RCD吸收回路的匹配电阻计算方法及瞬变电磁发射机与流程

rcd吸收回路的匹配电阻计算方法及瞬变电磁发射机
技术领域
1.本发明属于地质勘探领域，具体涉及一种rcd吸收回路的匹配电阻计算方法及瞬变电磁发射机。


背景技术：

2.瞬变电磁法是采用电磁感应原理，通过不接地回路或接地电偶源发送脉冲电磁场，在电磁场的激励下，地下地质体将产生随时间变化的感应电磁场(通常称之为二次场)。在一次脉冲磁场的间歇期间，利用线圈或接地电极观测二次场，通过对这些相应信息的提取和分析，从而达到探测地下地质体的目的。一般的，瞬变电磁发射场源采用多周期性的脉冲序列，例如：矩形，三角形，半正弦波，梯形等等。本专利以双极性矩形波为例展开讨论。
3.在实际情况中，负载线圈对于发射系统感性为主，上升和下降本身并不是一个瞬时跃迁的过程，而是一个呈指数上升和下降的过程。接收机接收到的实际信号为一次场与二次场信号之和。当电流完全关闭时，接收机接收到的信号为纯粹的二次场，但是在电流下降期间，一次场信号与二次场信号分离困难，因此瞬变电磁仪器只用了电流完全关断后的二次场信号，从而也造成了一部分信号的丢失，进而对瞬变电磁浅层勘探的结果造成了影响。目前，一般的在电路中加入吸收回路，以此来缩短关断时间。而经典rcd吸收回路由于适用性高，结构简单，线性度好，关断时间短而被广泛运用于瞬变电磁发射机中。
4.最早的rcd吸收回路于1993年提出，主要运用于mosfet与igbt中，具有保护开关，吸收电压波涌的作用，但是该回路存在冲量小，吸收回路寄生电感大等缺点。针对此问题，研究人员在1997年提出经典rcd吸收回路，与早期的rcd吸收回路相比，它有过压抑制效果更好，容量大，吸收回路寄生电感小等优势。2017年，fei liu,wenjun liu等又针对经典rcd吸收回路进行进一步改进。但是，无论是哪种rcd回路，其在电流下降沿末期，自身的负载线圈、负载线圈自身电阻、分布电容与吸收回路都会形成一个典型的二阶电路，导致发射电流在末期会出现过冲，震荡等问题。对于此问题，目前采用的方法是，在负载线圈两端加上匹配电阻。
5.但是，目前增加匹配电阻的技术方案，其依据存在如下技术缺陷：匹配电阻阻值的选取过程中，人们仅关注负载线圈的内阻与分布电容，很少有人与实际电路结合进行计算，导致匹配电阻阻值不精确，使得匹配电阻的实际效果大打折扣。


