一种接收线圈阻尼电阻自动匹配装置的制作方法

本实用新型涉及瞬变电磁探测
技术领域：
，尤其涉及一种接收线圈阻尼电阻自动匹配装置。
背景技术：
：瞬变电磁法是探测地下介质电性参数等信息的重要方法之一，瞬变电磁法通常是利用幅值恒定的脉冲电流在地下建立一次磁场，脉冲电流周期性关断，检测地质体产生的二次磁场，通过分析和处理二次磁场数据，确定地下地质结构。瞬变电磁法中常采用瞬变电磁接收装置来接收电磁信号，瞬变电磁接收装置通过接收线圈接收电磁信号，以进行地质体的探测。通过增加接收线圈的匝数，可提高有效接收面积，能增加瞬变电磁接收装置接收信号的灵敏度。但是，由于接收线圈匝数增加，接收线圈自感以及固有分布电容明显增大，其等效电路的二介特性不可忽略，必须在接收线圈两端并联阻尼电阻以消除输出电压波形的振荡。现有技术仅针对某一特定的单匝接收线圈进行阻尼电阻的匹配，当改变接收线圈匝数时，必须同时改变阻尼电阻的大小，以匹配当前匝数的接收线圈，以消除输出电压波形振荡，匹配阻尼电阻时，更换阻尼电阻较为繁琐，增加工作量，降低了工作效率，现有技术中的阻尼电阻匹配方案仅满足于对特定的单匝接收线圈的阻尼电阻匹配，当采用多匝接收线圈时，无法满足对不同匝数的接收线圈的阻尼电阻的任意匹配。因此，亟需发明一种适用于瞬变电磁法探测的小接收线圈阻尼电阻的自动匹配的装置。技术实现要素：本申请提供了一种接收线圈阻尼电阻自动匹配装置，以满足对不同匝数的接收线圈的阻尼电阻的任意匹配。为了解决上述技术问题，本使用新型实施例公开了如下技术方案：一种接收线圈阻尼电阻自动匹配装置，包括第一信号处理电路、第二信号处理电路、第三信号处理电路、第四信号处理电路、第一匹配电路、第二匹配电路、第三匹配电路和第四匹配电路，其中，所述第一信号处理电路、第二信号处理电路、第三信号处理电路和第四信号处理电路的输入端均连接至电信号输入端，所述第一信号处理电路、第二信号处理电路、第三信号处理电路和第四信号处理电路的第一输出端均连接至第一限流电阻的一端、并连接至第一电信号输出端；所述第一信号处理电路、第二信号处理电路、第三信号处理电路和第四信号处理电路的第二输出端分别与第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管和第四场效应管电性连接；所述第一信号处理电路、第二信号处理电路、第三信号处理电路和第四信号处理电路的第三输出端分别与所述第一匹配电路、第二匹配电路、第三匹配电路和第四匹配电路的双向可控硅电性连接。所述第一匹配电路、第二匹配电路、第三匹配电路和第四匹配电路的输入端均连接至所述第一限流电阻的另一端，所述第一匹配电路、第二匹配电路、第三匹配电路和第四匹配电路的输出端均连接至第二电信号输出端。优选的，所述第一信号处理电路、第二信号处理电路、第三信号处理电路和第四信号处理电路的输入端与电信号输入端的连接母线上均设有限流电阻。优选的，所述第一信号处理电路、第二信号处理电路、第三信号处理电路和第四信号处理电路均包括主光电隔离器和副光电隔离器，所述主光电隔离器的输入端分别为所述第一信号处理电路、第二信号处理电路、第三信号处理电路和第四信号处理电路的输入端，所述主光电隔离器的第一输出端分别为所述第一信号处理电路、第二信号处理电路、第三信号处理电路和第四信号处理电路的第一输出端，所述主光电隔离器的另外两个输出端与所述副光电隔离器的两个输入端电性连接，所述副光电隔离器的第一输出端分别为所述第一信号处理电路、第二信号处理电路、第三信号处理电路和第四信号处理电路的第二输出端，所述副光电隔离器的第二输出端分别为所述第一信号处理电路、第二信号处理电路、第三信号处理电路和第四信号处理电路的第三输出端。优选的，所述主光电隔离器与副光电隔离器的其中一个电性连接母线上设有限流电阻。优选的，所述第一匹配电路、第二匹配电路、第三匹配电路和第四匹配电路均包括匹配电阻、滤波电容、双向可控硅和限流电阻，所述双向可控硅与所述滤波电容和限流电阻组成的串联电路并联，所述双向可控硅和滤波电容的输入端均与所述匹配电阻的一端电连接，所述匹配电阻的另一端分别为所述第一匹配电路、第二匹配电路、第三匹配电路和第四匹配电路的输入端。优选的，所述第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管和第四场效应管的一端均接地。优选的，所述第一信号处理电路、第二信号处理电路、第三信号处理电路和第四信号处理电路的输入端与电信号输入端的连接母线上的限流电阻的阻值为620Ω。优选的，所述主光电隔离器和副光电隔离器之间的限流电阻和第一限流电阻的阻值为360Ω。