CN102566471A - 一种智能脉冲电磁推送发射装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种智能脉冲电磁推送发射装置，是在短时间内利用功率密度集中的强脉冲电磁能将推送体推出轨道的一种设备，在航天、交通、军事领域有着重要的应用前景。该装置由大功率脉冲发生电路、激光信号控制电路、脉冲触发电路、功率推送线圈、推送轨道及推送体组成。功率脉冲发生电路通过带火花放电间隙的大功率电容矩阵实现。功率推送线圈由高Q值导线密绕而成，推送体由具由一定质量的磁良导体制作。本发明可制作价格低廉、结构简单的电磁推送发射装置。实现了单片机在强电磁脉冲的影响下对放电进行控制。脉冲能量产生后集中施加于功率推送线圈上，并通过电磁场耦合原理将能量在短时间内传送到推送体上，由此将推送体高速、高效的推出轨道。

Description

一种智能脉冲电磁推送发射装置

技术领域

本发明涉及一种智能脉冲电磁推送发射装置的设计。特别是涉及一种功率集中、智能控制、结构简单且不易受干扰的集中功率电磁脉冲推送发射装置。

背景技术

电磁脉冲发射技术是利用电容电感组成的回路，在一定条件下将电源的直流功率转换为强电磁脉冲功率，从而将推送体迅速沿轨道推出的一种技术。应用该技术可以再短时间内对推送体进行强力加速并推向预定目标。该技术在军事、国防领域及航空、航天、交通能源领域有广泛地应用价值。

本发明主要针对短时间内如何使推送体获得高加速度即高速度的问题，给出了一种具有集中功率脉冲电磁推送发射装置的基本原理和设计方法。其中采用带火花间隙的大功率电容矩阵实现脉冲发生功能，并通过单片机经数模转换器实现触发控制，从而实现大功率可控脉冲输出的功能，具有可持续工作、操作灵活、结构轻便的特点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，在脉冲发生的基础上，使功率密度尽量均匀、数值尽量大，并高效的将电磁脉冲功率转化为机械功率。

本发明所采用的技术方案是：一种智能脉冲电磁推送发射装置，包括有脉冲发生电路(5)，还设置有：控制电路(3)，通过大功率工频电源(1)及整流电路(2)进行供电，用于接收脉冲发生电路(5)的信号，并根据所接收的信号发出对脉冲发生电路(5)进行控制的激光信号；触发电路(4)，用于接收控制电路(3)所发出的对脉冲发生电路(5)进行控制的激光信号，并使脉冲发生电路(5)处于导通工作状态。

所述的整流电路(2)通过大功率工频电源(1)进行供电，将工频交流电整流为直流后向控制电路(3)进行馈电。

所述的控制电路(3)包括有接收脉冲发生电路(5)所发出的电磁波信号的感应天线(31)，与感应天线(31)相连的单片机(32)，以及与单片机(32)相连的控制输出(33)；所述的控制输出(33)是由激光二极管D和光敏三极管Q组成，光敏三极管Q接收激光二极管D的激光信号，并通过集电极与触发电路(1)相连向其输出控制信号(C)，光敏三极管Q的发射极接地。

所述的触发电路(4)包括有继电器KM1、大功率晶体管Q1和行输出变压器T，其中，继电器KM1线圈的一端连接控制电路(3)中的光敏三极管Q的集电极，接收控制信号(C)，另一端连接24V电源；继电器KM1的开关K1一端连接一个独立于控制电路的24V电源，另一端连接行输出变压器T输入端的6脚；大功率晶体管Q1的发射极接地，集电极连接行输出变压器T输入端的7脚，基极通过电阻R1连接行输出变压器T输入端的5脚；行输出变压器T输8脚为输出端，通过高压硅堆D1连接脉冲发生电路(5)，行输出变压器T输出端4脚接地。

所述的脉冲发生电路(5)是采用MARX发生器，由多电容C并联，在每两个电容C的尾首之间通过放电球隙(g)相连；所述的脉冲发生电路(5)的输入端连接触发电路(4)的输出端(HV)，输出端构成放电终端，对地进行脉冲放电。

