一種高壓脈沖固體材料破碎的固液界面放電模式判別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高壓放電固體材料破碎技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種高壓脈沖固體材料破碎的固液界面放電模式判別方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高壓脈沖放電破碎固體材料技術(shù)以其能維持固體材料原始形態(tài)而破碎的優(yōu)勢最初應(yīng)用在月球巖石樣品的破碎。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，現(xiàn)已在俄羅斯、美國、德國開始應(yīng)用于生產(chǎn)實際。現(xiàn)已應(yīng)用的領(lǐng)域為石油鉆井、石材切割、建筑物表面清除、高純度材料無污染破碎和人體結(jié)石破碎等。
[0003]然而固體擊穿屬于統(tǒng)計概率事件，可通過調(diào)節(jié)脈沖電氣參數(shù)來提高在固體介質(zhì)內(nèi)部擊穿放電的概率。破碎過程期望在固體介質(zhì)內(nèi)部放電，但實際應(yīng)用中，因固液界面凹凸不平，隨機(jī)且不可控，降低了在固體介質(zhì)內(nèi)部放電的概率。這就需要在連續(xù)作業(yè)過程中，實時監(jiān)測每個脈沖作用下的電壓電流波形，判斷其放電模式，以修正所施高壓脈沖的電氣參數(shù)，達(dá)到將固體介質(zhì)內(nèi)部放電模式的概率控制在較高水平上的要求來保證作業(yè)效率最大化，且能耗及對周圍介質(zhì)的負(fù)面影響最小化的工程應(yīng)用需求，而現(xiàn)階段在固液界面放電模式判別上沒有準(zhǔn)確且有效的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種利用脈沖放電采集到的負(fù)載電壓電流數(shù)據(jù)波形，提取相關(guān)特征參數(shù)進(jìn)行固液界面放電模式的判別的，準(zhǔn)確且有效的，高壓脈沖固體材料破碎的固液界面放電模式的判別方法。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)解決方案是一種高壓脈沖固體材料破碎的固液界面放電模式判別方法，包括以下步驟:
[0006]步驟1:對液體絕緣介質(zhì)進(jìn)行高壓脈沖擊穿放電，再對相應(yīng)液體環(huán)境中固液界面進(jìn)行高壓脈沖擊穿放電；
[0007]步驟2:獲得液體絕緣介質(zhì)和固液界面的電極兩端負(fù)載電壓和電流；
[0008]步驟3:將電壓波形和電流波形進(jìn)行處理，分別提取液體絕緣介質(zhì)和固液界面擊穿過程中電壓維持最大值時間段，形成非參數(shù)特征；
[0009]步驟4:將電壓波形和電流波形進(jìn)行處理，分別獲得液體絕緣介質(zhì)和固液界面擊穿過程電阻變化曲線，形成參數(shù)特征；
[0010]步驟5:將步驟3形成的非參數(shù)特征與步驟4形成的參數(shù)特征作數(shù)據(jù)處理，得到共兩個獨立特征作為判別特征進(jìn)行比較判別；
[0011]步驟6:根據(jù)步驟5的放電模式判別輸出判別結(jié)果:液體介質(zhì)內(nèi)部放電或固體介質(zhì)內(nèi)部放電。
[0012]所述步驟I固體介質(zhì)為非導(dǎo)電材料，固液界面擊穿是在以液體為絕緣介質(zhì)環(huán)境中在固液界面進(jìn)行擊穿的。
[0013]所述步驟2是指在相同電極間距、同種液體介質(zhì)、相同固體介質(zhì)條件下，分別獲得電極兩端負(fù)載的電壓波形和電流波形。
[0014]所述步驟3的非參數(shù)特征包括電壓擊穿時延tRc1-v和電流擊穿時延tSQ-1;電壓擊穿時延的tRQ—V的計算方法是:將電壓波形的陸升點記為放電擊穿的起始時刻tQ—vi，記錄電壓陸升至最大值的電壓陡升時刻tvQi及電壓開始陡降的電壓陡降時刻t vRi，將電壓陡降時刻t vQi減去電壓陡升時刻t vQi得到電壓擊穿時延tRQi;相應(yīng)的，電流擊穿時延tRQ-1的計算方法是:將電壓波形的陸升點記為放電擊穿的起始時刻t Qii，將電流波形的電流陸升點記為電流陸升時刻tvS-1，將電流陸升時刻tvS-1減去起始時刻tQii得到電流擊穿時延tsCl-1，電壓擊穿時延tRQi與電流擊穿時延tso-1相對應(yīng)，數(shù)值大小相等。
