本發(fā)明涉及激光放電技術(shù)領(lǐng)域,并且更具體地,涉及一種測量激光引導(dǎo)下間隙放電的放電參數(shù)的裝置及方法。
背景技術(shù):
雷電及其產(chǎn)生的強電磁脈沖,對于輸電線路和電子電氣設(shè)備會造成巨大危害。在歷史上,科學(xué)界提出過多種引雷手段及避雷措施,其中主動引雷的手段主要是火箭引雷,即發(fā)射引雷火箭到雷云,由于引雷火箭帶有接地導(dǎo)線,當(dāng)引雷火箭到達(dá)云層時,通過接地導(dǎo)線在雷電產(chǎn)生上行先導(dǎo)之前將雷電釋放至大地,起到防患于未然的作用。但是火箭引雷被證實弊端明顯,每次發(fā)射火箭時會消耗非常多的能量,且不能連續(xù)的進(jìn)行引雷工作,所以成功率也是非常低的。
因此,在上世紀(jì)七十年代,美國科學(xué)家提出激光引雷的概念,與火箭引雷相比,激光引雷具有很大的優(yōu)勢。首先等離子體是一種優(yōu)良的導(dǎo)體,而高能激光在大氣環(huán)境下能將空氣電離成為等離子體,所以當(dāng)激光束中的等離子體達(dá)到一定濃度時,就在激光束中形成了導(dǎo)電通道,也就形成了一條虛擬的“導(dǎo)線”。利用激光和等離子體的這一特殊關(guān)系,激光引雷也就不難實現(xiàn)了,科學(xué)家們將高能激光通過聚焦系統(tǒng)聚焦形成激光束,在空氣中產(chǎn)生等離子體通道,通過連接雷云和接地裝置,使得雷電通過預(yù)設(shè)的等離子通道釋放到大地,避免了對輸電線路和電子電氣設(shè)備造成損害。在八十年代以來,日本的科學(xué)家和幾家大型的電力公司都對激光引雷技術(shù)進(jìn)行了研究。
近年來,技術(shù)人員對飛秒激光引導(dǎo)閃電進(jìn)行了模擬實驗研究,實驗中采用40mJ,脈沖寬度50fs的飛秒激光脈沖形成的等離子通道成功引導(dǎo)了3-23cm長間隙的靜態(tài)高壓放電。實驗結(jié)果表明,飛秒激光產(chǎn)生的等離子體通道可使空氣間隙擊穿閾值降低至自然狀態(tài)下的40%。這一實驗雖然證明了激光對引導(dǎo)放電的可行性,但是其并未通過測量在激光引導(dǎo)下間隙放電的放電參數(shù),從而對放電參數(shù)、激光工作參數(shù)和間隙距離之間的關(guān)聯(lián)特性進(jìn)行深入研究。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
為了解決背景技術(shù)存在的上述問題,本發(fā)明提供一種測量在激光引導(dǎo)下間隙放電的放電參數(shù)的裝置,所述裝置包括:
放電電極,其包括高壓電極(1)和接地電極(2),所述高壓電極(1)和接地電極(2)的中央位置設(shè)有圓孔;
測量裝置,其包括示波器(3)、電壓測量單元(4)和電流測量單元(5),所述電壓測量單元(4)的高壓端與所述高壓電極(1)連接以測量電壓,所述電流測量單元(5)用于測量接地電極(2)和地連接的接地線上電流,示波器(3)用于采集電壓信號和電流信號,其中,所述電壓信號和電流信號是在激光引導(dǎo)下間隙放電的放電參數(shù);
激光裝置,其包括激光器(6)和聚焦透鏡(7),所述激光器(6)發(fā)出的激光光束經(jīng)過所述聚焦透鏡(7)從所述高壓電極(1)與所述接地電極(2)之間的間隙穿過;
激勵源(8),其用于為放電電極提供電源,其中,所述激勵源(8)的輸出端通過高壓電線與金屬墊片相連接。所述激勵源(8)的接地端通過高壓電線與金屬墊片的一端連接,并且所述金屬墊片的另一端通過高壓導(dǎo)線與接地線連接。
