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，是一种利用电磁感应原理预测地下矿产的地球物理方法，在矿产勘探、地下水探测、工程监测和土壤盐碱化调查等领域具有广阔的应用前景。它以向接地导线或不接地回路发射双极性矩形脉冲电流作为激励场源(称为一次场)，当发射电流关断时，在地下导电性的介质或地质体中感生涡流形成瞬变二次磁场。在一次场间隙时间内测量二次场随时间衰减响应，即TEM二次场感应信号，通过选择不同的时间窗口进行观测，获得不同勘探深度地质体的电性参数。它不仅能测量浅地表的地质结构，而且能测量深层地质构造，是一种很有发展前途的电磁探测方法。瞬变电磁仪是根据瞬变电磁法原理设计的一部集信号发射(发射机)、数据采集(接收机)、数据处理和理论解释于一体的多功能检测系统。系统设计的工作量较大，对软件、硬件的要求也很高，涉足的知识十分丰富，主要包括：工程物探方法、理论，电力电子技术，模拟信号技术，有源滤波技术，绝对值变换技术，浮点放大技术，逐次逼近式A/D转换技术，微处理器技术，以及一系列与硬件设计相关的软件技术，如：Borlandc31(发射机、接收机调试软件设计)、Protel99se(电路设计)等。由于时间和条件的限制，本文只完成了仪器的初步设计、调试工作等。 论文简要介绍了瞬变电磁法的基本原理，叙述了瞬变电磁仪的研究和发展状况，认为能够勘探不同深度地质体的精度较高的高性能瞬变电磁仪是瞬变电磁法仪器未来发展的方向。然后，介绍了瞬变电磁信号的特点及检测方法，提出了系统设计的总体思路，在比较了各种设计方法的基础上，确定了论文所采取的技术路线，并从研制的仪器中的两大相对独立的模块：发射机和接收机入手，详细介绍了各功能模块的构成以及各自的硬件设计和软件设计。 发射机为整个系统提供一次场源。它以蓄电池为发射电源，提供一定幅值、一定频率、一定形状的发射电流。为满足野外勘探需要，设计的发射机要求体积小、重量轻、耗电省。为勘探浅部结构的需要，发射机的关断时间应尽可能短。根据这些原则，设计了发射电流最大可达20A的发射机样机，发射主回路由四个IGBT管子组成的全桥电路构成，按照一定的导通、截止组合可发射三种电流波形。为缩短关断时间，选用了关断时间短的IGBT管子，并在IGBT的C-E极间反向并联1支快恢复二极管，以达到续流之功能，亦即为无功功率提供一条释放回路。此外，考虑到蓄电池电压的变化，采用取样电阻法，设计了发射电流检测电路，检测精度达到千分之一，检测发射电流的数据可作反演之用。另外，发射机还具有完善的保护及报警功能，可实现过流保护和电池电压低报警等功能。最后编制了发射机的调试软件，给出了软件框图。实验室模拟实验表明，发射机的实际性能达到了以上设计要求。 接收机是整个系统设计的关键，也是系统硬件设计的难点。它包括以下几个部分：信号调理及前置放大电路、二阶有源低通滤波电路、绝对值变换电路、8位浮点放大电路、16位A/D转换电路。信号调理及前置放大电路主要是对高频干扰、共模干扰进行初步滤除，并对微弱信号进行放大，选用低功耗、低失调电压、高共模抑制比的INA128仪表放大器来构成前放电路。二阶有源低通滤波电路用以对高频干扰进一步的滤除，它由运算放大器外加电阻、电容构成，根据瞬变电磁信号的特点设计它的截止频率为14.5kHz。一般接收线圈过来的信号是交流信号，为了在浮点放大器中得到阶码和实现交流放大，必须将交流电压信号变成绝对值电压信号，这是绝对值变换电路的主要功能，绝对值变换电路主要由两个运算放大器外接二极管、电阻等构成。8位浮点放大电路和16位A/D转换电路是整个接收机系统设计的重点，它们一起构成了24位分辨率的数据采集系统，前者主要由两片程控放大器AD526构成，后者主要由ADS7805构成，这既保证了接收机的动态范围足够大(＞140dB)，又保证了接收机的采样速度。虽然ADS7805的采样速度只有100kbps，但对变化快的早期信号可以采用等效采样的方法，而对中、晚期信号实时采样。最后编制了调试软件，以对接收机进行测试实验。 论文的第三章叙述了对发射机和接收机进行的测试实验。对发射机的测试主要集中在发射电流的幅值、波形以及关断时间等方面。实验时，观察了发射电流的三种波形，测得发射电流的幅值为10.3A、关断时间为0.65μs，基本上达到了设计要求。对接收机的测试包括2个方面：对组成接收机的各单元电路的测试和对接收机整机性能的测试。其中对接收机的整体性能测试相当重要。实验时，搭建了模拟测试电路，利用电容器放电曲线近似于瞬变电磁信号衰减曲线的特点，由处理器控制电容器的充放电过程，将检测得到的数据做成曲线，实验证明接收机的性能亦达到了设计要求。 论文所设计的瞬变电磁仪只具有样机的雏形，虽然从原理上论证了硬件、软件设计的合理性、可行性，也用模拟实验证实了该样机所具有的性能，但模拟实验和野外实验尚有一定差距，调试软件和实际的应用软件也有所不同，有待进一步改进。