[实用新型]一种基于多路开关延时输出的液相脉冲放电系统

说明书

技术领域

本实用新型属于脉冲功率技术领域，具体涉及一种基于多路开关延时输出的液相脉冲放电系统。 

背景技术

液相脉冲放电是将高压脉冲加载到液体中的电极负载上产生电弧或电晕放电的技术。系统工作原理是采用电容储能，通过触发放电开关瞬间释放能量，实现高功率电脉冲的输出从而实现在水体中进行等离子体放电。系统首先将工频交流电转换成中高频交流电，再通过变压器升压和硅堆整流形成高压直流输出对储能电容进行充电，充电完成后，由控制电路控制触发大功率半导体开关导通，储能电容通过传输线对负载进行放电。放电过程会产生冲击波效应，又被称为“液电效应”。脉冲声波的产生是由于液体中高压脉冲放电产生等离子体通道（区域）的高温高压引起了气泡的强烈脉动过程。等离子体生成时，气泡壁因内部高温高压向外膨胀，克服水静压、表面张力、粘滞力等外力对周围水体做功。随着气泡内部等离子体逐渐熄灭，内部温度开始下降，内部压强也随之下降，气泡壁的向外运动速度变小，直至速度为零，此时气泡内部压强远小于水静压，气泡开始收缩，在收缩过程中，内部压强再次变大，如此往复即形成气泡脉动。气泡膨胀初始和坍缩时，内部压强非常大，产生的是压力波；而气泡半径较大时，内部压强小于水静压，此时产生的是稀疏波，稀疏波集中了低频部分的声能。气泡脉动过程具有周期性，脉动次数及周期大小由气泡本身具有的能量和水静压条件决定。能量大则脉动次数多，周期长；水静压大则脉动次数少，周期短。 

目前，基于液相脉冲放电技术开发的等离子体震源或脉冲声源已应用于海洋高分辨率浅地层探测、水声研究等领域。尤其是海洋高分辨率浅地层探测领域，法国SIG，荷兰GEO-Resource，英国Applied Acoustic等公司开发了多款产 品，我国自主开发的产品也在国家多个核电厂厂址选址、跨海大桥和海底隧道地质勘探调查等多个重大工程项目建设中实现了工程应用。已经开发并应用的液相脉冲放电电路如图1所示，主要包括储能电容、续流二极管、半导体开关管和传输线。此电路一般采用单路开关或者多路开关同步输出的方法，如果主回路参数固定，即储能电容容值、充电电压和负载一定的条件下，输出脉宽无法调节，放电产生的脉冲声波频率特性也无法调节。 

对于海洋高分辨率地震探测，当遇到水深变化较快的水域，尤其是从浅水向深水变化时，需要根据水深及时降低等离子体震源产生的声脉冲主频。一般来说，地层对声波的吸收规律为0.2dB/波长，因此降低主频可以提高地层穿透深度。目前，在单路开关输出或者多路开关同步输出的系统中，调节脉冲声波频率的方法有：法国SIG公司采用调节电容容值和更换负载的方法，但前者容易烧蚀继电器开关，后者需要停止作业，更换负载，操作复杂繁琐；荷兰Geo-Resource公司采用调节电容充电电压的方法，但这种方法无法改变电源输出脉宽，声脉冲频率变化很小。因此上述现有的技术方法都很难实现对声脉冲进行快速调幅调宽，从而改变其频率特性。 

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术缺陷，本实用新型公开了一种基于多路开关延时输出的液相脉冲放电系统，能够实现多路脉冲延时输出，使得叠加组合后的输出脉宽可调。 

一种基于多路开关延时输出的液相脉冲放电系统，包括：由n级放电回路组成的主回路单元和驱动单元，n为大于1的自然数；所述的放电回路与驱动单元相连。 

所述的驱动单元用于向各级放电回路逐次延时输出放电控制信号； 

所述的放电回路用于存储电能并根据放电控制信号向负载进行脉冲放电。 

对于正极性脉冲输出，所述的放电回路由两个隔离二极管D1～D2、一储能电容、一续流二极管、一半导体开关和一脉冲传输线组成；其中，储能电容的一端与隔离二极管D1的阴极、半导体开关的阳极和续流二极管的阴极相连，半导体开关的阴极与脉冲传输线内导体相连，脉冲传输线外导体与储能电容的另 一端、续流二极管的阳极和隔离二极管D2的阳极相连，半导体开关的门极接收所述的放电控制信号。 

对于负极性脉冲输出，所述的放电回路由两个隔离二极管D1～D2、一储能电容、一续流二极管、一半导体开关和一脉冲传输线组成；其中，储能电容的一端与隔离二极管D2的阳极、半导体开关的阴极和续流二极管的阳极相连，半导体开关的阳极与脉冲传输线内导体相连，脉冲传输线外导体与储能电容的另一端、续流二极管的阴极和隔离二极管D1的阴极相连，半导体开关的门极接收所述的放电控制信号。 

隔离二极管D1的阳极与隔离二极管D2的阴极两端间加载直流电源，所述的直流电源用于通过隔离二极管对储能电容进行充电。