進(jìn)一步地,所述裝置還包括電極間隙調(diào)整裝置(100),其包括與高壓電極(1)連接的第一絕緣柱(101)、與接地電極(2)連接的第二絕緣柱(102)、第一光學(xué)底座(111)、第二光學(xué)底座(112)和第三光學(xué)底座(113),其中所述高壓電極(1)與金屬桿(12)相連接,所述金屬桿(12)通過螺栓(13)與第一絕緣柱(101)的頂部固定連接,高壓電極(1)和第一絕緣柱(101)連接處以及接地電極(2)和第二絕緣柱(102)連接處分別設(shè)有連接金屬導(dǎo)線的金屬墊片接地電極,所述接地電極(2)通過螺栓(13)與第二絕緣柱(102)的頂部固定連接,所述第一絕緣柱(101)的底部通過螺栓(13)與第二光學(xué)底座(112)相連接,所述第二絕緣柱(102)的底部通過螺栓(13)與第一光學(xué)底座(111)的上半部分相連接,所述第一光學(xué)底座(111)的下半部分和所述第二光學(xué)底座(112)通過螺栓(13)與第三光學(xué)底座(113)相連接。在實際應(yīng)用中,第二光學(xué)底座(112)可采用和第一光學(xué)底座(111)相同的結(jié)構(gòu),從而使高壓電極(1)和接地電極(2)之間可調(diào)整的距離的范圍更大。
進(jìn)一步地,所述第一光學(xué)底座(111)的一側(cè)設(shè)有旋轉(zhuǎn)旋鈕(14),通過旋轉(zhuǎn)所述旋鈕(14)對所述第一光學(xué)底座(111)進(jìn)行左右調(diào)整以實現(xiàn)對高壓電極(1)和接地電極(2)之間距離的調(diào)整。
進(jìn)一步地,所述激光器(6)發(fā)出的激光光束經(jīng)過所述聚焦透鏡(7)從所述高壓電極(1)與所述接地電極(2)之間的間隙穿過的方式包括:
所述激光器(6)發(fā)出的激光光束經(jīng)過所述聚焦透鏡(7)后沿與所述高壓電極(1)的圓孔中心點和所述接地電極(2)的圓孔中心點之間的連線垂直的方向穿過所述高壓電極(1)與所述接地電極(2)之間的間隙;
所述激光器(6)發(fā)出的激光光束經(jīng)過所述聚焦透鏡(7)后從所述接地電極(2)的圓孔穿過,并穿過所述高壓電極(1)的圓孔。
進(jìn)一步地,所述高壓電極(1)為球形或板形或錐形,所述接地電極(2)為球形或板形或錐形。
進(jìn)一步地,所述高壓電極(1)和所述接地電極(2)為銅電極或不銹鋼電極。
進(jìn)一步地,所述電壓測量單元(4)采用高壓探頭,所述電流測量單元(5)采用羅氏線圈。
進(jìn)一步地,所述電壓測量單元(4)還包括分壓器。
進(jìn)一步地,所述激勵源(8)采用直流高壓電源,所述直流高壓電源的高壓輸出端采用電纜輸出。
進(jìn)一步地,所述激光器(6)采用納秒脈沖固體激光器。
進(jìn)一步地,所述示波器(3)通過信號輸入通道分別與所述電壓測量單元(4)和所述電流測量單元(5)連接。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面,本發(fā)明還涉及一種測量在激光引導(dǎo)下間隙放電的放電參數(shù)的方法,所述方法包括:
步驟1、打開激光器(6),調(diào)整激光器(6)的工作電壓、工作頻率以及激光工作參數(shù),所述激光工作參數(shù)包括激光波長和激光能量;
步驟2、根據(jù)所述激光器(6)發(fā)出的激光光束經(jīng)過所述聚焦透鏡(7)從所述高壓電極(1)與所述接地電極(2)之間的間隙穿過的方式,移動高壓電極(1)和接地電極(2),并調(diào)整高壓電極(1)和接地電極(2)之間的間隙;
步驟3、打開激勵源(8),逐漸升高電壓;
