專利名稱：組合式電火花脈沖聲源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于脈沖功率技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及用高壓脈沖放電產(chǎn)生脈沖聲源的裝置。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著海洋戰(zhàn)略意義的提升與海洋開發(fā)需求的日益增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)外研究者越來(lái)越重 視對(duì)大功率脈沖聲源的研究與開發(fā)。性能良好的大功率脈沖聲源可以滿足水下遠(yuǎn)程通信、儀
器遙控、海域監(jiān)視、海洋勘測(cè)、氣象研究與生物保護(hù)等領(lǐng)域的應(yīng)用需求。
目前大多數(shù)聲源均采用壓電換能器進(jìn)行發(fā)射，它是利用PZT壓電陶瓷、磁致伸縮、鐵電 單晶等電聲換能器將電能轉(zhuǎn)換為聲能。由于發(fā)射功率受到工作頻率、功率容量、空化、材料、 工藝等因素的限制，其發(fā)射聲源級(jí)較低，難以滿足這些領(lǐng)域的應(yīng)用要求。
電火花聲源作為一種大功率脈沖聲源，與其他脈沖聲源(如可控聲源、超聲波聲源、重 錘聲源、氣槍聲源、炸藥聲源)相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全、能量易于控制和調(diào)節(jié)、激發(fā)時(shí) 間準(zhǔn)確、施工效率高，功率大等優(yōu)點(diǎn)，已在地質(zhì)勘探中得到廣泛應(yīng)用，如中國(guó)科學(xué)院電工研 究所研制的海洋及陸地電火花聲源(最高儲(chǔ)能達(dá)600kJ)，荷蘭Geo-resources公司的20kJ 多電極海洋高分辨率電火花聲源等，美國(guó)專利3347336, 3268028， 3356178，中國(guó)專利 85103629， 01233188. 0等。其工作原理是將儲(chǔ)存在高壓電容器組中的能量通過(guò)高壓放電開關(guān)、 放電電極快速在水中釋放產(chǎn)生強(qiáng)大的脈沖聲壓力波，再通過(guò)接收聲波在地層中的反射信號(hào)并 經(jīng)過(guò)處理后可獲得地層的分布情況，如油氣、煤炭和其它礦產(chǎn)資源的分布等。
已有的國(guó)內(nèi)外專利裝置均為單一的聲源放電，放電產(chǎn)生的聲波脈沖的基頻不可調(diào)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種組合式電火花脈沖聲源，采用多個(gè)模塊以一定的時(shí)序進(jìn)行組合 放電，放電脈沖的脈寬和間隔可控，放電后產(chǎn)生的聲波脈沖的基頻可在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)， 以滿足不同的應(yīng)用需求。
本發(fā)明組合式電火花聲源，包括高壓充電電源、儲(chǔ)能與放電模塊、時(shí)序脈沖發(fā)生器、傳 輸線和放電電極。高壓充電電源用來(lái)給儲(chǔ)能與放電模塊充電。儲(chǔ)能與放電模塊用來(lái)進(jìn)行電能 的儲(chǔ)存和釋放，模塊個(gè)數(shù)可根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)合來(lái)選取，每個(gè)模塊由脈沖電容器、放電開關(guān)和 續(xù)流二極管組成。時(shí)序脈沖發(fā)生器可產(chǎn)生多路獨(dú)立的觸發(fā)脈沖信號(hào)，用來(lái)觸發(fā)放電開關(guān)的導(dǎo) 通，任意兩路觸發(fā)信號(hào)間的時(shí)間間隔可獨(dú)立調(diào)節(jié)。傳輸線用來(lái)連接放電開關(guān)和放電電極，放 電電極采用帶反射體的同軸電極，反射體可為拋物面或橢球面。本發(fā)明的積極效果是
1本發(fā)明組合式電火花聲源能量大，能夠產(chǎn)生低頻、高聲源級(jí)的聲脈沖信號(hào)，可用于 陸地和海洋中深層地震勘探、水下遠(yuǎn)程通信等應(yīng)用要求。
2通過(guò)調(diào)節(jié)各觸發(fā)脈沖的時(shí)間間隔使多個(gè)模塊按一定時(shí)序組合放電后產(chǎn)生的聲波基頻 可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，滿足特定的應(yīng)用需求。
3放電電極的反射體結(jié)構(gòu)可使放電產(chǎn)生的聲波具有匯集與定向功能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率 高、指向性強(qiáng)。


