CN105654938B - 液态金属等离子体电声转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液态金属等离子体电声转换装置，涉及电声技术领域，所述装置包括：放电电极、液体和反射罩，所述放电电极和反射罩均设于所述液体中，所述放电电极的至少一端为液态金属电极；所述放电电极通过液态金属进行等离子体放电，所述反射罩将等离子体放电所形成的声脉冲进行聚能，并将聚能后的声脉冲作为转换的脉冲声波信号。本发明中通过液态金属作为等离子体电弧放电电极，相对于传统的放电电极，大大减小了施加电压大小，无需设置高压生成电路等复杂设备，简化了实施结构。

Description

液态金属等离子体电声转换装置
技术领域
本发明涉及电声技术领域，特别涉及一种液态金属等离子体电声转换装置。
背景技术
等离子体声源具有声源体积小、频响范围宽、声源极高、电声转换效率高等特点，在海底地质勘探、污水处理、管道解堵、体外冲击波碎石等诸多方面得到了广泛应用。放电过程中，会同时产生光、电、声等非常复杂的瞬态物理现象，放电电极周围的液体介质被迅速电离产生具有极高温度和压力的液相等离子体，迅速向外膨胀，同时由于液体的不可压缩性，会在瞬间产生巨大的机械冲击波，然后衰减为声脉冲，以实现电能到机械能的快速转化。
目前，水下等离子体放电装置中需要对放电电极两端施加至少几kV的电压，故而，需要高压生成电路等复杂设备，导致结构复杂，并且安全性较差。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种液态金属等离子体电声转换装置。
依据本发明的一个方面，提供了一种液态金属等离子体电声转换装置，所述装置包括：放电电极、液体和反射罩，所述放电电极和反射罩均设于所述液体中，所述放电电极的至少一端为液态金属电极；
所述放电电极通过液态金属进行等离子体放电，所述反射罩将等离子体放电所形成的声脉冲进行聚能，并将聚能后的声脉冲作为转换的脉冲声波信号。
可选地，所述装置还包括：电压发生器，所述电压发生器与所述放电电极的两端分别连接。
可选地，所述液态金属电极为静态电极或射流电极。
可选地，所述静态电极为由液态金属制成的膜电极或球电极。
可选地，所述射流电极包括用于射流液态金属的注射管，所述注射管中储存有液态金属。
可选地，所述射流电极还包括用于控制所述液态金属射流速度的注射控制单元。
可选地，所述射流速度的取值范围为5～20m/s。
可选地，所述液态金属为低熔点金属或由至少两种低熔点金属组成的合金。
可选地，所述液体为纯水、水溶液、有机溶剂或有机溶液。
可选地，所述液体为十二烷基硫酸钠水溶液。
本发明中通过液态金属作为等离子体电弧放电电极，相对于传统的放电电极，大大减小了施加电压大小，无需设置高压生成电路等复杂设备，简化了实施结构。
附图说明
图1是本发明一种实施方式的液态金属等离子体电声转换装置的结构示意图；
图2是图1所示的液态金属等离子体电声转换装置中一种放电电极的结构示意图；
图3是图1所示的液态金属等离子体电声转换装置中一种放电电极的结构示意图；
图4是图1所示的液态金属等离子体电声转换装置中一种放电电极的结构示意图；
图5是图1所示的液态金属等离子体电声转换装置中一种放电电极的结构示意图；
图6是图1所示的液态金属等离子体电声转换装置中一种放电电极的结构示意图；。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1是本发明一种实施方式的液态金属等离子体电声转换装置的结构示意图；参照图1，所述装置包括：放电电极1、液体2和反射罩3，所述放电电极1和反射罩3均设于所述液体2中，所述放电电极1的至少一端为液态金属电极；
所述放电电极1通过液态金属进行等离子体放电，所述反射罩3将等离子体放电所形成的声脉冲进行聚能，并将聚能后的声脉冲作为转换的脉冲声波信号。
需要说明的是，所述放电电极1可理解为由正极和负极所组成的电极对，相应地，所述放电电极1的两端即为正极和负极，故而，所述放电电极1的至少一端为液态金属电极可理解为所述正极和负极中的至少一个为液态金属电极。
可理解的是，所述液态金属为低熔点金属或由至少两种低熔点金属组成的合金，所述低熔点金属可为镓、铟、锡、锌或汞等低熔点金属，当然，还可为其他金属，本实施方式对此不加以限制。
所述由至少两种低熔点金属组成的合金可为镓铟合金、镓铟锡合金、镓铟锡锌合金、铋铟合金、铋铟锡合金或铋铟锡锌合金，当然，还可为其他合金，本实施方式对此不加以限制。
当然，所述液态金属还可为低熔点金属和/或所述合金的混合物。
在具体实现中，所述液态金属优选为镓铟合金，其中，镓铟的质量比例为1～9：1。
为保证所述液态金属的导电性能，本实施方式中，所述液体2为纯水、水溶液、有机溶剂或有机溶液。
在具体实现中，所述液体2为十二烷基硫酸钠水溶液，为提高液态金属的导电性能，本实施方式中，所述溶液浓度为1～50g/L。
本实施方式中通过液态金属作为等离子体电弧放电电极，相对于传统的放电电极，大大减小了施加电压大小，无需设置高压生成电路等复杂设备，简化了实施结构。
