电参数在线可调高功率脉冲形成线及电参数调节方法技术

本发明专利技术公开了一种电参数在线可调高功率脉冲形成线，目的是解决现有脉冲形成线核心参数无法调整造成的问题。本发明专利技术由脉冲形成线，混合液体介质容器，去离子水液体介质容器，乙醇液体介质容器，循环气泵、液体管道、介电常数测量仪、两个程控开关和处理模块构成。处理模块是安装有介电常数解算软件的计算机，介电常数解算软件从介电常数测量仪获得混合液体介质介电常数，从键盘接收实际应用环境所需的电长度和本征阻抗参数，通过计算与比较，控制两个程控开关调整混合溶液中去离子水和乙醇的比重，实现对电参数的在线调节。本发明专利技术可实现脉冲形成线电参数在线可调，解决环境适应性较差，研制周期长，生产成本高等问题。

【技术实现步骤摘要】
电参数在线可调高功率脉冲形成线及电参数调节方法
本专利技术涉及高功率脉冲驱动源
的脉冲形成线及其电参数调节方法，尤其是一种电参数在线可调高功率脉冲形成线及电参数调节方法。
技术介绍
高功率(大于100MW)脉冲驱动源技术是研究将能量以较低的功率储存起来，通过开关、脉冲调制等技术在很短的时间内把储存的能量释放给负载，从而在负载上获得具有特定波形的高功率电脉冲的技术。具有准方波波形的高功率电脉冲具有能量效率高，作用效果好等优点。近些年来，在高性能脉冲驱动源装置的应用牵引下，准方波高功率电脉冲在高功率微波、高能量脉冲激光、等离子体物理、冲击波发生器、材料表面改性、工业废气废水处理、生物医学以及食品杀菌消毒等众多重点领域获得了广泛的关注和快速的发展，并取得了丰硕的成果。脉冲形成线是高功率脉冲驱动源在负载上获得准方波电脉冲的核心部分，直接决定了驱动源的工作性能和应用前景。传统高功率(大于百兆瓦)脉冲驱动源中的脉冲形成线往往针对单一的应用需求，通常情况下，形成线决定的电长度、本征阻抗等电参数是无法调节的，当电参数需要调整时，只能根据应用环境重新设计加工。这一不足使得传统高功率脉冲驱动源进行应用环境变换时不具有普适性，研制周期长，产品更新慢、且生产成本高，在一定程度上限制了高功率脉冲驱动源技术的进一步应用。随着高功率脉冲驱动源技术应用领域的不断扩展，研究核心电参数能够在线调节的高功率脉冲驱动源符合该
的发展方向，具有广泛的应用前景。高功率脉冲形成线实质上为电传输线，能够实现电能的存储、传输和方波形成等功能。高功率脉冲形成线首先将电能储存在位于电传输线之间储能介质中，然后在理想闭合开关的作用下，以恒定的电压幅值传递给负载(负载阻抗与脉冲形成线本征阻抗相等)，并在负载上形成方波电脉冲。方波电脉冲的脉冲宽度由脉冲形成线的电长度决定。高功率脉冲形成线的储能介质通常由固体或液体介质构成，具有固定的介电常数εr，设计加工完成的高功率脉冲形成线具有唯一的电长度和本征阻抗。这一特点限制了脉冲形成线及高功率脉冲驱动源的应用范围，不利于该器件的进一步发展。高功率脉冲形成线的电长度可以表示为其中εr为脉冲形成线内储能介质的介电常数，l为脉冲形成线的机械长度，c为真空中的光速。可以看出，脉冲形成线的电长度与储能介质的介电常数εr呈正比二分之一次方关系，能够通过调节绝缘液体介质介电常数实现高功率脉冲形成线电长度的调节，从而使该器件可以适应更为广泛的应用领域。本征阻抗也是脉冲形成线的核心参数之一，同轴型脉冲形成线本征阻抗由公式(其中R1为内导体的外半径，R2为外导体的内半径)确定，平板型脉冲形成线本征阻抗由公式确定(其中，W为平板型脉冲形成线金属平板宽度，d为两金属平板之间距离)，卷绕型带状脉冲形成线本征阻抗可以表示为(其中，N为卷绕金属线的螺距，W1为卷绕型带状脉冲形成线的金属平板宽度)。