隧道瞬變電磁重疊回線接收線圈的匹配電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種隧道瞬變電磁重疊回線接收線圈的匹配電路，是由接收線圈的一端分別連接匹配電阻和耗能電阻a，接收線圈的一端分別連接匹配電阻和耗能電阻b，耗能電阻a經(jīng)穩(wěn)壓二極管組a和穩(wěn)壓二極管組b與耗能電阻b連接，接收機(jī)分別匹配電阻和穩(wěn)壓二極管組a與穩(wěn)壓二極管組b連接處。使接收線圈達(dá)到良好的匹配效果，使有用的二次場(chǎng)信號(hào)完好地、不被衰減地保留下來(lái)，在一次測(cè)量中可以獲得更多的有用地下信息。匹配電阻用于和接收線圈匹配，使接收線圈達(dá)到最佳效果；穩(wěn)壓二極管用于將信號(hào)鉗位到接收機(jī)的量程范圍內(nèi)，滿足測(cè)量要求；耗能電阻用于消耗高壓原始信號(hào)的能量，保證匹配電路輸出的信號(hào)與原始信號(hào)具有相同特性。
【專利說(shuō)明】
隧道瞬變電磁重疊回線接收線圈的匹配電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種匹配電路，尤其是隧道瞬變電磁探測(cè)設(shè)備重疊回線方式下接收線圈的匹配電路。
【背景技術(shù)】
[0002]瞬變電磁法(Transient Electromagnetic Methods，TEM)是利用不接地回線或接地線源向地下發(fā)射一次脈沖磁場(chǎng)，在一次脈沖磁場(chǎng)間歇期間利用線圈或接地電極觀測(cè)地下介質(zhì)中引起的二次感應(yīng)渦流場(chǎng)，從而探測(cè)介質(zhì)電阻率的一種方法。
[0003]隧道瞬變電磁法(TEM)是隧道前方地質(zhì)構(gòu)造和富水體超前探測(cè)的一種有效的方法，是預(yù)防隧道施工過程中突水涌泥災(zāi)害的常用手段。隧道內(nèi)由于空間環(huán)境的限制，不能像地面瞬變電磁那樣鋪設(shè)100M*100M左右的大回線，只能選用邊框長(zhǎng)度在5M以下小回線裝置，目前的小回線裝置主要有重疊回線方式、中心回線方式和偶極偶極方式。重疊回線收發(fā)線圈的大小、形狀基本相同，固定安裝在一起，施工方便靈活，同時(shí)該裝置與探測(cè)目標(biāo)耦合程度最好，接收線圈感應(yīng)電壓的幅度較大，具有較好的穿透深度，探測(cè)范圍較大，對(duì)于表面異常的干擾不會(huì)出現(xiàn)反向信號(hào)，異常響應(yīng)強(qiáng)烈，響應(yīng)曲線形態(tài)較為簡(jiǎn)單，異常便于分析解釋；中心回線方式需要將接收線圈安裝在發(fā)射框的中心，在應(yīng)用中對(duì)接收線圈的位置精度要求較高，收發(fā)線圈的分離，使得施工過程中增加了勞力，降低了裝置的靈活性，對(duì)表面異常易出現(xiàn)感應(yīng)電壓信號(hào)過零，反向衰減，給反演解釋帶來(lái)困難;偶極偶極方式需要收發(fā)線圈保持一定的間距，相對(duì)上述兩種方式需要較大的空間，在應(yīng)用時(shí)，須分別旋轉(zhuǎn)收發(fā)線圈，以保證線圈的朝向一致，施工時(shí)靈便性較差，而且發(fā)射線圈的激發(fā)能量會(huì)在收發(fā)間距上被消耗很多，造成能量的浪費(fèi)，探測(cè)深度較小，響應(yīng)信號(hào)較弱，該裝置對(duì)直立低阻異常體響應(yīng)較為靈敏，分離回線裝置為70年代儀器常用的裝置形式，現(xiàn)今已很少使用。本發(fā)明是針對(duì)隧道瞬變電磁設(shè)備重疊回線方式下接收線圈的匹配電路。
