本發明專利技術公開了一種雙極性脈沖放電的多電極發射陣，包括：固定框架、接線柱和2n組發射極，每組發射極由多個發射電極并排組成，所有發射電極均設于固定框架上，發射電極由銅芯和包裹銅芯的絕緣層組成；2n組發射極分為n組正極性發射極及對應的n組負極性發射極；正極性發射極中發射電極的銅芯直徑比負極性發射極中發射電極的銅芯直徑大。本發明專利技術無需專門匹配脈沖電源的輸出極性，既可應用于正極性輸出的高壓脈沖電源，又可應用于負極性輸出的高壓脈沖電源，且兼具了正極性發射能量效率高和負極性發射電極無損耗的特點，結構簡單輕便。
【技術實現步驟摘要】
—種雙極性脈沖放電的多電極發射陣
本專利技術屬于脈沖放電
，具體涉及一種雙極性脈沖放電的多電極發射陣。技術背景電火花震源是最早應用于海洋地震勘探的非炸藥震源之一，其基本過程是電容儲 能通過水中高壓脈沖放電的機械效應產生強脈沖聲波。1956年Knott和Hersey通過簡單的電容儲能向水中電極放電,產生脈沖壓力波 可以穿透海底數百米地層，同時通過拖曳形式得到了連續的地層剖面。1957年，Alpine Geophysical公司開發了第一套電火花震源系統。此后的數十年電火花震源發展迅猛，先后 有EG&G、Fairfield、Aquatronics等公司開發不同能量等級的系統。目前，電火花震源主 要用在海洋高分辨率淺地層地震勘探，尤其是海洋工程地質勘探，電火花震源是必不可少 的地質勘探工具。國外已成熟應用的產品主要有荷蘭GEO-Spark、法國SIG和英國Applied Acoustic等公司的，國內的產品主要是浙江大學研發的等離子體震源。以上電火花震源產 品都由脈沖電源、傳輸纜和發射陣三個部分構成。其中，脈沖電源主要起到壓縮電能，輸出 強流脈沖的作用，傳輸纜主要傳輸電能，發射陣起到電聲能量轉化的作用，將脈沖電能轉化 為脈沖聲波，即為換能器。而目前電火花震源采用的發射陣都為多電極結構。不同產品的發射陣結構不同， 同時放電的極性也有不同，一般采用正極性放電或負極性放電。荷蘭GEO-Spark公司采用平面陣結構(如圖1所示)，所有發射電極都向下排列， 框架為不銹鋼，框架兩側帶有浮球，采用負極性放電。這種發射陣的優點是電極損耗很小， 使用壽命在5年以上，缺點是負極性放電的能量效率比正極性放電低，此外這種結構笨重， 對拖曳纜的抗拉能力要求較高。法國SIG公司采用的是類似于魚骨刺的結構(如圖2所示)，發射電極朝向兩側， 無框架，結構簡單，放電極性為正極性。這種發射陣的優點是結構輕巧，對拖曳纜的抗拉能 力要求小，缺點是正極性放電的電極損耗很大，使用壽命在I年以下。英國Applied Acoustic公司采用的是刷子結構(如圖3所示)，發射電極捆綁在 一起，方向朝后，放電極性也為正極性，因此壽命較短，此外這種結構可視為點源，發射無指 向性，向下發射的能量效率較低。由于以上3種發射陣都是單極性的，需要與相應的脈沖電源匹配，如正極性放電 需采用正極性輸出的高壓脈沖電源，負極性放電需采用負極性輸出的高壓脈沖電源。高壓 輸出通過傳輸線接到發射電極，低壓輸出接到發射陣的不銹鋼框架或者其他裸露在水里的 金屬導體塊上。
技術實現思路
針對現有技術所存在的上述技術缺陷，本專利技術提供了一種雙極性脈沖放電的多電 極發射陣，無需專門匹配脈沖電源的輸出極性，且能夠解決目前正極性放電發射陣的壽命問題，也能夠解決負極性放電發射陣能量效率較低，結構笨重的問題。一種雙極性脈沖放電的多電極發射陣，包括固定框架、接線柱和2η組發射極，每組發射極由多個發射電極并排組成，所有發射電極均設于固定框架上，所述的接線柱位于固定框架的一側，η為大于O的自然數；所述的發射電極由銅芯和包裹銅芯的絕緣層組成；銅芯的一端為發射電極的發射頭，另一端通過連接線與接線柱相連；所述的發射極中的發射電極共用一條連接線與接線柱對應的端子相連；2η組發射極分為η組正極性發射極及對應的η組負極性發射極；正極性發射極中發射電極的銅芯直徑比負極性發射極中發射電極的銅芯直徑大。所有發射電極的發射頭均豎直朝下指向，或每一組正極性發射極中發射電極的發射頭與其對應的一組負極性發射極中發射電極的發射頭指向相對。所述的固定框架為由η+1根橫向固定管和兩根縱向支撐管相互連接組成的一具有η組框格的框架，每組框格為由兩根橫向固定管和兩根縱向支撐管圍成的矩形結構，每組框格的兩根橫向固定管上分別固定一組正極性發射極及其對應的一組負極性發射極。