RU2419952C1 - Способ генерирования электрического импульса в индуктивной нагрузке взрывного пьезогенератора - Google Patents
Способ генерирования электрического импульса в индуктивной нагрузке взрывного пьезогенератора Download PDFInfo
- Publication number
- RU2419952C1 RU2419952C1 RU2010114211/07A RU2010114211A RU2419952C1 RU 2419952 C1 RU2419952 C1 RU 2419952C1 RU 2010114211/07 A RU2010114211/07 A RU 2010114211/07A RU 2010114211 A RU2010114211 A RU 2010114211A RU 2419952 C1 RU2419952 C1 RU 2419952C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- explosive
- piezoelectric
- electrodes
- shock wave
- piezoelectric transducer
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
Abstract
Изобретение относится к сильноточной импульсной технике и может быть использовано в системах однократного действия. Способ генерирования электрического импульса в индуктивной нагрузке взрывного пьезогенератора включает ударное нагружение расходящейся клиновидной ударной волной пьезоэлектрического преобразователя, в котором происходит преобразование энергии ударной волны в электрическую энергию. Ударное нагружение формируется при детонации взрывчатого вещества. Пьезопреобразователь выполнен, по крайней мере, из одной пьезопластины с электродами на противоположных гранях. Фронт ударной волны перпендикулярен электродам пьезопластины. Далее пьезопреобразователь дополнительно нагружается встречной сходящейся клиновидной ударной волной с разницей во времени Δt между началами первого и дополнительного нагружений пьезоэлектрического преобразователя, которую выбирают из условия: Δt=y0/2D, где у0 - длина пьезопластины; D - скорость детонации взрывчатого вещества. Технический результат - возможность генерирования электрического импульса с максимальной амплитудой тока при сохранении величины допустимого напряжения на индуктивной нагрузке генератора и уменьшении объема пьезопреобразователя. 4 ил.
Description
Изобретение относится к сильноточной импульсной технике и может быть использовано в системах однократного действия.
Известен взрывной пьезогенератор (Патент РФ №1119564, МКИ H01L 41/08, H02N 11/00, опубликовано в БИ №8, 1997 г.), в котором реализован способ генерирования электрического импульса, заключающийся в нагружении ударной волной пьезоэлектрического преобразователя и преобразовании энергии ударной волны (УВ) в электрическую энергию. Генерирование электрического импульса происходит после взрыва содержащегося в генераторе ударной волны взрывчатого вещества при прохождении фронта плоской ударной волны по пьезопреобразователю. При этом в омической нагрузке, подключенной к выходным клеммам взрывного пьезогенератора, являющегося генератором тока, формируется импульс электрического тока П-образной формы.
Недостатком этого способа генерирования электрического импульса является то, что в случае использования его в схеме с индуктивной (L) нагрузкой на зажимах пьезопреобразователя возникает перенапряжение из-за того, что пьезопреобразователь генерирует импульс тока П-образной формы, а на индуктивности формируется импульс тока, изменяющийся во времени по синусоидальному закону. Возникающие в результате этого излишки заряда накапливаются на собственной емкости пьезопреобразователя и заряжают ее до напряжения, величина которого может превысить электрическую прочность системы "пьезопреобразователь + нагрузка". Чтобы этого избежать, приходится искусственно увеличивать емкость системы "пьезопреобразователь + нагрузка" за счет увеличения высоты самого пьезопреобразователя или за счет введения в схему дополнительного конденсатора, размеры которого могут превышать размеры самого взрывного пьезогенератора, т.е. увеличивать габаритно-массовые характеристики.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ генерирования электрического импульса, реализованный во взрывном пьезогенераторе (Патент №2154888, МПК7 H02N 2/18, H01L 41/113, F42C 11/02, опубликовано в БИ №23, 2000 г.). Известный способ заключается в том, что пьезоэлектрический преобразователь нагружается расходящейся клиновидной ударной волной, которая формируется генератором ударной волны, выполненным в виде монолитного тела с зарядом взрывчатого вещества в виде слоя и примыкающего к нему линейного заряда, перпендикулярного электродам пьезопластин и инициируемого одновременно по всей длине. При этом фронт ударной волны перпендикулярен электродам пьезопластин и распространяется в направлении OZ со скоростью U, а в направлениях OY и O(-Y) - со скоростью детонации D взрывчатого вещества, содержащегося во взрывном пьезогенераторе. Пьезопреобразователь генерирует импульс тока с линейно нарастающей амплитудой тока и в L-нагрузке взрывного пьезогенератора формируется электрический импульс с регулируемой крутизной нарастания тока , за счет чего достигается снижение напряжения на выходных клеммах взрывного пьезогенератора, .