由上述技术方案可见，本实用新型实施例提供的接收线圈阻尼电阻自动匹配装置，在没有输入信号时，主光电隔离器和副光电隔离器均不导通，所以双向可控硅均不导通，电路通过匹配电路的并联支路导通，电流经匹配电阻、滤波电容和限流电阻流向第二电信号输出端。而当其中一个信号来临，主光电隔离器和副光电隔离器导通，信号处理电路导通给相应的双向可控硅脉冲信号，相应的双向可控硅导通，将相应的匹配电阻接入电路。例如，当第一信号处理电路的主光电隔离器和副光电隔离器启动时，副光电隔离器给对应的双向可控硅脉冲信号，双向可控硅导通，从而相应的匹配电阻不经滤波电容回路接入电路，实现了匹配电阻的接入。如果第一匹配电路、第二匹配电路、第三匹配电路和第四匹配电路的匹配电阻分别选择1倍阻值、2倍阻值、4倍阻值、8倍阻值，则电路的匹配电阻可以实现从1倍阻值到15倍阻值的连续变化。附图说明为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本实用新型实施例提供的一种接收线圈阻尼电阻自动匹配装置的电路示意图；图2为本实用新型实施例提供的一种接收线圈阻尼电阻自动匹配装置的接收线圈等效电路图；图3为接收线圈的线圈匝间寄生电容等效网络图。具体实施方式为了使本
技术领域：
的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。参见图1，图1为本实用新型实施例提供的一种接收线圈阻尼电阻自动匹配装置的电路示意图，为解决对不同匝数的接收线圈的阻尼电阻的任意匹配的问题，本实用新型提出一种接收线圈阻尼电阻自动匹配装置，第一信号处理电路110、第二信号处理电路111、第三信号处理电路112和第四信号处理电路113的输入端均连接至电信号输入端，第一信号处理电路110、第二信号处理电路111、第三信号处理电路112和第四信号处理电路113的第一输出端均连接至第一限流电阻R309的一端、并连接至第一电信号输出端，第一限流电阻R309的阻值为360Ω；第一信号处理电路110、第二信号处理电路111、第三信号处理电路112和第四信号处理电路113的第二输出端分别与第一场效应管U312、第二场效应管U313、第三场效应管U314和第四场效应管U315电性连接，场效应管的型号为FDS6688，第一场效应管U312、第二场效应管U313、第三场效应管U314和第四场效应管U315的一端均接地。第一信号处理电路110、第二信号处理电路111、第三信号处理电路112和第四信号处理电路113的第三输出端分别与第一匹配电路120、第二匹配电路121、第三匹配电路122和第四匹配电路123的双向可控硅电性连接，当信号出入端输入电信号时，主光电隔离器和副光电隔离器导通，信号处理电路导通给相应的双向可控硅脉冲信号，相应的双向可控硅导通，从而将相应的匹配电阻接入电路。第一匹配电路120、第二匹配电路121、第三匹配电路122和第四匹配电路123的输入端均连接至第一限流电阻R309的另一端，第一匹配电路120、第二匹配电路121、第三匹配电路122和第四匹配电路123的输出端均连接至第二电信号输出端。作为本技术方案的一种优选实施例，第一信号处理电路110、第二信号处理电路111、第三信号处理电路112和第四信号处理电路113的输入端与电信号输入端的连接母线上均设有限流电阻，且上述限流电阻的的阻值为620Ω，限流电阻起到限流的作用，防止电流过大，上述限流电阻与第一信号处理电路110、第二信号处理电路111、第三信号处理电路112和第四信号处理电路113相对应的分别为第二限流电阻R318、第三限流电阻R320、第四限流电阻R322和第五限流电阻R324。作为本技术方案的一种优选实施例，第一信号处理电路110、第二信号处理电路111、第三信号处理电路112和第四信号处理电路113均包括主光电隔离器和副光电隔离器，主光电隔离器的输入端分别为所述第一信号处理电路110、第二信号处理电路111、第三信号处理电路112和第四信号处理电路113的输入端，主光电隔离器的第一输出端分别为所述第一信号处理电路110、第二信号处理电路111、第三信号处理电路112和第四信号处理电路113的第一输出端，主光电隔离器的另外两个输出端与副光电隔离器的两个输入端电性连接，所述副光电隔离器的第一输出端分别为所述第一信号处理电路110、第二信号处理电路111、第三信号处理电路112和第四信号处理电路113的第二输出端，副光电隔离器的第二输出端分别为第一信号处理电路110、第二信号处理电路111、第三信号处理电路112和第四信号处理电路113的第三输出端，副光电隔离器的第二输出端与对应的双向可控硅电连接，主光电隔离器和副光电隔离器的型号均为MOC3081，主光电隔离器和副光电隔离器与第一信号处理电路110、第二信号处理电路111、第三信号处理电路112和第四信号处理电路113相对应的分别分为第一主光电隔离器U304、第二主光电隔离器U306、第三主光电隔离器U308、第四主光电隔离器U310和第一副光电隔离器U305、第二副光电隔离器U307、第三副光电隔离器U309和第四副光电隔离器U311。