脈衝電漿強聲原理基礎研究

《脈衝電漿強聲原理基礎研究》是依託浙江大學，由劉振擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：脈衝電漿強聲原理基礎研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：劉振
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

電漿脈衝聲源在海洋地震勘探和水下目標探測方面有著廣闊的套用前景，但面臨著如何提高電聲轉換效率和聲源設計兩大瓶頸。.本項目將通過脈衝電漿聲源的光、電、聲同步線上診斷，分析研究電聲轉換過程和建立理論模型，為設計電漿強聲奠定理論基礎。主要研究方法是通過利用快速成像技術線上診斷電漿氣泡的動態過程、利用同步的光、電、聲測試闡明電聲能量轉換機理和相關電漿聲源的設計原理。.另外針對強聲所遇到的脈衝電源技術困難，我們提出了一種新型的全固體多開關強流脈衝技術，該新技術能保證多個IGCT開關並行操作時的同步和均流，目前初步的實驗已證實了該技術的可行性，在本課題中，我們將通過開展強脈衝聲源發射陣與脈衝電源的相關匹配性研究，提出成套的電漿聲源設計理論和技術方案。

結題摘要

本項目針對電漿脈衝聲源在海洋地震勘探和水下目標探測等套用領域存在的如何提高電聲轉換效率和聲源設計兩大瓶頸，開展了相關的理論與實驗研究。 實驗室搭建了用於水中脈衝放電的同步線上診斷系統，包括光、電、水聲的測試和高速氣泡脈動的攝影成像系統，並建立了相關實驗數據分析處理的方法。單路開關電路的模擬結果顯示，電容兩端並聯續流二極體的電漿強聲源的放電過程可以分為兩個階段，分別是RLC迴路和RLD迴路放電，電源輸出呈現單脈衝特性。模擬的電壓電流波形與實驗測試得到的結果較為吻合。 利用高速脈動氣泡的陰影成像系統，研究了不同實驗條件下放電產生氣泡的脈動過程並進行氣泡動力學分析。同時利用水聽器測試氣泡脈動所產生的聲輻射信號，考察了不同放電條件對聲輻射的影響。結果表明，氣泡脈動過程決定聲輻射的特性，並且受到放電能量、放電電極尖端直徑、水溫和水體靜壓力等相關因素的影響。放電能量越大，產生氣泡體積越大，聲輻射信號的強度增強，而頻率則向低頻移動。採用尖端直徑小的放電電極產生的聲信號要明顯強於採用粗電極產生的聲信號，細電極對於強聲源是有利的，但綜合考慮使用壽命的問題，在實際套用中一般選擇直徑為0.8mm較為合適。水溫對脈衝聲波幅值影響較大，對脈寬影響不大，溫度升高，脈動氣泡的能量和聲輻射的能量都增強。多氣泡相互作用的實驗結果顯示，氣泡間的相互作用能夠影響氣泡的脈動周期和聲輻射特性。 另外，實驗室研製了4路輸出的全固體開關脈衝電源的原理性樣機，實現了單個開關2.6kA 並聯，最終實現10.4kA 輸出，驗證了電路的可行性。 本項目的研究結果對電漿聲源的基礎原理、影響因素、套用條件有了更深的理解，並對電漿聲源系統研究有很好的指導意義。