买专利卖专利找龙图腾，真高效！ 查专利查商标用IPTOP,全免费！专利年费监控用IP管家,真方便！

申请/专利权人：中国人民解放军61489部队

摘要：本发明公开了一种地面核爆炸电磁脉冲复合环境模拟系统及模拟方法，系统包括磁场控制电路、电场控制电路和磁场线圈，磁场控制电路经第一延时电路与磁场线圈一端连通，控制磁场线圈内产生脉冲磁场环境，磁场线圈另一端依次经罗氏线圈、信号采集电路、信号调理电路、第二延时电路与电场控制电路连通，在磁场线圈内部产生均匀场试验空间，辐射天线包围均匀场试验空间，电场控制电路与辐射天线连接，在辐射天线空间内产生脉冲强电场环境。本发明真实有效模拟地面核爆炸产生的电磁脉冲电场和磁场辐射环境，实现地面核爆炸电磁脉冲复合场环境模拟，基于该模拟系统的模拟方法科学合理、安全可靠，适用于开展地面核爆炸电磁脉冲环境效应相关研究工作。

主权项：1.一种地面核爆炸电磁脉冲复合环境模拟系统，其特征在于包括磁场控制电路、电场控制电路和磁场线圈（2），所述磁场控制电路经第一延时电路（8）与磁场线圈（2）一端连通，控制磁场线圈（2）内产生脉冲磁场环境，磁场线圈（2）另一端依次经罗氏线圈（5）、信号采集电路（6）、信号调理电路（7）、第二延时电路（9）与电场控制电路连通，在磁场线圈（2）内部设置水平的支撑木地板（1），支撑木地板（1）上部、与磁场线圈（2）之间留有足够的均匀场试验空间（3），磁场线圈（2）内还设置平行线式辐射天线（4），其中辐射天线（4）包围均匀场试验空间（3），电场控制电路与辐射天线（4）连接，在辐射天线（4）空间内产生脉冲强电场环境。

全文数据：地面核爆炸电磁脉冲复合环境模拟系统及模拟方法技术领域[0001]本发明涉及电磁环境模拟领域，具体涉及一种地面核爆炸电磁脉冲复合环境模拟系统及模拟方法。背景技术[0002]由于爆炸环境的极度不对称性，核武器地面爆炸时，能在地表产生磁感应强度峰值达数百高斯、脉冲持续时间达到毫秒级、主能谱范围在10Hz〜100kHz之间的低频低阻抗脉冲强磁场，其产生的电场上升时间10〜100ns、半波宽度lms、强度高达100kVm。地面核爆炸电磁脉冲具有强度高、能量大、频率低、持续时间长等特点，不仅能够直接对暴露在辐射场内的电磁敏感设备造成严重损伤，而且对岩土介质的穿透能力极强，能够穿透防护结构层进入到工程内部，干扰或损伤工程内部的电子设备和系统，对所有辐射范围内的设备均构成了严重威胁。因此，研宄地面核爆炸电磁脉冲的效应及其防护技术非常重要。[0003]然而，目前对地面核爆炸电磁脉冲电场或磁场的研究相对较少，且不够系统。对地面核爆炸电磁脉冲磁场的研宄已有相关报道，但研宄仅限于小型的设备或器件，缺乏大尺寸模拟源相关研究;而对于地面核爆炸电磁脉冲电场的研究尚未见到公开报道。特别的，对于电磁脉冲电场和磁场复合效应研宄也未涉及。根据电磁场传播理论，电场和磁场是同时存在同时作用的，但考虑到远场环境下电场和磁场需满足固定阻抗关系，这使得实际电磁场复合环境的模拟不太现实。然而，对于地面核爆炸源区而言，其电磁场环境十分复杂，并不存在严格意义上的固定阻抗关系，其电场和磁场环境可以单独模拟同时存在，这为模拟地面核爆炸源区电磁脉冲复合环境提供了可能。发明内容[0004]本发明要解决的技术问题是提供一种地面核爆炸电磁脉冲复合环境模拟系统及模拟方法，该系统保证真实有效模拟地面核爆炸产生的电磁脉冲电场和磁场辐射环境，实现地面核爆炸电磁脉冲复合场环境模拟，基于该模拟系统的模拟方法科学合理、安全可靠，适用于开展地面核爆炸电磁脉冲环境效应相关研宄工作。