步驟4、當(dāng)激光器(6)發(fā)出的激光光束經(jīng)過所述聚焦透鏡(7)從所述高壓電極(1)與所述接地電極(2)之間的間隙穿過并發(fā)生擊穿時,電壓測量單元(4)和電流測量單元(5)測量在激光引導(dǎo)下間隙放電的電壓與電流;
步驟5、示波器(7)采集電壓信號和電流信號,獲得放電參數(shù)、激光工作參數(shù)以及不同間隙距離之間的關(guān)聯(lián)特性。
進(jìn)一步地,所述激光器(6)發(fā)出的激光光束經(jīng)過所述聚焦透鏡(7)從所述高壓電極(1)與所述接地電極(2)之間的間隙穿過的方式包括:
所述激光器(6)發(fā)出的激光光束經(jīng)過所述聚焦透鏡(7)后沿與所述高壓電極(1)的圓孔中心點和所述接地電極(2)的圓孔中心點之間的連線垂直的方向穿過所述高壓電極(1)與所述接地電極(2)之間的間隙;
所述激光器(6)發(fā)出的激光光束經(jīng)過所述聚焦透鏡(7)后從所述接地電極(2)的圓孔穿過,并穿過所述高壓電極(1)的圓孔。
進(jìn)一步地,根據(jù)所述激光器(6)發(fā)出的激光光束經(jīng)過所述聚焦透鏡(7)從所述高壓電極(1)與所述接地電極(2)之間的間隙穿過的方式調(diào)整高壓電極(1)和接地電極(2)之間的間隙的方法包括:
直接移動高壓電極(1)和接地電極(2)來調(diào)整高壓電極(1)和接地電極(2)之間的間隙;或者
移動電極間隙調(diào)整裝置,并通過手動操作旋轉(zhuǎn)旋鈕(14)調(diào)整高壓電極(1)和接地電極(2)之間的間隙。
通過本發(fā)明提供的測量在激光引導(dǎo)下間隙放電的放電參數(shù)的裝置,能夠較為準(zhǔn)確地測量所述裝置的高壓電極和接地電極在不同間隙距離、不同激光入射方式和不同激光工作參數(shù)情況下的放電參數(shù),從而獲得不同間隙距離、不同激光入射方式、不同激光工作參數(shù)和放電參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)特性。
附圖說明
通過參考下面的附圖,可以更為完整地理解本發(fā)明的示例性實施方式:
圖1是本發(fā)明實施例一提供的測量在激光引導(dǎo)下間隙放電的放電參數(shù)的裝置的結(jié)構(gòu)圖;
圖2是本發(fā)明實施例一提供的測量在激光引導(dǎo)下間隙放電的放電參數(shù)的方法的流程圖;
圖3是本發(fā)明實施例二提供的具有電極間隙調(diào)整裝置的測量在激光引導(dǎo)下間隙放電的放電參數(shù)的裝置的結(jié)構(gòu)圖;
圖4是本發(fā)明實施例二提供的電極間隙調(diào)整裝置的結(jié)構(gòu)圖;以及
圖5是本發(fā)明實施例二提供的另一個測量在激光引導(dǎo)下間隙放電的放電參數(shù)的方法的流程圖。
具體實施方式
現(xiàn)在參考附圖介紹本發(fā)明的示例性實施方式,然而,本發(fā)明可以用許多不同的形式來實施,并且不局限于此處描述的實施例,提供這些實施例是為了詳盡地且完全地公開本發(fā)明,并且向所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員充分傳達(dá)本發(fā)明的范圍。對于表示在附圖中的示例性實施方式中的術(shù)語并不是對本發(fā)明的限定。在附圖中,相同的單元/元件使用相同的附圖標(biāo)記。
除非另有說明,此處使用的術(shù)語(包括科技術(shù)語)對所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員具有通常的理解含義。另外,可以理解的是,以通常使用的詞典限定的術(shù)語,應(yīng)當(dāng)被理解為與其相關(guān)領(lǐng)域的語境具有一致的含義,而不應(yīng)該被理解為理想化的或過于正式的意義。
