專利名稱：一種智能脈沖電磁推送發(fā)射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種智能脈沖電磁推送發(fā)射裝置的設(shè)計。特別是涉及一種功率集中、智能控制、結(jié)構(gòu)簡單且不易受干擾的集中功率電磁脈沖推送發(fā)射裝置。
背景技術(shù)：
電磁脈沖發(fā)射技術(shù)是利用電容電感組成的回路，在一定條件下將電源的直流功率轉(zhuǎn)換為強(qiáng)電磁脈沖功率，從而將推送體迅速沿軌道推出的一種技術(shù)。應(yīng)用該技術(shù)可以再短時間內(nèi)對推送體進(jìn)行強(qiáng)力加速并推向預(yù)定目標(biāo)。該技術(shù)在軍事、國防領(lǐng)域及航空、航天、交通能源領(lǐng)域有廣泛地應(yīng)用價值。本發(fā)明主要針對短時間內(nèi)如何使推送體獲得高加速度即高速度的問題，給出了一種具有集中功率脈沖電磁推送發(fā)射裝置的基本原理和設(shè)計方法。其中采用帶火花間隙的大功率電容矩陣實(shí)現(xiàn)脈沖發(fā)生功能，并通過單片機(jī)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)觸發(fā)控制，從而實(shí)現(xiàn)大功率可控脈沖輸出的功能，具有可持續(xù)工作、操作靈活、結(jié)構(gòu)輕便的特點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，在脈沖發(fā)生的基礎(chǔ)上，使功率密度盡量均勻、數(shù)值盡量大，并高效的將電磁脈沖功率轉(zhuǎn)化為機(jī)械功率。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種智能脈沖電磁推送發(fā)射裝置，包括有脈沖發(fā)生電路(5)，還設(shè)置有控制電路(3)，通過大功率工頻電源(1)及整流電路( 進(jìn)行供電，用于接收脈沖發(fā)生電路(5)的信號，并根據(jù)所接收的信號發(fā)出對脈沖發(fā)生電路( 進(jìn)行控制的激光信號；觸發(fā)電路G)，用于接收控制電路C3)所發(fā)出的對脈沖發(fā)生電路( 進(jìn)行控制的激光信號，并使脈沖發(fā)生電路(5)處于導(dǎo)通工作狀態(tài)。所述的整流電路( 通過大功率工頻電源(1)進(jìn)行供電，將工頻交流電整流為直流后向控制電路⑶進(jìn)行饋電。所述的控制電路(3)包括有接收脈沖發(fā)生電路(5)所發(fā)出的電磁波信號的感應(yīng)天線(31)，與感應(yīng)天線(31)相連的單片機(jī)(32)，以及與單片機(jī)(32)相連的控制輸出(33)；所述的控制輸出(3 是由激光二極管D和光敏三極管Q組成，光敏三極管Q接收激光二極管D的激光信號，并通過集電極與觸發(fā)電路(1)相連向其輸出控制信號(C)，光敏三極管Q的發(fā)射極接地。所述的觸發(fā)電路⑷包括有繼電器KM1、大功率晶體管Ql和行輸出變壓器T，其中，繼電器Ml線圈的一端連接控制電路(3)中的光敏三極管Q的集電極，接收控制信號(C)，另一端連接MV電源；繼電器KMl的開關(guān)Kl 一端連接一個獨(dú)立于控制電路的MV電源，另一端連接行輸出變壓器T輸入端的6腳；大功率晶體管Ql的發(fā)射極接地，集電極連接行輸出變壓器T輸入端的7腳，基極通過電阻Rl連接行輸出變壓器T輸入端的5腳；行輸出變壓器T輸8腳為輸出端，通過高壓硅堆Dl連接脈沖發(fā)生電路(5)，行輸出變壓器T輸出端4腳接地。