可以看出，各种类型脉冲形成线的本征阻抗均与绝缘液体介质的介电常数εr呈反比二分之一次方关系，同样可以通过改变绝缘液体介质介电常数实现高功率脉冲形成线本征阻抗的调节，拓宽高功率脉冲驱动源应用范围。李嵩,钱宝良,杨汉武,等人在学术论文《Animprovedrolledstrippulseformingline》【SongLi,BaoliangQian,HanwuYang,etal.“Animprovedpulseformingline(李嵩,钱宝良,杨汉武,一种改进型卷绕型带状脉冲形成线,科学仪器评论,84卷,064704,页码1-6)”,ReviewofScientificInstruments,Vol.84,064704,pp:1-6】报道了一种基于固体绝缘薄膜(DMD膜)的卷绕型带状脉冲形成线，以下简称技术方案一。该脉冲形成线的结构如图1所示，主要由金属带1和DMD膜2组成。其中金属带1由下金属带3，中金属带4和上金属带5构成。下金属带3是由铜带制成，长度为22000mm、宽度为80mm、厚度为0.15mm。该金属带卷绕为涡旋状，基圆直径为110mm，螺距为5.25mm。中金属带4是由铜带制成，长度为22000mm、宽度为80mm、厚度为0.15mm。该金属带卷绕为涡旋状，基圆直径为115.1mm，螺距为5.25mm。上金属带5是由铜带制成，长度为22000mm、宽度为80mm、厚度为0.15mm。该金属带卷绕为涡旋状，基圆直径为120.2mm，螺距为5.25mm。DMD膜2由下DMD膜6，中DMD膜7和DMD膜8构成。其中下DMD膜6是由聚酯薄膜聚酯纤维纸复合材料制成，长度为23000mm、宽度为250mm、厚度为1.2mm(考虑到脉冲形成线本征阻抗和绝缘设计等要求，使用六张DMD膜叠放，每张厚度0.2mm)。该DMD膜卷绕为涡旋状，基圆直径为110.3mm，螺距为5.25mm。中DMD膜7是由聚酯薄膜聚酯纤维纸复合材料制成，长度为23000mm、宽度为250mm、厚度为1.2mm(考虑到脉冲形成线本征阻抗和绝缘设计等要求，使用六张DMD膜叠放，每张厚度0.2mm)。该DMD膜卷绕为涡旋状，基圆直径为115.4mm，螺距为5.25mm。上DMD膜8是由聚酯薄膜聚酯纤维纸复合材料制成，长度为23000mm、宽度为250mm、厚度为0.4mm(考虑到脉冲形成线本征阻抗和绝缘设计等要求，使用两张DMD膜叠放，每张厚度0.2mm)。该DMD膜卷绕为涡旋状，基圆直径为120.5mm，螺距为5.25mm。高功率脉冲形成线总体呈圆筒形状，由内到外的顺序依次为下金属带3-下DMD膜6-中金属带4-中DMD膜7-上金属带5-上DMD膜8，卷绕后圆筒内直径为110mm，外直径为230mm，轴向长度为250mm。该高功率脉冲形成线使用固体绝缘薄膜(DMD膜)作为储能介质，由于这种材料的介电常数为2.3，无法更改，因此脉冲形成线的电长度和本征阻抗均为固定值，只能适应一种阻值确定的假负载，应用范围受到限制。刘振祥,张建德,等人在学术论文《螺旋线型水介质长脉冲形成线的设计和改进》【强激光与粒子束,2006,Vol.18,No.12,pp:2078-2081】报道了一种基于去离子水介质的螺旋形脉冲形成线，以下简称技术方案二。该脉冲形成线的结构如图2所示，主要由外筒9，内导体10，前端支撑板11，后端支撑板12，闭合开关13、介质输入口14、介质输出口15和去离子水介质16组成，前端指靠近闭合开关13的一端，后端指远离闭合开关13的一端。外筒9由一段内半径190mm，外半径200mm，轴向长度为1100mm的不锈钢圆管制成。在外筒9的后端下侧距离后端面50mm处打直径为20mm通孔，并在相应位置焊接介质输入口14(一段内、外直径分别为20mm和30mm，长度为30mm的金属圆管)。