟踪原始信号的趋势。使接收线圈达到最佳效果；耗能电阻用于消耗高压原始信号的能量，保证匹配电路输出的信号与原始信号具有相同特性。本实用新型的匹配电路在一定程度上提高了瞬变电磁接收晚期信号的动态范围，在一次测量中可以获得更多的有用信号，进而获得更多的地下信息。

重叠回线方式下接收线圈的匹配电路的明显特点是接收线圈感应信号的电压幅度先升到上百伏，维持这个高压一小段时间之后，开始逐渐衰减，而瞬变电磁法需要的二次场信号幅度最大的情况下才2-3V以内。

附图说明：

图1为隧道瞬变电磁重叠回线接收线圈的匹配电路结构框图。

图2为隧道瞬变电磁重叠回线接收线圈的匹配电路图。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明：

一种隧道瞬变电磁重叠回线接收线圈的匹配电路，是由接收线圈的一端分别 连接匹配电阻和耗能电阻a，接收线圈的一端分别连接匹配电阻和耗能电阻b，耗能电阻a经稳压二极管组a和稳压二极管组b与耗能电阻b连接，接收机分别与匹配电阻、耗能电阻a与稳压二极管组a连接处、耗能电阻b与稳压二极管组b连接处和稳压二极管组a与稳压二极管组b连接处连接构成。

稳压二极管组a包括两个相串联的第一稳压二极管、第二稳压二极管，第一稳压二极管的阳极接第二稳压二极管的阳极；稳压二极管组b包括两个相串联的第三稳压二极管、第四稳压二极管，第三稳压二极管的阳极接第四稳压二极管的阳极；稳压二极管组a与第一耗能电阻串联，串联支路又并联在第一匹配电阻两端；稳压二极管组b与第二耗能电阻串联，串联支路又并联在第二匹配电阻两端。

本实用新型针对隧道瞬变电磁重叠回线下接收线圈的信号设计了一种接收线圈的匹配电路，传统重叠回线匹配电路的设计是将接收线圈出来的原始信号进行整体的衰减，使衰减后的信号幅度满足接收机的量程要求，进行采集；本发明不同于传统做法，而是将接收线圈出来的感应信号的峰值幅度钳位到接收机的量程范围内，其中，有用的二次场信号幅度一般小于钳位电压幅度，实现在使接收线圈达到一个良好匹配效果的情况下，还可以使有用的二次场信号完好地、不被衰减地保留下来。

一种隧道瞬变电磁重叠回线接收线圈的匹配电路，与接收线圈匹配，包括匹配电阻、稳压二极管和耗能电阻；其中，所述的匹配电阻用于和接收线圈匹配，使接收线圈达到最佳效果；所述稳压二极管用于将信号钳位到接收机的量程范围内；所述耗能电阻用于消耗高压原始信号的能量，保证匹配电路输出的信号与原始信号具有相同特性。

优选的，所述的匹配电阻包括两个相串联的第一匹配电阻和第二匹配电阻，匹配电阻并联在接收线圈的两端。

优选的，所述的耗能电阻由在一个串联支路内的第一耗能电阻和第二耗能电阻组成。

优选的，所述的稳压二极管由稳压二极管组a和稳压二极管组b构成，其中，稳压二极管组a包括两个相串联的第一稳压二极管、第二稳压二极管，第一稳压二极管的阴极接第二稳压二极管的阴极；稳压二极管组b包括两个相串联的第三稳压二极管、第四稳压二极管，第三稳压二极管的阴极接第四稳压二极管的阴极；稳压二极管组a与第一耗能电阻串联，串联支路又并联在第一匹配电阻两端；稳压二极管组b与第二耗能电阻串联，串联支路又并联在第二匹配电阻两端。

参照图1所示，接收线圈出来的信号，经过本发明设计的匹配电路，接入接收机进行采集。接收线圈为LRC模型组成的二阶系统，匹配电阻对接收线圈进行匹配，使接收线圈系统处于临界阻尼状态；稳压二极管将信号的幅度钳位到接 收机的量程范围之内，满足测量的要求，同时最大程度的保留原始二次场信号的幅度；耗能电阻用于消耗系统在工作时接收信号的多余能量。

参照图2所示，左面输入端连接接收线圈，右侧输出端连接接收机。匹配电阻包括两个相串联的第一匹配电阻R1和第二匹配电阻R2。耗能电阻由在一个串联支路内的第一耗能电阻R3和第二耗能电阻R4组成。稳压二极管包括四个相串联的第一稳压二极管D1、第二稳压二极管D2、第三稳压二极管D3和第四稳压二极管D4，其中第一稳压二极管D1的阳极和第二稳压二极管D2的阴极串联之后再与第一耗能电阻R3串联，串联支路又并联在第一匹配电阻R1两端；其中第三稳压二极管D3的阴极和第四稳压二极管D4的阴极串联之后再与第二耗能电阻R4串联，串联支路又并联在第二匹配电阻R2两端。

本电路为上下对称结构，其中第一匹配电阻R1和第二匹配电阻R2的阻值相等，第一匹配电阻R1和第二匹配电阻R2的阻值总和为线圈的匹配电阻的阻值；第一耗能电阻R3和第二耗能电阻R4阻值相等；第一稳压二极管D1、第二稳压二极管D2、第三稳压二极管D3和第四稳压二极管D4为特性相同的一种型号的管子。

接收线圈为LRC模型组成的二阶系统，匹配电阻对接收线圈进行匹配，使接收线圈工作在输出信号不产生震荡的临界阻尼状态，不同接收线圈的模型有所不同，所以第一匹配电阻R1和第二匹配电阻R2阻值的选择因线圈而异，需要在确定线圈的条件下，进行实际调试；耗能电阻用来消耗多余能量，与接收线圈参数关系不大，第一耗能电阻R3和第二耗能电阻R4的阻值越大消耗能量越快，但是第一耗能电阻R3和第二耗能电阻R4的阻值太大，如果接收机前端的输入阻抗不够大，会造成接收到的信号幅度减小，所以第一耗能电阻R3和第二耗能电阻R4的阻值一般选在1K左右；稳压二极管用来将信号的幅度钳位到接收机的量程范围之内，根据接收机的量程和二次场信号的幅度，选择稳压二极管的稳定电压，同时稳压二极管的恢复时间应越快越好。