CN211652006U - 一种脉冲功率源驱动的冲击加载装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种脉冲功率源驱动的冲击加载装置，包括脉冲电源单元、电磁冲击加载单元和控制测试单元，脉冲电源单元连接于电磁冲击加载单元和控制测试单元连接，电磁冲击加载单元包括支撑板、传力单元、限位板、第一线圈和第二线圈，且第一线圈和第二线圈极性相反，支撑板、第一线圈、第二线圈、传力单元、样品以及限位板从下至上依次设置；脉冲电源单元电连接于第一线圈和第二线圈；当脉冲电源放电时，第一线圈和第二线圈馈入脉冲电流。本实用新型的目的是提供一种脉冲功率源驱动的冲击加载装置，可以较高效率的提供牛兆级瞬态加载力，并解决现有冲击加载装置不能重复使用、加载波形调控能力弱、一致性较差以及冲击力小的问题。

Description

一种脉冲功率源驱动的冲击加载装置

技术领域

本实用新型涉及冲击加载技术领域，主要涉及一种脉冲功率源驱动的冲击加载装置。

背景技术

目前，瞬态大冲击压力的产生通常采用炸药驱动的方式，该方式不能重复使用、加载波形调控能力较弱，一致性较较差。

脉冲功率源驱动的冲击加载在工业中应用很广，目前已公开的原理是：利用储能电容对线圈负载瞬态释放电能，在线圈周围产生强磁场，在金属板上感生出涡流，涡流与线圈电流相互作用产生瞬态的电磁力，通过电磁力撞击被击发装置，实现加载的目的。然而，在实际应用中，在类似冲击加载装置上很难实现兆牛级冲击力。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种脉冲功率源驱动的冲击加载装置，解决现有电磁冲击加载装置能量利用效率较低、冲击力小，以及炸药驱动冲击加载装置不能重复使用、加载波形调控能力弱、一致性较差的问题。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种脉冲功率源驱动的冲击加载装置，包括脉冲电源单元、电磁冲击加载单元和控制测试单元，所述脉冲电源单元连接于所述电磁冲击加载单元和所述控制测试单元连接，所述电磁冲击加载单元包括支撑板、传力单元、限位板、第一线圈和第二线圈，且所述第一线圈和所述第二线圈极性相反，所述支撑板、所述第一线圈、所述第二线圈、所述传力单元、样品以及所述限位板从下至上依次设置；

其中，所述第一线圈的底部与所述支撑板固定连接，所述第二线圈的底部设置于所述第一线圈的顶部，所述传力单元设置于所述第二线圈的顶部，所述样品放置于所述传力单元的顶部，所述限位板放置于所述样品上，当所述脉冲功率源驱动的冲击加载装置处于工作状态时，所述限位板与所述支撑板固定连接；

所述脉冲电源单元电连接于所述第一线圈和所述第二线圈；当所述脉冲电源放电时，所述第一线圈和所述第二线圈馈入脉冲电流。

使用所述脉冲功率源驱动的冲击加载装置时，将样品放置于传力结构上，限位板放置于样品上，并将支撑板和限位板固定起来，用以对所述样品限位。

当所述脉冲功率源驱动的冲击加载装置工作时，脉冲电源单元向所述第一线圈和所述第二线圈放电，使得所述第一线圈和所述第二线圈均馈入脉冲电流。由电磁感应原理可知，所述第一线圈周围势必产生第一脉冲强磁场，所述第二线圈周围势必产生第二脉冲强磁场，又由于所述第一线圈和所述第二线圈的极性相反，因而所述第一脉冲磁场和所述第二脉冲磁场的极性也相反，从而导致所述第一线圈和所述第二线圈相互排斥，进而产生冲击加载力，并通过传力单元作用到样品上。