[0005]为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种地面核爆炸电磁脉冲复合环境模拟系统，其特征在于包括磁场控制电路、电场控制电路和磁场线圈，所述磁场控制电路经第一延时电路与磁场线圈一端连通，控制磁场线圈内产生脉冲磁场环境，磁场线圈另一端依次经罗氏线圈、信号采集电路、信号调理电路、第二延时电路与电场控制电路连通，在磁场线圈内部设置水平的支撑木地板，支撑木地板上部、与磁场线圈之间留有足够的均匀场试验空间，磁场线圈内还设置平行线式辐射天线，其中辐射天线包围均匀场试验空间，电场控制电路与辐射天线连接，在辐射天线空间内产生脉冲强电场环境。[0006]对上述方案作进一步的补充说明，所述的电场控制电路包括高压充放电控制电路、直流高压充电电源、储能电容器组、高压放电开关、高功率负载和辐射天线，所述高压充放电控制电路包括充电控制电路和放电控制电路，充电控制电路通过控制线路连接直流高压充电电源控制充电电源的通断，放电控制电路通过控制线路连接高压放电开关以控制放电开关的通断完成放电过程;储能电容器组将电源能量储存，并利用高压放电开关的接通向辐射天线释放能量，从而在辐射天线空间内产生需要的脉冲强电场环境;高功率负载对释放能量的吸收，防止能量过大造成设备损坏。[0007]对上述方案作进一步的补充说明，所述脉冲强电场主要指标为:辐射场为双指数脉冲信号，脉冲上升沿不大于100ns，脉冲半高宽可调整至不小于lms，电场强度可调整至不小于100kVm。[0008]对上述方案作进一步的补充说明，所述磁场控制电路包括高压充放电控制电路、直流高压充电电源、储能电容器组、高压放电开关、高功率负载和磁场线圈，所述高压充放电控制电路包括充电控制电路和放电控制电路，充电控制电路通过控制线路连接直流高压充电电源控制充电电源的通断，放电控制电路通过控制线路连接高压放电开关以控制放电开关的通断完成放电过程;所述储能电容器组将电源能量储存，并利用高压放电开关的接通向磁场线圈释放能量，从而在磁场线圈内产生需要的脉冲磁场环境;所述高功率负载对释放能量的吸收，防止能量过大造成设备损坏。[0009]对上述方案作进一步的补充说明，所述脉冲磁场主要指标为:脉冲磁场波形为双指数脉冲，最高磁感应强度不小于30mT，脉冲上升时间不大于500US，脉冲宽度不大于2ms。[0010]对上述方案作进一步的补充说明，所述均匀场试验空间不小于1.5m3。[0011]结合上述方案，提出一种地面核爆炸电磁脉冲复合环境模拟方法，其特征在于包括如下步骤：1连接磁场模拟器和电场模拟器，利用可测量脉冲电流的罗氏线圈作为磁场信号采集设备，将测量脉冲电流的罗氏线圈套在放电回路中，测量磁场线圈内的脉冲电流；2分别预设第一延时电路和第二延时电路的延时时间，通过磁场控制电路和电场控制电路分别控制磁场发生器和电场发生器充电，两个模拟器处于待触发状态；3触发磁场模拟器动作，经过设定的第一延时器延时后，整个磁场线圈中产生脉冲电流，在磁场线圈中产生脉冲磁场；4在第3步期间，罗氏线圈采集脉冲电流信号传输至信号调理电路，对信号进行滤波整形处理后输出触发脉冲信号，触发脉冲信号经过第二延时器延时后，触发电场模拟器动作，在辐射天线中产生脉冲电场，辐射天线位于磁场线圈内部，使得磁场模拟器和电场模拟器分别产生的磁场和电场环境进行复合，形成地面核爆炸电磁脉冲复合环境。[0012]采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明中的地面核爆炸电磁脉冲复合环境模拟系统，利用磁场模拟器和电场模拟器分别产生复合地面核爆炸电磁环境的磁场和电场环境，把产生电场的辐射天线设置于磁场线圈内部，实现电磁脉冲复合环境模拟，该系统可以单独模拟地面核爆炸电磁脉冲磁场辐射环境、电场辐射环境，也可以模拟地面核爆炸电磁脉冲复合场辐射环境，基于该系统的地面核爆炸电磁脉冲复合环境模拟方法科学合理、安全可靠、操作简单、参数调整方便、易于控制，实现了在实验室内真实模拟地面核爆炸电磁脉冲环境，可广泛应用于相关电磁效应和电磁防护研宄中。