實施例一
圖1是本發(fā)明實施例一提供的測量在激光引導(dǎo)下間隙放電的放電參數(shù)的裝置的結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示,所述裝置包括放電電極、測量裝置、激光裝置和激勵源。所述裝置的具體結(jié)構(gòu)如下:
放電電極,其包括高壓電極(1)和接地電極(2),所述高壓電極(1)為板形,所述接地電極(2)為球形,所述高壓電極(1)和接地電極(2)的中央位置設(shè)有圓孔;
測量裝置,其包括示波器(3)、電壓測量單元(4)和電流測量單元(5),所述電壓測量單元(4)的高壓端與所述高壓電極(1)連接以測量電壓,所述電流測量單元(5)用于測量接地電極(2)和地連接的接地線上電流,示波器(3)用于采集電壓信號和電流信號,其中,所述電壓信號和電流信號是在激光引導(dǎo)下間隙放電的放電參數(shù);
激光裝置,其包括激光器(6)和聚焦透鏡(7),所述激光器(6)發(fā)出的激光光束經(jīng)過所述聚焦透鏡(7)從所述高壓電極(1)與所述接地電極(2)之間的間隙穿過;
激勵源(8),其用于為放電電極提供電源,其中,所述激勵源(8)的輸出端通過高壓電線與金屬墊片相連接,所述激勵源(8)的接地端通過高壓電線與金屬墊片的一端連接,所述與激勵源(8)的接地端連接的金屬墊片的另一端通過高壓導(dǎo)線與接地線連接。本實施例中,激勵源(8)為直流高壓電源,直流高壓電源的高壓輸出端采用電纜輸出,直流高壓電源為輸出電壓幅值可調(diào)的110kV、10kVA的直流電源。
優(yōu)選地,所述激光器(6)發(fā)出的激光光束經(jīng)過所述聚焦透鏡(7)從所述高壓電極(1)與所述接地電極(2)之間的間隙穿過的方式包括:
所述激光器(6)發(fā)出的激光光束經(jīng)過所述聚焦透鏡(7)后沿與所述高壓電極(1)的圓孔中心點和所述接地電極(2)的圓孔中心點之間的連線垂直的方向穿過所述高壓電極(1)與所述接地電極(2)之間的間隙;
所述激光器(6)發(fā)出的激光光束經(jīng)過所述聚焦透鏡(7)后從所述接地電極(2)的圓孔穿過,并穿過所述高壓電極(1)的圓孔。
優(yōu)選地,所述高壓電極(1)為球形或錐形,所述接地電極(2)為板形或錐形。
優(yōu)選地,所述高壓電極(1)和所述接地電極(2)為銅電極或不銹鋼電極。
優(yōu)選地,所述電壓測量單元(4)采用高壓探頭,所述電流測量單元(5)采用羅氏線圈。
優(yōu)選地,所述電壓測量單元(4)還包括分壓器。當(dāng)電壓高于20kV時,采用分壓器輸出電壓信號。
優(yōu)選地,所述激勵源(8)采用直流高壓電源,所述直流高壓電源的高壓輸出端采用電纜輸出。
優(yōu)選地,所述激光器(6)采用納秒脈沖固體激光器。
優(yōu)選地,所述示波器(3)通過信號輸入通道分別與所述電壓測量單元(4)和所述電流測量單元(5)連接。
圖2是本發(fā)明實施例一提供的測量在激光引導(dǎo)下間隙放電的放電參數(shù)的方法的流程圖。如圖2所示,所述方法從步驟S201開始。
在步驟S201,打開激光器(6),調(diào)整激光器(6)的工作電壓、工作頻率以及激光工作參數(shù),所述激光工作參數(shù)包括激光波長和激光能量;
在步驟S202,移動高壓電極(1)和接地電極(2),使激光焦點與兩個電極的圓孔中心點一條水平直線上,并手動調(diào)整高壓電極(1)和接地電極(2)之間的間隙;
在步驟S203,打開激勵源(8),逐漸升高電壓;
在步驟S204,當(dāng)激光器(6)發(fā)出的激光光束經(jīng)過所述聚焦透鏡(7)后,從所述接地電極(2)的圓孔穿過,并穿過所述高壓電極(1)的圓孔而發(fā)生擊穿時,電壓測量單元(4)和電流測量單元(5)測量在激光引導(dǎo)下間隙放電的電壓與電流;