在本方案中，脉冲电源具有很好的稳定性，在电磁冲击加载单元不被破坏的情况下，通过脉冲电源对电磁冲击加载单元重复放电，可产生一致性较好的放电电流波形，从而使得加载在样品上的力学波形一致性较好。此外，通过调整脉冲功率源的参数，可调控放电电流波形，从而调控冲击加载力学波形。

进一步地，还包括定位杆，所述定位杆设置于所述支撑板上，且所述第一线圈和所述第二线圈套设于所述定位杆上。防止所述脉冲功率源驱动的冲击加载装置工作时，所述第一线圈和所述第二线圈相互排斥时引起侧向滑移。

进一步地，所述限位板和所述支撑板的两端均设置有螺孔，当所述脉冲功率源驱动的冲击加载装置处于工作状态时，所述限位板和所述支撑板通过螺栓连接。将螺孔设置在所述限位板与所述支撑板的端面，用于固定所述限位板和所述支撑板，以及处于二者之间的部件。

进一步地，所述脉冲电源单元包括充电电源和脉冲发生器，所述充电电源电连接于所述控制测试单元和所述脉冲发生器，所述控制测试单元控制所述充电电源向所述脉冲发生器的储能元件充电，以及控制所述脉冲发生器向所述电磁冲击加载单元放电。

进一步地，所述储能元件为脉冲电容器。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

(1)该脉冲功率源驱动的冲击加载装置可产生数兆牛冲击加载力，持续时间数微秒至数十豪秒，可在数百平方厘米的样品上产生数百兆帕瞬时压力；

(2)该脉冲功率源驱动的冲击加载装置可重复多次使用，加载波形一致性好；

(3)该脉冲功率源驱动的冲击加载装置加载波形可控制，精度高；

(4)该脉冲功率源驱动的冲击加载装置的能量利用效率高。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型一种具体实施方式的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例

如图1所示，一种脉冲功率源驱动的冲击加载装置，包括脉冲电源单元、电磁冲击加载单元和控制测试单元，其中，脉冲电源单元连接于电磁冲击加载单元和控制测试单元连接，电磁冲击加载单元包括支撑板、传力单元、限位板、第一线圈和第二线圈，且第一线圈和第二线圈极性相反；支撑板、第一线圈、第二线圈、传力单元、样品以及限位板从下至上依次设置；

在本实施例中，第一线圈的底部与支撑板固定连接，第二线圈的底部放置于第一线圈的顶部，传力单元放置于第二线圈的顶部，样品放置于传力单元的顶部，限位板放置于样品上，当脉冲功率源驱动的冲击加载装置处于工作状态时，限位板与支撑板固定连接；

脉冲电源单元电连接于第一线圈和第二线圈；当脉冲电源放电时，第一线圈和第二线圈馈入脉冲电流；

使用该脉冲功率源驱动的冲击加载装置时，将样品放置于传力结构上，限位板放置于样品上，并将支撑板和限位板固定起来，用以固定样品以及位于固定板和支撑板之间的其余部件。

当脉冲功率源驱动的冲击加载装置工作时，脉冲电源单元向第一线圈和第二线圈放电，使得第一线圈和第二线圈均馈入脉冲电流。由电磁感应原理可知，第一线圈周围势必产生第一脉冲强磁场，第二线圈周围势必产生第二脉冲强磁场，又由于第一线圈和第二线圈的极性相反，因而第一脉冲磁场和第二脉冲磁场的极性也相反，从而导致第一线圈和第二线圈相互排斥，进而产生冲击加载力，并通过传力单元作用到样品上。

值得说明的是，根据脉冲电源单元的设计，第一线圈和第二线圈可以连接也可以不连接，只要第一线圈和第二线圈产生的磁场方向相反即可，在本实施例中，为保证第一线圈和第二线圈之间电流的同步性，第一线圈和第二线圈采用串联的连接方式。另外，在本实施例中，第一线圈的匝数和第二线圈的匝数均设置为200匝，当第一线圈和第二线圈馈入15KA的脉冲电流时，该脉冲功率源驱动的冲击加载装置可产生10MN的冲击力。

