技术详细介绍
技术领域
本发明涉及一种能量束破冰技术及其装置（专利号201310378641.6），属于破冰技术领域。
背景技术
目前，破冰技术普遍采用的是机械破冰的方式进行，利用锤子敲击，或是利用船舶撞击，这些破冰方法都是重压式，即利用破冰船特有的小角度船艏压向冰面，靠破冰船自身重量所产生向下的巨大压力压碎船身下的冰层。
此外，在黄河及北方的河流封冻期和凌汛期，冰凌灾害频发，且难以防治。致灾的冰凌按其形态分为冰盖、流凌、冰塞、冰坝。冰盖是黄河封冻期在河面上冻结的具有一定厚度的冰体，冰盖的膨胀作用会对河道水利工程设施和两岸的建筑物造成破坏。目前，克服冰盖膨胀作用的方法通常是在冰盖上沿河流纵向用人工爆破方法开设一定宽度的裂缝，消除膨胀作用。即：先人工用冰穿、铁挺、钢钎开设或用小包炸药连续爆破构成冰洞，然后将装药加上一定质量的配重系在绳索或木杆上，放入冰层下的水中，再用导爆索或电雷管同时起爆。该方法需要人工造孔、布药，耗时长且安全性能差，无法满足大面积破冰需要。冰塞、冰坝是在翌年黄河凌汛期，气温上升冰盖开始融化，上游先解冻的河段会产生大量的流凌，这些流凌在河流水面比降由陡变缓的河段下泄时很容易阻塞河道，形成冰塞、冰坝，造成泛滥，需要迅速摧毁。目前，主要是利用飞机空投航弹或用火炮发射榴弹的方法破除流凌、冰塞、冰坝，这种方法虽然快速但是费用高、效果差、后患多、危害范围大，且在桥梁和居民区附近无法使用。因此，针对破冰，需要采用除了这些机械破冰或者炸弹破冰的方式之外，还需要采用其他方式进行，也有相关技术对此进行了研究，公开了一些新的破冰技术。
在小型设备破冰方面，中国专利CN102553695A公开了一种茴油冰块破碎机，由进料平台、进料口、滚筒、出料口、外罩、进料斜斗、支架以及撑杆构成，所述进料平台与进料口相连，进料口下方安装有滚筒，滚筒与电动机连接，滚筒下方设有出料口。中国专利CN 202873737 U中公开了一种果汁果肉冰块破碎机，适用于果蔬产品尤其橙汁的加工生产、储存与消费。在两平行墙板间装有定板和压板，形成上下方敞开的四围空间，压板下边距离定板下边小于压板上边距离定板上边，压板上部连接连杆一端，连杆另端绞接曲轴偏心段，曲轴主轴段分别穿入墙板上的轴孔且其一端过墙板连接电机，压板两边下部各有一横榫头分别伸入墙板体里的中空长条滑槽，滑槽长度大于曲轴偏心距的2倍，曲轴主轴心和滑槽中点的连线与滑槽呈锐角。果汁果肉大冰块放入定压板岔口，电机转动使得压板对冰块一层层地压碎剥削，脱离的分散小冰块落入下面的盛料斗。这些破冰方法都是采用机械设计结构，需要用到复杂的机械装置进行破冰，且破冰时存在碎渣的情况。
在其他破冰技术方面，申请人汪砚秋公开了一种应力破冰法（公开号为102400453A），该方法是利用材料在应力集中处容易断裂的原理，在冰层上人为地制造出应力集中区，使冰层容易断裂，从而达到提高破冰效果的目的。其实施过程是：在破冰船开始破冰之前，先在船艏前两侧开出两道应力槽，当破冰船压上冰面时，在应力槽处会产生应力集中，集中的应力使冰面在该处断裂，实现破冰目的。申请人范福仓公开了一种微波破冰船（公开号为102372070A），该船是在破冰船的后面安装发电机，在破冰船的前面安装金属防护外壳，金属防护外壳里面安装高压变压器、高压电容器、高压二极管和磁控管，磁控管上有微波天线，当需要破冰时，开动破冰船，发电机和磁控管就开始工作，使磁控管发出微波,磁控管产生的微波通过微波天线使冰融化，从而完成破冰工作。还有，中国人民解放军总参谋部工程兵科研三所公开了一种聚能随进破冰器及破冰方法（公开号为102011382A），该方法采用集储存、运输、发射、破冰功能于一体的两级爆炸破冰结构，一级为聚能穿孔装置、二级为随进破冰装置；所述聚能穿孔装置、随进破冰装置、推进装置依序密封在连接筒内，所述聚能穿孔装置通过传爆装置与随进破冰装置相连，随进破冰装置尾端嵌入有提供动力的推进装置；所述连接筒外中部设置有支架。本方法在冰层下或冰体内爆炸，快速消除冰盖膨胀作用、摧毁冰塞、冰坝，达到破冰减灾之目的。