步驟205、示波器(7)采集電壓信號和電流信號,獲得放電參數(shù)、激光工作參數(shù)以及不同間隙距離之間的關(guān)聯(lián)特性。
優(yōu)選地,在步驟202和步驟204中,所述激光器(6)發(fā)出的激光光束也可以經(jīng)過所述聚焦透鏡(7)后沿與所述高壓電極(1)的圓孔中心點和所述接地電極(2)的圓孔中心點之間的連線垂直的方向穿過所述高壓電極(1)與所述接地電極(2)之間的間隙。
實施例二
圖3是本發(fā)明實施例二提供的具有電極間隙調(diào)整裝置的測量在激光引導(dǎo)下間隙放電的放電參數(shù)的裝置的結(jié)構(gòu)圖。如圖3所示,所述裝置包括放電電極、測量裝置、激光裝置、激勵源和電極間隙調(diào)整裝置(100)。所述裝置的具體結(jié)構(gòu)如下:
放電電極,其包括高壓電極(1)和接地電極(2),高壓電極(1)為板形,接地電極(2)為錐形,所述高壓電極(1)和接地電極(2)的中央位置設(shè)有圓孔;
測量裝置,其包括示波器(3)、電壓測量單元(4)和電流測量單元(5),所述電壓測量單元(4)的高壓端與所述高壓電極(1)連接以測量電壓,所述電流測量單元(5)用于測量接地電極(2)和地連接的接地線上電流,示波器(3)用于采集電壓信號和電流信號,其中,所述電壓信號和電流信號是在激光引導(dǎo)下間隙放電的放電參數(shù);
激光裝置,其包括激光器(6)和聚焦透鏡(7),所述激光器(6)發(fā)出的激光光束經(jīng)過所述聚焦透鏡(7)從所述高壓電極(1)與所述接地電極(2)之間的間隙穿過;
激勵源(8),其用于為放電電極提供電源。本實施例中,激勵源(8)為直流高壓電源,直流高壓電源的高壓輸出端采用電纜輸出,直流高壓電源為輸出電壓幅值可調(diào)的110kV、10kVA的直流電源。
圖4是本發(fā)明實施例二提供的電極間隙調(diào)整裝置的結(jié)構(gòu)圖。如圖4所示,所述電極間隙調(diào)整裝置(100),其包括與高壓電極(1)連接的第一絕緣柱(101)、與接地電極(2)連接的第二絕緣柱(102)、第一光學(xué)底座(111)、第二光學(xué)底座(112)和第三光學(xué)底座(113),其中所述高壓電極(1)與金屬桿(12)相連接,所述金屬桿(12)通過螺栓(13)與第一絕緣柱(101)的頂部固定連接,高壓電極(1)和第一絕緣柱(101)連接處以及接地電極(2)和第二絕緣柱(102)連接處分別設(shè)有連接金屬導(dǎo)線的金屬墊片,接地電極,所述接地電極(2)通過螺栓(13)與第二絕緣柱(102)的頂部固定連接,所述第一絕緣柱(101)的底部通過螺栓(13)與第二光學(xué)底座112)相連接,所述第二絕緣柱(102)的底部通過螺栓(13)與第一光學(xué)底座(111)的上半部分相連接,所述第一光學(xué)底座(111)的下半部分和所述第二光學(xué)底座(112)通過螺栓(13)與第三光學(xué)底座(113)相連接,所述第一光學(xué)底座(111)的上半部分與下班部分可滑動連接,所述第一光學(xué)底座(111)的上半部分相對于下半部分的滑動用以調(diào)整高壓電極(1)和接地電極(2)之間的間隙。第一光學(xué)底座(111)的上半部分與下半部分滑動連接的具體方式可以采用滑輪滑軌配合連接、螺桿螺紋配合連接等傳統(tǒng)滑動連接方式,本發(fā)明對此不做限定。