在外筒9的前端上侧距离前端面50mm处打直径为20mm通孔，并在相应位置焊接介质输出口15(一段内、外直径分别为20mm和30mm，长度为30mm的金属圆管)。内导体10由外半径为100mm，轴向长度为800mm的不锈钢圆柱制成。在其前端面焊接直径为30mm，长度为60mm的金属圆柱体凸台17，便于连接和支撑。在其后端面焊接直径为30mm，长度为55mm的金属圆柱体凸台18，便于连本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电参数在线可调高功率脉冲形成线，其特征在于电参数在线可调高功率脉冲形成线由脉冲形成线(23)，混合液体介质容器(24)，去离子水液体介质容器(25)，乙醇液体介质容器(26)，循环气泵(27)、液体管道(28)、介电常数测量仪(29)、第一程控开关(30)、第二程控开关(31)和处理模块(32)构成；脉冲形成线(23)与混合液体介质容器(24)通过液体管道(28)相连；去离子水液体介质容器(25)与混合液体介质容器(24)通过液体管道(28)相连；乙醇液体介质容器(26)与混合液体介质容器(24)通过液体管道(28)相连；循环气泵(27)与混合液体介质容器(24)通过液体管道(28)相连；脉冲形成线(23)与循环气泵(27)通过液体管道(28)相连；液体管道(28)材质具有密封性；脉冲形成线(23)是单脉冲形成线或Blumlein型脉冲形成线；在脉冲形成线(23)正下侧钻孔作为脉冲形成线储能介质输入口，通过液体管道(28)与混合液体介质容器(24)相连，在脉冲形成线(23)正上侧钻孔作为脉冲形成线储能介质输出口，通过液体管道(28)与循环气泵(27)相连；混合液体介质容器(24)是任意形状密闭的容器，存储按照应用需求混合好的液体介质，混合液体介质容器(24)正上侧留有第一圆形透气孔(33)，混合液体介质容器(24)上端钻4个圆形孔，分别通过液体管道(28)与脉冲形成线(23)、去离子水液体介质容器(25)、乙醇液体介质容器(26)和循环气泵(27)密封连接；去离子水液体介质容器(25)是任意形状密闭的容器，存储纯净的去离子水介质，去离子水液体介质容器(25)正上侧留有第二圆形透气孔(34)，去离子水液体介质容器(25)下端挖孔作为离子水液体介质的输出口，通过液体管道(28)与混合液体介质容器(24)密封连接；在去离子水液体介质容器(25)输出口和液体管道(28)之间安装第一程控开关(30)，第一程控开关(30)通过光纤或电缆与处理模块(32)连接；乙醇液体介质容器(26)是任意形状密闭的容器，存储纯净的乙醇液体介质，乙醇液体介质容器(26)上端留有第三圆形透气孔(35)，乙醇液体介质容器(26)下端挖孔作为乙醇液体介质的输出口，并通过液体管道(28)与混合液体介质容器(24)密封连接；在乙醇液体介质容器(26)输出口和液体管道(28)之间安装第二程控开关(31)，第二程控开关(31)通过光纤或电缆与处理模块(32)连接；在混合液体介质容器(24)内部嵌入介电常数测量仪(29)，介电常数测量仪(29)通过光纤或电缆与处理模块(32)连接；处理模块(32)是安装有介电常数解算软件的计算机，通过光纤或电缆与介电常数测量仪(29)、第一程控开关(30)和第二程控开关(31)进行实时数据交换；介电常数解算软件从介电常数测量仪(29)获得混合液体介质介电常数，从键盘接收实际应用环境所需脉冲形成线(23)的电长度和本征阻抗参数，通过计算与比较，控制第一程控开关(30)、第二程控开关(31)调整混合溶液中去离子水溶液和乙醇溶液的比重，进而实现对高功率脉冲形成线电参数的在线调节。...

