ВЗРЫВНОЙ ПЬЕЗОГЕНЕРАТОР Российский патент 2000 года по МПК H02N2/18 H01L41/113 F42C11/02 

Изобретение относится к области сильноточной импульсной техники и может быть использовано в качестве исполнительного механизма в системах однократного действия.

Известен взрывной пьезогенератор, содержащий генератор ударной волны, пьезоэлектрический преобразователь энергии ударной волны в электрическую энергию в виде одной пьезопластины с электродами на двух противоположных гранях, параллельных направлению распространения ударной волны [1].

В отличие от импульсных генераторов многоразового действия, принцип работы которых основан на предварительном запасании энергии в накопительной электрической емкости, такой генератор обладает максимальной простотой, не нуждается в источниках питания, не требует регламентных проверок в процессе хранения и эксплуатации.

В основу работы этого генератора положен принцип преобразования механической энергии ударной волны в электрическую энергию в объеме ударно-нагружаемого пьезоэлектрического преобразователя. Формирование электрического импульса в нагрузке генератора происходит после взрыва содержащегося в генераторе ударной волны взрывчатого вещества при прохождении фронта ударной волны по пьезопреобразователю.

Известный взрывной пьезогенератор не позволяет существенно повысить амплитуду тока или напряжения генерируемого им электрического импульса без одновременной потери компактности конструкции и быстродействия генератора.

Известен взрывной пьезогенератор [2], содержащий устройство инициирования, генератор ударной волны и пьезоэлектрический преобразователь в виде набора соединенных электрически параллельно пьезопластин. Электроды, нанесенные на противоположные грани пьезопластин, перпендикулярны выходной поверхности генератора ударной волны. Блок пьезопластин вписан в цилиндрический объем, торцевая часть которого совпадает с выходной поверхностью генератора ударной волны.

Генератор ударной волны представляет собой аксиально симметричную конструкцию и состоит из конического алюминиевого лайнера, конического слоя взрывчатого вещества, конической алюминиевой крышки.

Взрывной пьезогенератор работает следующим образом. При срабатывании устройства инициирования в вершине конического слоя взрывчатого вещества возбуждается детонация. Под действием скользящей детонации происходит разгон лайнера. За счет выбора угла δ в вершине конического лайнера обеспечивается одновременный удар лайнера по торцевой поверхности пьезоэлектрического преобразователя, в результате чего в нем формируется плоская ударная волна. При работе на омическую нагрузку в электрической цепи такого пьезогенератора генерируется импульс электрического тока П-образной формы. При работе на индуктивную нагрузку форма импульса становится колоколообразной.

Недостатком такой конструкции взрывного пьезогенератора являются высокие требования к электрической прочности пьезопреобразователя при задействовании нагрузки через двухпроводную или кабельную линии с достаточно большой индуктивностью, когда индуктивная составляющая напряжения становится чрезмерной при высокой крутизне переднего фронта импульса тока, генерируемого блоком пьезопластин.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности взрывного пьезогенератора при работе с двухпроводной линией или кабельной линией с большой индуктивностью.

Технический результат, полученный при осуществлении изобретения, заключается в уменьшении величины перенапряжения на выходных клеммах взрывного пьезогенератора за счет уменьшения V_L путем снижения крутизны переднего фронта формируемого импульса тока и соответственно в повышении надежности работы взрывного пьезогенератора.

Это достигается тем, что во взрывном пьезогенераторе, содержащем устройство инициирования, генератор ударной волны с зарядом взрывчатого вещества и пьезоэлектрический преобразователь в виде набора соединенных электрически параллельно пьезопластин с электродами на двух противоположных гранях, перпендикулярных выходной поверхности генератора ударной волны, новым является то, что генератор ударной волны выполняется в виде монолитного тела, заряд взрывчатого вещества выполняется линейным, ось которого размещается перпендикулярно электродам пьезопластин, а устройство инициирования располагается в торце заряда взрывчатого вещества. В этом случае в каждой пьезопластине реализуется смешанный тип ударно-волнового нагружения, содержащий поперечную (вдоль электродов или перпендикулярно вектору остаточной поляризации ) и аксиальную (перпендикулярно электродам и параллельно вектору ) компоненты.

При этом в нагрузке, подключенной к выходным клеммам взрывного пьезогенератора, формируется импульс электрического тока с заданной крутизной и тем самым достигается снижение перенапряжения V_L на взрывном пьезогенераторе, , где L - индуктивность кабельной или двухпроводной линии, соединяющей взрывной пьезогенератор и нагрузку.