優(yōu)選地,所述第一光學(xué)底座(111)的一側(cè)設(shè)有旋轉(zhuǎn)旋鈕(14),通過旋轉(zhuǎn)所述旋鈕(14)對所述第一光學(xué)底座(111)的上半部分進(jìn)行左右調(diào)整以實現(xiàn)對高壓電極(1)和接地電極(2)之間距離的調(diào)整。
優(yōu)選地,所述激光器(6)發(fā)出的激光光束經(jīng)過所述聚焦透鏡(7)從所述高壓電極(1)與所述接地電極(2)之間的間隙穿過的方式包括:
所述激光器(6)發(fā)出的激光光束經(jīng)過所述聚焦透鏡(7)后沿與所述高壓電極(1)的圓孔中心點和所述接地電極(2)的圓孔中心點之間的連線垂直的方向穿過所述高壓電極(1)與所述接地電極(2)之間的間隙;
所述激光器(6)發(fā)出的激光光束經(jīng)過所述聚焦透鏡(7)后從所述接地電極(2)的圓孔穿過,并穿過所述高壓電極(1)的圓孔。
優(yōu)選地,所述高壓電極(1)為球形或錐形,所述接地電極(2)為板形或球形。
優(yōu)選地,所述高壓電極(1)和所述接地電極(2)為銅電極或不銹鋼電極。
優(yōu)選地,所述電壓測量單元(4)采用高壓探頭,所述電流測量單元(5)采用羅氏線圈。
優(yōu)選地,所述電壓測量單元(4)還包括分壓器。當(dāng)電壓高于20kV時,采用分壓器輸出電壓信號。
優(yōu)選地,所述激勵源(8)采用直流高壓電源,所述直流高壓電源的高壓輸出端采用電纜輸出。
優(yōu)選地,所述激光器(6)采用納秒脈沖固體激光器。
優(yōu)選地,所述示波器(3)通過信號輸入通道分別與所述電壓測量單元(4)和所述電流測量單元(5)連接。
圖5是本發(fā)明實施例二提供的另一個測量在激光引導(dǎo)下間隙放電的放電參數(shù)的方法的流程圖。如圖5所示,所述方法從步驟S501開始。
在步驟S501,打開激光器(6),調(diào)整激光器(6)的工作電壓、工作頻率以及激光工作參數(shù),所述激光工作參數(shù)包括激光波長和激光能量;
在步驟S502,利用電極間隙調(diào)整裝置(100)調(diào)整高壓電極(1)和接地電極(2)之間的間隙,并使激光焦點和兩個電極的圓孔中心保持在一條水平直線上;
在步驟S503,打開激勵源(8),逐漸升高電壓;
在步驟S504,當(dāng)激光器(6)發(fā)出的激光光束經(jīng)過所述聚焦透鏡(7)后,從所述高壓電極(1)與所述接地電極(2)之間的間隙穿過并發(fā)生擊穿時,電壓測量單元(4)和電流測量單元(5)測量在激光引導(dǎo)下間隙放電的電壓與電流;
步驟5、示波器(7)采集電壓信號和電流信號,獲得放電參數(shù)、激光工作參數(shù)以及不同間隙距離之間的關(guān)聯(lián)特性。
優(yōu)選地,在步驟S502和步驟S504中,所述激光器(6)發(fā)出的激光光束經(jīng)過所述聚焦透鏡(7)后也可以沿與所述高壓電極(1)的圓孔中心點和所述接地電極(2)的圓孔中心點之間的連線垂直的方向穿過所述高壓電極(1)與所述接地電極(2)之間的間隙。
已經(jīng)通過上述實施方式描述了本發(fā)明。然而,本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的,正如附帶的專利權(quán)利要求所限定的,除了本發(fā)明以上公開的其他的實施例等同地落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
通常地,在權(quán)利要求中使用的所有術(shù)語都根據(jù)他們在技術(shù)領(lǐng)域的通常含義被解釋,除非在其中被另外明確地定義。所有的參考“一個/所述/該【裝置、組件等】”都被開放地解釋為所述裝置、組件等中的至少一個實例,除非另外明確地說明。這里公開的任何方法的步驟都沒必要以公開的準(zhǔn)確的順序運行,除非明確地說明。