【技术特征摘要】
1.一种电参数在线可调高功率脉冲形成线，其特征在于电参数在线可调高功率脉冲形成线由脉冲形成线(23)，混合液体介质容器(24)，去离子水液体介质容器(25)，乙醇液体介质容器(26)，循环气泵(27)、液体管道(28)、介电常数测量仪(29)、第一程控开关(30)、第二程控开关(31)和处理模块(32)构成；脉冲形成线(23)与混合液体介质容器(24)通过液体管道(28)相连；去离子水液体介质容器(25)与混合液体介质容器(24)通过液体管道(28)相连；乙醇液体介质容器(26)与混合液体介质容器(24)通过液体管道(28)相连；循环气泵(27)与混合液体介质容器(24)通过液体管道(28)相连；脉冲形成线(23)与循环气泵(27)通过液体管道(28)相连；液体管道(28)材质具有密封性；脉冲形成线(23)是单脉冲形成线或Blumlein型脉冲形成线；在脉冲形成线(23)正下侧钻孔作为脉冲形成线储能介质输入口，通过液体管道(28)与混合液体介质容器(24)相连，在脉冲形成线(23)正上侧钻孔作为脉冲形成线储能介质输出口，通过液体管道(28)与循环气泵(27)相连；混合液体介质容器(24)是任意形状密闭的容器，存储按照应用需求混合好的液体介质，混合液体介质容器(24)正上侧留有第一圆形透气孔(33)，混合液体介质容器(24)上端钻4个圆形孔，分别通过液体管道(28)与脉冲形成线(23)、去离子水液体介质容器(25)、乙醇液体介质容器(26)和循环气泵(27)密封连接；去离子水液体介质容器(25)是任意形状密闭的容器，存储纯净的去离子水介质，去离子水液体介质容器(25)正上侧留有第二圆形透气孔(34)，去离子水液体介质容器(25)下端挖孔作为离子水液体介质的输出口，通过液体管道(28)与混合液体介质容器(24)密封连接；在去离子水液体介质容器(25)输出口和液体管道(28)之间安装第一程控开关(30)，第一程控开关(30)通过光纤或电缆与处理模块(32)连接；乙醇液体介质容器(26)是任意形状密闭的容器，存储纯净的乙醇液体介质，乙醇液体介质容器(26)上端留有第三圆形透气孔(35)，乙醇液体介质容器(26)下端挖孔作为乙醇液体介质的输出口，并通过液体管道(28)与混合液体介质容器(24)密封连接；在乙醇液体介质容器(26)输出口和液体管道(28)之间安装第二程控开关(31)，第二程控开关(31)通过光纤或电缆与处理模块(32)连接；在混合液体介质容器(24)内部嵌入介电常数测量仪(29)，介电常数测量仪(29)通过光纤或电缆与处理模块(32)连接；处理模块(32)是安装有介电常数解算软件的计算机，通过光纤或电缆与介电常数测量仪(29)、第一程控开关(30)和第二程控开关(31)进行实时数据交换；介电常数解算软件从介电常数测量仪(29)获得混合液体介质介电常数，从键盘接收实际应用环境所需脉冲形成线(23)的电长度和本征阻抗参数，通过计算与比较，控制第一程控开关(30)、第二程控开关(31)调整混合溶液中去离子水溶液和乙醇溶液的比重，进而实现对高功率脉冲形成线电参数的在线调节。2.如权利要求1所述的电参数在线可调高功率脉冲形成线，其特征在于所述液体管道(28)的横截面为圆形，横截面面积为S，S>20cm2。3.如权利要求1所述的电参数在线可调高功率脉冲形成线，其特征在于所述脉冲形成线(23)是同轴型脉冲形成线、平板型脉冲形成线、卷绕型带状脉冲形成线。4.如权利要求1所述的电参数在线可调高功率脉冲形成线，其特征在于所述混合液体介质容器(24)的容积要求大于脉冲形成线(23)内储能介质容积的1.5倍；去离子水液体介质容器(25)的容积要求大于脉冲形成线(23)内储能介质容积的0.75倍；乙醇液体介质容器(26)的容积要求大于脉冲形成线(23)内储能介质容积的0.75倍。5.如权利要求1所述的电参数在线可调高功率脉冲形成线，其特征在于所述制备液体管道(28)、混合液体介质容器(24)材质均不能与去离子水液体和乙醇液体发生化学反应；制备去离子水液体介质容器(25)的材质不能与去离子水液体发生化学反应；制备乙醇液体介质容器(26)的材质不能与乙醇液体发生化学反应。6.如权利要求1所述的电参数在线可调高功率...

【专利技术属性】
技术研发人员：李嵩，高景明，杨汉武，钱宝良，阚江南，田希文，晏龙波，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43