上述破冰方式一般都是借助于机械作用，并辅助以应力、微波、聚能爆炸等方式，这些破冰技术和装置结构相对复杂，需要利用较多的工具或者器具进行，且产生的破坏性强，可能会危害到其他生物体。且破冰效果受到一定的限制，只能在一些领域予以使用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术的缺点，而发明一种可以在各种场合进行破冰的技术及装置，利用能量束的方式，定位扫描后进行爆炸式破冰。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
能量束破冰技术，采用两束以上能量束在不同的位置针对冰块进行发射，能量束在冰块中间位置汇集，利用能量束携带能量相互碰撞产生的效果进行破冰，随着能量束的位置变换，可以实现连续破冰。
上述能量束可由激光、微波、光波、电子、离子等微粒子流的一种或多种混合的发生器产生。
上述发生器设置有至少两个，才能实现能量交汇聚合，该发生器设置在环形、矩形或其他支架上，位置可以调整，发生器发射角度可以调整。
上述能量束交汇问题，采用设置在支架上发生器对面位置上的角度扫描器进行，通过能量器发射激光或红外线，予以对准汇集。
上述能量发生器上能量发生的速度通过回旋加速、控制发射功率、磁场稳态控制、磁场定向控制等方式予以完成，在产生能量束工作时根据所要爆破的冰块情况设定能量发生的频率、振幅、功率、时间等因素。
上述能量束爆破前根据情况进行能量测算，利用概率原理、数学建模、扫描定位模拟等方式予以确定能量束交汇的时间和位置，以及确定合理的爆破方式。
上述角度扫描器上还设置有扫描系统，信号接收和发射系统，能够将不同角度获知的冰块情况予以扫描到控制室，便于控制室得知冰块的情况，并进行模拟，确定相应的能量发生器的角度、交汇点，以及所需要的发生器的功率、发射时间以及其他相对应的参数。
基于上述能量束破冰技术，该装置结构及设置要求如下：
（1）在支架环设置有第一能量发生器、第二能量发生器、第三能量发生器等多个能量发生器，这些能量器均匀分布在支架环上，在能量发生器对面位置设置有第一角度扫描器、第二角度扫描器、第三角度扫描器。
（2）能量发生器上还设置有透镜，透镜上设置有穿孔，便于能量束聚集后通过透镜；能量发生器上设置有套环，套环将能量发生器固定在支架环上，可以移动能量发生器；能量发生器上设置有信号接收器，可以接收到其他控制信号。
（3）角度扫描器上设置有角度器，可以测试所在位置的角度；角度扫描器上设置有发射器和接收器，可以将接收到的信号发射到控制室；角度扫描器上设置有扫描视频头，可以针对前方的情况进行扫描并转换成图像。
（4）角度扫描器和能量发生器始终与支架环中心点处于同一直线上，当角度扫描器偏移时，能量发生器也发生偏移，角度扫描器上设置有激光或红外发射装置，而能量发生器上设置有激光或红外接受感应装置，以此来保证角度扫描器和能量发生器始终与支架环中心点处于同一直线上。
（5）上述支架环的工作方式有多种，冰块可以垂直支架环平面放置进行，也可以将支架环放置在冰块上方，能量发射器进行能量放射，予以爆破。具体将在实施方式中予以举例说明。
