近年来,我国高速铁路隧道建设工程得到了快速发展,列车行驶速度经历了六次大提速达到时速250km以上。但随着越来越多的隧道投入运营,不可避免地将出现各类隧道内部病害,其中衬砌背后出现溶洞、空洞等问题尤为突出。这不仅影响了隧道结构稳定性,严重的甚至危及列车行驶安全。而传统的空洞检测办法多为依靠人工打击声法进行检测,主要受人员经验水平的制约,缺乏对隧道病害系统科学的检测,效率低下且检测人员的安全得不到保障。针对这个问题,本文设计利用瞬变电磁法感应二次场的变化以检测衬砌背后溶洞、空洞的存在,并验证其可行性。并且为满足快速检测的目的,在有限的“天窗”时间里更为高效率地实现隧道内部病害的检测,本文设计采用基于PLC控制的瞬变电磁仪自动化检测系统,改变传统键盘式仪器的工作方式,通过编写梯形图程序实现PLC自动控制瞬变电磁仪发射及接收装置的起停工作,达到高效率、自动化的工程要求。本文主要研究工作如下:1.模拟电磁学中激励场源在半空间环境下的“烟圈效应”及全空间环境下的“水波效应”,与理论解进行对比验证其正确性,保证了模型的合理有效;2.利用ANSYS建立三维实体模型,模拟在现实隧道空间中,当激励场源激发阶跃电流脉冲时不同延时下异常体附近的瞬变电磁场的扩散、衰减及分布规律;3.初步设计基于PLC控制的瞬变电磁仪自动化系统,从系统硬件设计的角度选择符合功能要求的瞬变电磁仪发射机及接收机,选取合适的PLC型号作为自动化系统的控制中心;从软件设计的角度选取匹配编程软件、系统编程语言及其指令集并分析各自的优缺点;4.初步对下位机(PLC控制系统)接收输入信号,并分析、处理输出控制信号控制瞬变电磁仪发射装置及接收装置的梯形图进行了编程设计,实现其基本控制功能;5.设计系统通信协议,实现PLC与上位机之间的信息传递。并将控制主程序下载至PLC,进行实际运行及调试,完成一个周期的检测过程,实现整体自动化。