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抗匹配的一般原理包括两个方面： 压电换能 !调谐， 器存在一定的电抗， 造成在工作频率上输出电压和 电流之间存在一定的相位差， 使得输出功率达不到 期望的最大值， 需要在信号源的输出端并联或串联 一个反向电抗使信号源的负载变为纯电阻。"阻抗 变换， 根据阻抗匹配原理， 当负载为纯电阻时， 信号 源的内阻和负载相同时负载能够得到额定功率， 可 以通过在信号源和负载之间加入变压器的方法将换 能器的阻值变换成与信号源的内阻相等的阻值。故 信号源与换能器之间达到阻抗匹配， 可采用 ! 使用 电感 W 电容和 " 使用变压器两种方法组成匹配电 路。该文讨论方法"。 图 " 上图中脉冲信号通过一个脉冲升压变压器
国家自然科学基金项目 （ %#*.%#%& ）
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高+ 电+ 压+ 技+ 术
第 ;; 卷第 ! 期
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升压后直接激励换能器， 图 ! 中图表示可将换能器 等效为由 !" 、 !! 、 "! 、 #! 组成的阻抗网络， !" 为换能 器的静态电容， !! 为动态电容， "! 为动态电阻， #! 为 动态电感。用 $ # 代表换能器的输入阻抗， $ $ % "" & 图 ! 下图用 $ ( % " ( & ’%" 代表信号源的输出阻抗， ’% ( 代表换能器加阻抗匹配电路后的输入阻抗。设 信号源内阻为纯阻性， 根据最大功率输出原理， 可得 理想阻抗匹配条件为： "$ % "( ， %( % "。
) ! ) "
在换能器的谐振点上， !! 和 #! 相抵消， 换能器 的等效阻抗可以表示为 !" 和 "! 的并联， 此时系统阻 抗呈容性， 只要根据需要加入一感性元件， 即可实现 阻抗匹配， 计算方法如下。 在谐振点上， 换能器的输入阻抗表示为： $ & ’ " & ( ’% & ’ "! !" " ! " ) ) ) ) ’ )。 ! ( !" ! " " ! ! ( ! ") ! !"
图 !" 变压器匹配网络 #$%& !" ’()*+$,% ,-)./01 /2 )0(,32/04-0
+ + 根据设计要求取 .! % ;"" 2， , 3 % 1" #8， "2 % 0 % ! B "/ 4 B 0" B !" C 1 % )/ 4 B !" C 4 <) ， 1@ % "/ , @， "/ , ， 经过计算得 /! % D, ， 考虑到损耗等因素， 在实 际绕制过程中取 /! % !"" 圈。 确定 /! 之后根据设计要求算出变比为： *! ： *) % !： 0/ 66 ， 但考虑到损耗问题， 实际取 !% 6"" 圈。 )） 漏感、 分布电容和绕组电阻的测试 对于脉冲变压器， 绕组的漏感、 分布电容和绕组 电阻的存在有可能影响着输出脉冲的波形质量， 因 此要对变压器的分布参数进行详细计算或测量。 绕组的直流电阻可以用万用表直接测量， 这里 测得初、 次级电阻分别为 !/ 0 、 1/ ) !， 当窄脉冲流过 绕组时， 会产生集肤效应， 使阻值变大， 由于影响因 素很多， 难得准确的解， 可由经验公式估算： " ’（ 3 ! ( )/ !, 4 + ! ,3 ） 5E ， + + 这里 3 和 " 分别代表绕组的直流和脉冲作用期 间的电 阻， 单 位 为 !； 4 代 表 绕 组 的 线 径， 取 "/ )! <<； , 3 取 1" #8， 5 E 为临近效应系数， 取 !/ 1 ， 带入数 据计算得： " % !/ 0 3， 算得在脉冲作用期间变压器的 初、 次级绕组的阻值分别为 )/ 10 、 ,/ ;) !。将初级 绕组值带入式 （!） ， 可算出变压器的理想变比为 ! ： 0/ D ， 所以变压器的变比仍然取 ! ： 6。 漏感和分布电容的测量电路见图 ) ， 图中 @ 是 待测变压器， !、 ! 8A 为测试变压器分布参数时并联在
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第 ** 卷 第 " 期 $##. 年! ! " 月
高! 电! 压! 技! 术
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压电换能器阻抗匹配研究
杨! 哲，鞠晓东
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（ 中国石油大学资源与信息学院， 北京 "#$$%& ）
摘! 要：声波测井井下仪器在探测过程中需要将足够大的声波信号辐射到地层中， 须用高压大功率脉冲信号激励 发射换能器， 同时在信号源与换能器之间， 还应做到阻抗匹配。为有效提高信号源对换能器的激发效率， 达到了阻 抗匹配的目的， 分析了信号源与换能器之间的理想匹配条件， 介绍了如何在高压大功率信号源与换能器之间利用 脉冲变压器和电阻、 电感、 电容组成阻抗匹配网络， 给出了脉冲变压器和电感的制作和设计方法， 并利用简要的实 验方法对变压器和电感进行了参数测量， 测量结果表明变压器和电感的计算和制作过程符合要求。最后用信号源 对换能器进行了激发实验， 实验结果说明通过该阻抗匹配网络取得了明显的效果。 关键词：声波测井；脉冲变压器；换能器；电感；匹配电路 中图分类号： ’()*$ 文献标识码： + 文章编号： "##*,-)$# （ $##. ） #",##.#,#%
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