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CN111988900A - 等离子体激励器的应用及次声波产生方法、装置 - Google Patents

等离子体激励器的应用及次声波产生方法、装置 Download PDF

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CN111988900A
CN111988900A CN202010703436.2A CN202010703436A CN111988900A CN 111988900 A CN111988900 A CN 111988900A CN 202010703436 A CN202010703436 A CN 202010703436A CN 111988900 A CN111988900 A CN 111988900A
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infrasonic wave
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张鑫
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/2406—Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

本发明公开了一种等离子体激励器产生次声波的应用及一种次声波产生方法、装置。在一定频率的高电压激励下，等离子激励器能够产生次声波。采用本发明的等离子体激励器的应用及次声波产生方法、装置，结构简单，功耗低，能够为开展次声波特性研究，推动次声波技术的应用发展提供重要支撑。

Description

等离子体激励器的应用及次声波产生方法、装置
技术领域
本发明涉及一种等离子体激励器的应用及次声波产生方法、装置，属于次声波技术领域。
背景技术
在航空领域，等离子体激励器作为主动流动控制的一种重要方式，被国内外科研院所广泛研究。研究人员将等离子体激励器布置在机翼或翼型表面，借助等离子体激励器在高电压下产生的诱导射流，有效控制机翼绕流边界层的转捩或分离，实现减阻、增升的控制目标。
次声波是频率低于20Hz的声波，具有传播距离远、穿透性强等特点，在生物医疗、军事研究方面具有较强的应用潜力，次声波的产生与聚焦一直是次声波技术研究中的难点。
目前人工次声源大致分为以下三类：气爆式，利用爆炸或高压使气体以脉冲的形式突然释放，进而激发周围大气产生低频振动，形成次声波；共鸣腔式，该式次声发生装置原理类似管乐器，利用共振的原理产生次声波；扬声器式，利用电流激励次声扬声器膜片振动，从而产生一定频率的次声波。但是通常这些次声波的产生装置多存在结构庞大与复杂、耗能较大等问题。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供等离子体激励器的应用及次声波产生方法、装置，本发明结构简单，功耗低。
本发明采用的技术方案如下：
等离子体激励器产生次声波的应用，即将等离子体激励器应用于产生次声波。特别是介质阻挡放电等离子体激励器和正弦交流介质阻挡放电等离子体激励器在产生次声波上的应用。
在本发明中，等离子体激励器主要包括激励电极、绝缘介质以及激励电源三部分，通过将激励电源的激励频率设置为小于20Hz，在1kV-50kV的高电压激励下，等离子体激励器产生次声波。
作为优选，所述等离子体激励器为介质阻挡放电等离子体激励器。
作为优选，所述等离子体激励器为正弦交流介质阻挡放电等离子体激励器。
一种次声波产生方法，使用等离子体激励器产生次声波。
同样，在本发明中，通过设定一定的激励频率(小于20Hz)，在高电压下(电压峰峰值为1kV-50kV)，等离子体激励器产生次声波。
作为优选，所述等离子体激励器的激励频率小于20Hz。
作为优选，所述次声波的频率与等离子体激励器的激励频率相同。
在上述方案中，发明人发现等离子体激励器产生次声波的频率与激励电源的激励频率一致，通过将等离子体激励器的激励电源的激励频率设定小于20Hz才能产生次声波。
作为优选，所述等离子体激励器的电压峰峰值为1kV-50kV。
在上述方案中，通过1kV-50kV高电压的激励下，等离子体激励器产生次声波。
作为优选，所述次声波的强度通过等离子体激励器中激励电源的电压峰峰值和绝缘介质的厚度调整。
作为优选，所述等离子体激励器为介质阻挡放电等离子体激励器。
作为优选，所述等离子体激励器为正弦交流介质阻挡放电等离子体激励器。
本发明还包括一种次声波产生装置，包括绝缘介质、设置于绝缘介质上表面的上层电极、及设置于绝缘介质下表面的下层电极，所述上层电极和下层电机分别与激励电源连接。
作为优选，所述激励电源的电源高压端与上层电极连接，激励电源的电源低压端与下层电极连接。
作为优选，所述激励电源为交流电源。
作为优选，所述激励电源为正弦交流电源。
作为优选，还包括数字信号发生器，所述数字信号发生器的信号触发端与激励电源的电源外触发端口连接。
在上述方案中，通过数字信号发生器产生触发信号，启动激励电源。
作为优选，所述绝缘介质的材质为树脂玻璃、聚酰亚胺、聚四氟乙烯或陶瓷。
作为优选，所述绝缘介质的厚度为0.1mm-5mm。
作为优选，所述上层电极和下层电极的材质为铜箔或铝。
在上述方案中，第一，将激励电源的频率设置为小于20Hz，电压峰峰值设定为1kV-50kV；第二，将上层电极、下层电极分别与激励电源的电源高压端、电源低压端相连；第三，通过数字信号发生器产生的触发信号，启动激励电源，在高电压的激励下，激励器产生次声波。
等离子体激励器，主要包括激励电极、绝缘介质以及高压激励电源三部分。上、下两层电极由绝缘介质隔开，并与高压激励电源两端相连，其中，上层电极暴露在空气中，下层电极被绝缘介质覆盖。在高电压的激励下，上层电极周围的空气被电离，从而产生等离子体；在绝缘介质的作用下，上层电极周围形成自持放电，产生稳定的辉光；等离子体激励器在工作时除了产生准定常的辉光放电以外，还会发出“滋滋”的声音。本发明正是对等离子体激励器的声学特性的进一步研究，通过设置合适的激励电源的激励频率和电压峰峰值，使用等离子体激励器产生了次声波，并且研究过程中发现等离子体激励器产生的声音主频与激励电源的激励频率一致，并且次声波的频率和强度可调。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、提供一种简单的次声波产生方法；