进一步，在本实施例中，为了防止第一线圈和第二线圈因相互排斥引起侧向滑移，在支撑板上还设置有定位杆，且该定位杆位于第一线圈和第二线圈的线圈内。

进一步地，在本实施例中，限位板和支撑板的两端均设置有螺孔，当限位板和支撑板需要固定时，螺栓依次穿过限位板和支撑板上的螺孔，并与配套的螺母螺纹连接。限位板和支撑板通过螺栓连接。将螺孔设置在限位板与支撑板的端面，以固定限位板与支撑板以及位于固定板和支撑板之间的其余部件。

进一步地，在本实施例中，脉冲电源单元包括充电电源和脉冲发生器，控制测试单元包括控制子单元和测试子单元。充电电源电连接于控制子单元和脉冲发生器，控制子单元用于控制充电电源向脉冲发生器的储能元件充电，以及控制脉冲发生器向电磁冲击加载单元放电。

测试子单元，用于测量脉冲电源单元馈入第一线圈或第二线圈的脉冲电流值、放电电流波形、脉冲发生器的充电电压值以及电磁冲击加载单元的冲击力。

本实施例在具体实施时，控制子单元通过光电信号控制脉冲发生器开关的导通，即，控制子单元控制脉冲发生器是否向电磁冲击加载单元放电。测试子单元通过罗克线圈(电流探头)测试脉冲电流值，通过示波器等采集设备采集放电电流波形，通过分压器测量充电电压值，通过压力计测量电磁冲击加载单元的冲击力。

另外，在本实例中，储能元件为脉冲电容器。值得说明的是，储能元件不单单只是脉冲电容器，也可以是其他储能元件，只要能实现本方案中的功能均可。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种脉冲功率源驱动的冲击加载装置，其特征在于，包括脉冲电源单元、电磁冲击加载单元以及控制测试单元，所述脉冲电源单元连接于所述电磁冲击加载单元和所述控制测试单元连接，所述电磁冲击加载单元包括支撑板、传力单元、限位板、第一线圈和第二线圈，且所述第一线圈和所述第二线圈极性相反，所述支撑板、所述第一线圈、所述第二线圈、所述传力单元、样品以及所述限位板从下至上依次设置；

其中，所述第一线圈的底部与所述支撑板固定连接，所述第二线圈的底部设置于所述第一线圈的顶部，所述传力单元设置于所述第二线圈的顶部，所述样品放置于所述传力单元的顶部，所述限位板设置于所述样品上，当所述脉冲功率源驱动的冲击加载装置处于工作状态时，所述限位板与所述支撑板固定连接；

所述脉冲电源单元电连接于所述第一线圈和所述第二线圈；当所述脉冲电源放电时，所述第一线圈和所述第二线圈馈入脉冲电流。

2.根据权利要求1所述的一种脉冲功率源驱动的冲击加载装置，其特征在于，还包括定位杆，所述定位杆固定设置于所述支撑板上，且所述第一线圈和所述第二线圈套设于所述定位杆上。

3.根据权利要求1或2所述的一种脉冲功率源驱动的冲击加载装置，其特征在于，所述限位板和所述支撑板的两端均设置有螺孔，当所述脉冲功率源驱动的冲击加载装置处于工作状态时，所述限位板和所述支撑板通过螺栓连接。

4.根据权利要求3所述的一种脉冲功率源驱动的冲击加载装置，其特征在于，所述脉冲电源单元包括充电电源和脉冲发生器，所述充电电源电连接于所述控制测试单元和所述脉冲发生器，所述控制测试单元控制所述充电电源向所述脉冲发生器的储能元件充电，以及控制所述脉冲发生器向所述电磁冲击加载单元放电。

5.根据权利要求4所述的一种脉冲功率源驱动的冲击加载装置，其特征在于，所述储能元件为脉冲电容器。

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