相鄰框格共用一根橫向固定管，該公共橫向固定管的兩側分別固定有兩組發射極，這兩組發射極為同極性。所述的發射極中發射電極的公共連接線設置于發射極所在的橫向固定管內，連接線穿出橫向固定管的一端后與接線柱對應的端子相連。所述的公共橫向固定管上兩組發射極中的發射電極共用一條連接線，該連接線設置于公共橫向固定管內，連接線穿出公共橫向固定管的一端后與接線柱對應的端子相連。 優選地，所述的固定框架的另一側安裝有平衡尾翼；能夠使發射陣拖曳時保持水平平衡。所述的固定框架懸浮于水中。所述的絕緣層采用聚氨酯或其他絕緣材料。所述的橫向固定管、縱向支撐管以及平衡尾翼采用不銹鋼材質或者硬質塑料材質。所述的接線柱為防水密封結構且具有I個進線端子和η+1個出線端子；進線端子連接拖曳纜，η+1個出線端子分別連接η+1根橫向固定管所引出的連接線。接線柱可為中空，也可用絕緣介質澆注。若發射陣所加載的高壓脈沖為正極性，則正極性發射極為高壓極，負極性發射極為低壓極；若發射陣所加載的高壓脈沖為負極性，則正極性發射極為低壓極，負極性發射極為高壓極。發射極的組數以及每組發射極中的發射電極個數由高壓脈沖能量決定，每組發射極中的發射電極個數可以相等或不等。產生水中高壓脈沖放電最主要的條件是放電電極尖端具有很高的電場強度和電流密度，這與電極所具有的電勢無關，只取決于電極與水的接觸面積和水的電導率。接觸面積越小，電導率越高，則在相同的能量條件下，放電現象越明顯，產生的沖擊波越強。單極性脈沖放電是將放電電極連接到脈沖電源的高壓輸出端，且放電電極只尖端裸露在水中，而脈沖電源的低壓輸出端連接在發射陣金屬框架或大面積裸露在水中的金屬塊上，因此脈沖放電只發生在高壓端。本專利技術提出的雙極性脈沖放電是將放電電極同時連接在脈沖電源的高壓輸出端 和低壓輸出端，由于兩端的放電電極具有相同的電場強度和電流密度，因此都會產生高壓 脈沖放電。從電路原理上看，相當于在脈沖電源的高壓輸出端和低壓輸出端之間串聯了兩 個負載，因此放電能量會分到兩個負載上。本專利技術的有益技術效果如下(I)本專利技術采用雙極性放電，無需專門匹配脈沖電源的輸出極性，既可應用于正極 性輸出的高壓脈沖電源，又可應用于負極性輸出的高壓脈沖電源。(2)本專利技術采用兩種規格的發射電極，正極性的發射電極比負極性發射電極粗，較 粗的電極直徑可減緩正極性發射電極的損耗速度，負極性發射電極無損耗；同時由于正極 性脈沖電暈放電的起暈電壓比負極性的低，因此正極性放電的能量效率較高，故本專利技術兼 具了正極性發射能量效率高和負極性發射電極無損耗的特點。(3)本專利技術采用較簡潔的框架結構，解決了負極性發射陣框架笨重的缺點，具有輕 巧易操作的特點。附圖說明圖1為荷蘭GEO-Spark公司的發射陣系統的結構示意圖。圖2為法國SIG公司的發射陣系統的結構示意圖。圖3為英國Applied Acoustic公司的發射陣系統的結構示意圖。圖4為本專利技術發射陣一種實例的結構示意圖。圖5為本專利技術發射陣另一種實例的結構示意圖。圖6為本專利技術發射陣正極性放電情況下的聲脈沖波形圖。圖7為本專利技術發射陣負極性放電情況下的聲脈沖波形圖。圖8為本專利技術發射陣雙極性放電情況下的聲脈沖波形圖。具體實施方式為了更為具體地描述本專利技術，下面結合附圖及具體實施方式對本專利技術的技術方案 進行詳細說明。實施例1如圖4所示，一種雙極性脈沖放電的多電極發射陣，包括固定本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種雙極性脈沖放電的多電極發射陣，其特征在于，包括：固定框架、接線柱和2n組發射極，每組發射極由多個發射電極并排組成，所有發射電極均設于固定框架上，所述的接線柱位于固定框架的一側，n為大于0的自然數；所述的發射電極由銅芯和包裹銅芯的絕緣層組成；銅芯的一端為發射電極的發射頭，另一端通過連接線與接線柱相連；所述的發射極中的發射電極共用一條連接線與接線柱對應的端子相連；2n組發射極分為n組正極性發射極及對應的n組負極性發射極；正極性發射極中發射電極的銅芯直徑比負極性發射極中發射電極的銅芯直徑大。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：黃逸凡，嚴輝，閆克平，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：
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