所述的功率推送线圈(6)作用是实现电磁脉冲能量中电能与磁能相互转换，负责将脉冲能量高效的转换为机械能，使推送体(7)以很大的加速度沿推送轨道推出。

本发明的智能脉冲电磁推送发射装置，通过单片机、传感器和执行机构，在一定范围内检测并控制脉冲的次数，满足实际使用中的需要。实现了单片机在强电磁脉冲的影响下对电路进行控制，实现放电脉冲可控性，从而能够将电功率以电磁脉冲的方式，高效的将推送体沿轨道推出。

附图说明

图1是本发明的整体结构原理图；

图2是信号电路触发的原理图；

图3是大功率脉冲发生电路的原理图；

图4是激光控制信号电路的原理图。

图5是脉冲式功率推送原理图

其中：

1：大功率工频电源    2：工频整流电路

3：控制电路          31：感应天线：

32：单片机           33：控制输出

4：触发电路          5：脉冲发生电路

6：功率推送线圈      7：推送体

具体实施方式

下面结合实例和附图对本发明的智能脉冲电磁推送发射装置做出详细说明。

如图1所示，本发明的智能脉冲电磁推送发射装置，包括有脉冲发生电路(5)，还设置有控制电路(3)，用于接收信号并对脉冲发生电路(5)控制；触发电路(4)用于接收控制电路(3)所发出的对脉冲发生电路(5)进行控制的激光信号，并使脉冲发生电路(5)处于导通工作状态。其中控制电路(3)通过工频整流电路(2)将大功率工频电源(1)的电能整流后获得电力。脉冲发生电路(5)输出端接于功率推送线圈(6)，通过电磁场耦合将能量传输到推送体(7)。

如图2所示，所述的触发电路(4)包括有行输出变压器T、大功率晶体管Q1和继电器KM1。其中继电器KM1一端连接工频整流电路(2)，另一端连接光敏三极管Q的集电极；继电器KM1的开关K1一端连接工频整流电路(2)，另一端连接行输出变压器T输入端6脚；晶体管Q1的发射极接地，集电极连接行输出变压器T输入端的7脚，基极通过电阻R1连接行输出变压器T输入端的5脚；行输出变压器T输出端的8脚通过高压硅堆D1连接脉冲发生电路(5)。

行输出变压器T的原边可等效为铁氧体磁芯线圈，它比普通电感线圈有更高的电感量和品质因数。当继电器KM1的开关K1闭合时，大功率晶体管Q1截止，7脚电位升高而5脚降低，所以电流又由7脚流向5脚，此时大功率晶体管Q1再次导通，以上过程重复进行，相当于从行输出变压器T输入了方波信号。根据电磁感应原理，最终就会产生比较稳定的直流高电压，提供给脉冲发生电路(5)。

如图3所示，所述的脉冲发生电路2采用MARX(马克思脉冲)发生器由多数个相同的电容C并联连接，在每两个电容C之间都接有一个阻值大于2MΩ的电阻R，在每两个电容C的尾首之间都通过放电球隙g相连；所述脉冲发生电路2的输入端连接触发电路1的输出端HV，输出端构成放电终端进行脉冲放电。当所加电压为+HV时，因为初始时放电球隙g并未被击穿，故而断路。所有的电容C并联在电源两侧。对于每一个电容C而言，如果充满电，其两端的电势差为+HV。当在+HV的电压作用下第一级放电球隙g击穿后，如图2，①②两点相当于导线连接，②处的电势瞬时变化到和①相同，即从0变为+HV；③与②的电势差为+HV，故而③处电势变为+2HV；紧接着第二个放电球隙g击穿，④处电势由0变为+2HV，⑤处变为+3HV...依此类推，经过n次升压，在放电终端，电压升高为+nHV。从而在很短的时间内实现了电压的倍增。

如图4所示，所述的控制电路(3)包括有接收脉冲发生电路(5)所发出的电磁波信号的感应天线31，与感应天线31相连的单片机32，以及与单片机32相连的控制输出33，其中，所述的感应天线31一端接收脉冲发生电路2所发出的电磁波信号FD，另一端与单片机32的PTA2脚相连接；所述的控制输出33由激光二极管D和光敏三极管Q组成，所述的激光二极管D的正极连接单片机32的PTA1脚，负极接VSS，光敏三极管Q接收激光二极管D的激光信号，并通过集电极与触发电路1相连向其输出控制信号C，光敏三极管Q发射极接地。