所述的脈沖發(fā)生電路(5)是采用MARX發(fā)生器，由多電容C并聯(lián)，在每兩個電容C的尾首之間通過放電球隙(g)相連；所述的脈沖發(fā)生電路(5)的輸入端連接觸發(fā)電路(4)的輸出端(HV)，輸出端構(gòu)成放電終端，對地進(jìn)行脈沖放電。所述的功率推送線圈(6)作用是實(shí)現(xiàn)電磁脈沖能量中電能與磁能相互轉(zhuǎn)換，負(fù)責(zé)將脈沖能量高效的轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，使推送體(7)以很大的加速度沿推送軌道推出。本發(fā)明的智能脈沖電磁推送發(fā)射裝置，通過單片機(jī)、傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在一定范圍內(nèi)檢測并控制脈沖的次數(shù)，滿足實(shí)際使用中的需要。實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)在強(qiáng)電磁脈沖的影響下對電路進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)放電脈沖可控性，從而能夠?qū)㈦姽β室噪姶琶}沖的方式，高效的將推送體沿軌道推出。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)原理圖2是信號電路觸發(fā)的原理圖3是大功率脈沖發(fā)生電路的原理圖4是激光控制信號電路的原理圖。
圖5是脈沖式功率推送原理圖
其中
1 大功率工頻電源2 工頻整流電路
3 控制電路31 感應(yīng)天線
32 單片機(jī)33 控制輸出
4 觸發(fā)電路5 脈沖發(fā)生電路
6 功率推送線圈7 推送體
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)例和附圖對本發(fā)明的智能脈沖電磁推送發(fā)射裝置做出詳細(xì)說明。如圖1所示，本發(fā)明的智能脈沖電磁推送發(fā)射裝置，包括有脈沖發(fā)生電路(5)，還設(shè)置有控制電路(3)，用于接收信號并對脈沖發(fā)生電路(5)控制；觸發(fā)電路(4)用于接收控制電路C3)所發(fā)出的對脈沖發(fā)生電路( 進(jìn)行控制的激光信號，并使脈沖發(fā)生電路(5)處于導(dǎo)通工作狀態(tài)。其中控制電路(3)通過工頻整流電路(2)將大功率工頻電源(1)的電能整流后獲得電力。脈沖發(fā)生電路( 輸出端接于功率推送線圈(6)，通過電磁場耦合將能量傳輸?shù)酵扑腕w(7)。如圖2所示，所述的觸發(fā)電路(4)包括有行輸出變壓器T、大功率晶體管Ql和繼電器KM1。其中繼電器KMl —端連接工頻整流電路O)，另一端連接光敏三極管Q的集電極；繼電器KMl的開關(guān)Kl 一端連接工頻整流電路( ，另一端連接行輸出變壓器T輸入端6腳；晶體管Ql的發(fā)射極接地，集電極連接行輸出變壓器T輸入端的7腳，基極通過電阻Rl連接行輸出變壓器T輸入端的5腳；行輸出變壓器T輸出端的8腳通過高壓硅堆Dl連接脈沖發(fā)生電路(5)。行輸出變壓器T的原邊可等效為鐵氧體磁芯線圈，它比普通電感線圈有更高的電感量和品質(zhì)因數(shù)。當(dāng)繼電器KMl的開關(guān)Kl閉合時，大功率晶體管Ql截止，7腳電位升高而5腳降低，所以電流又由7腳流向5腳，此時大功率晶體管Ql再次導(dǎo)通，以上過程重復(fù)進(jìn)行，相當(dāng)于從行輸出變壓器T輸入了方波信號。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，最終就會產(chǎn)生比較穩(wěn)定的直流高電壓，提供給脈沖發(fā)生電路(5)。如圖3所示，所述的脈沖發(fā)生電路2采用MARX(馬克思脈沖)發(fā)生器由多數(shù)個相同的電容C并聯(lián)連接，在每兩個電容C之間都接有一個阻值大于2ΜΩ的電阻R，在每兩個電容C的尾首之間都通過放電球隙g相連；所述脈沖發(fā)生電路2的輸入端連接觸發(fā)電路1的輸出端HV，輸出端構(gòu)成放電終端進(jìn)行脈沖放電。