CN102563696A - 计算直接起爆引起爆轰有效点火能量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于爆轰实验技术领域，具体涉及一种计算高电压点火有效能量的方法。本发明为计算直接起爆引起爆轰有效点火能量提供一种普遍适用的方法。高压电源(1)的正极通过一个由触发开关(4)控制的间隙开关(3)与点火棒(6)的一端连接，其负极与点火棒(6)的另一端连接，电容(2)与高压电源(1)并联，在间隙开关(3)与点火棒(6)之间串联一个电流转化器(5)，电流转化器(5)的输出端连接示波器(7)；通过点火棒短路和开路时产生的电流信号，分别计算放电电流函数，利用函数求得点火棒短路和开路时电路的总电阻，通过差值计算电火花电阻，并通过能量的计算方程得出点火有效能量。

Description

计算直接起爆引起爆轰有效点火能量的方法

技术领域

本发明属于爆轰实验技术领域，具体涉及一种计算高电压点火有效能量的方法。

背景技术

高电压点火作为起爆源在研究爆轰的实验中被广泛应用，由于其在瞬间产生强爆炸波，可被视为理想的瞬间点爆炸源，因而可作为直接起爆引起爆轰的一种起爆源。如何计算作用于直接引起爆轰的高电压点火有效能量，对于研究直接起爆的临界能量至关重要，但到目前为止还没有很好地解决。

发明内容

本发明的目的是：提供一种计算直接起爆引起爆轰有效点火能量的方法，为开展直接起爆引起爆轰的点火能量提供必要的依据。

本发明的技术方案是：一种计算直接起爆引起爆轰有效点火能量的方法，它使用一种用于计算直接起爆引起爆轰有效点火能量的装置，所述装置包括：高压电源，电容，间隙开关，触发开关，电流转化器，点火棒和示波器；

其连接关系为：所述高压电源的正极通过一个由所述触发开关控制的所述间隙开关与所述点火棒的一端连接，所述高压电源的负极与所述点火棒的另一端连接，所述电容与所述高压电源并联，在所述间隙开关与所述点火棒之间串联一个所述电流转化器，所述电流转化器的输出端连接所述示波器；

该计算直接起爆引起爆轰有效点火能量的方法，它包括以下步骤：

第一步：接通高压电源，利用所述触发开关连通所述间隙开关，使所述点火棒顶端产生高电压电火花，所述示波器接收从所述电流转化器中输出的电压信号；

第二步：对所述示波器中的电压信号还原为电流信号，得到一个放电曲线；

第三步：以下式计算放电电流：

i(t)＝Ae^-α·tsin(ω_dt)(1)

其中，衰减系数 $\mathrm{\α}=\sqrt{({\mathrm{\ω}}_n^2-{\mathrm{\ω}}_d^2)}---\left(2\right)$

ω_n是放电电流的自然频率，ω_d是衰减频率；衰减频率ω_d等于：

${\mathrm{\ω}}_d=2\mathrm{\π}/T={\mathrm{\ω}}_n\sqrt{1-{\mathrm{\ζ}}^2}---\left(3\right)$

其中T是放电电流周期，由所述示波器测得；C为电路中总电容；ζ是阻尼系数，通过Matlab的迭代程序首先找出放电曲线中每个震荡周期的顶点，再通过计算每个顶点间隔的时间差得出电流曲线中衰减参数，计算得出阻尼系数ζ；

第四步：通过公式(2)得出α，电路中总电感大小L等于

L＝1/ω_n ²C(4)

利用R_total＝2Lα(5)，计算得出电路中总电阻R_total；

第五步：使用金属线连接所述点火棒的顶部的正极和负极，在相同的高压电源电压和电容下，对电路再次进行触发，得到另一个电流的放电曲线，同样利用公式(2)～(5)计算出当点火棒短路时电路中总电阻，记为R′_total；

第六步：电路中的总电阻等于回路电阻与电火花电阻的总和，即R_total＝R_circuit+R_S，因此当点火棒短路时，电火花电阻R_S≈0，因此得出电路总电阻等于回路电阻，即R′_total＝R_circuit；而点火棒开路时电路总电阻为R_total＝R_circuit+R_S，通过两者的差值R_total-R′_total可确定电火花电阻R_S；

第七步：利用公式

的积分计算得出电火花有效放电能量，其中1/4T为第一次放电电流的最初1/4周期的时间，而电流i和电火花电阻R_S分别通过第三步和第六步确定。

有益效果：本发明结合有关电路中电流的测试手段，采用电工学理论和电路断开路计算总电阻分析技术，为计算直接起爆引起爆轰有效点火能量提供一种普遍适用的装置及计算方法。

附图说明

图1为本发明装置的示意图；

图2为利用本发明中示波器所得到的电流放电曲线；

图3为利用本方法，当初始电压V_o＝16kV，电容C_total＝2μf时，点火棒在开路和短路时，电路的放电电流信号曲线。

其中，1-高压电源，2-电容，3-间隙开关，4-触发开关，5-电流转化器，6-点火棒，7-示波器。

具体实施方式

参见附图1一种计算直接起爆引起爆轰有效点火能量的方法，它使用一种用于计算直接起爆引起爆轰有效点火能量的装置，所述装置包括：高压电源1，电容2，间隙开关3，触发开关4，电流转化器5，点火棒6和示波器7；

其连接关系为：所述高压电源1的正极通过一个由所述触发开关4控制的所述间隙开关3与所述点火棒6的一端连接，所述高压电源1的负极与所述点火棒6的另一端连接，所述电容2与所述高压电源1并联，在所述间隙开关3与所述点火棒6之间串联一个所述电流转化器5，所述电流转化器5的输出端连接所述示波器7；