脉冲电磁推送发射装置在放电的同时产生强电磁脉冲，根据这一理论，可以利用单片机32感应放电时产生的电磁脉冲信号。为了效果明显，在单片机32的PTA2脚连接一个电感线圈来感受电磁波(如图3中的感应天线31)。放电时，同时发出的强电磁波通过PTA2连接的感应天线31将电磁波信号转化成电信号输送到单片机32，触发内部中断，启动相应的程序。

如图5所示，将放电终端引至功率推送线圈(6)上，其中+、-符号表示放电时的正负电位，推送体(7)与功率推送线圈(6)同轴放置，并推送轨道滑动接触，以保证推送体(7)能够顺利推出。

本发明的智能脉冲电磁推送发射装置，正常工作时首先通过单片机的控制板输入相应的参数，当按动启动按键后，红色激光二极管就会点亮，在其作用下触发电路导通，系统进入工作状态。电磁脉冲产生后，推送体(7)得到迅速加速并沿轨道飞向目标体。

Claims (5)

1.一种智能脉冲电磁推送发射装置，其特征在于，包括有脉冲发生电路(2)，并设置有控制电路(3)，用于接收脉冲发生电路(2)的信号，并根据所接收的信号发出对脉冲发生电路(2)进行控制的激光信号；触发电路(1)，用于接收控制电路(3)所发出的对脉冲发生电路(2)进行控制的激光信号，并使脉冲发生电路(2)处于导通工作状态；脉冲发生电路(5)输出端与功率推送线圈(6)相连接，在脉冲能量产生后，通过电磁场的耦合作用将能量传输到推送体(7)。

2.根据权利要求1所述的智能脉冲电磁推送发射装置，其特征还在于，所述的控制电路(3)包括有电磁波信号的感应天线(31)，与感应天线(31)相连的单片机(32)，以及与单片机(32)相连的控制输出(33)，其中，所述的感应天线(31)的一端接收脉冲发生电路(5)所发出的电磁波信号(FD)，另一端与单片机(32)的PTA2脚相连接；所述的控制输出(33)是由激光二极管D和光敏三极管Q组成，所述的激光二极管D的正极连接单片机(32)的PTA1脚，负极接VSS，光敏三极管Q接收激光二极管D的激光信号，并通过集电极与触发电路(4)相连向其输出控制信号(C)，光敏三极管Q的发射极接地。

3.根据权利要求1所述的智能脉冲电磁推送发射装置，其特征还在于，所述的触发电路(4)包括有继电器KM1、大功率晶体管Q1和行输出变压器T，其中，继电器KM1线圈的一端连接控制电路(3)中的光敏三极管Q的集电极，接收控制信号(C)，另一端连接24V电源；继电器KM1的开关K1一端连接一个独立于控制电路的24V电源，另一端连接行输出变压器T输入端的6脚；大功率晶体管Q1的发射极接地，集电极连接行输出变压器T输入端的7脚，基极通过电阻R1连接行输出变压器T输入端的5脚；行输出变压器T输出端的8脚为输出端，通过高压硅堆D1连接脉冲发生电路(5)，行输出变压器T输出端的4脚接地。

4.根据权利要求1所述的智能脉冲电磁推送发射装置，其特征还在于，所述的脉冲发生电路(5)是采用Marx发生器，具体是由多个电容C并联连组成放电矩阵，在每两个电容C的之间都接有一个阻值大于2MΩ的电阻R，在每两个电容C的尾首之间都通过放电球隙(g)相连；所述的脉冲发生电路(5)的输入端连接触发电路(4)的输出端(HV)，输出端构成放电终端，对地进行脉冲放电，产生的电脉冲向控制电路(5)发出电磁波信号(FD)；根据脉冲信号强度控制放电电流的强弱，以避免造成触电危险。

5.根据权利要求1所述的智能脉冲电磁推送发射装置，其特征还在于，所述的脉冲发生电路(5)放电终端引出后接在功率推送线圈(6)上，后者由高品质因数铜线密绕得到，推送体(7)与功率推送线圈(6)同轴放置，并推送轨道滑动接触。

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