该发明利用高能粒子跟固态水分子高速碰撞，使水分子获得很大的动能和冲量对周围产生较大的冲击力使得冰块内动力增强，同时，不同的能量束在冰块内部分别交汇使冰块的内能分布极不均匀，破坏了冰块内部分子之间力的平衡，水分子更为活跃。加上高温能量束可激活水分子的运动，加快水分子运动的幅度和速度，促使冰块融化。
本发明的有益效果在于：
该能量束破冰方法，利用多种能量束，可以调节强度，针对不同的点进行引爆，从而实现破冰。也可以将冰块进行切割，便于大冰面变成小冰面，从而实现破冰。
整个方法采用类似于激光的方式，可以精确定位，在破冰之前对环境进行扫描并模拟，同时设计最优的破冰方法，并将信号传递给角度扫描仪和能量发生器，实现破冰。
该破冰装置可以垂直于冰块放置，也可以平行于冰面放置，利用多种能量汇集，且能量的产生借助于常用的激光或者其他能量装置，实现高能量装置在破冰领域的应用。
该破冰装置可以设置在大型湖面、河面等结冰场合，只需要先将装置平行放置，利用能量束破冰后，再将装置垂直放置，实现先割破冰面，在破碎冰块的方式，利用高热能力融化割碎冰块；也可以用于电线、屋顶、路面结冰等场合，将装置平行于冰面设置多个能量汇集点，将冰面化成块予以搬运或者融化；而对于较大块状的冰块，直接放置在垂直的支架上，利用多能量束汇集，进行破冰即可。
该发明方法借助于现代科技，采用先扫描定位，后发射能量束的方式进行破冰，既能实现高能破冰的便捷性和准确性，还能实现破冰过程的快速性，提高了效能，同时破冰过程中静音，适合于在各种需要破冰的场合使用。
附图说明
图1是该发明垂直设置时的结构示意图。
图2是该发明平行设置时的结构示意图。
图中标记说明，1-支架环；2-第一能量发生器；3-冰；4-第三角度扫描器；5-第二能量发生器；6-第一角度扫描器；7-第三能量发生器；8-第二角度扫描器。
具体实施方式
为了进一步描述本发明，下面结合附图和实施例进一步阐述该发明的具体实施方式。
在下列实施例中，以安装三个能量发射器和三个角度扫描器进行举例，但本发明并不限制于三个能量发射器和三个角度扫描器。
实施例一
如图1所示的该装置垂直设置时的破冰状态示意图，可以应用在冰箱、卡车、电线结冰等需要处理块状或条状冰块破冰的场合。
该装置设置有如下：
在支架环1设置有第一能量发生器2、第二能量发生器5、第三能量发生器7，这些能量器均匀分布在支架环上，在能量发生器成180度的支架环上对应设置有第一角度扫描器6、第二角度扫描器8、第三角度扫描器4，在支架环1垂直中心位置放置的是待爆破的冰3。
每个能量发生器上还设置有透镜，透镜上设置有穿孔以增强能量发射的强度；能量发生器上设置有套环，套环将能量发生器固定在支架环上，可以移动能量发生器；能量发生器上设置有信号接收器，可以接收到其他控制信号。
每个角度扫描器上设置有角度器，可以测试所在位置的角度；角度所扫描器上设置有发射器和接收器，可以将接收到的信号发射到控制室；角度扫描器上设置有扫描视频头，可以针对前方的情况进行扫描并转换成图像。
角度扫描器和能量发生器始终与支架环1中心点处于同一直线上，当角度扫描器偏移时，能量发生器也发生偏移，角度扫描器上设置有激光或红外发射装置，而能量发生器上设置有激光或红外接受感应装置，以此来保证角度扫描器和能量发生器始终与支架环1中心点处于同一直线上。
该装置设置好后，具体破冰过程如下：
1、第一角度扫描器6、第二角度扫描器8、第三角度扫描器4分别从不同位置将冰3的情况予以扫描，并通过设置在角度扫描器上的发射装置，将扫描所得的信息传递给控制室。
2、控制室根据所绘制的图形，进行数学建模，运用概率统计和计算机模拟的方式，进行运算，确定最佳爆破路径，并模拟破冰过程中可能出现的情况，以及场景。
