组合式电火花脉冲声源的制作方法

专利名称：组合式电火花脉冲声源的制作方法
技术领域：
本发明属于脉冲功率技术领域，特别涉及用高压脉冲放电产生脉冲声源的装置。
背景技术：
近年来，随着海洋战略意义的提升与海洋开发需求的日益增长，国内外研究者越来越重 视对大功率脉冲声源的研究与开发。性能良好的大功率脉冲声源可以满足水下远程通信、仪
器遥控、海域监视、海洋勘测、气象研究与生物保护等领域的应用需求。
目前大多数声源均采用压电换能器进行发射，它是利用PZT压电陶瓷、磁致伸縮、铁电 单晶等电声换能器将电能转换为声能。由于发射功率受到工作频率、功率容量、空化、材料、 工艺等因素的限制，其发射声源级较低，难以满足这些领域的应用要求。
电火花声源作为一种大功率脉冲声源，与其他脉冲声源(如可控声源、超声波声源、重 锤声源、气枪声源、炸药声源)相比，具有结构简单、安全、能量易于控制和调节、激发时 间准确、施工效率高，功率大等优点，已在地质勘探中得到广泛应用，如中国科学院电工研 究所研制的海洋及陆地电火花声源(最高储能达600kJ)，荷兰Geo-resources公司的20kJ 多电极海洋高分辨率电火花声源等，美国专利3347336, 3268028， 3356178，中国专利 85103629， 01233188. 0等。其工作原理是将储存在高压电容器组中的能量通过高压放电开关、 放电电极快速在水中释放产生强大的脉冲声压力波，再通过接收声波在地层中的反射信号并 经过处理后可获得地层的分布情况，如油气、煤炭和其它矿产资源的分布等。
已有的国内外专利装置均为单一的声源放电，放电产生的声波脉冲的基频不可调节。

发明内容
本发明的目的是提供一种组合式电火花脉冲声源，采用多个模块以一定的时序进行组合 放电，放电脉冲的脉宽和间隔可控，放电后产生的声波脉冲的基频可在一定的范围内调节， 以满足不同的应用需求。
本发明组合式电火花声源，包括高压充电电源、储能与放电模块、时序脉冲发生器、传 输线和放电电极。高压充电电源用来给储能与放电模块充电。储能与放电模块用来进行电能 的储存和释放，模块个数可根据不同应用场合来选取，每个模块由脉冲电容器、放电开关和 续流二极管组成。时序脉冲发生器可产生多路独立的触发脉冲信号，用来触发放电开关的导 通，任意两路触发信号间的时间间隔可独立调节。传输线用来连接放电开关和放电电极，放 电电极采用带反射体的同轴电极，反射体可为抛物面或椭球面。本发明的积极效果是
1本发明组合式电火花声源能量大，能够产生低频、高声源级的声脉冲信号，可用于 陆地和海洋中深层地震勘探、水下远程通信等应用要求。
2通过调节各触发脉冲的时间间隔使多个模块按一定时序组合放电后产生的声波基频 可在一定范围内调节，满足特定的应用需求。
3放电电极的反射体结构可使放电产生的声波具有汇集与定向功能，结构简单、效率 高、指向性强。


