地面核爆炸电磁脉冲复合环境模拟系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种地面核爆炸电磁脉冲复合环境模拟系统，系统包括磁场控制电路、电场控制电路和磁场线圈，磁场控制电路经第一延时电路与磁场线圈一端连通，控制磁场线圈内产生脉冲磁场环境，磁场线圈另一端依次经罗氏线圈、信号采集电路、信号调理电路、第二延时电路与电场控制电路连通，在磁场线圈内部产生均匀场试验空间，辐射天线包围均匀场试验空间，电场控制电路与辐射天线连接，在辐射天线空间内产生脉冲强电场环境。本实用新型专利技术真实有效模拟地面核爆炸产生的电磁脉冲电场和磁场辐射环境，实现地面核爆炸电磁脉冲复合场环境模拟。

Ground nuclear explosion electromagnetic pulse composite environment simulation system

The utility model discloses an electromagnetic pulse compound environment simulation system for ground nuclear explosion, which comprises a magnetic field control circuit, an electric field control circuit and a magnetic field coil. The magnetic field control circuit is connected with one end of the magnetic field coil through the first delay circuit to control the pulse magnetic field environment in the magnetic field coil, and the other end of the magnetic field coil is in turn. Through Roche coil, signal acquisition circuit, signal conditioning circuit, second delay circuit and electric field control circuit, uniform field test space is generated in magnetic field coil, radiation antenna surrounds uniform field test space, electric field control circuit is connected with radiation antenna, and pulse electric field environment is generated in radiation antenna space. The utility model can truly and effectively simulate the electromagnetic pulse electric field and magnetic field radiation environment generated by the ground nuclear explosion, and realize the simulation of the electromagnetic pulse compound field environment of the ground nuclear explosion.