3、控制室根据所模拟得到的最佳路径，转换成相应的角度参数，以及能量发射器所需要的功率、速度、频率、振幅，以及所需要发射能量的强度及时间，并将这些参数进行再一次数据模拟，以得到相对准确的爆破效果。
4、控制室将模拟所得的角度参数，发射给角度扫描器，由角度扫描器通过直线发射器发射给能量发生器上的直线接受感应装置，能量发射装置根据角度参数进行调整方位；而与此同时，控制室将模拟所得的功率、速度、频率、振幅以及所需要发射能量的强度及时间发射给能量发射装置，由能量发射器根据所设定的参数进行工作。
5、就绪后，则可以按照设定的参数进行破冰，在工作过程中，支架环可以根据需要予以固定位置，也可以移动位置，沿着冰块爆破的方向前进，同时，在过程中，角度扫描器始终保持对能量发射器的角度控制，并且进行视频扫描拍摄，并将拍摄结果发送给控制室，以便对爆破的情况进行监控。
实施例二
如图2所示的该装置平行设置时的破冰状态示意图，可应用与河面、湖面、地面等大型平面区域结冰需要破冰的领域。
该装置设置有如下：
在支架环1设置有第一能量发生器2、第二能量发生器5、第三能量发生器7，这些能量器均匀分布在支架环上，在能量发生器成180度的支架环上对应设置有第一角度扫描器6、第二角度扫描器8、第三角度扫描器4，在支架环1平行面的下方放置的是待爆破的冰3。
每个能量发生器上还设置有透镜，透镜上设置有穿孔以增强能量发射的强度；能量发生器上设置有套环，套环将能量发生器固定在支架环上，可以移动能量发生器；能量发生器上设置有信号接收器，可以接收到其他控制信号。
每个角度扫描器上设置有角度器，可以测试所在位置的角度；角度所扫描器上设置有发射器和接收器，可以将接收到的信号发射到控制室；角度扫描器上设置有扫描视频头，可以针对前方的情况进行扫描并转换成图像。
角度扫描器和能量发生器始终与支架环1中心点处于同一直线上，当角度扫描器偏移时，能量发生器也发生偏移，角度扫描器上设置有激光或红外发射装置，而能量发生器上设置有激光或红外接受感应装置，以此来保证角度扫描器和能量发生器始终与支架环1中心点处于同一直线上。
该装置设置好后，具体破冰过程如下：
1、第一角度扫描器6、第二角度扫描器8、第三角度扫描器4分别从不同位置将冰3的情况予以扫描，并通过设置在角度扫描器上的发射装置，将扫描所得的信息传递给控制室。
2、控制室根据所绘制的图形，进行数学建模，运用概率统计和计算机模拟的方式，进行运算，确定最佳爆破路径，并模拟破冰过程中可能出现的情况，以及场景。
3、控制室根据所模拟得到的最佳路径，转换成相应的角度参数，以及能量发射器所需要的功率、速度、频率、振幅，以及所需要发射能量的强度及时间，并将这些参数进行再一次数据模拟，以得到相对准确的爆破效果。
4、控制室将模拟所得的角度参数，发射给角度扫描器，由角度扫描器通过直线发射器发射给能量发生器上的直线接受感应装置，能量发射装置根据角度参数进行调整方位；而与此同时，控制室将模拟所得的功率、速度、频率、振幅以及所需要发射能量的强度及时间发射给能量发射装置，由能量发射器根据所设定的参数进行工作。
5、就绪后，则可以按照设定的参数进行破冰，在工作过程中，支架环可以根据需要予以固定位置，也可以移动位置，沿着冰块爆破的方向前进，同时，在过程中，角度扫描器始终保持对能量发射器的角度控制，并且进行视频扫描拍摄，并将拍摄结果发送给控制室，以便对爆破的情况进行监控。
以上所述是本发明能量束破冰技术的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。