Недостатком такого генератора является то, что при достижении ударной волной краев пьезопластины длиной y0 в направлениях OY, O(-Y) в момент времени генерируемый ток достигает своего максимального значения Iмакс и перестает расти, тогда и , т.е. пьезопреобразователь перестает вырабатывать энергию и завершает свою работу. При этом в пьезопластинах пьезопреобразователя, имеющих прямоугольную форму, образуется балластный объем, расположенный перед фронтом ударной волны, не участвующий в процессе генерации электрической энергии из-за клиновидной формы ударной волны.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании способа генерирования электрического импульса, в L-нагрузке взрывного пьезогенератора, с увеличенной эффективностью.
Технический результат, полученный при осуществлении изобретения, заключается в возможности генерирования электрического импульса с максимальной амплитудой тока при сохранении величины допустимого напряжения на L-нагрузке генератора и уменьшении объема пьезопреобразователя (в 2 раза по сравнению с прототипом).
Это достигается тем, что в способе генерирования электрического импульса в L-нагрузке взрывного пьезогенератора, включающем формируемое при детонации взрывчатого вещества ударное нагружение пьезоэлектрического преобразователя, выполненного в виде, по крайней мере, одной пьезопластины с электродами на противоположных гранях, расходящейся клиновидной ударной волной, фронт которой перпендикулярен электродам, и преобразование энергии ударной волны в электрический импульс, новым является то, что пьезоэлектрический преобразователь дополнительно нагружают встречной сходящейся клиновидной ударной волной, фронт которой перпендикулярен электродам, с разницей во времени Δt между началами первого и дополнительного нагружений пьезоэлектрического преобразователя, которую выбирают из условия:
где y0 - длина пьезопластины; D - скорость детонации взрывчатого вещества.
Техническая сущность заявляемого способа генерирования электрического импульса состоит в том, что пьезопреобразователь нагружается дополнительно встречной сходящейся клиновидной ударной волной, которая включается в тот момент времени t=Δt, когда первая, расходящаяся клиновидная ударная волна, распространяющаяся вдоль направлений OY и O(-Y) со скоростью детонации D, достигает при t=Δt=y0/2D краев пьезопластин(ы). В этот момент ток, генерируемый в результате нагружения первой ударной волной, перестает расти, становится постоянным (I0=const) и дальнейший рост амплитуды тока генератора с той же скоростью нарастания обеспечивается за счет дополнительного нагружения пьезопреобразователя встречной сходящейся клиновидной ударной волной. В результате к моменту T=2Δt=y0/D, когда обе клиновидные ударные волны встречаются и генератор завершает работу, балластный объем пьезопреобразователя сводится к нулю, амплитуда тока достигает своего максимального значения Iмакс=2I0 при сохранении неизменной величины допустимого напряжения,
Объем заявляемого пьезопреобразователя, состоящего из одной пьезопластины, при длине пьезопластины y0=2D·Δt, высоте пьезопластины - z0=2U·Δt и расстоянии между электродами x0, составляет:
Если формировать импульс тока пьезопреобразователя той же амплитуды 2I0 на основе прототипа, то это значение тока может быть реализовано при увеличении вдвое длины пьезопластины, y0пpoтoтип=2y0=4D·Δt. Тогда время работы пьезопреобразователя составит величину
т.е. Тпрототип=Т.
