基于金属丝阵电爆炸的水中声源与冲击波源制造技术

本发明专利技术涉及一种基于金属丝阵电爆炸的水中声源与冲击波源，属于高电压放电与脉冲功率技术领域。通过高压脉冲电源模块产生所需的脉冲电流；丝阵电极包括高压电极与地电极，并设有专门刻槽以固定一定长度的金属丝或金属箔，丝阵电极与金属丝配合构成空间上具有一定几何结构的金属丝阵负载；将产生的脉冲电流通入置于水中的丝阵负载上，可以分别产生一组向内传播的冲击波和向外传播的冲击波；通过在丝阵内部放置反射体，可以将向内传播的冲击波反射，形成向外传播的第二组冲击波，最终形成向外传播的两组冲击波(声波脉冲)；本发明专利技术能够实现水下声波与冲击波的调制以及多冲击波(声波脉冲)序列的产生，对于工业生产和科研工作具有重大应用价值。

【技术实现步骤摘要】
基于金属丝阵电爆炸的水中声源与冲击波源
本专利技术涉及一种基于金属丝阵电爆炸的水中声源与冲击波源，属于高电压放电与脉冲功率

技术介绍
在高电压放电与脉冲功率
，水中放电伴随的冲击波效应在能源开发、地质勘探等领域具有广泛应用。将纤细的金属丝或箔片至于水中，并通入电流脉冲，金属丝迅速气化、电离，呈现爆炸与冲击波现象，被称为水中金属丝电爆炸。这是一种特殊的水中放电，具有较高的电能到冲击波能的能量转换效率，而且产生的冲击波高频分量丰富、稳定性好。因此，利用水中金属丝电爆炸冲击波的相关技术近年来受到越来越多关注。但是，水中金属丝电爆炸的冲击波产生依赖于金属丝的相变，在外施电脉冲的作用下，金属丝不断气化(爆炸)并伴随电离，导致爆炸产物电导率不断上升，阻碍能量进一步沉积，致使产生的冲击波衰减快、总能量低。研究发现，金属丝汽化过程对冲击波贡献显著，为产生特定储能下最强的冲击波，需要在确保负载完全汽化的前提下，使金属丝的质量尽可能大。然而，金属丝尺寸选取需考虑集肤效应、系统绝缘水平、磁流体不稳定性等因素，不可能无限制增加。因此，在不改变负载结构的前提下，水中金属丝电爆炸冲击波强度存在上限，冲击波参数调节范围有限。这严重制约了水中金属丝电爆炸的发展与应用，增加了相关工程应用的时间与设备成本。
技术实现思路
针对上述缺陷或不足，本专利技术的目的在于提供一种基于金属丝阵电爆炸的水中声源与冲击波源；该装置是一种更为灵活可控的水中冲击波源，采用多根金属丝并联组成在空间上具有一定结构的金属丝阵，通过脉冲电流驱动丝阵中的多根金属丝电爆炸，可以大大提高冲击波的强度与参数变化范围，并形成冲击波(声波脉冲)序列，对于水中冲击波源或声源的应用具有十分重要的意义。本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的：基于金属丝阵电爆炸的水中声源与冲击波源，包括：高压脉冲电源与金属丝阵负载，高压脉冲电源的高压输出端与金属丝阵负载的高压电极相连，高压脉冲电源的接地端与金属丝阵负载的地电极相连并接地，金属丝阵负载包括：金属丝/箔，金属丝/箔被用于通入脉冲电流并产生电爆炸，形成冲击波。上述高压脉冲电源提供脉冲电流的周期从ns尺度到ms尺度，电流幅值从0.01kA到100kA。具体的，金属丝阵负载包括高压电极、地电极和金属丝/箔，高压电极和地电极设有刻槽以固定金属丝/箔，金属丝/箔的两端分别固定在高压电极和地电极上，通过压片或焊锡固定。上述金属丝阵负载工作在水介质或其他液体介质环境中。上述水或其他液体介质可以为海洋、湖泊、油井下、实验室腔体内。上述金属丝阵负载固定在绝缘与固定结构上。上述金属丝阵负载层数可以为1～3层。进一步地，金属丝/箔包括两根以上的金属丝或一定尺寸的金属箔，单根金属丝或单个金属箔长度在0.05cm～100cm之间，单根金属丝直径或单个金属箔厚度在5um～1000um之间。进一步地，金属丝/箔材质可以为任意金属材质，也可以为碳，也可以为半导体材质，组成丝阵的多个金属丝/箔材料可以为同一种，也可以不同。进一步地，高压电极与地电极可以为直线型，与金属丝/箔组成水中平面型丝阵。进一步地，高压电极与地电极可以为圆、抛物线、椭圆线的一部分，与金属丝/箔组成水中曲面型丝阵。进一步地，高压电极与地电极可以为圆环型，与金属丝/箔组成水中柱形、锥形、球形、椭球形丝阵。进一步地，将球状、圆柱或圆锥状的反射体置入金属丝阵中或一侧，对丝阵电爆炸后向内传播的冲击波进行反射。进一步地，金属丝阵的特征尺寸在0.5cm～50cm。进一步地，反射体的材质可以为陶瓷、金属。进一步地，反射体的特征尺寸在0.5cm～50cm。本专利技术还公开了一种多冲击波(声波脉冲)序列的产生方法：1、本专利技术中，通过对称的柱形或球形丝阵，可以自然地产生2个向外传播的冲击波；2、本专利技术中，通过调节对称的柱形或球形丝阵的几何尺寸或内置反射体的尺寸，可以实现对两个冲击波时延的调制；3、本专利技术中，通过多层丝阵的嵌套，可以实现更多的冲击波序列。有益效果1、本专利技术的一种基于金属丝阵电爆炸的水中声源与冲击波源，通过在空间中预置具有一定几何形状的金属丝/箔，组成阵列，并在脉冲电流的作用下产生电爆炸，由于金属丝阵会产生多个冲击波，在一定范围内冲击波会得到增强，提高能量转换效率；2、本专利技术的一种基于金属丝阵电爆炸的水中声源与冲击波源，由于金属丝阵参数可调，将在更大范围内改变冲击波的参数，为水中冲击波参数调制带来便利；3、本专利技术的一种基于金属丝阵电爆炸的水中声源与冲击波源，通过改变金属丝的空间位置与结构，可以实现任意形状的冲击波源；4、本专利技术的一种基于金属丝阵电爆炸的水中声源与冲击波源，丝阵电爆炸将会产生两个以上的多冲击波(声波脉冲)序列，这是其他形式水中放电不具备的。附图说明图1为本专利技术基于金属丝阵电爆炸的水中声源与冲击波源几种典型丝阵负载结构示意图；图2为本专利技术基于金属丝阵电爆炸的水中声源与冲击波源装置结构示意图。图中，1—高压脉冲电源，2—高压连接线，3—接地连接线，4—高压电极，5—反射体，6—金属丝/箔，7—地电极，8—液体介质容器。图3为冲击波产生过程示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做详细描述。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“金属丝/箔”在本专利技术的描述中，金属丝一般指导电的细长条状结构，成分可以是金属、复合材料或半导体等非绝缘材质，金属箔一般是片状。由此，术语“金属丝阵”或“金属丝阵负载”包含两个以上金属丝或一片以上的金属箔。在本专利技术的描述中，“金属丝阵负载”指的是高压电极、地电极与金属丝/箔三部分的统称。在本专利技术的描述中，“反射体”指的是具有一定硬度的材料，可以是陶瓷类、金属类，也可以是实验室中动态高压加载试验的靶。在本专利技术的描述中，用于描述冲击波方向时，“向内”“向外”对于具有球面或柱面拓扑结构的丝阵而言是明确的，当丝阵不能组成完整的球面或柱面拓扑结构时，向内指的是靠近反射体的一侧，向外指的是另一侧。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”“安装”“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。相应地，“连接线”可以是具体的线缆，也可以是机械结构等，起到电气与机械连接的作用。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。如图2所示，本专利技术提供了一种基于金属丝阵电爆炸的水中声源与冲击波源，包括：具有高压输出和接地两个输出端的高压脉冲电源1，高压连接线2，接地连接线3，高压电极4，反射体5，金属丝/箔6，地电极7，液体介质容器8。其中高压脉冲电源1的高压输出端经过高压连接线2与高压电极4相连，高压脉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于金属丝阵电爆炸的水中声源与冲击波源，其特征在于：包括：高压脉冲电源、高压连接线、接地连接线、反射体、金属丝阵负载和液体介质容器；所述金属丝阵包括高压电极、地电极和金属丝/箔，金属丝/箔的两端分别固定在高压电极和地电极上；反射体置于金属丝阵中心或一侧，对丝阵电爆炸后向内传播的冲击波进行反射；金属丝阵和反射体整体置于液体介质容器中；高压脉冲电源的高压输出端通过高压连接线与金属丝阵的高压电极相连，高压脉冲电源的接地端通过接地连接线与金属丝阵的地电极相连并接地；金属丝/箔被用于通入脉冲电流并产生电爆炸，形成水中声波脉冲或冲击波。/n