當(dāng)所加電壓為+HV時，因為初始時放電球隙g并未被擊穿，故而斷路。所有的電容C并聯(lián)在電源兩側(cè)。對于每一個電容C而言，如果充滿電，其兩端的電勢差為+HV。當(dāng)在+HV的電壓作用下第一級放電球隙g擊穿后，如圖2，①②兩點(diǎn)相當(dāng)于導(dǎo)線連接，②處的電勢瞬時變化到和①相同，即從0變?yōu)?HV;③與②的電勢差為+HV，故而③處電勢變?yōu)?2HV ；緊接著第二個放電球隙g擊穿，④處電勢由0變?yōu)?2HV，⑤處變?yōu)?3HV...依此類推，經(jīng)過η次升壓，在放電終端，電壓升高為+nHV。從而在很短的時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了電壓的倍增。如圖4所示，所述的控制電路C3)包括有接收脈沖發(fā)生電路( 所發(fā)出的電磁波信號的感應(yīng)天線31，與感應(yīng)天線31相連的單片機(jī)32，以及與單片機(jī)32相連的控制輸出33，其中，所述的感應(yīng)天線31 —端接收脈沖發(fā)生電路2所發(fā)出的電磁波信號FD，另一端與單片機(jī)32的PTA2腳相連接；所述的控制輸出33由激光二極管D和光敏三極管Q組成，所述的激光二極管D的正極連接單片機(jī)32的PTAl腳，負(fù)極接VSS，光敏三極管Q接收激光二極管D的激光信號，并通過集電極與觸發(fā)電路1相連向其輸出控制信號C，光敏三極管Q發(fā)射極接地。脈沖電磁推送發(fā)射裝置在放電的同時產(chǎn)生強(qiáng)電磁脈沖，根據(jù)這一理論，可以利用單片機(jī)32感應(yīng)放電時產(chǎn)生的電磁脈沖信號。為了效果明顯，在單片機(jī)32的PTA2腳連接一個電感線圈來感受電磁波(如圖3中的感應(yīng)天線31)。放電時，同時發(fā)出的強(qiáng)電磁波通過PTA2連接的感應(yīng)天線31將電磁波信號轉(zhuǎn)化成電信號輸送到單片機(jī)32，觸發(fā)內(nèi)部中斷，啟動相應(yīng)的程序。如圖5所示，將放電終端引至功率推送線圈(6)上，其中+、_符號表示放電時的正負(fù)電位，推送體(7)與功率推送線圈(6)同軸放置，并推送軌道滑動接觸，以保證推送體(7)能夠順利推出。本發(fā)明的智能脈沖電磁推送發(fā)射裝置，正常工作時首先通過單片機(jī)的控制板輸入相應(yīng)的參數(shù)，當(dāng)按動啟動按鍵后，紅色激光二極管就會點(diǎn)亮，在其作用下觸發(fā)電路導(dǎo)通，系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)。電磁脈沖產(chǎn)生后，推送體(7)得到迅速加速并沿軌道飛向目標(biāo)體。
權(quán)利要求
1.一種智能脈沖電磁推送發(fā)射裝置，其特征在于，包括有脈沖發(fā)生電路0)，并設(shè)置有控制電路(3)，用于接收脈沖發(fā)生電路O)的信號，并根據(jù)所接收的信號發(fā)出對脈沖發(fā)生電路(2)進(jìn)行控制的激光信號；觸發(fā)電路(1)，用于接收控制電路C3)所發(fā)出的對脈沖發(fā)生電路⑵進(jìn)行控制的激光信號，并使脈沖發(fā)生電路⑵處于導(dǎo)通工作狀態(tài)；脈沖發(fā)生電路(5)輸出端與功率推送線圈(6)相連接，在脈沖能量產(chǎn)生后，通過電磁場的耦合作用將能量傳輸?shù)酵扑腕w(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能脈沖電磁推送發(fā)射裝置，其特征還在于，所述的控制電路(3)包括有電磁波信號的感應(yīng)天線(31)，與感應(yīng)天線(31)相連的單片機(jī)(32)，以及與單片機(jī)(3 