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水中多电极等离子体放电声特性及三维震源研究

水中多电极等离子体放电声特性及三维震源研究

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作者：张允浙江大学

学位级别：硕士

海洋地层中蕴藏着丰富的能源,人们主要通过高分辨率的震源装置对其进行勘探。等离子体震源产生的子波具有很高的稳定和重复性,逐渐成为海洋地震勘探的主要设备。等离子体震源子波特性很大程度上取决于发射阵电极结构的设计,而国内外学... 详细信息

海洋地层中蕴藏着丰富的能源,人们主要通过高分辨率的震源装置对其进行勘探。等离子体震源产生的子波具有很高的稳定和重复性,逐渐成为海洋地震勘探的主要设备。等离子体震源子波特性很大程度上取决于发射阵电极结构的设计,而国内外学者对多电极结构的电声特性的基础研究很少,无法为发射阵多电极结构的设计提供理论依据。本文依托于30 J震源装置和十路延时装置,通过改变电极数目、电极间距和延时时间等参数来研究电声特性的变化,实验结论指导了三维等离子体震源放电回路的设计和发射阵的电极排布并对其性能进行了海上试验。主要研究内容和结论如下:(1)研究了同步放电时的电特性,电极数目从1增加到4时负载电压峰值逐渐减小,并都存在-0.18kV的残值电压,负载能量略有增大,负载电流和功率逐渐变大,放电时间从50μs减小到35 μs,能量注入速率逐渐增大;随着电极间距从6mm增大到30mm,负载电压峰值和负载能量和放电时间略微减小,负载电流峰值和负载功率峰值逐渐增大。(2)研究了同步放电时的声特性,随电极数目的增多,直达波声压峰值和声源级先增大后减小,在三电极时达到最大,声能量和电声转换效率在二、三电极时最大;整个声脉冲能量和电声转换效率和周期随电极数目增多而减小,主频逐渐增大,初泡比在四电极时最大,稳定在1.1左右。放电电压为-4.76 kV时,电极间距的改变对直达波声压峰值和声脉冲周期的影响很小,初泡比在电极间距为12mm～24mm较大,其中以间距18mm时最佳。(3)研究了延时放电声特性,在放电电压为-4.97kV时,直达波半峰宽随组间延时的增大和延时路数的增多而增大;声压峰值和声源级随延时时间的增大而减小,随延时路数的增多而增大。在25μs延时中,延时路数从2增加到4,直达波声能量从65.6mJ增加到126.6 mJ,半峰宽从69.5 μs增加到118.3μs,电声转换效率在三路延时中达到最大。(4)本文的研究结论指导了三维等离子体震源装置和多电极发射阵的设计和研制并进行了海上测试,经测试震源装置工作稳定,发射阵在距海面4.7m处能产生最大的直达波声压峰值,并且声源级最大可达230.1 dB,频谱分析显示子波主频在162Hz～372Hz之间,具有较宽的频带,此处的初泡比最大可达5.0。

关键词：水下负极性脉冲放电电声特性延时放电初泡比三维等离子体震源

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