为便于为所述放电电极的两端施加电压，本实施方式中，所述装置还可包括：电压发生器4，所述电压发生器4与所述放电电极1的两端分别连接，由于本实施方式中，采用液态金属作为等离子体电弧放电电极，故而，可采用较低的施加电压，但也可兼容高压的施加电压，因此，本实施方式中，所述电压发生器4的电压可为1V～10kV，所述电压的最优选择为20V，当然，还可采用其他电压，本实施方式对此不加以限制。
在具体实现中，所述电压发生器4的电压可为直流或交流，本实施方式对此不加以限制。
可理解的是，所述液态金属电极可采用静态电极实现，当然，还可采用射流电极(即用于射流液态)实现。
在具体实现中，在所述放电电极1中存在不为液态金属电极的一端时，这一端可采用传统电极，也就是由铜、铁、钨或镍等传统材料制成的电极，该电极可以是板状电极、针形电极、球形电极、环形电极或其他几何形态的电极，本实施方式对此不加以限制。
图2是图1所示的液态金属等离子体电声转换装置中一种放电电极的结构示意图；参照图2，本实施方式中，所述放电电极包括：负极1-1和正极1-2，其中，所述负极1-1采用铜板电极，所述正极1-2采用射流电极，可理解的是，所述射流电极为射流液态金属，故而，所述射流电极1-2通常包括：用于射流液态金属的注射管，所述注射管中储存有液态金属。
在具体实现中，所述铜板电极的边长为2cm，厚度为1mm，所述射流电极中的液态金属为75.5:24.5的镓铟合金，所述注射管的内径为0.26mm，为便于对所述注射管的射流速度进行控制，本实施方式中，所述射流电极还包括用于控制所述液态金属射流速度的注射控制单元1-3。
可理解的是，所述射流速度的取值范围可为0～100m/s，为保证较好的等离子体放电效果，本实施方式中，所述射流速度的取值范围为5～20m/s，所述射流速度最优选择为10m/s，当然，还可采用其他射流速度，本实施方式对此不加以限制。
本实施方式的工作原理为：启动注射控制单元1-3，液态金属从注射管中预设射流速度以射流的形式喷出，同时启动电压发生器4，射流电极喷射的液态金属会在接触铜板电极的瞬间产生等离子体放电，之后在液态金属形成的射流线上出现等离子体放电，通过反射罩3的聚能作用可以在焦点处获得足够强的脉冲声波信号。
图3是图1所示的液态金属等离子体电声转换装置中一种放电电极的结构示意图；参照图3，本实施方式与图2所示的放电电极相比，不同之处在于：所述负极1-1采用液态金属球电极，所述正极1-2采用射流电极，本实施方式中，所述液态金属球电极的球半径为0.1mm，当然，还可为其他半径，本实施方式对此不加以限制。
图4是图1所示的液态金属等离子体电声转换装置中一种放电电极的结构示意图；参照图4，本实施方式与图2所示的放电电极相比，不同之处在于：所述负极1-1采用液态金属球电极，所述正极1-2采用液态金属球电极。
图5是图1所示的液态金属等离子体电声转换装置中一种放电电极的结构示意图；参照图5，本实施方式与图2所示的放电电极相比，不同之处在于：所述负极1-1采用液态金属膜电极，所述正极1-2采用射流电极，所述液态金属膜电极的半径为0.2mm，当然，还可为其他半径，本实施方式对此不加以限制。
图6是图1所示的液态金属等离子体电声转换装置中一种放电电极的结构示意图；参照图6，本实施方式与图2所示的放电电极相比，不同之处在于：所述负极1-1采用铜环形电极，所述正极1-2采用射流电极。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (6)

1.一种液态金属等离子体电声转换装置，其特征在于，所述装置包括：放电电极、液体和反射罩，所述放电电极和反射罩均设于所述液体中，所述放电电极的至少一端为液态金属电极；
所述放电电极通过液态金属进行等离子体放电，所述反射罩将等离子体放电所形成的声脉冲进行聚能，并将聚能后的声脉冲作为转换的脉冲声波信号；
所述液态金属电极为射流电极，所述射流电极包括用于射流液态金属的注射管，所述注射管中储存有液态金属；
所述射流电极还包括用于控制所述液态金属射流速度的注射控制单元。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：电压发生器，所述电压发生器与所述放电电极的两端分别连接。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述射流速度的取值范围为5~20m/s。
4.如权利要求1~2中任一项所述的装置，其特征在于，所述液态金属为低熔点金属或由至少两种低熔点金属组成的合金。
5.如权利要求1~2中任一项所述的装置，其特征在于，所述液体为纯水、水溶液、有机溶剂或有机溶液。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述液体为十二烷基硫酸钠水溶液。
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