【技术实现步骤摘要】
地面核爆炸电磁脉冲复合环境模拟系统
本技术涉及电磁环境模拟领域，具体涉及一种地面核爆炸电磁脉冲复合环境模拟系统。
技术介绍
由于爆炸环境的极度不对称性，核武器地面爆炸时，能在地表产生磁感应强度峰值达数百高斯、脉冲持续时间达到毫秒级、主能谱范围在10Hz～100kHz之间的低频低阻抗脉冲强磁场，其产生的电场上升时间10~100ns、半波宽度1ms、强度高达100kV/m。地面核爆炸电磁脉冲具有强度高、能量大、频率低、持续时间长等特点，不仅能够直接对暴露在辐射场内的电磁敏感设备造成严重损伤，而且对岩土介质的穿透能力极强，能够穿透防护结构层进入到工程内部，干扰或损伤工程内部的电子设备和系统，对所有辐射范围内的设备均构成了严重威胁。因此，研究地面核爆炸电磁脉冲的效应及其防护技术非常重要。然而，目前对地面核爆炸电磁脉冲电场或磁场的研究相对较少，且不够系统。对地面核爆炸电磁脉冲磁场的研究已有相关报道，但研究仅限于小型的设备或器件，缺乏大尺寸模拟源相关研究；而对于地面核爆炸电磁脉冲电场的研究尚未见到公开报道。特别的，对于电磁脉冲电场和磁场复合效应研究也未涉及。根据电磁场传播理论，电场和磁场是同时存在同时作用的，但考虑到远场环境下电场和磁场需满足固定阻抗关系，这使得实际电磁场复合环境的模拟不太现实。然而，对于地面核爆炸源区而言，其电磁场环境十分复杂，并不存在严格意义上的固定阻抗关系，其电场和磁场环境可以单独模拟同时存在，这为模拟地面核爆炸源区电磁脉冲复合环境提供了可能。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种地面核爆炸电磁脉冲复合环境模拟系统，该系统保证真实有效模拟地面核爆炸产生的电磁脉冲电场和磁场辐射环境，实现地面核爆炸电磁脉冲复合场环境模拟。为解决上述技术问题，本技术所采取的技术方案是：一种地面核爆炸电磁脉冲复合环境模拟系统，其特征在于包括磁场控制电路、电场控制电路和磁场线圈，所述磁场控制电路经第一延时电路与磁场线圈一端连通，控制磁场线圈内产生脉冲磁场环境，磁场线圈另一端依次经罗氏线圈、信号采集电路、信号调理电路、第二延时电路与电场控制电路连通，磁场线圈内部设置均匀场试验空间，磁场线圈内还设置平行线式辐射天线，其中辐射天线包围均匀场试验空间，电场控制电路与辐射天线连接，在辐射天线空间内产生脉冲强电场环境。对上述方案作进一步的补充说明，所述的电场控制电路包括高压充放电控制电路、直流高压充电电源、储能电容器组、高压放电开关、高功率负载和辐射天线，所述高压充放电控制电路包括充电控制电路和放电控制电路，充电控制电路通过控制线路连接直流高压充电电源控制充电电源的通断，放电控制电路通过控制线路连接高压放电开关以控制放电开关的通断完成放电过程；储能电容器组将电源能量储存，并利用高压放电开关的接通向辐射天线释放能量，从而在辐射天线空间内产生需要的脉冲强电场环境；高功率负载对释放能量的吸收，防止能量过大造成设备损坏。对上述方案作进一步的补充说明，所述脉冲强电场主要指标为：辐射场为双指数脉冲信号，脉冲上升沿不大于100ns，脉冲半高宽可调整至不小于1ms，电场强度可调整至不小于100kV/m。对上述方案作进一步的补充说明，所述磁场控制电路包括高压充放电控制电路、直流高压充电电源、储能电容器组、高压放电开关、高功率负载和磁场线圈，所述高压充放电控制电路包括充电控制电路和放电控制电路，充电控制电路通过控制线路连接直流高压充电电源控制充电电源的通断，放电控制电路通过控制线路连接高压放电开关以控制放电开关的通断完成放电过程；所述储能电容器组将电源能量储存，并利用高压放电开关的接通向磁场线圈释放能量，从而在磁场线圈内产生需要的脉冲磁场环境；所述高功率负载对释放能量的吸收，防止能量过大造成设备损坏。对上述方案作进一步的补充说明，所述脉冲磁场主要指标为：脉冲磁场波形为双指数脉冲，最高磁感应强度不小于30mT，脉冲上升时间不大于500μs，脉冲宽度不大于2ms。对上述方案作进一步的补充说明，所述均匀场试验空间不小于1.5m3。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本技术中的地面核爆炸电磁脉冲复合环境模拟系统，利用磁场模拟器和电场模拟器分别产生复合地面核爆炸电磁环境的磁场和电场环境，把产生电场的辐射天线设置于磁场线圈内部，实现电磁脉冲复合环境模拟，该系统可以单独模拟地面核爆炸电磁脉冲磁场辐射环境、电场辐射环境，也可以模拟地面核爆炸电磁脉冲复合场辐射环境。附图说明图1是本技术中地面核爆炸电磁脉冲复合环境模拟示意图；图2是地面核爆炸电磁脉冲复合环境模拟原理图；图3是地面核爆炸电磁脉冲磁场模拟原理图；图4是地面核爆炸电磁脉冲电场模拟原理图；图5地面核爆炸电磁脉冲复合环境模拟波形图；图6触发延时单元电路板；图7外部信号调理单元电路板；在图中：1、支撑木地板；2、磁场线圈；3、均匀场试验空间；4、辐射天线；5、罗氏线圈；6、信号采集电路；7、信号调理电路；8、第一延时电路，9、第二延时电路。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。附图1为地面核爆炸电磁脉冲复合环境模拟示意图，具体包括磁场控制电路、电场控制电路和磁场线圈2，磁场控制电路经第一延时电路8与磁场线圈2一端连通，控制磁场线圈2内产生脉冲磁场环境，磁场线圈2另一端依次经罗氏线圈5、信号采集电路6、信号调理电路7、第二延时电路9与电场控制电路连通，在磁场线圈2内部设置水平的支撑木地板1，支撑木地板1上部、与磁场线圈2之间留有足够的均匀场试验空间3，磁场线圈2内还设置平行线式辐射天线4，其中辐射天线4包围均匀场试验空间3，电场控制电路与辐射天线4连接，在辐射天线4空间内产生脉冲强电场环境。上述的支撑木地板1主要用于固定磁场线圈2和支撑辐射天线4。地面核爆炸电磁脉冲复合场模拟原理如图2所示，包括磁场模拟器、信号采集电路、信号调理电路、第二延时电路、电场模拟器、控制电路和第二延时电路，按照上述顺序依次连接，形成封闭控制环。其原理是利用磁场和电场模拟器分别产生复合地面核爆炸电磁环境的磁场和电场环境，相对于磁场信号，电场信号的上升沿时间较短，因此在磁场模拟器波形产生电路中加装信号采集电路，然后将采集到的信号传输到信号调理电路，对采集信号进行滤波等整形处理，并输出一定幅值的触发脉冲信号进入第二延时电路9。第二延时电路9可进行延时时间设置实现对触发脉冲信号的延时，经过固定延时后的触发脉冲信号触发电场模拟器产生地面核爆炸电磁脉冲电场环境。考虑到模拟器动作时间和开关抖动时间的存在，在磁场模拟器控制电路触发脉冲信号输出端增加第一延时电路8，用于调整磁场波形的产生时间。辐射天线4位于磁场线圈2内部，从而实现磁场和电场的复合模拟。控制电路分为独立的两套控制电路，包括磁场模拟器控制电路和电场模拟器控制电路，其作用如同图3和图4中的高压充放电控制单元。地面核爆炸电磁脉冲磁场模拟原理如图3所示，包括高压充放电控制电路、直流高压充电电源、储能电容器组、高压放电开关、高功率负载和磁场线圈。高压充放电控制电路包括充电控制电路和放电控制电路，充电控制电路通过控制线路连接直流高压充电电源控制充电电源的通断，放电控制电路通过控制线路连接高压放电开关以控制放电开关的通断完成放电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地面核爆炸电磁脉冲复合环境模拟系统，其特征在于包括磁场控制电路、电场控制电路和磁场线圈（2），所述磁场控制电路经第一延时电路（8）与磁场线圈（2）一端连通，控制磁场线圈（2）内产生脉冲磁场环境，磁场线圈（2）另一端依次经罗氏线圈（5）、信号采集电路（6）、信号调理电路（7）、第二延时电路（9）与电场控制电路连通，磁场线圈（2）内部设置均匀场试验空间（3），磁场线圈（2）内还设置平行线式辐射天线（4），其中辐射天线（4）包围均匀场试验空间（3），电场控制电路与辐射天线（4）连接，在辐射天线（4）空间内产生脉冲强电场环境。