2、结构简单、操作性强、功耗低；
3、可以通过调整激励电源的频率调整次声波的频率；
4、通过激励电源的电压峰峰值和绝缘介质的厚度调整次声波的强度；
5、能够为开展次声波特性研究，推动次声波技术的应用发展提供重要支撑。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是次声波产生装置的示意图；
图2是次声波产生装置的另一示意图；
图3是次声波产生装置诱导压力的功率谱。
图中标记：1-绝缘介质、2-上层电极、3-下层电极、4-激励电源、5-数字信号发生器。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例1
如图1所示，本实施例的一种次声波产生装置，为介质阻挡放电等离子体激励器，包括0.1mm厚的聚酰亚胺绝缘介质、设置于绝缘介质上表面的铜箔上层电极、及设置于绝缘介质下表面的铜箔下层电极，上层电极、下层电机分别与正弦交流电源的电源高压端、电源低压端连接。
将正弦交流电源的频率设置为5Hz，电压峰峰值设定为20kV，启动正弦交流电源后；采用高频压力传感器(Brüel&
Figure BDA0002593762920000051
type 4138-A-015)测量激励器产生的诱导压力，验证等离子体激励器产生了主频为5Hz的次声波，基于测量获得的电流、电压值，计算得到单位长度的激励器耗能仅为0.048W/cm。
实施例2
如图2所示，本实施例的一种次声波产生装置，为正弦交流介质阻挡放电等离子体激励器，包括1mm厚的树脂玻璃绝缘介质、设置于绝缘介质上表面的铝上层电极、及设置于绝缘介质下表面的铝下层电极，上层电极、下层电机分别与正弦交流电源的电源高压端、电源低压端连接，数字信号发生器的信号触发端与激励电源的电源外触发端口连接。
将正弦交流电源的频率设置为10Hz，电压峰峰值设定为40kV，通过数字信号发生器产生的触发信号，启动正弦交流电源后；采用高频压力传感器(Brüel&
Figure BDA0002593762920000052
type 4138-A-015)测量激励器产生的诱导压力，验证等离子体激励器产生了主频为10Hz的次声波，基于测量获得的电流、电压值，计算得到单位长度的激励器耗能仅为0.072W/cm。
实施例3
本实施例与实施例2的区别在于，本实施例中，将正弦交流电源的频率设置为18Hz，电压峰峰值设定为50kV，通过数字信号发生器产生的触发信号，启动正弦交流电源后；采用高频压力传感器(Brüel&
Figure BDA0002593762920000061
type 4138-A-015)测量激励器产生的诱导压力，验证等离子体激励器产生了主频为18Hz的次声波，基于测量获得的电流、电压值，计算得到单位长度的激励器耗能仅为0.081W/cm。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中，将正弦交流电源的频率设置为1Hz，电压峰峰值设定为1kV，通过数字信号发生器产生的触发信号，启动正弦交流电源后；采用高频压力传感器(Brüel&
Figure BDA0002593762920000062
type 4138-A-015)测量激励器产生的诱导压力，验证等离子体激励器产生了主频为1Hz的次声波，基于测量获得的电流、电压值，计算得到单位长度的激励器耗能仅为0.068W/cm。
在其他实施例中，同样通过改变激励电源的激励频率，可以根据需要产生其他不同频率的次声波。
对比例1
本对比例与实施例2的区别在于，本对比例将正弦交流电源的频率设置为25Hz，电压峰峰值设定为40kV，通过数字信号发生器产生的触发信号，启动正弦交流电源后，检测不到次声波的产生。
如图3所示，本发明的次声波产生装置诱导压力的功率谱，通过计算可以得到本发明的次声波产生装置产生次声波的功耗很低，可以低至0.048W/cm，最大也不超过0.14W/cm。
综上所述，采用本发明的等离子体激励器的应用及次声波产生方法、装置，可以方便产生次声波，结构简单、操作性强、功耗低；可以通过调整激励电源的频率调整次声波的频率；通过激励电源的电压峰峰值和绝缘介质的厚度调整次声波的强度；能够为开展次声波特性研究，推动次声波技术的应用发展提供了重要支撑。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.等离子体激励器产生次声波的应用。
2.一种次声波产生方法，其特征在于：使用等离子体激励器产生次声波。
3.如权利要求2所述的次声波产生方法，其特征在于：所述等离子体激励器的激励频率小于20Hz。
4.如权利要求2所述的次声波产生方法，其特征在于：所述次声波的频率与等离子体激励器的激励频率相同。
5.如权利要求2所述的次声波产生方法，其特征在于：所述次声波的强度通过等离子体激励器中激励电源的电压峰峰值和绝缘介质的厚度调整。
6.如权利要求2所述的次声波产生方法，其特征在于：所述等离子体激励器为介质阻挡放电等离子体激励器。
7.一种次声波产生装置，其特征在于：包括绝缘介质、设置于绝缘介质上表面的上层电极、及设置于绝缘介质下表面的下层电极，所述上层电极和下层电机分别与激励电源连接。
8.如权利要求7所述的次声波产生方法及产生装置，其特征在于：所述激励电源的电源高压端与上层电极连接，激励电源的电源低压端与下层电极连接。
9.如权利要求7所述的次声波产生方法及产生装置，其特征在于：所述激励电源为正弦交流电源。
10.如权利要求7所述的次声波产生方法及产生装置，其特征在于：还包括数字信号发生器，所述数字信号发生器的信号触发端与激励电源的电源外触发端口连接。
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