该计算直接起爆引起爆轰有效点火能量的方法，它包括以下步骤：

第一步：接通高压电源1，利用所述触发开关4连通所述间隙开关3，使所述点火棒6顶端产生高电压电火花，所述示波器7接收从所述电流转化器5中输出的电压信号；

第二步：对所述示波器7中的电压信号还原为电流信号，得到一个放电曲线；

第三步：以下式计算放电电流：

i(t)＝Ae^-α·tsin(ω_dt)(1)

其中，衰减系数 $\mathrm{\α}=\sqrt{({\mathrm{\ω}}_n^2-{\mathrm{\ω}}_d^2)}---\left(2\right)$

ω_n是放电电流的自然频率，ω_d是衰减频率；衰减频率ω_d等于：

${\mathrm{\ω}}_d=2\mathrm{\π}/T={\mathrm{\ω}}_n\sqrt{1-{\mathrm{\ζ}}^2}---\left(3\right)$

其中T是放电电流周期，由所述示波器7测得；C为电路中总电容；ζ是阻尼系数，由通过Matlab程序计算得出；

第四步：通过公式(2)得出α，电路中总电感大小L等于

L＝1/ω_n ²C(4)

利用R_total＝2Lα(5)，计算得出电路中总电阻R_total；

第五步：使用金属线连接所述点火棒6的顶部的正极和负极，在相同的高压电源1电压和电容下，对电路再次进行触发，得到另一个电流的放电曲线，同样利用公式(2)～(5)计算出当点火棒短路时电路中总电阻，记为R′_total；

第六步：电路中的总电阻等于回路电阻与电火花电阻的总和，即R_total＝R_circuit+R_S，因此当点火棒短路时，电火花电阻R_S≈0，因此得出电路总电阻等于回路电阻，即R′_total＝R_circuit；而点火棒开路时电路总电阻为R_total＝R_circuit+R_S，通过两者的差值R_total-R′_total可确定电火花电阻R_S；

第七步：利用公式

的积分计算得出电火花有效放电能量，其中1/4T为第一次放电电流的最初1/4周期的时间，而电流i和电火花电阻R_S分别通过第三步和第六步确定。

附图3为利用本方法，当初始电压Vo＝16kV，电容C＝2μf时，点火棒6在开路和短路时，电路的放电电流信号曲线；

下表为当初始电压Vo＝16kV或17kV，电容C＝2μf或2μf时，利用本方法，电火花放电过程中得到的试验参数；在这两种条件下的计算直接起爆引起爆轰有效点火能量分别为0.3059J和4.3915J。

Claims (1)

1.一种计算直接起爆引起爆轰有效点火能量的方法，其特征是，它使用一种用于计算直接起爆引起爆轰有效点火能量的装置，所述装置包括：高压电源(1)，电容(2)，间隙开关(3)，触发开关(4)，电流转化器(5)，点火棒(6)和示波器(7)；

其连接关系为：所述高压电源(1)的正极通过一个由所述触发开关(4)控制的所述间隙开关(3)与所述点火棒(6)的一端连接，所述高压电源(1)的负极与所述点火棒(6)的另一端连接，所述电容(2)与所述高压电源(1)并联，在所述间隙开关(3)与所述点火棒(6)之间串联一个所述电流转化器(5)，所述电流转化器(5)的输出端连接所述示波器(7)；

该计算直接起爆引起爆轰有效点火能量的方法，它包括以下步骤：

第一步：接通高压电源(1)，利用所述触发开关(4)连通所述间隙开关(3)，使所述点火棒(6)顶端产生高电压电火花，所述示波器(7)接收从所述电流转化器(5)中输出的电压信号；

第二步：对所述示波器(7)中的电压信号还原为电流信号，得到一个放电曲线；

第三步：以下式计算放电电流：

i(t)＝Ae^-α·tsin(ω_dt)(1)

其中，衰减系数 $\mathrm{\α}=\sqrt{({\mathrm{\ω}}_n^2-{\mathrm{\ω}}_d^2)}---\left(2\right)$

ω_n是放电电流的自然频率，ω_d是衰减频率；衰减频率ω_d等于：

${\mathrm{\ω}}_d=2\mathrm{\π}/T={\mathrm{\ω}}_n\sqrt{1-{\mathrm{\ζ}}^2}---\left(3\right)$

其中T是放电电流周期，由所述示波器(7)测得；C为电路中总电容；ζ是阻尼系数，由通过Matlab程序计算得出；

第四步：通过公式(2)得出α，电路中总电感大小L等于

L＝1/ω_n ²C(4)

利用R_total＝2Lα(5)，计算得出电路中总电阻R_total；

第五步：使用金属线连接所述点火棒(6)的顶部的正极和负极，在相同的高压电源(1)电压和电容下，对电路再次进行触发，得到另一个电流的放电曲线，同样利用公式(2)～(5)计算出当点火棒短路时电路中总电阻，记为R′_total；

第六步：电路中的总电阻等于回路电阻与电火花电阻的总和，即R_total＝R_circuit+R_S，因此当点火棒短路时，电火花电阻R_S≈0，因此得出电路总电阻等于回路电阻，即R′_total＝R_circuit；而点火棒开路时电路总电阻为R_total＝R_circuit+R_S，通过两者的差值R_total-R′_total可确定电火花电阻R_S；

第七步：利用公式

的积分计算得出电火花有效放电能量，其中1/4T为第一次放电电流的最初1/4周期的时间，而电流i和电火花电阻R_S分别通过第三步和第六步确定。

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