一种高压脉冲固体材料破碎的固液界面放电模式判别方法
【技术领域】
[0001]本发明属于高压放电固体材料破碎技术领域，特别是涉及一种高压脉冲固体材料破碎的固液界面放电模式判别方法。
【背景技术】
[0002]高压脉冲放电破碎固体材料技术以其能维持固体材料原始形态而破碎的优势最初应用在月球岩石样品的破碎。经过数十年的发展，现已在俄罗斯、美国、德国开始应用于生产实际。现已应用的领域为石油钻井、石材切割、建筑物表面清除、高纯度材料无污染破碎和人体结石破碎等。
[0003]然而固体击穿属于统计概率事件，可通过调节脉冲电气参数来提高在固体介质内部击穿放电的概率。破碎过程期望在固体介质内部放电，但实际应用中，因固液界面凹凸不平，随机且不可控，降低了在固体介质内部放电的概率。这就需要在连续作业过程中，实时监测每个脉冲作用下的电压电流波形，判断其放电模式，以修正所施高压脉冲的电气参数，达到将固体介质内部放电模式的概率控制在较高水平上的要求来保证作业效率最大化，且能耗及对周围介质的负面影响最小化的工程应用需求，而现阶段在固液界面放电模式判别上没有准确且有效的方法。
【发明内容】
[0004]本发明为了克服现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种利用脉冲放电采集到的负载电压电流数据波形，提取相关特征参数进行固液界面放电模式的判别的，准确且有效的，高压脉冲固体材料破碎的固液界面放电模式的判别方法。
[0005]本发明所采用的技术解决方案是一种高压脉冲固体材料破碎的固液界面放电模式判别方法，包括以下步骤:
[0006]步骤1:对液体绝缘介质进行高压脉冲击穿放电，再对相应液体环境中固液界面进行高压脉冲击穿放电；
[0007]步骤2:获得液体绝缘介质和固液界面的电极两端负载电压和电流；
[0008]步骤3:将电压波形和电流波形进行处理，分别提取液体绝缘介质和固液界面击穿过程中电压维持最大值时间段，形成非参数特征；
[0009]步骤4:将电压波形和电流波形进行处理，分别获得液体绝缘介质和固液界面击穿过程电阻变化曲线，形成参数特征；
[0010]步骤5:将步骤3形成的非参数特征与步骤4形成的参数特征作数据处理，得到共两个独立特征作为判别特征进行比较判别；
[0011]步骤6:根据步骤5的放电模式判别输出判别结果:液体介质内部放电或固体介质内部放电。
[0012]所述步骤I固体介质为非导电材料，固液界面击穿是在以液体为绝缘介质环境中在固液界面进行击穿的。
[0013]所述步骤2是指在相同电极间距、同种液体介质、相同固体介质条件下，分别获得电极两端负载的电压波形和电流波形。
[0014]所述步骤3的非参数特征包括电压击穿时延tRc1-v和电流击穿时延tSQ-1;电压击穿时延的tRQ—V的计算方法是:将电压波形的陆升点记为放电击穿的起始时刻tQ—vi，记录电压陆升至最大值的电压陡升时刻tvQi及电压开始陡降的电压陡降时刻t vRi，将电压陡降时刻t vQi减去电压陡升时刻t vQi得到电压击穿时延tRQi;相应的，电流击穿时延tRQ-1的计算方法是:将电压波形的陆升点记为放电击穿的起始时刻t Qii，将电流波形的电流陆升点记为电流陆升时刻tvS-1，将电流陆升时刻tvS-1减去起始时刻tQii得到电流击穿时延tsCl-1，电压击穿时延tRQi与电流击穿时延tso-1相对应，数值大小相等。
[0015]所述步骤4的计算方法是:记录电流波形陆升至最大值的电流最大值时刻tvA-1，将步骤2得到的电压值除以电流值得到各个数据点电阻值，以电流波形的电流陡升时刻tvh为起点，电流最大值时亥为终点，提取tvA-1和tvA-1时间段的电阻值及各个电阻值对应的时刻点，绘制电阻变化曲线，再对绘制的电阻变化曲线进行数学拟合，得到电阻衰减系数。
[0016]所述的步骤3的非参数特征包括液体击穿时延与固液击穿时延;步骤4的参数特征包括液体电阻衰减系数与固液击穿电阻衰减系数。
[0017]所述步骤5的比较判别包括根据获得的液体击穿时延与固液击穿时延，将两者作除法运算，得到独立特征I，将得到独立特征I与M乍大小比较，若独立特征I比S大至少2倍，则固液界面放电为固体介质内部放电，否则为液体介质内部放电；根据获得的液体击穿电阻衰减系数与固液放电击穿电阻衰减系数，将两者作除法运算，得到独立特征2，将得到的独立特征2与ε作大小比较，若独立特征2比ε大至少一个数量级，则固液界面放电为固体介质内部放电，否则为液体介质内部放电，其中δ、ε均为大于I的常数，具体大小根据液体介质、固体介质、电极间距、脉冲电压幅值进行确定。
[0018]与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为:本发明利用脉冲放电采集到的负载电压电流数据波形，提取相关特征参数进行固液界面放电模式的判别，解决判别脉冲破碎放电模式的难点，且判别准确、有效。
【附图说明】
[0019]图1为本发明所用固液击穿电压电流波形示意图；
[0020]图2为本发明放电模式判别方法的流程示意图；
[0021 ]图3为本发明中电阻衰减系数拟合示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本发明进一步说明
[0023]如图1及图2所示，一种高电压脉冲固体材料破碎的固液界面放电模式判别方法，包括以下步骤:
[0024]步骤1:对液体绝缘介质进行高压脉冲击穿放电，再对相应液体环境中固液界面进行高压脉冲击穿放电；
[0025 ]步骤2:获得如图1所示液体绝缘介质和固液界面的电极两端负载电压和电流；
[0026]步骤3:将电压波形和电流波形进行处理，分别提取液体绝缘介质和固液界面击穿过程中电压维持最大值时间段，形成非参数特征；
[0027]步骤4:将电压波形和电流波形进行处理，分别获得液体绝缘介质和固液界面击穿过程电阻变化曲线，形成参数特征；
[0028]步骤5:将步骤3形成的非参数特征与步骤4形成的参数特征作数据处理，得到共两个独立特征作为判别特征进行比较判别；
[0029]步骤6:根据步骤5的放电模式判别输出判别结果:液体介质内部放电或固体介质内部放电。
[0030]如图1所示，图中记录有液体介质击穿电压波形1-1;固体介质击穿电压波形1-2;液体介质击穿电流波形1-3 ；固体介质击穿电流波形1-4，以曲线1-2和1-4为例说明曲线点记录方式:电压陆升点记为电压电流起始零点O，电压陆升至最大值点记为Q，电压以最大值持续到R点，之后开始电压陡降，陡降拐点为P，对应于电流S点，此后电压电流波形进去欠阻尼振荡阶段，电流波形的峰峰值点分别定义为ABCDEF。
[0031]将电压波形的陆升点记为放电击穿的起始时刻to-vi，记录电压陆升至最大值的电压