Объем такого пьезопреобразователя, состоящего из одной пьезопластины при том же размере x0, определится как:
где высота пьезопластины равна z0прототип=U·Тпрототип=2U·Δt. Тогда объем преобразователя на основе технического решения прототипа составит:
т.е. в 2 раза больше, чем объем у заявляемого (см. (2)). Следовательно, при сохранении амплитуды генерируемого тока Iмакс=2I0 объем пьезопреобразователя уменьшается в 2 раза по сравнению с прототипом.
Заявляемый способ генерирования электрического импульса поясняется с помощью:
- фиг.1, на которой схематично изображен взрывной пьезогенератор с L-нагрузкой;
- фиг.2, фиг.3, фиг.4, на которых схематично изображено расположение клиновидных ударных волн в пьезопреобразователе для моментов времени t<Δt, t>Δt и в момент завершения работы пьезопреобразователя, Т=2Δt, соответственно;
Заявляемый способ генерированиия электрического импульса заключается в следующем. При детонации взрывчатого вещества в генераторе 1 ударной волны, фиг.1, в момент времени t=0 в пьезопреобразователе, состоящем, по крайней мере, из одной пьезопластины 2 и окружающего ее электроизоляционного компаунда 3, размещенных в корпусе 4, формируется расходящаяся клиновидная УВ1, фиг.2 (например, как в прототипе). Ее фронт перпендикулярен электродам 5 пьезопластины 2, а направление распространения фронта, указанное стрелкой, параллельно направлению OZ и, соответственно, электродам. Ударная волна в направлении OZ распространяется со скоростью U, а в направлениях OY и O(-Y) - со скоростью детонации D взрывчатого вещества. В результате преобразования энергии ударной волны в электрическую в объеме пьезопреобразователя на выходных зажимах 6 формируется импульс тока. В момент времени t=y0/2D, когда расходящаяся клиновидная ударная волна достигает краев пьезопластины в направлениях OY и O(-Y), а амплитуда тока - значения I0, включается ударное нагружение пьезопреобразователя сходящейся клиновидной УВ2, фиг.3, которая формируется генератором 7 ударной волны. Сходящаяся клиновидная УВ2 образована двумя косыми ударными волнами, фронты которых параллельны соответствующим фронтам расходящейся УВ1 и перпендикулярны электродам 5 пьезопластины 2. Сходящаяся клиновидная УВ2 распространяется в направлениях OY, O(-Y) и O(-Z) с теми же скоростями, что и расходящаяся клиновидная УВ1. Работа пьезопреобразователя завершается в момент T=2Δt при столкновении двух клиновидных волн, фиг.4. При этом максимальное значение тока пьезопреобразователя составит величину 2I0.
Проведенные лабораторные исследования подтвердили, что предлагаемый способ генерирования электрического импульса позволяет создать взрывной пьезогенератор, у которого максимальное значение тока может быть реализовано при уменьшении объема пьезопреобразователя в 2 раза при сохранении неизменной величины допустимого напряжения в L-нагрузке.