[0004]傳統(tǒng)重疊回線匹配電路的設(shè)計(jì)是將接收線圈出來(lái)的原始信號(hào)進(jìn)行整體的衰減，衰減到滿足接收機(jī)量程的范圍內(nèi)，這種設(shè)計(jì)方法有一個(gè)問題就是，信號(hào)的整體衰減，必然會(huì)將有用的二次場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行衰減，二次場(chǎng)信號(hào)的幅度原本就不高，還要進(jìn)行衰減，從瞬變電磁法原理的角度來(lái)說(shuō)，二次場(chǎng)信號(hào)是目標(biāo)信號(hào)，應(yīng)該盡可能完整的保留，顯然傳統(tǒng)匹配電路的做法是做了一種妥協(xié)，不利于獲得更多的地下信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種隧道瞬變電磁重疊回線接收線圈的匹配電路。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]—種隧道瞬變電磁重疊回線接收線圈的匹配電路，是由接收線圈的一端分別連接匹配電阻和耗能電阻a，接收線圈的一端分別連接匹配電阻和耗能電阻b，耗能電阻a經(jīng)穩(wěn)壓二極管組a和穩(wěn)壓二極管組b與耗能電阻b連接，接收機(jī)分別與匹配電阻、耗能電阻a與穩(wěn)壓二極管組a連接處、耗能電阻b與穩(wěn)壓二極管組b連接處和穩(wěn)壓二極管組a與穩(wěn)壓二極管組b連接處連接構(gòu)成。
[0008]穩(wěn)壓二極管組a包括兩個(gè)相串聯(lián)的第一穩(wěn)壓二極管、第二穩(wěn)壓二極管，第一穩(wěn)壓二極管的陽(yáng)極接第二穩(wěn)壓二極管的陽(yáng)極;穩(wěn)壓二極管組b包括兩個(gè)相串聯(lián)的第三穩(wěn)壓二極管、第四穩(wěn)壓二極管，第三穩(wěn)壓二極管的陽(yáng)極接第四穩(wěn)壓二極管的陽(yáng)極;穩(wěn)壓二極管組a與第一耗能電阻串聯(lián)，串聯(lián)支路又并聯(lián)在第一匹配電阻兩端;穩(wěn)壓二極管組b與第二耗能電阻串聯(lián)，串聯(lián)支路又并聯(lián)在第二匹配電阻兩端構(gòu)成。
[0009]有益效果:利用匹配電阻使接收線圈工作在瞬變電磁法要求的最佳狀態(tài)，使接收線圈出來(lái)的信號(hào)不產(chǎn)生震蕩。使有用的二次場(chǎng)信號(hào)完好地、不被衰減地保留下來(lái)，在一次測(cè)量中可以獲得更多的有用信號(hào)，進(jìn)而獲得更多的地下信息。使用穩(wěn)壓二極管，在保證有用的二次場(chǎng)信號(hào)不被衰減的前提下，將原始信號(hào)鉗位到接收機(jī)的量程范圍內(nèi)，滿足測(cè)量要求。耗能電阻的加入，使原始信號(hào)的能量被消耗掉，避免原始信號(hào)幅度低于鉗位電壓的幅度時(shí)，輸出信號(hào)的幅度繼續(xù)保持鉗位電壓幅度，不跟蹤原始信號(hào)的趨勢(shì)。使接收線圈達(dá)到最佳效果；耗能電阻用于消耗高壓原始信號(hào)的能量，保證匹配電路輸出的信號(hào)與原始信號(hào)具有相同特性。本發(fā)明的匹配電路在一定程度上提高了瞬變電磁接收晚期信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍，在一次測(cè)量中可以獲得更多的有用信號(hào)，進(jìn)而獲得更多的地下信息。
[0010]重疊回線方式下接收線圈的匹配電路的明顯特點(diǎn)是接收線圈感應(yīng)信號(hào)的電壓幅度先升到上百伏，維持這個(gè)高壓一小段時(shí)間之后，開始逐漸衰減，而瞬變電磁法需要的二次場(chǎng)信號(hào)幅度最大的情況下才2-3V以內(nèi)。
【附圖說(shuō)明】
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[0011]圖1為隧道瞬變電磁重疊回線接收線圈的匹配電路結(jié)構(gòu)框圖。
[0012]圖2為隧道瞬變電磁重疊回線接收線圈的匹配電路圖。
【具體實(shí)施方式】
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[0013]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明:
[0014]一種隧道瞬變電磁重疊回線接收線圈的匹配電路，是由接收線圈的一端分別連接匹配電阻和耗能電阻a，接收線圈的一端分別連接匹配電阻和耗能電阻b，耗能電阻a經(jīng)穩(wěn)壓二極管組a和穩(wěn)壓二極管組b與耗能電阻b連接，接收機(jī)分別與匹配電阻、耗能電阻a與穩(wěn)壓二極管組a連接處、耗能電阻b與穩(wěn)壓二極管組b連接處和穩(wěn)壓二極管組a與穩(wěn)壓二極管組b連接處連接構(gòu)成。