【技术特征摘要】
1.基于金属丝阵电爆炸的水中声源与冲击波源，其特征在于：包括：高压脉冲电源、高压连接线、接地连接线、反射体、金属丝阵负载和液体介质容器；所述金属丝阵包括高压电极、地电极和金属丝/箔，金属丝/箔的两端分别固定在高压电极和地电极上；反射体置于金属丝阵中心或一侧，对丝阵电爆炸后向内传播的冲击波进行反射；金属丝阵和反射体整体置于液体介质容器中；高压脉冲电源的高压输出端通过高压连接线与金属丝阵的高压电极相连，高压脉冲电源的接地端通过接地连接线与金属丝阵的地电极相连并接地；金属丝/箔被用于通入脉冲电流并产生电爆炸，形成水中声波脉冲或冲击波。


2.如权利要求1所述的基于金属丝阵电爆炸的水中声源与冲击波源，其特征在于：所述高压电极和地电极设有刻槽以固定金属丝/箔。


3.如权利要求1所述的基于金属丝阵电爆炸的水中声源与冲击波源，其特征在于：金属丝/箔包括两根以上的金属丝或一定尺寸的金属箔，单根金属丝或单个金属箔长度在0.05cm～100cm之间，单根金属丝直径或单个金属箔厚度在5um～1000um之间。


4.如权利要求1所述的基于金属丝阵电爆炸的水中声源与冲击波源，其特征在于：所述金属丝/箔材质包括碳和半导体材质，组成丝阵的多个金属丝/箔材料为同一种类或者不同种...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩若愚，欧阳吉庭，李琛，朱婉莹，王嫚屿，徐桂滋，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11