附图说明L〇01JJ图1是本友明中地面核爆炸电磁脉冲复合环境模拟示意图；图2是地面核爆炸电磁脉冲复合环境模拟原理图；图3是地面核爆炸电磁脉冲磁场模拟原理图；图4是地面核爆炸电磁脉冲电场模拟原理图；图5地面核爆炸电磁脉冲复合环境模拟波形图；图6触发延时单元电路板；图7外部信号调理单元电路板；在图中：1、支撑木地板;2、磁场线圈；3、均匀场试验空间;4、辐射天线;5、罗氏线圈；6、信号采集电路;7、信号调理电路;8、第一延时电路，9、第二延时电路。具体实施方式[0014]下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。[0015]附图1为地面核爆炸电磁脉冲复合环境模拟示意图，具体包括磁场控制电路、电场控制电路和磁场线圈2,磁场控制电路经第一延时电路8与磁场线圈2—端连通，控制磁场线圈2内产生脉冲磁场环境，磁场线圈2另一端依次经罗氏线圈5、信号采集电路6、信号调理电路7、第二延时电路9与电场控制电路连通，在磁场线圈2内部设置水平的支撑木地板1，支撑木地板1上部、与磁场线圈2之间留有足够的均匀场试验空间3,磁场线圈2内还设置平行线式辐射天线4,其中辐射天线4包围均匀场试验空间3,电场控制电路与辐射天线4连接，在辐射天线4空间内产生脉冲强电场环境。上述的支撑木地板1主要用于固定磁场线圈2和支撑辐射天线4。[0016]地面核爆炸电磁脉冲复合场模拟原理如图2所示，包括磁场模拟器、信号采集电路、信号调理电路、第二延时电路、电场模拟器、控制电路和第二延时电路，按照上述顺序依次连接，形成封闭控制环。其原理是利用磁场和电场模拟器分别产生复合地面核爆炸电磁环境的磁场和电场环境，相对于磁场信号，电场信号的上升沿时间较短，因此在磁场模拟器波形产生电路中加装信号采集电路，然后将采集到的信号传输到信号调理电路，对采集信号进行滤波等整形处理，并输出一定幅值的触发脉冲信号进入第二延时电路9。第二延时电路9可进行延时时间设置实现对触发脉冲信号的延时，经过固定延时后的触发脉冲信号触发电场模拟器产生地面核爆炸电磁脉冲电场环境。考虑到模拟器动作时间和开关抖动时间的存在，在磁场模拟器控制电路触发脉冲信号输出端增加第一延时电路8,用于调整磁场波形的产生时间。辐射天线4位于磁场线圈2内部，从而实现磁场和电场的复合模拟。控制电路分为独立的两套控制电路，包括磁场模拟器控制电路和电场模拟器控制电路，其作用如同图3和图4中的高压充放电控制单元。[0017]地面核爆炸电磁脉冲磁场模拟原理如图3所示，包括高压充放电控制电路、直流高压充电电源、储能电容器组、高压放电开关、高功率负载和磁场线圈。高压充放电控制电路包括充电控制电路和放电控制电路，充电控制电路通过控制线路连接直流高压充电电源控制充电电源的通断，放电控制电路通过控制线路连接高压放电开关以控制放电开关的通断完成放电过程。储能电容器组用于将直流高压充电电源能量储存，并利用高压放电开关的接通向磁场线圈释放能量，从而在磁场线圈内产生需要的磁场环境。高功率负载用于对磁场线圈释放能量的吸收，防止能量过大造成设备损坏。[0018]本发明中的磁场线圈2的直径为6m、长度为10m的可调参数铜管螺线圈，实际使用中根据参数调整范围产生的典型磁场波形为双指数脉冲，最高磁感应强度不小于3〇mT，均匀场试验空间不小于3.5m3,脉冲上升时间不大于500沾，脉冲宽度不大于2ms。可见，采用本技术可产生满足地面核爆炸电磁脉冲磁场指标的模拟环境。[0019]地面核爆炸电磁脉冲电场模拟原理如图4所示。包括高压充放电控制电路、直流高压充电电源、储能电容器组、高压放电开关、高功率负载和辐射天线。高压充放电控制电路包括充电控制电路和放电控制电路，充电控制电路通过控制线路连接直流高压充电电源控制充电电源的通断，放电控制电路通过控制线路连接高压放电开关以控制放电开关的通断完成放电过程。