【技术特征摘要】
1.一种地面核爆炸电磁脉冲复合环境模拟系统，其特征在于包括磁场控制电路、电场控制电路和磁场线圈（2），所述磁场控制电路经第一延时电路（8）与磁场线圈（2）一端连通，控制磁场线圈（2）内产生脉冲磁场环境，磁场线圈（2）另一端依次经罗氏线圈（5）、信号采集电路（6）、信号调理电路（7）、第二延时电路（9）与电场控制电路连通，磁场线圈（2）内部设置均匀场试验空间（3），磁场线圈（2）内还设置平行线式辐射天线（4），其中辐射天线（4）包围均匀场试验空间（3），电场控制电路与辐射天线（4）连接，在辐射天线（4）空间内产生脉冲强电场环境。2.根据权利要求1所述的地面核爆炸电磁脉冲复合环境模拟系统，其特征在于所述的电场控制电路包括高压充放电控制电路、直流高压充电电源、储能电容器组、高压放电开关、高功率负载和辐射天线，所述高压充放电控制电路包括充电控制电路和放电控制电路，充电控制电路通过控制线路连接直流高压充电电源控制充电电源的通断，放电控制电路通过控制线路连接高压放电开关以控制放电开关的通断完成放电过程；储能电容器组将电源能量储存，并利用高压放电开关的接通向辐射天线释放能量，从而在辐射天线空间内产生需要的脉冲强电场环境；高功率负载对释放能量的吸收，防止能量过大造成设备损坏。3....

【专利技术属性】
技术研发人员：熊久良，刘锋，李跃波，潘征，杨杰，闫民华，何为，黄刘宏，张耀辉，
申请(专利权)人：中国人民解放军六一四八九部队，
类型：新型
国别省市：河南,41