电爆炸丝切断开关电磁脉冲辐射研究

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电爆炸导体断路开关(EEOS)是人们最熟知和应用较早的开关之一。由于它具有成本低,简单易造,断开时间短,传导时间可由导体材料、尺寸、周围介质所控制,以及断流能力强等优点,至今仍被广泛使用。由于EEOS在回路电流最大瞬间切断,导致产生比较强的电磁脉冲辐射,此辐射甚至在一定距离内可对某些电子元器件产生严重破坏。然而人们往往关注其耐高压、快切断却忽视了这种强电磁脉冲辐射。论文就此现象进行了实验研究,并分析讨论了其产生机制。含有EEOS的TomaChan装置是我们实验研究的平台。我们分别采用拉杆天线与环天线测量EEOS运行所产生的辐射,我们发现此辐射频率主要在30~150MHz范围内,频谱较宽,是一低颂电磁波。这种辐射不仅在EEOS充SF6腔体中存在,将SF6气体换成N2时,也同样存在。可见,这种辐射是EEOS运行中的一种特性。用普遍使用的同轴电缆作为目标物对此辐射进行了效应实验,实验得到的感应电流与辐射场波形一致,最大电流可达217 mA。用天线在电缆处测量得到的最大场强可达1740 V/m,这是一比较强的辐射场。实验中应该对此电磁辐射采取防护措施。从EEOS的物理变化过程分析电磁辐射产生机制。从EEOS电流的实验曲线和理论公式出发,我们进行了EEOS切断过程产生辐射的电动力学分析,结论为:1、在时间上EEOS的电流变化与电磁脉冲辐射信号相对应,电磁脉冲辐射发生在EEOS电流突变的地方。2、电磁辐射的强度与EEOS电流的变化率成正比。3、电流变化率的频率与辐射场的频率具有一致性。EEOS在运行过程产生等离子体,等离子体存在多种宏观不稳定性,我们从等离子体Z箍缩的角度定性分析了导致EEOS切断时电流抖动的可能原因,正是由于这种抖动才引起此低频电磁辐射。鉴于辐射频率是电磁脉冲辐射最重要的物理量,单独作为一章我们分别对辐射场及EEOS电流的变化率进行了带窗口的时频分析。时频分析表明,辐射主要部分是由于爆炸丝电流后沿的突变引起的,EEOS电流变化急剧的地方产生的辐射较强,在各频率成分中所占功率较大。实验和理论得到比较一致的结果。
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