[0015]穩(wěn)壓二極管組a包括兩個(gè)相串聯(lián)的第一穩(wěn)壓二極管、第二穩(wěn)壓二極管，第一穩(wěn)壓二極管的陽(yáng)極接第二穩(wěn)壓二極管的陽(yáng)極;穩(wěn)壓二極管組b包括兩個(gè)相串聯(lián)的第三穩(wěn)壓二極管、第四穩(wěn)壓二極管，第三穩(wěn)壓二極管的陽(yáng)極接第四穩(wěn)壓二極管的陽(yáng)極;穩(wěn)壓二極管組a與第一耗能電阻串聯(lián)，串聯(lián)支路又并聯(lián)在第一匹配電阻兩端;穩(wěn)壓二極管組b與第二耗能電阻串聯(lián)，串聯(lián)支路又并聯(lián)在第二匹配電阻兩端。
[0016]本發(fā)明針對(duì)隧道瞬變電磁重疊回線下接收線圈的信號(hào)設(shè)計(jì)了一種接收線圈的匹配電路，傳統(tǒng)重疊回線匹配電路的設(shè)計(jì)是將接收線圈出來(lái)的原始信號(hào)進(jìn)行整體的衰減，使衰減后的信號(hào)幅度滿足接收機(jī)的量程要求，進(jìn)行采集;本發(fā)明不同于傳統(tǒng)做法，而是將接收線圈出來(lái)的感應(yīng)信號(hào)的峰值幅度鉗位到接收機(jī)的量程范圍內(nèi)，其中，有用的二次場(chǎng)信號(hào)幅度一般小于鉗位電壓幅度，實(shí)現(xiàn)在使接收線圈達(dá)到一個(gè)良好匹配效果的情況下，還可以使有用的二次場(chǎng)信號(hào)完好地、不被衰減地保留下來(lái)。
[0017]—種隧道瞬變電磁重疊回線接收線圈的匹配電路，與接收線圈匹配，包括匹配電阻、穩(wěn)壓二極管和耗能電阻；其中，所述的匹配電阻用于和接收線圈匹配，使接收線圈達(dá)到最佳效果;所述穩(wěn)壓二極管用于將信號(hào)鉗位到接收機(jī)的量程范圍內(nèi)；所述耗能電阻用于消耗高壓原始信號(hào)的能量，保證匹配電路輸出的信號(hào)與原始信號(hào)具有相同特性。
[0018]優(yōu)選的，所述的匹配電阻包括兩個(gè)相串聯(lián)的第一匹配電阻和第二匹配電阻，匹配電阻并聯(lián)在接收線圈的兩端。
[0019]優(yōu)選的，所述的耗能電阻由在一個(gè)串聯(lián)支路內(nèi)的第一耗能電阻和第二耗能電阻組成。
[0020]優(yōu)選的，所述的穩(wěn)壓二極管由穩(wěn)壓二極管組a和穩(wěn)壓二極管組b構(gòu)成，其中，穩(wěn)壓二極管組a包括兩個(gè)相串聯(lián)的第一穩(wěn)壓二極管、第二穩(wěn)壓二極管，第一穩(wěn)壓二極管的陰極接第二穩(wěn)壓二極管的陰極;穩(wěn)壓二極管組b包括兩個(gè)相串聯(lián)的第三穩(wěn)壓二極管、第四穩(wěn)壓二極管，第三穩(wěn)壓二極管的陰極接第四穩(wěn)壓二極管的陰極;穩(wěn)壓二極管組a與第一耗能電阻串聯(lián)，串聯(lián)支路又并聯(lián)在第一匹配電阻兩端;穩(wěn)壓二極管組b與第二耗能電阻串聯(lián)，串聯(lián)支路又并聯(lián)在第二匹配電阻兩端。
[0021]參照?qǐng)D1所示，接收線圈出來(lái)的信號(hào)，經(jīng)過本發(fā)明設(shè)計(jì)的匹配電路，接入接收機(jī)進(jìn)行采集。接收線圈為L(zhǎng)RC模型組成的二階系統(tǒng)，匹配電阻對(duì)接收線圈進(jìn)行匹配，使接收線圈系統(tǒng)處于臨界阻尼狀態(tài);穩(wěn)壓二極管將信號(hào)的幅度鉗位到接收機(jī)的量程范圍之內(nèi)，滿足測(cè)量的要求，同時(shí)最大程度的保留原始二次場(chǎng)信號(hào)的幅度;耗能電阻用于消耗系統(tǒng)在工作時(shí)接收信號(hào)的多余能量。
