一种高能微波冻土碎裂系统的制作方法

1.本发明涉及一种高能微波冻土碎裂系统。


背景技术：

2.高硬冻土硬度高、难破坏导致壕沟工事施工难度较大、作业效率较低、可控性差等问题，一直是限制我国在高原高寒地区碎裂高硬冻土灵活作业的瓶颈难题之一。开发高效、可控的高硬冻土碎裂技术，已成为提升我国在高寒地带冻土碎裂迫切需解决的难题。
3.传统碎裂冻土主要采用电热、燃火烘烤、振动破坏以及爆破等手段来破坏冻土的冰-水相结构，以达到减轻施工阻力、提升施工效率的目的。然而，电热、燃火烘烤等方法存在加热效率较低、准备时间较长等缺点；振动破坏以及爆破等手段存在可控性差、成壕质量差等缺点，均不能满足当代碎裂冻土作业对工事施工过程并行、高效和可控的要求。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本发明提供了一种高能微波冻土碎裂系统，该高能微波冻土碎裂系统能通过定向辐射微波与相位控制实现微波在冻土内部的加热深度可控，使微波聚焦加热局部区域的冰快速升温汽化，在局部区域产生较高的压力和结构应力，使冻土碎裂，从而达到大幅度降低冻土整体结构强度的目的，有利于常规挖掘装备作业。
5.本发明通过以下技术方案得以实现。
6.本发明提供的一种高能微波冻土碎裂系统，包括微波源，所述微波源输出接至多路微波功率放大器，微波功率放大器的微波相位可调，每路微波功率放大器的输出通过射频电缆接至直波导，直波导呈阵列分布并朝下固定在微波辐射装置总成上。
7.所述微波功率放大器输出端依次装有环形器、水负载、波导同轴转换器组，波导同轴转换器组连接射频电缆输出信号。
8.所述微波功率放大器呈阵列分布，固定在多层支撑板总成上。
9.所述微波源和微波辐射装置总成均固定在支撑架总成上，微波功率放大器固定在微波源上方位置，直波导固定在微波源侧方位置。
10.所述微波功率放大器由微波放大器和微波相位调节器组成，微波放大器调节微波功率，微波相位调节器调节聚焦深度，。
11.所述微波辐射装置总成底部朝下装有阵列喇叭天线组，阵列喇叭天线组对接直波导。
12.所述阵列喇叭天线组上装有辐射器上下启动板，辐射器上下启动板由液压系统管道连通带动。
13.所述液压系统装在支撑架总成上。
14.所述水负载上还装有冷却系统总成。
15.所述直波导呈4
×
4阵列分布。
16.本发明的有益效果在于：可通过相位编程实现微波相位同步调节功能，实现微波
在冻土内部的高效聚焦且深度可调，能高效的碎裂冻土；能满足高硬冻土结构碎裂的加热要求，有利于高效碎裂冻土的效果；便于实现系统上下快慢速度调节，在大大提高了微波辐射阵面的可移动性。
附图说明
17.图1是本发明至少一种实施方式的结构示意图；
18.图2是图1的俯视示意图；
19.图3是图1中阵列喇叭天线组至少一种实施方式的结构示意图；
20.图4是本发明的微波系统碎裂冻土相位控制流程图。
21.图中：1-微波源，2-环形器，3-水负载，4-波导同轴转换器组，5-射频电缆，6-微波功率放大器，7-支撑架总成，8-支撑板总成，9-阵列喇叭天线组，10-直波导，11-辐射器上下启动板，12-微波放大器，13-微波相位调节器，14-微波辐射装置总成，15-液压系统，16-冷却系统总成。
具体实施方式
22.下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
23.实施例1
24.如图1、图2所示的一种高能微波冻土碎裂系统，包括微波源1，微波源1输出接至多路微波功率放大器6，微波功率放大器6的微波相位可调，每路微波功率放大器6的输出通过射频电缆5接至直波导10，直波导10呈阵列分布并朝下固定在微波辐射装置总成14上。