圖l是本發(fā)明組合式電火花聲源組成示意圖，圖中l(wèi)高壓充電電源，2儲(chǔ)能與放電模 塊，3時(shí)序脈沖發(fā)生器，4傳輸線，5放電電極。
圖2是儲(chǔ)能與放電模塊電路結(jié)構(gòu)圖，圖中3時(shí)序脈沖發(fā)生器，4傳輸線，6儲(chǔ)能電容 器，7放電開關(guān)，8續(xù)流二極管。
圖3是放電電極結(jié)構(gòu)示意圖，9傳輸線內(nèi)導(dǎo)體，10傳輸線內(nèi)絕緣，11傳輸線外導(dǎo)體， 12傳輸線外絕緣，13反射體，14低壓電極15電極絕緣，16高壓電極。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的內(nèi)容。
如圖l所示本發(fā)明包括高壓充電電源l，儲(chǔ)能與放電模塊2，時(shí)序脈沖發(fā)生器3，傳輸 線4和放電電極5。高壓充電電源1用來(lái)給儲(chǔ)能與放電模塊2充電。儲(chǔ)能與放電模塊2用來(lái) 進(jìn)行電能的儲(chǔ)存和釋放，儲(chǔ)能與放電模塊2的個(gè)數(shù)可根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)合來(lái)選取，每個(gè)儲(chǔ)能與 放電模塊2包括脈沖電容器3，放電開關(guān)7和續(xù)流二極管8組成。時(shí)序脈沖發(fā)生器3可產(chǎn)生 多路獨(dú)立的觸發(fā)脈沖信號(hào)，用來(lái)觸發(fā)放電開關(guān)7的導(dǎo)通，任意兩路觸發(fā)信號(hào)間的時(shí)間間隔可 獨(dú)立調(diào)節(jié)。傳輸線4用來(lái)連接放電開關(guān)7和放電電極5，放電電極5采用帶反射體的同軸電 極，反射體可為拋物面或橢球面。
圖2是儲(chǔ)能與放電模塊2的電路結(jié)構(gòu)圖，儲(chǔ)能與放電模塊2包括儲(chǔ)能電容器6，放電開 關(guān)7和續(xù)流二極管8。儲(chǔ)能電容器6儲(chǔ)存電能，續(xù)流二極管8用來(lái)進(jìn)行放電電流波形的調(diào)節(jié)。 儲(chǔ)能電容器6的高壓端與放電開關(guān)7的正極相連，放電開關(guān)7的負(fù)極與續(xù)流二極管8的陰極 相連后與傳輸線4的內(nèi)導(dǎo)體連接，儲(chǔ)能電容器6的低壓端與續(xù)流二極管8的陽(yáng)極相連后與傳 輸線4的外導(dǎo)體連接。時(shí)序脈沖發(fā)生器3用來(lái)控制放電的時(shí)序。時(shí)序脈沖發(fā)生器3采用復(fù)雜 可編程邏輯器件(CPLD,集成芯片)，輸出多路獨(dú)立的觸發(fā)脈沖信號(hào)，每路觸發(fā)信號(hào)分別與儲(chǔ) 能與放電模塊2中放電開關(guān)7的觸發(fā)極和負(fù)極相連。
圖3是本發(fā)明放電電極結(jié)構(gòu)示意圖。由傳輸線內(nèi)導(dǎo)體9，傳輸線內(nèi)絕緣IO，傳輸線外導(dǎo)體ll，傳輸線外絕緣12，反射體13，低壓電極14，電極絕緣15，高壓電極16組成。傳輸 線是一段高壓同軸電纜，由電纜生產(chǎn)廠家按要求制作。其內(nèi)導(dǎo)體9，內(nèi)絕緣IO，外導(dǎo)體ll， 外絕緣12為同軸結(jié)構(gòu)，其中心線位于同一軸線上，從內(nèi)到外依次為內(nèi)導(dǎo)體9，內(nèi)絕緣IO， 外導(dǎo)體11和外絕緣12。高壓電極16采用金屬材料例如黃銅制成， 一端與傳輸線內(nèi)導(dǎo)體9 連接，另一端位于反射體13的焦點(diǎn)處。電極絕緣15采用絕緣材料如聚四氟乙烯制成，套在 高壓電極16外，低壓電極14由不銹鋼制成，套在電極絕緣15外，并與傳輸線外導(dǎo)體ll相 連接。反射體13由金屬材料例如不銹鋼制成， 一端加工成內(nèi)凹半橢球面或拋物面，與低壓 電極14采用螺紋或焊接方式連接。反射體13,低壓電極14，電極絕緣15，高壓電極16的 中心線位于同一軸線上。本發(fā)明具體實(shí)施例如下聲源最大儲(chǔ)能160千焦耳，分為8組，每 組20千焦耳，連續(xù)可調(diào)，高壓電源充電速率20千焦耳/秒，時(shí)序脈沖發(fā)生器可產(chǎn)生8路觸發(fā) 脈沖，觸發(fā)脈沖之間的間隔可以在O至IOOO毫秒調(diào)節(jié)。
本發(fā)明工作過(guò)程如下高壓充電電源1給儲(chǔ)能與放電模塊2充電到預(yù)置值，時(shí)序脈沖發(fā) 生器3發(fā)出多路不同時(shí)間間隔的觸發(fā)脈沖信號(hào)，觸發(fā)儲(chǔ)能與放電模塊2的放電開關(guān)導(dǎo)通，儲(chǔ) 能電容器儲(chǔ)存的電能通過(guò)傳輸線4和放電電極5在水中釋放，并產(chǎn)生高強(qiáng)度脈沖聲波。通過(guò) 調(diào)節(jié)觸發(fā)脈沖的時(shí)間間隔可使儲(chǔ)能與放電模塊2按照一定的時(shí)序進(jìn)行放電，使放電產(chǎn)生的聲 波基頻可在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。放電電極的反射體13用來(lái)將放電產(chǎn)生的聲波進(jìn)行匯集與定 向。