储能电容器组用于将直流高压充电电源能量储存，并利用高压放电开关的接通向辐射天线释放能量，从而在辐射天线空间内产生需要的电场环境。高功率负载用于对辐射天线释放能量的吸收，防止能量过大造成设备损坏。[0020]经综合检测和评定，采用该技术可模拟产生强电场环境主要指标为:辐射场为双指数脉冲信号，脉冲上升沿可调整至不大于100ns，脉冲半高宽可调整至不小于lms，电场强度可调整至不小于100kVm，均匀场试验空间不小于1.5m3。此外，根据各项目实际需要，可调整相关参数指标，以满足各方使用要求。可见，采用本技术可产生满足地面核爆炸电磁脉冲电场指标的模拟环境。[0021]在上述说明中，磁场线圈的直径为6m，磁场模拟器产生的试验空间为3.5m3,辐射天线4的垂直高度为3m，电场模拟器产生的试验空间为1.5m3,支撑木地板距离线圈底部的距离为1.5m。当电场和磁场复合后，电场模拟器的辐射天线4位于磁场模拟器的磁场线圈2内部，这就限制了复合场环境的试验空间由电场有效试验空间决定，也就是有效均匀场试验空间为1.5m3。[0022]结合上述方案，提出一种地面核爆炸电磁脉冲复合环境模拟方法。首先，按照图1所示连接磁场模拟器和电场模拟器所有设备，利用可测量脉冲电流的罗氏线圈作为磁场信号采集设备，将测量脉冲电流的罗氏线圈套在放电回路中测量放电回路磁场线圈）的脉冲电流;其次，预设两个延时电路的延时时间，本装置延时时间为20〜990us可调;再次，通过控制电路分别控制磁场发生器和电场发生器充电至一定幅值，此幅值可通过充电电压值进行调整，两个模拟器处于待触发状态;然后，触发磁场模拟器动作，经过设定的第一延时器延时后，整个放电回路中产生脉冲电流，在磁场线圈中产生脉冲磁场;期间，罗氏线圈采集脉冲电流信号传输至信号调理电路对信号进行滤波等整形处理后输出一定幅值的触发脉冲信号。触发脉冲信号经过第二延时器延时电路后，延时触发电场模拟器动作，在辐射天线中产生脉冲电场。由于辐射天线位于磁场线圈内部，使得两个模拟器产生的磁场和电场环境进行复合。[0023]采用上述模拟方法对模拟系统进行操作，对地面核爆炸电磁脉冲复合环境的模拟结果如图5所示。图中1为磁场波形，2为电场波形，七为从磁场模拟器控制单元启动到测到磁场波形的动作时间，^为从磁场模拟器控制单元启动到测到电场波形的动作时间。通过调整两个延时电路的延时时间可以调整ti、t2的值，从而改变磁场和电场波形的复合时间和位置，从而为研究复合电磁环境效应工作提供不同的模拟条件。[0024]本发明中采用的第一延时电路和第二延时电路，其触发延时单元电路板如附图6所示，触发延时单元的作用有两个:一是对外部输入的延时时间进行响应，外部输入经确定好的延时后再输出，另一个作用是将单片机的输出信号转化为光信号，通过光信号传输，既防止了外部引入的干扰，又对操作人员及控制设备与高压之间进行了有效的隔离。延时电路集成于两个模拟器控制电路中，在控制机柜面板上预留时间延时设置模块。延时触发单元电路板采用单片机实现功能，电路板左侧即接至面板上的时间设置模块。[0025]本发明中的信号调理电路，其电路如图7所示，该信号调理电路设置于延时单元电路前，作用是对信号进行滤波等整形处理后输出一定幅值的触发脉冲信号。由于外部信号为一瞬时指数波，此信号必须进行一些转变限幅、滤波等才能被单片机有效响应。外同步{目号的幅度不能超过8V。[0026]本发明中的信号采集电路主要功能是把输入的模拟信号进行衰减、放大，并把模拟量转换为数字量存入缓存，采样电路通常有一个模拟开关，一个保持电容和一个单位增益为1的同相电路构成，形成一个模拟信号输入，一个控制信号输入和一个模拟信号输出。[0027]采用如上所述的技术方案，本发明具有如下所述的优越性:本发明可以单独模拟地面核爆炸电磁脉冲磁场辐射环境、电场辐射环境，也可以模拟地面核爆炸电磁脉冲复合场辐射环境，模拟方法科学合理、安全可靠、操作简单、参数调整方便、易于控制，实现了在实验室内真实模拟地面核爆炸电磁脉冲环境，可广泛应用于相关电磁效应和电磁防护研究中。