25.实施例2
26.基于实施例1，微波功率放大器6输出端依次装有环形器2、水负载3、波导同轴转换器组4，波导同轴转换器组4连接射频电缆5输出信号。
27.实施例3
28.基于实施例1，微波功率放大器6呈阵列分布，固定在多层支撑板总成8上。
29.实施例4
30.基于实施例1，微波源1和微波辐射装置总成14均固定在支撑架总成7上，微波功率放大器6固定在微波源1上方位置，直波导10固定在微波源1侧方位置。
31.实施例5
32.基于实施例1，微波功率放大器6由微波放大器12和微波相位调节器13组成，微波放大器12调节微波功率，微波相位调节器13调节聚焦深度，。
33.实施例6
34.基于实施例1，微波辐射装置总成14底部朝下装有阵列喇叭天线组9，阵列喇叭天线组9对接直波导10。
35.实施例7
36.基于实施例6，阵列喇叭天线组9上装有辐射器上下启动板11，辐射器上下启动板11由液压系统15管道连通带动。
37.实施例8
38.基于实施例7，液压系统15装在支撑架总成7上。
39.实施例9
40.基于实施例2，水负载3上还装有冷却系统总成16。
41.实施例10
42.基于实施例1，如图3所示，直波导10呈4
×
4阵列分布。
43.实施例11
44.基于上述实施例，包括微波系统支撑架总成7、支撑板总成8、冷却系统总成16、微波辐射装置总成14、辐射器上下启动总成11。其特征在于：微波系统架构总成7上通过支撑架安装支撑板总成8、冷却系统总成16、微波辐射装置总成14、辐射器上下启动总成11。支撑板总成8上安装有微波源1、微波功率放大总成6、环形器2、水负载3；微波功率放大总成6安装有微波放大器12以及微波相位调节器13；冷却系统总成安装有环形器2、水负载3；微波辐射装置总成9安装有大功率射频电缆5、波导同轴转换器组4、直波导组10、阵列喇叭天线组9。
45.由此可实现微波碎裂高硬冻土。
46.微波功率放大器总成6内装有微波放大器12以及微波相位调节器13，具有微波在冻土内部的聚焦深度与微波功率可调功能。由此可实现微波功率在放大的同时实现微波相位的调节，最终提高微波在冻土内部的加热深度与加热效率，实现了微波碎裂冻土的深度和速率可调且可控，大大的满足了高硬冻土碎裂施工的要求。
47.冷却系统总成16上装有环形器2与水负载3。由此可避免微波传输过程中的微波反射损坏微波器件，且对微波功率放大系统进行冷却保护，以免微波温度过高损坏微波传输器件，大大提高了微波传输系统的可靠性。
48.液压总成15由液压管道17连通带动，液压系统15装在微波系统支撑架总成7上。由此可实现阵列喇叭天线组系统上下调节，在大大提高了微波辐射阵面的可移动性。
49.微波辐射装置总成14上装阵列喇叭天线组9，喇叭阵列天线9具有高增益辐射微波、辐射效率高、方向性好的功能，实现了微波在冻土内部聚焦具有方向性。由此可实现微波在冻土内部聚焦具有高增益、辐射效率高的优势，满足高硬冻土结构碎裂的加热要求，有利于高效碎裂冻土的效果。
50.由此，本发明：
51.通过冻土成分分析，计算冻土碎裂适用微波波长,确定聚焦微波位置(即确定冻土碎裂深度与碎裂速度)，由辐射器辐射微波进行高硬冻土碎裂(微波系统碎裂冻土流程如图4所示)。主要由微波种子源1产生微波，微波通过电缆进入微波功率放大器6进行微波放大和微波相位调节，输入到环形器2与水负载3(此环节避免了微波的反射对微波器件的损坏的同时，也对微波功率放大器进行冷却)，最后通过阵列喇叭天线组9进行微波辐射。本发明通过微波放大器12与微波相位调节器13的调节，使得微波在冻土内部的聚焦深度与碎裂效率可调，从而实现高效冻土碎裂。