作为本技术方案的一种优选实施例，主光电隔离器与副光电隔离器的其中一个电性连接母线上设有限流电阻，上述限流电阻与第一信号处理电路110、第二信号处理电路111、第三信号处理电路112和第四信号处理电路113相对应的分别为第六限流电阻R319、第七限流电阻R321、第八限流电阻R323和第九限流电阻R325，上述限流电阻起到限流作用，防止主光电隔离器和副光电隔离器的导通电路上电流过大，起到保护的作用。作为本技术方案的另一种优选实施例，第一匹配电路120、第二匹配电路121、第三匹配电路122和第四匹配电路123均包括匹配电阻、滤波电容、双向可控硅和限流电阻，双向可控硅与滤波电容和限流电阻组成的串联电路并联，双向可控硅和滤波电容的输入端均与所述匹配电阻的一端电连接，双向可控硅的型号为BTA41-1200B，匹配电阻的另一端分别为第一匹配电路120、第二匹配电路121、第三匹配电路122和第四匹配电路123的输入端，匹配电阻的另一端与第一限流电阻R309的另一端连接，双向可控硅与第一匹配电路120、第二匹配电路121、第三匹配电路122和第四匹配电路123相对应的分别分为第一双向可控硅Q301、第二双向可控硅Q302、第三双向可控硅Q303和第四双向可控硅Q304，匹配电阻与第一匹配电路120、第二匹配电路121、第三匹配电路122和第四匹配电路123相对应的分别分为第一匹配电阻R310、第二匹配电阻R311、第三匹配电阻R312和第四匹配电阻R313，滤波电容与第一匹配电路120、第二匹配电路121、第三匹配电路122和第四匹配电路123相对应的分别为第一滤波电容C314、第二滤波电容C315、第三滤波电容C316和第四滤波电容C317。参见图2，图2为本实用新型实施例提供的一种接收线圈阻尼电阻自动匹配装置的接收线圈等效电路图，v(t)为接收线圈的感应电动势，即纯二次场感应电压，L为接收线圈的等效电感，R为接收线圈的内阻，C为接收线圈的分布电容，R0为并在接收线圈两端的阻尼电阻，u(t)为采集系统实际采样的电压信号。接收线圈因电磁感应而接收的感应电动势v(t)是理论上的瞬变电磁感应电压信号，而实际工作中采集系统采样的电压信号为u(t)，两者不是同一信号，只有在信号晚期，v(t)和u(t)才趋于重合，二阶电路，传递函数为推导过程如下：经过拉普拉斯变换，可简化为，式(1)中，式(1)和(3)中ωp，ω0分别为接收线圈的谐振频率和固有谐振频率，定义阻尼系数，在临界阻尼ζ＝1的条件下，可解得临界阻尼电阻为式(5)中的线圈电阻R的计算，式(6)中ρ为线圈导线电阻率，L为导线长度，S为导线截面积。式(5)中电感L的获取，采用公式：式(7)中，d为线圈直径，φ是随比值β变化的量，(l为线圈的长度)，式(5)中分布电容C的获取，基于麦克斯韦微分方程的有限元软件AnsoftMaxwell，其对称2-D静电场求解器能快速的仿真计算出线圈匝间寄生电容，参见图3，图3为接收线圈的线圈匝间寄生电容等效网络图，一个节点代表一匝线圈，节点间的电容即为匝间寄生电容。用MaxwellFEM包获得图3中线圈匝间寄生电容后，采用矩阵运算消去节点得到C1N值，即为线圈两端等效入口电容值。针对不同的接收线圈可以事先对其分布电容进行仿真，并将结果储存以作为查表得数据来源，接收线圈有效面积固定为128m2的不同规格接收线圈的参数结果如下表所示：N2481624324864r/m4.5153.1922.2571.5961.3031.1290.9220.798R/Ω0.4930.6970.9851.3931.7061.9712.4142.786L/mH0.1970.4951.2112.8934.7406.67610.64514.611C/pF3822.7992.2346.787140.57286.91362.53140.13829.410综上，能根据计算出的线圈电阻R，电感L和分布电容C，由式(5)计算出临界阻尼电阻R0，根据临界阻尼电阻R0的阻值，将相应的双向可控硅导通，完成阻尼电阻的匹配。当前第1页1 2 3