本發(fā)明作為脈沖聲源可應(yīng)用于陸地、海洋地震勘探和水下遠(yuǎn)程通信等領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1、一種組合式電火花聲源，其特征在于包括高壓充電電源(1)，儲(chǔ)能與放電模塊(2)，時(shí)序脈沖發(fā)生器(3)，傳輸線(4)和放電電極(5)；高壓充電電源(1)給儲(chǔ)能與放電模塊(2)充電，儲(chǔ)能與放電模塊(2)用來(lái)儲(chǔ)存和釋放電能；時(shí)序脈沖發(fā)生器(3)產(chǎn)生多路獨(dú)立的觸發(fā)脈沖信號(hào)，用來(lái)觸發(fā)放電開關(guān)的導(dǎo)通，任意兩路觸發(fā)信號(hào)間的時(shí)間間隔可獨(dú)立調(diào)節(jié)；傳輸線(4)連接放電開關(guān)和放電電極。
2、 按照權(quán)利要求l所述的組合式電火花聲源，其特征在于，儲(chǔ)能與放電模塊(2)包括 時(shí)序脈沖發(fā)生器(3)，傳輸線(4)，儲(chǔ)能電容器(6)，放電開關(guān)(7)和續(xù)流二極管(8); 儲(chǔ)能電容器(6)儲(chǔ)存電能，續(xù)流二極管(8)用來(lái)進(jìn)行放電電流波形的調(diào)節(jié)；時(shí)序脈沖發(fā)生 器(3)用來(lái)控制放電的時(shí)序；儲(chǔ)能電容器(6)的高壓端與放電開關(guān)(7)的正極相連，放 電開關(guān)(7)的負(fù)極與續(xù)流二極管(8)的陰極相連后與傳輸線(4)的內(nèi)導(dǎo)體(9)連接，儲(chǔ) 能電容器(6)的低壓端與續(xù)流二極管(8)的陽(yáng)極相連后與傳輸線(4)的外導(dǎo)體(11)連 接；時(shí)序脈沖發(fā)生器(3)輸出多路獨(dú)立的觸發(fā)脈沖信號(hào)，每路觸發(fā)信號(hào)分別與儲(chǔ)能與放電 模塊(2)中放電開關(guān)(7)的觸發(fā)極和負(fù)極相連。
3、 按照權(quán)利要求1所述的組合式電火花聲源，其特征在于，放電電極(5)采用帶反射 體的同軸電極，反射體可為拋物面或橢球面；放電電極(5)由傳輸線的內(nèi)導(dǎo)體(9)，傳輸 線的內(nèi)絕緣(10)，傳輸線的外導(dǎo)體(11)，傳輸線的外絕緣(12)，反射體(13)，低壓電極(14)，電極絕緣(15)，高壓電極(16)組成；高壓電極(16)采用金屬材料制成， 一端與 傳輸線內(nèi)導(dǎo)體(9)連接，另一端位于反射體(13)的焦點(diǎn)處；電極絕緣(15)采用絕緣材 料如聚四氟乙烯制成，套在高壓電極(16)夕卜，低壓電極(14)由不銹鋼制成，套在電極絕 緣(15)夕卜，并與傳輸線外導(dǎo)體(11)相連接；反射體(13)由金屬材料制成， 一端加工成 內(nèi)凹半橢球面或拋物面，與低壓電極(14)采用螺紋或焊接方式連接。反射體(13)、低壓 電極(14)、電極絕緣(15)及高壓電極(16)的中心線位于同一軸線上。
全文摘要
一種組合式電火花聲源，包括高壓充電電源(1)、儲(chǔ)能與放電模塊(2)、時(shí)序脈沖發(fā)生器(3)、傳輸線(4)和放電電極(5)。高壓充電電源(1)給儲(chǔ)能與放電模塊(2)充電到預(yù)置值，時(shí)序脈沖發(fā)生器(3)發(fā)出多路不同時(shí)間間隔的觸發(fā)脈沖信號(hào)，觸發(fā)儲(chǔ)能與放電模塊(2)的放電開關(guān)導(dǎo)通，儲(chǔ)能電容器儲(chǔ)存的電能通過(guò)傳輸線(4)和放電電極(5)在水中釋放。通過(guò)調(diào)節(jié)觸發(fā)脈沖的時(shí)間間隔可使儲(chǔ)能與放電模塊(2)按照一定的時(shí)序進(jìn)行放電，放電產(chǎn)生的聲波基頻可在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。
文檔編號(hào)G10K15/04GK101425290SQ20081023911
公開日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2008年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月9日
發(fā)明者萍 嚴(yán), 孫鷂鴻, 張群飛, 袁偉群, 雷開卓, 高迎慧 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電工研究所