相連的控制輸出(33)，其中，所述的感應(yīng)天線(31)的一端接收脈沖發(fā)生電路(5)所發(fā)出的電磁波信號(FD)，另一端與單片機(jī)(32)的PTA2腳相連接；所述的控制輸出(33)是由激光二極管D和光敏三極管Q組成，所述的激光二極管D的正極連接單片機(jī)(32)的PTAl腳，負(fù)極接VSS，光敏三極管Q接收激光二極管D的激光信號，并通過集電極與觸發(fā)電路(4)相連向其輸出控制信號(C)，光敏三極管Q的發(fā)射極接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能脈沖電磁推送發(fā)射裝置，其特征還在于，所述的觸發(fā)電路(4)包括有繼電器KM1、大功率晶體管Ql和行輸出變壓器T，其中，繼電器KMl線圈的一端連接控制電路C3)中的光敏三極管Q的集電極，接收控制信號(C)，另一端連接24V電源；繼電器KMl的開關(guān)Kl 一端連接一個獨(dú)立于控制電路的24V電源，另一端連接行輸出變壓器T輸入端的6腳；大功率晶體管Ql的發(fā)射極接地，集電極連接行輸出變壓器T輸入端的7腳，基極通過電阻Rl連接行輸出變壓器T輸入端的5腳；行輸出變壓器T輸出端的8腳為輸出端，通過高壓硅堆Dl連接脈沖發(fā)生電路( ，行輸出變壓器T輸出端的4腳接地。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能脈沖電磁推送發(fā)射裝置，其特征還在于，所述的脈沖發(fā)生電路( 是采用Marx發(fā)生器，具體是由多個電容C并聯(lián)連組成放電矩陣，在每兩個電容C的之間都接有一個阻值大于2ΜΩ的電阻R，在每兩個電容C的尾首之間都通過放電球隙(g)相連；所述的脈沖發(fā)生電路(5)的輸入端連接觸發(fā)電路⑷的輸出端(HV)，輸出端構(gòu)成放電終端，對地進(jìn)行脈沖放電，產(chǎn)生的電脈沖向控制電路(5)發(fā)出電磁波信號(FD)；根據(jù)脈沖信號強(qiáng)度控制放電電流的強(qiáng)弱，以避免造成觸電危險。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能脈沖電磁推送發(fā)射裝置，其特征還在于，所述的脈沖發(fā)生電路(5)放電終端引出后接在功率推送線圈(6)上，后者由高品質(zhì)因數(shù)銅線密繞得到，推送體(7)與功率推送線圈(6)同軸放置，并推送軌道滑動接觸。
全文摘要
本發(fā)明公開一種智能脈沖電磁推送發(fā)射裝置，是在短時間內(nèi)利用功率密度集中的強(qiáng)脈沖電磁能將推送體推出軌道的一種設(shè)備，在航天、交通、軍事領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景。該裝置由大功率脈沖發(fā)生電路、激光信號控制電路、脈沖觸發(fā)電路、功率推送線圈、推送軌道及推送體組成。功率脈沖發(fā)生電路通過帶火花放電間隙的大功率電容矩陣實(shí)現(xiàn)。功率推送線圈由高Q值導(dǎo)線密繞而成，推送體由具由一定質(zhì)量的磁良導(dǎo)體制作。本發(fā)明可制作價格低廉、結(jié)構(gòu)簡單的電磁推送發(fā)射裝置。實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)在強(qiáng)電磁脈沖的影響下對放電進(jìn)行控制。脈沖能量產(chǎn)生后集中施加于功率推送線圈上，并通過電磁場耦合原理將能量在短時間內(nèi)傳送到推送體上，由此將推送體高速、高效的推出軌道。
文檔編號G05B19/042GK102566471SQ201210007360
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月12日
發(fā)明者張獻(xiàn), 李勁松, 楊慶新, 金亮, 閆榮格, 高圣偉 申請人:天津工業(yè)大學(xué)