权利要求：1.一种地面核爆炸电磁脉冲复合环境模拟系统，其特征在于包括磁场控制电路、电场控制电路和磁场线圈（2，所述磁场控制电路经第一延时电路8与磁场线圈2—端连通，控制磁场线圈（2内产生脉冲磁场环境，磁场线圈（2另一端依次经罗氏线圈（5、信号采集电路6、信号调理电路7、第二延时电路9与电场控制电路连通，在磁场线圈（2内部设置水平的支撑木地板1，支撑木地板1上部、与磁场线圈2之间留有足够的均匀场试验空间（3，磁场线圈（2内还设置平行线式辐射天线4，其中辐射天线4包围均匀场试验空间（3，电场控制电路与辐射天线4连接，在辐射天线4空间内产生脉冲强电场环境。2.根据权利要求1所述的地面核爆炸电磁脉冲复合环境模拟系统，其特征在于所述的电场控制电路包括高压充放电控制电路、直流高压充电电源、储能电容器组、高压放电开关、高功率负载和辐射天线，所述高压充放电控制电路包括充电控制电路和放电控制电路，充电控制电路通过控制线路连接直流高压充电电源控制充电电源的通断，放电控制电路通过控制线路连接高压放电开关以控制放电开关的通断完成放电过程;储能电容器组将电源能量储存，并利用高压放电开关的接通向辐射天线释放能量，从而在辐射天线空间内产生需要的脉冲强电场环境;高功率负载对释放能量的吸收，防止能量过大造成设备损坏。3.根据权利要求1或2所述的地面核爆炸电磁脉冲复合环境模拟系统，其特征在于所述脉冲强电场主要指标为:辐射场为双指数脉冲信号，脉冲上升沿不大于100ns，脉冲半高宽可调整至不小于lms，电场强度可调整至不小于100kVm。4.根据权利要求1所述的地面核爆炸电磁脉冲复合环境模拟系统，其特征在于所述磁场控制电路包括高压充放电控制电路、直流高压充电电源、储能电容器组、高压放电开关、高功率负载和磁场线圈，所述高压充放电控制电路包括充电控制电路和放电控制电路，充电控制电路通过控制线路连接直流高压充电电源控制充电电源的通断，放电控制电路通过控制线路连接高压放电开关以控制放电开关的通断完成放电过程;所述储能电容器组将电源能量储存，并利用高压放电开关的接通向磁场线圈释放能量，从而在磁场线圈内产生需要的脉冲磁场环境;所述高功率负载对释放能量的吸收，防止能量过大造成设备损坏。5.根据权利要求1或4所述的地面核爆炸电磁脉冲复合环境模拟系统，其特征在于所述脉冲磁场主要指标为:脉冲磁场波形为双指数脉冲，最高磁感应强度不小于30mT，脉冲上升时间不大于500us，脉冲宽度不大于2ms。6.根据权利要求1所述的地面核爆炸电磁脉冲复合环境模拟系统，其特征在于所述均匀场试验空间（3不小于1.5m3。7.—种地面核爆炸电磁脉冲复合环境模拟方法，其特征在于包括如下步骤：1连接磁场模拟器和电场模拟器，利用可测量脉冲电流的罗氏线圈（5作为磁场信号采集设备，将测量脉冲电流的罗氏线圈（5套在放电回路中，测量磁场线圈（2内的脉冲电流；2分别预设第一延时电路8和第二延时电路9的延时时间，通过磁场控制电路和电场控制电路分别控制磁场发生器和电场发生器充电，两个模拟器处于待触发状态；3触发磁场模拟器动作，经过设定的第一延时器8延时后，整个磁场线圈（2中产生脉冲电流，在磁场线圈（2中产生脉冲磁场；4在第3步期间，罗氏线圈（5采集脉冲电流信号传输至信号调理电路7，对信号进行滤波整形处理后输出触发脉冲信号，触发脉冲信号经过第二延时器9延时后，触发电场模拟器动作，在福射天线4中产生脉冲电场，福射天线位于磁场线圈内部，使得磁场模拟器和电场模拟器分别产生的磁场和电场环境进行复合，形成地面核爆炸电磁脉冲复合环境。

百度查询： 中国人民解放军61489部队 地面核爆炸电磁脉冲复合环境模拟系统及模拟方法