[0015]所述步驟4的計算方法是:記錄電流波形陸升至最大值的電流最大值時刻tvA-1，將步驟2得到的電壓值除以電流值得到各個數(shù)據(jù)點電阻值，以電流波形的電流陡升時刻tvh為起點，電流最大值時亥為終點，提取tvA-1和tvA-1時間段的電阻值及各個電阻值對應(yīng)的時刻點，繪制電阻變化曲線，再對繪制的電阻變化曲線進(jìn)行數(shù)學(xué)擬合，得到電阻衰減系數(shù)。
[0016]所述的步驟3的非參數(shù)特征包括液體擊穿時延與固液擊穿時延;步驟4的參數(shù)特征包括液體電阻衰減系數(shù)與固液擊穿電阻衰減系數(shù)。
[0017]所述步驟5的比較判別包括根據(jù)獲得的液體擊穿時延與固液擊穿時延，將兩者作除法運算，得到獨立特征I，將得到獨立特征I與M乍大小比較，若獨立特征I比S大至少2倍，則固液界面放電為固體介質(zhì)內(nèi)部放電，否則為液體介質(zhì)內(nèi)部放電；根據(jù)獲得的液體擊穿電阻衰減系數(shù)與固液放電擊穿電阻衰減系數(shù)，將兩者作除法運算，得到獨立特征2，將得到的獨立特征2與ε作大小比較，若獨立特征2比ε大至少一個數(shù)量級，則固液界面放電為固體介質(zhì)內(nèi)部放電，否則為液體介質(zhì)內(nèi)部放電，其中δ、ε均為大于I的常數(shù)，具體大小根據(jù)液體介質(zhì)、固體介質(zhì)、電極間距、脈沖電壓幅值進(jìn)行確定。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果為:本發(fā)明利用脈沖放電采集到的負(fù)載電壓電流數(shù)據(jù)波形，提取相關(guān)特征參數(shù)進(jìn)行固液界面放電模式的判別，解決判別脈沖破碎放電模式的難點，且判別準(zhǔn)確、有效。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明所用固液擊穿電壓電流波形示意圖；
[0020]圖2為本發(fā)明放電模式判別方法的流程示意圖；
[0021 ]圖3為本發(fā)明中電阻衰減系數(shù)擬合示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明
[0023]如圖1及圖2所示，一種高電壓脈沖固體材料破碎的固液界面放電模式判別方法，包括以下步驟:
[0024]步驟1:對液體絕緣介質(zhì)進(jìn)行高壓脈沖擊穿放電，再對相應(yīng)液體環(huán)境中固液界面進(jìn)行高壓脈沖擊穿放電；
[0025 ]步驟2:獲得如圖1所示液體絕緣介質(zhì)和固液界面的電極兩端負(fù)載電壓和電流；
[0026]步驟3:將電壓波形和電流波形進(jìn)行處理，分別提取液體絕緣介質(zhì)和固液界面擊穿過程中電壓維持最大值時間段，形成非參數(shù)特征；
[0027]步驟4:將電壓波形和電流波形進(jìn)行處理，分別獲得液體絕緣介質(zhì)和固液界面擊穿過程電阻變化曲線，形成參數(shù)特征；
[0028]步驟5:將步驟3形成的非參數(shù)特征與步驟4形成的參數(shù)特征作數(shù)據(jù)處理，得到共兩個獨立特征作為判別特征進(jìn)行比較判別；
[0029]步驟6:根據(jù)步驟5的放電模式判別輸出判別結(jié)果:液體介質(zhì)內(nèi)部放電或固體介質(zhì)內(nèi)部放電。
[0030]如圖1所示，圖中記錄有液體介質(zhì)擊穿電壓波形1-1;固體介質(zhì)擊穿電壓波形1-2;液體介質(zhì)擊穿電流波形1-3 ；固體介質(zhì)擊穿電流波形1-4，以曲線1-2和1-4為例說明曲線點記錄方式:電壓陸升點記為電壓電流起始零點O，電壓陸升至最大值點記為Q，電壓以最大值持續(xù)到R點，之后開始電壓陡降，陡降拐點為P，對應(yīng)于電流S點，此后電壓電流波形進(jìn)去欠阻尼振蕩階段，電流波形的峰峰值點分別定義為ABCDEF。
[0031]將電壓波形的陸升點記為放電擊穿的起始時刻to-vi，記錄電壓陸升至最大值的電壓