技术实现要素：

6.本发明的目的之一在于提供一种可靠性高、应用效果好且实用性较好的rcd吸收回路的匹配电阻计算方法。
7.本发明的目的之二在于提供一种包括了所述rcd吸收回路的匹配电阻计算方法的瞬变电磁发射机。
8.本发明提供的这种rcd吸收回路的匹配电阻计算方法，包括如下步骤：
9.s1.确定rcd吸收回路的电路参数和工作状态；
10.s2.采用基尔霍夫定理，对rcd吸收回路的震荡阶段的状态进行分析，得到震荡微分方程；
11.s3.对步骤s2得到的震荡微分方程进行求解，得到rcd吸收回路的匹配电阻的理论值；
12.s4.将步骤s3得到的理论值与实际的标准电阻值进行对比，对rcd吸收回路的匹配电阻值进行调整，从而得到最终的rcd吸收回路的匹配电阻。
13.步骤s2所述的采用基尔霍夫定理，对rcd吸收回路的震荡阶段的状态进行分析，得到震荡微分方程，具体为采用如下方程式作为震荡微分方程：
[0014][0015]
式中c为rcd吸收回路的电容与负载线圈分布电容并联后的等效电容值；u(t)为开关管的等效电容两端的电压值；i(t)为负载线圈的电流值；r为rcd吸收回路的匹配电阻值；r为rcd吸收回路的电阻值；l为负载线圈的电感值。
[0016]
步骤s3所述的对步骤s2得到的震荡微分方程进行求解，得到rcd吸收回路的匹配电阻的理论值，具体为采用如下步骤进行求解并得到匹配电阻的理论值：
[0017]
a.列出震荡微分方程的特征方程为：
[0018][0019]
式中c为rcd吸收回路的电容与负载线圈分布电容并联后的等效电容值；u(t)为开关管的等效电容两端的电压值；i(t)为负载线圈的电流值；r为rcd吸收回路的匹配电阻值；r为rcd吸收回路的电阻值；l为负载线圈的电感值；
[0020]
b.列出步骤a的特征方程的判定式为
[0021]
c.令步骤b得到的判定式δ为0，从而得到rcd吸收回路的匹配电阻的理论值为或
[0022]
本发明还提供了一种瞬变电磁发射机，其包括了所述的rcd吸收回路的匹配电阻计算方法。
[0023]
本发明提供的这种rcd吸收回路的匹配电阻计算方法及瞬变电磁发射机，通过基尔霍夫定理进行定量计算，并根据实际情况进行调整，从而得到最优化匹配电阻阻值；因此本发明方法能够得到较为精确的匹配电阻值，而且可靠性高、应用效果好且实用性较好。
附图说明
[0024]
图1为本发明方法的方法流程示意图。
[0025]
图2为本发明方法所对应的rcd吸收回路的电路示意图。
[0026]
图3为本发明方法所对应的电路在电流下降沿时的电流示意图。
[0027]
图4为本发明方法所对应的电路在电流下降沿时的等效电路示意图。
[0028]
图5为本发明方法所对应的电路在电流下降沿时的电流震荡过程示意图。
具体实施方式
[0029]
如图1所示为本发明方法的方法流程示意图：本发明提供的这种rcd吸收回路的匹配电阻计算方法，包括如下步骤：
[0030]
s1.确定rcd吸收回路的电路参数和工作状态；如图2所示；
[0031]
该吸收电路适合大功率电路，特点是过电压抑制效果好，损耗低，关断时间短且线性度好。该电路主要由电容、电阻、二极管三部分构成。其中电容c1～c4的电容值相同，电阻r1～r4的阻值相同，开关管k1～k4为mos管，而ck1～ck4为mos管两端结电容，并假定dk1～dk4为mos管的反向二极管。工作时，先闭合k1和k4，在电流稳定的状态下关闭开关，得到关断波形，等到电流完全降为0之后，闭合k2和k3，重复上述操作，可得到双极性方波。关断波形如图3所示，从图中可以看出，下降波形尾端存在明显的震荡。但在实际运用中，并不希望出现电流过冲与震荡的现象，所以就需要加入匹配电阻，使关断波形在t1时刻直接降为0；
[0032]
s2.采用基尔霍夫定理，对rcd吸收回路的震荡阶段的状态进行分析，得到震荡微分方程；
[0033]
当mos管突然关闭时，负载线圈、负载线圈自身电阻、负载线圈自身分布电容、匹配电阻与吸收回路电容形成一个典型的二阶电路；由于吸收回路电容与负载线圈分布电容处于并联关系，可等效为一个电容，等效图如图4所示；
[0034]
因此，对电路进行分析，可以得到如下方程式作为震荡微分方程：
[0035][0036]
式中c为rcd吸收回路的电容与负载线圈分布电容并联后的等效电容值；u(t)为开关管的等效电容两端的电压值；i(t)为负载线圈的电流值；r为rcd吸收回路的匹配电阻值；r为rcd吸收回路的电阻值；l为负载线圈的电感值
[0037]
s3.对步骤s2得到的震荡微分方程进行求解，得到rcd吸收回路的匹配电阻的理论值；具体为采用如下步骤进行求解并得到匹配电阻的理论值：
[0038]
a.列出震荡微分方程的特征方程为：
[0039][0040]
式中c为rcd吸收回路的电容与负载线圈分布电容并联后的等效电容值；u(t)为开关管的等效电容两端的电压值；i(t)为负载线圈的电流值；r为rcd吸收回路的匹配电阻值；r为rcd吸收回路的电阻值；l为负载线圈的电感值；
[0041]
b.列出步骤a的特征方程的判定式为
[0042]
c.由二阶电路分析可得，当δ＞0时，负载线圈处于非振荡放电过程，此时关断时间被拉长；当δ＝0时，负载线圈处于临界状态，此时关断时间最短；当δ＜0时，负载线圈处于震荡放电过程，此时关断波形尾端出现震荡效果；等效图如图5所示；因此，令步骤b得到的判定式δ为0，从而得到rcd吸收回路的匹配电阻的理论值为或
[0043]
s4.将步骤s3得到的理论值与实际的标准电阻值进行对比，对rcd吸收回路的匹配电阻值进行调整，从而得到最终的rcd吸收回路的匹配电阻；具体实施时，首先舍弃计算得到的理论值中不合理的一个(比如为负数的一个)；然后，由于实际市场上的电阻，并非任何电阻值都有，因此需要根据实际情况，对理论值进行调整或者采用实际市场上现成的电阻进行串并联组合，从而得到最终的rcd吸收回路的匹配电阻。
[0044]
最后，本发明还提供了一种瞬变电磁发射机，该瞬变电磁发射机包括了所述的rcd吸收回路的电路，然后所述的rcd吸收回路的匹配电阻由上述的方法进行计算得到。