На чертеже приведено схематическое изображение продольного разреза взрывного пьезогенератора.

Взрывной пьезогенератор содержит устройство инициирования, генератор ударной волны, пьезоэлектрический преобразователь. Пьезоэлектрический преобразователь состоит из набора соединенных электрически параллельно между собой прямоугольных пьезопластин 1 с электродами 2 на противоположных гранях, перпендикулярных выходной поверхности генератора ударной волны, залитого электроизоляционным компаундом 3. В общем случае набор пьезопластин может быть выполнен в виде цилиндра с осевым цилиндрическим каналом для размещения генератора ударной волны. Генератор ударной волны, изображенный на чертеже, представляет собой монолитное тело 4, выполненное из любого материала, металла или диэлектрика, и которое характеризуется выходной поверхностью, перпендикулярной электродам 2 пьезопластин 1, и наличием канала для размещения в нем линейного заряда взрывчатого вещества 5. Канал с линейным зарядом взрывчатого вещества 5 расположен внутри монолитного тела 4 и выполнен параллельным выходной поверхности (или образующей цилиндрической поверхности) генератора ударной волны.

Линейный заряд взрывчатого вещества 5 ориентирован перпендикулярно электродам 2 пьезопластин 1. Устройство инициирования, выполненное, например, в виде электродетонатора, расположено в торце линейного заряда 5 (на чертеже не показано). Нагрузка (R) 7 подключена к выходным клеммам 6 взрывного пьезогенератора.

Взрывной пьезогенератор работает следующим образом. В результате инициирования в торце линейного заряда взрывчатого вещества 5, в монолитном теле 4 и затем в слое электроизоляционного компаунда 3 формируется ударная волна, которая нагружает блок пьезопластин 1 и распространяется вдоль электродов 2 пьезопластин 1 с некоторой волновой скоростью V₁ и в направлении, перпендикулярном электродам 2, с волновой скоростью V₂. При этом минимальная и достаточная длина блока пьезопластин x₀n, определяемая вдоль оси линейного заряда, подчиняется соотношению x₀n ≥ V₂T, где x₀ толщина пластины в блоке, n - число пластин в блоке, T - установленное время ударного нагружения блока пьезопластин. Максимальные и достаточные размеры y₀ и z₀ блока определяются соотношениями y₀ ≥ V₁T, z₀ ≥ V₂T. При таком способе ударного нагружения блока пьезопластин, в объеме каждой пьезопластины существуют так называемые "продольная" и "поперечная" компоненты электрического поля. Возбуждаемое в объеме пьезопластин блока электрическое поле приводит к появлению напряжения на выходных клеммах 6 и нагрузке 7 пьезогенератора.

Источники информации
1. Патент США N 3589294, кл. 102-70.2A, опубликовано в 1971 г.

2. Взрывной пьезогенератор АС N 1119564, МПК H 01 L 41/08, H 02 N 11/00, опубл. в БИ N 8, 1997 г.

Изобретение относится к сильноточной импульсной технике и может быть использовано в качестве исполнительного механизма в системах однократного действия. Взрывной пьезогенератор содержит устройство инициирования, генератор ударной волны, пьезоэлектрический преобразователь в виде набора соединенных электрически параллельно пьезопластин с токосъемными электродами. Генератор ударной волны выполнен в виде монолитного тела, заряд взрывчатого вещества выполнен линейным и размещен перпендикулярно электродам пьезопластин, устройство инициирования установлено в торце линейного заряда взрывчатого вещества. Технический результат: уменьшение величины перенапряжения на выходе взрывного пьезогенератора и увеличение надежности функционирования при его подключении к нагрузке посредством длинной двухпроводной или кабельной линий с большой индуктивностью. 1 ил.

Взрывной пьезогенератор, содержащий устройство инициирования, генератор ударной волны с зарядом взрывчатого вещества и пьезоэлектрический преобразователь в виде набора соединенных электрически параллельно пьезопластин с электродами на двух противоположных гранях, перпендикулярных выходной поверхности генератора ударной волны, отличающийся тем, что генератор ударной волны выполнен в виде монолитного тела, заряд взрывчатого вещества выполнен линейным и размещен перпендикулярно электродам пьезопластин, а устройство инициирования установлено в торце линейного заряда взрывчатого вещества.