脉冲等离子体强声原理基础研究

等离子体脉冲声源在海洋地震勘探和水下目标探测方面有着广阔的应用前景，但面临着如何提高电声转换效率和声源设计两大瓶颈。.本项目将通过脉冲等离子体声源的光、电、声同步在线诊断，分析研究电声转换过程和建立理论模型，为设计等离子体强声奠定理论基础。主要研究方法是通过利用快速成像技术在线诊断等离子体气泡的动态过程、利用同步的光、电、声测试阐明电声能量转换机理和相关等离子体声源的设计原理。.另外针对强声所遇到的脉冲电源技术困难，我们提出了一种新型的全固体多开关强流脉冲技术，该新技术能保证多个IGCT开关并行操作时的同步和均流，目前初步的实验已证实了该技术的可行性，在本课题中，我们将通过开展强脉冲声源发射阵与脉冲电源的相关匹配性研究，提出成套的等离子体声源设计理论和技术方案。

本项目针对等离子体脉冲声源在海洋地震勘探和水下目标探测等应用领域存在的如何提高电声转换效率和声源设计两大瓶颈，开展了相关的理论与实验研究。.实验室搭建了用于水中脉冲放电的同步在线诊断系统，包括光、电、水声的测试和高速气泡脉动的摄影成像系统，并建立了相关实验数据分析处理的方法。单路开关电路的模拟结果显示，电容两端并联续流二极管的等离子体强声源的放电过程可以分为两个阶段，分别是RLC回路和RLD回路放电，电源输出呈现单脉冲特性。模拟的电压电流波形与实验测试得到的结果较为吻合。.利用高速脉动气泡的阴影成像系统，研究了不同实验条件下放电产生气泡的脉动过程并进行气泡动力学分析。同时利用水听器测试气泡脉动所产生的声辐射信号，考察了不同放电条件对声辐射的影响。结果表明，气泡脉动过程决定声辐射的特性，并且受到放电能量、放电电极尖端直径、水温和水体静压力等相关因素的影响。放电能量越大，产生气泡体积越大，声辐射信号的强度增强，而频率则向低频移动。采用尖端直径小的放电电极产生的声信号要明显强于采用粗电极产生的声信号，细电极对于强声源是有利的，但综合考虑使用寿命的问题，在实际应用中一般选择直径为0.8mm较为合适。水温对脉冲声波幅值影响较大，对脉宽影响不大，温度升高，脉动气泡的能量和声辐射的能量都增强。多气泡相互作用的实验结果显示，气泡间的相互作用能够影响气泡的脉动周期和声辐射特性。.另外，实验室研制了4路输出的全固体开关脉冲电源的原理性样机，实现了单个开关2.6kA 并联，最终实现10.4kA 输出，验证了电路的可行性。.本项目的研究结果对等离子体声源的基础原理、影响因素、应用条件有了更深的理解，并对等离子体声源系统研究有很好的指导意义。