Claims (1)
- Способ генерирования электрического импульса в индуктивной нагрузке взрывного пьезогенератора, включающий формируемое при детонации взрывчатого вещества ударное нагружение пьезоэлектрического преобразователя, выполненного в виде, по крайней мере, одной пьезопластины с электродами на противоположных гранях, расходящейся клиновидной ударной волной, фронт которой перпендикулярен электродам, и преобразование энергии ударной волны в электрический импульс, отличающийся тем, что пьезоэлектрический преобразователь дополнительно нагружают встречной сходящейся клиновидной ударной волной, фронт которой перпендикулярен электродам, с разницей во времени Δt между началами первого и дополнительного нагружений пьезоэлектрического преобразователя, которую выбирают из условия
Δt=y0/2D,
где у0 - длина пьезопластины;
D - скорость детонации взрывчатого вещества.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010114211/07A RU2419952C1 (ru) | 2010-04-09 | 2010-04-09 | Способ генерирования электрического импульса в индуктивной нагрузке взрывного пьезогенератора |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010114211/07A RU2419952C1 (ru) | 2010-04-09 | 2010-04-09 | Способ генерирования электрического импульса в индуктивной нагрузке взрывного пьезогенератора |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2419952C1 true RU2419952C1 (ru) | 2011-05-27 |
Family
ID=44734994
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010114211/07A RU2419952C1 (ru) | 2010-04-09 | 2010-04-09 | Способ генерирования электрического импульса в индуктивной нагрузке взрывного пьезогенератора |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2419952C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102570620A (zh) * | 2011-12-26 | 2012-07-11 | 上海交通大学 | 步行能收集系统 |
CN103701362A (zh) * | 2013-12-25 | 2014-04-02 | 武汉理工大学 | 组合式压电发电系统 |
-
2010
- 2010-04-09 RU RU2010114211/07A patent/RU2419952C1/ru active
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102570620A (zh) * | 2011-12-26 | 2012-07-11 | 上海交通大学 | 步行能收集系统 |
CN102570620B (zh) * | 2011-12-26 | 2013-12-11 | 上海交通大学 | 步行能收集系统 |
CN103701362A (zh) * | 2013-12-25 | 2014-04-02 | 武汉理工大学 | 组合式压电发电系统 |
CN103701362B (zh) * | 2013-12-25 | 2015-12-02 | 武汉理工大学 | 组合式压电发电系统 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102158206B (zh) | 一种多级串联直线型变压器驱动源的同步触发方法 | |
RU2419952C1 (ru) | Способ генерирования электрического импульса в индуктивной нагрузке взрывного пьезогенератора | |
CN105226994A (zh) | 多频耦合振动能量俘获器 | |
CN102983774A (zh) | 一种基于多路开关延时输出的液相脉冲放电系统 | |
CN102916680B (zh) | 一种基于磁开关的重复频率的倍压方波发生器 | |
CN109995270A (zh) | 一种磁力耦合多梁压电俘能装置及其双稳态实现方法 | |
CN104836229A (zh) | 基于虚拟阻抗的多并网逆变器系统全局谐振抑制装置及方法 | |
CN102437773A (zh) | 一种脉冲发生器 | |
Waisman et al. | Optimization of current waveform tailoring for magnetically driven isentropic compression experiments | |
CN1110137C (zh) | 多功能电磁脉冲模拟器 | |
Elliott et al. | Power density improvement of a piezoelectric energy harvester through use of a micropower switch-mode interface | |
CN103311489A (zh) | 电池系统 | |
RU2267219C2 (ru) | Взрывной пьезогенератор | |
RU2400948C1 (ru) | Линейный индукционный ускоритель | |
RU2154887C2 (ru) | Взрывной пьезогенератор | |
Asai et al. | Novel power circulation methods for a surface acoustic wave motor | |
CN102890928B (zh) | 一种电磁式脉冲声源 | |
RU2809958C1 (ru) | Устройство подзарядки автомобильного аккумулятора | |
CN113852295A (zh) | 一种多模态碰撞低频压电俘能器 | |
RU2298870C2 (ru) | Взрывной пьезогенератор для формирования импульса тока в индуктивной нагрузке | |
RU2154888C2 (ru) | Взрывной пьезогенератор | |
RU2044252C1 (ru) | Взрывной магнитокумулятивный генератор | |
CN102563696A (zh) | 计算直接起爆引起爆轰有效点火能量的方法 | |
CN103441696B (zh) | 一种级联变流器直流侧自稳压方法 | |
CN207021913U (zh) | 一种高速铁路桥梁检测用驱动电源及稀土超磁致震源系统 |