[0022]參照?qǐng)D2所示，左面輸入端連接接收線圈，右側(cè)輸出端連接接收機(jī)。匹配電阻包括兩個(gè)相串聯(lián)的第一匹配電阻Rl和第二匹配電阻R2。耗能電阻由在一個(gè)串聯(lián)支路內(nèi)的第一耗能電阻R3和第二耗能電阻R4組成。穩(wěn)壓二極管包括四個(gè)相串聯(lián)的第一穩(wěn)壓二極管D1、第二穩(wěn)壓二極管D2、第三穩(wěn)壓二極管D3和第四穩(wěn)壓二極管D4，其中第一穩(wěn)壓二極管Dl的陽(yáng)極和第二穩(wěn)壓二極管D2的陰極串聯(lián)之后再與第一耗能電阻R3串聯(lián)，串聯(lián)支路又并聯(lián)在第一匹配電阻Rl兩端;其中第三穩(wěn)壓二極管D3的陰極和第四穩(wěn)壓二極管D4的陰極串聯(lián)之后再與第二耗能電阻R4串聯(lián)，串聯(lián)支路又并聯(lián)在第二匹配電阻R2兩端。
[0023]本電路為上下對(duì)稱結(jié)構(gòu)，其中第一匹配電阻Rl和第二匹配電阻R2的阻值相等，第一匹配電阻Rl和第二匹配電阻R2的阻值總和為線圈的匹配電阻的阻值;第一耗能電阻R3和第二耗能電阻R4阻值相等;第一穩(wěn)壓二極管D1、第二穩(wěn)壓二極管D2、第三穩(wěn)壓二極管D3和第四穩(wěn)壓二極管D4為特性相同的一種型號(hào)的管子。
[0024]接收線圈為L(zhǎng)RC模型組成的二階系統(tǒng)，匹配電阻對(duì)接收線圈進(jìn)行匹配，使接收線圈工作在輸出信號(hào)不產(chǎn)生震蕩的臨界阻尼狀態(tài)，不同接收線圈的模型有所不同，所以第一匹配電阻Rl和第二匹配電阻R2阻值的選擇因線圈而異，需要在確定線圈的條件下，進(jìn)行實(shí)際調(diào)試;耗能電阻用來(lái)消耗多余能量，與接收線圈參數(shù)關(guān)系不大，第一耗能電阻R3和第二耗能電阻R4的阻值越大消耗能量越快，但是第一耗能電阻R3和第二耗能電阻R4的阻值太大，如果接收機(jī)前端的輸入阻抗不夠大，會(huì)造成接收到的信號(hào)幅度減小，所以第一耗能電阻R3和第二耗能電阻R4的阻值一般選在IK左右;穩(wěn)壓二極管用來(lái)將信號(hào)的幅度鉗位到接收機(jī)的量程范圍之內(nèi)，根據(jù)接收機(jī)的量程和二次場(chǎng)信號(hào)的幅度，選擇穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電壓，同時(shí)穩(wěn)壓二極管的恢復(fù)時(shí)間應(yīng)越快越好。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種隧道瞬變電磁重疊回線接收線圈的匹配電路，其特征在于，是由接收線圈的一端分別連接匹配電阻和耗能電阻a，接收線圈的一端分別連接匹配電阻和耗能電阻b，耗能電阻a經(jīng)穩(wěn)壓二極管組a和穩(wěn)壓二極管組b與耗能電阻b連接，接收機(jī)分別與匹配電阻、耗能電阻a與穩(wěn)壓二極管組a連接處、耗能電阻b與穩(wěn)壓二極管組b連接處和穩(wěn)壓二極管組a與穩(wěn)壓二極管組b連接處連接構(gòu)成。2.按照權(quán)利要求1所述的隧道瞬變電磁重疊回線接收線圈的匹配電路，其特征在于，穩(wěn)壓二極管組a包括兩個(gè)相串聯(lián)的第一穩(wěn)壓二極管、第二穩(wěn)壓二極管，第一穩(wěn)壓二極管的陽(yáng)極接第二穩(wěn)壓二極管的陽(yáng)極;穩(wěn)壓二極管組b包括兩個(gè)相串聯(lián)的第三穩(wěn)壓二極管、第四穩(wěn)壓二極管，第三穩(wěn)壓二極管的陽(yáng)極接第四穩(wěn)壓二極管的陽(yáng)極;穩(wěn)壓二極管組a與第一耗能電阻串聯(lián)，串聯(lián)支路又并聯(lián)在第一匹配電阻兩端;穩(wěn)壓二極管組b與第二耗能電阻串聯(lián)，串聯(lián)支路又并聯(lián)在第二匹配電阻兩端。
【文檔編號(hào)】G01V3/10GK105911600SQ201610321622
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年5月15日
【發(fā)明人】林君, 胡雪巖, 王世隆, 楊宇
【申請(qǐng)人】吉林大學(xué)