图l是本发明组合式电火花声源组成示意图，图中l高压充电电源，2储能与放电模 块，3时序脉冲发生器，4传输线，5放电电极。
图2是储能与放电模块电路结构图，图中3时序脉冲发生器，4传输线，6储能电容 器，7放电开关，8续流二极管。
图3是放电电极结构示意图，9传输线内导体，10传输线内绝缘，11传输线外导体， 12传输线外绝缘，13反射体，14低压电极15电极绝缘，16高压电极。
具体实施例方式
下面结合附图及具体实施方式
详细说明本发明的内容。
如图l所示本发明包括高压充电电源l，储能与放电模块2，时序脉冲发生器3，传输 线4和放电电极5。高压充电电源1用来给储能与放电模块2充电。储能与放电模块2用来 进行电能的储存和释放，储能与放电模块2的个数可根据不同应用场合来选取，每个储能与 放电模块2包括脉冲电容器3，放电开关7和续流二极管8组成。时序脉冲发生器3可产生 多路独立的触发脉冲信号，用来触发放电开关7的导通，任意两路触发信号间的时间间隔可 独立调节。传输线4用来连接放电开关7和放电电极5，放电电极5采用带反射体的同轴电 极，反射体可为抛物面或椭球面。
图2是储能与放电模块2的电路结构图，储能与放电模块2包括储能电容器6，放电开 关7和续流二极管8。储能电容器6储存电能，续流二极管8用来进行放电电流波形的调节。 储能电容器6的高压端与放电开关7的正极相连，放电开关7的负极与续流二极管8的阴极 相连后与传输线4的内导体连接，储能电容器6的低压端与续流二极管8的阳极相连后与传 输线4的外导体连接。时序脉冲发生器3用来控制放电的时序。时序脉冲发生器3采用复杂 可编程逻辑器件(CPLD,集成芯片)，输出多路独立的触发脉冲信号，每路触发信号分别与储 能与放电模块2中放电开关7的触发极和负极相连。
图3是本发明放电电极结构示意图。由传输线内导体9，传输线内绝缘IO，传输线外导体ll，传输线外绝缘12，反射体13，低压电极14，电极绝缘15，高压电极16组成。传输 线是一段高压同轴电缆，由电缆生产厂家按要求制作。其内导体9，内绝缘IO，外导体ll， 外绝缘12为同轴结构，其中心线位于同一轴线上，从内到外依次为内导体9，内绝缘IO， 外导体11和外绝缘12。高压电极16采用金属材料例如黄铜制成， 一端与传输线内导体9 连接，另一端位于反射体13的焦点处。电极绝缘15采用绝缘材料如聚四氟乙烯制成，套在 高压电极16外，低压电极14由不锈钢制成，套在电极绝缘15外，并与传输线外导体ll相 连接。反射体13由金属材料例如不锈钢制成， 一端加工成内凹半椭球面或抛物面，与低压 电极14采用螺纹或焊接方式连接。反射体13,低压电极14，电极绝缘15，高压电极16的 中心线位于同一轴线上。本发明具体实施例如下声源最大储能160千焦耳，分为8组，每 组20千焦耳，连续可调，高压电源充电速率20千焦耳/秒，时序脉冲发生器可产生8路触发 脉冲，触发脉冲之间的间隔可以在O至IOOO毫秒调节。
本发明工作过程如下高压充电电源1给储能与放电模块2充电到预置值，时序脉冲发 生器3发出多路不同时间间隔的触发脉冲信号，触发储能与放电模块2的放电开关导通，储 能电容器储存的电能通过传输线4和放电电极5在水中释放，并产生高强度脉冲声波。通过 调节触发脉冲的时间间隔可使储能与放电模块2按照一定的时序进行放电，使放电产生的声 波基频可在一定的范围内调节。放电电极的反射体13用来将放电产生的声波进行汇集与定 向。
本发明作为脉冲声源可应用于陆地、海洋地震勘探和水下远程通信等领域。
权利要求
1、一种组合式电火花声源，其特征在于包括高压充电电源(1)，储能与放电模块(2)，时序脉冲发生器(3)，传输线(4)和放电电极(5)；高压充电电源(1)给储能与放电模块(2)充电，储能与放电模块(2)用来储存和释放电能；时序脉冲发生器(3)产生多路独立的触发脉冲信号，用来触发放电开关的导通，任意两路触发信号间的时间间隔可独立调节；传输线(4)连接放电开关和放电电极。
2、 按照权利要求l所述的组合式电火花声源，其特征在于，储能与放电模块(2)包括 时序脉冲发生器(3)，传输线(4)，储能电容器(6)，放电开关(7)和续流二极管(8); 储能电容器(6)储存电能，续流二极管(8)用来进行放电电流波形的调节；时序脉冲发生 器(3)用来控制放电的时序；储能电容器(6)的高压端与放电开关(7)的正极相连，放 电开关(7)的负极与续流二极管(8)的阴极相连后与传输线(4)的内导体(9)连接，储 能电容器(6)的低压端与续流二极管(8)的阳极相连后与传输线(4)的外导体(11)连 接；时序脉冲发生器(3)输出多路独立的触发脉冲信号，每路触发信号分别与储能与放电 模块(2)中放电开关(7)的触发极和负极相连。
3、 按照权利要求1所述的组合式电火花声源，其特征在于，放电电极(5)采用带反射 体的同轴电极，反射体可为抛物面或椭球面；放电电极(5)由传输线的内导体(9)，传输 线的内绝缘(10)，传输线的外导体(11)，传输线的外绝缘(12)，反射体(13)，低压电极(14)，电极绝缘(15)，高压电极(16)组成；高压电极(16)采用金属材料制成， 一端与 传输线内导体(9)连接，另一端位于反射体(13)的焦点处；电极绝缘(15)采用绝缘材 料如聚四氟乙烯制成，套在高压电极(16)夕卜，低压电极(14)由不锈钢制成，套在电极绝 缘(15)夕卜，并与传输线外导体(11)相连接；反射体(13)由金属材料制成， 一端加工成 内凹半椭球面或抛物面，与低压电极(14)采用螺纹或焊接方式连接。反射体(13)、低压 电极(14)、电极绝缘(15)及高压电极(16)的中心线位于同一轴线上。
全文摘要
一种组合式电火花声源，包括高压充电电源(1)、储能与放电模块(2)、时序脉冲发生器(3)、传输线(4)和放电电极(5)。高压充电电源(1)给储能与放电模块(2)充电到预置值，时序脉冲发生器(3)发出多路不同时间间隔的触发脉冲信号，触发储能与放电模块(2)的放电开关导通，储能电容器储存的电能通过传输线(4)和放电电极(5)在水中释放。通过调节触发脉冲的时间间隔可使储能与放电模块(2)按照一定的时序进行放电，放电产生的声波基频可在一定的范围内调节。
文档编号G10K15/04GK101425290SQ20081023911
公开日2009年5月6日 申请日期2008年12月9日 优先权日2008年12月9日
发明者萍 严, 孙鹞鸿, 张群飞, 袁伟群, 雷开卓, 高迎慧 申请人:中国科学院电工研究所