燃燒驅動全氣相碘雷射燃燒室的點火控制裝置及控制方法

2023-10-31 10:29:22 1

專利名稱：燃燒驅動全氣相碘雷射燃燒室的點火控制裝置及控制方法
技術領域：
本發明涉及一種點火控制技術，具體地說是一種用於燃燒驅動全氣相碘雷射 燃燒室的遠程點火控制裝置及其控制方法。
背景技術：
全氣相碘雷射(AGIL, all gas-phases iodine laser)是一種基於NCl (a) -I傳 能的新型碘雷射，其目的是克服現有化學氧碘雷射(COIL)由於釆用氣-液兩相 反應所帶來的大功率時體積效率和重量效率提高受限問題和這種氣液反應在某些 無重力環境下的使用問題。AGIL的技術路線如下
F + DC1->DF + C1
C1 + HN3->HC1 + N3
Cl + N3-〉NCl(a) + N2
NCl(a) + I-〉NCl(X) + I*
I* + hv(1315— -> I + 2hv(1315nm)
從上世紀90年代到現在，AGIL已經經歷了設想、脈衝出光、放電方案的連 續流增益測試、放電方案的連續流出光、放電方案的連續流初步放大和燃燒驅動 嘗試等研究階段，取得了較快的進展。最初釆用的直流放電引發方式，由於其放 電產生的F原子和F源氣體的壓力流量存在一函數關係，因此該方法已經不能產 生足夠多F原子，從而已經不適應雷射器功率放大要求。而燃燒方式在條件適宜 的情況下則能產生我們所需要的F原子。但是，就目前的燃燒驅動技術路線來講， 釆用什麼方法點燃燃燒室的氣體，如何安全點燃是關鍵技術之一，但國內外的相 關文獻中卻未見報導。

發明內容
針對現有技術中點燃燃燒室的氣體存在的安全問題，本發明的目的在於提供 一種可安全決捷點燃的用於燃燒驅動全氣相碘雷射燃燒室的遠程點火控制裝置。 為實現上述目的，本發明釆用的技術方案是
本發明燃燒驅動全氣相碘雷射燃燒室的點火控制裝置具有數據採集控制器， 其輸出的控制電壓經調壓器及驅動電路與火花器相連，火花器再經導線接至火花 塞；數據釆集控制器中存有控制程序。
所述數據採集控制器以工控計算機為控制核心，硬體包括數據釆集板、模擬 輸出板、數字輸A/輸出板以及繼電器板，其中數據釆集板接有溫度傳感器、壓力 傳感器、光功率計以及流量傳感器;模擬輸出板的輸出信號接至質量流量控制器、 電子壓力調節閥及氣體減壓器的控制迴路中；數字輸A/輸出板板的輸出接繼電器 板後分別與電磁閩及調壓器的一次線圈相連，調壓器的二次線圈接至驅動電路； 所述工控計算機也可由單片機或PLC代替；所述驅動電路釆用光-雙向可控矽光
電耦合器式固態繼電器；所述火花器由實驗室用真空檢漏計改造而成，其電源端
和驅動電路的輸出端相聯，火花器的點火探頭部分由火花塞代替；所述火花塞為 汽車或摩託車用火花塞。
本發明燃燒驅動全氣相碘雷射燃燒室的點火控制方法包括以下步驟 設定各氣體流量大小；按設定流量向燃燒室iiA氧化劑；啟動點火開關，打 火器打火；按設定流量向燃燒室送入燃料；根據溫度及壓力的變化及燃燒室的發 光情況判斷點火成功與否；如點火成功，則加入其它實驗氣體；停止點火開關， 打火器停止打火；停止各管路進氣；結束實驗。如果點火不成功則直接結東實驗; 所述氧化劑為NF3;所述燃料為&或02。 本發明具有以下有益效果及優點
1. 具有安全性。本發明裝置通過數據釆集控制器和改裝後的火花器點火系 統實現了燃燒室氣體的遠程點燃，提高燃燒室有毒易燃危險氣體引燃的安全性、 可控性和方便性，通過本發明遠程點火控制裝置，把強、弱電分離，實現弱電對 強電的控制，使普通的實驗室對於燃燒室氣體的點燃實施簡便、安全、可控、經
濟，從而推動了實驗室相關研究的發展；
2. 簡單實用，成本低。本發明裝置利用實驗室用高頻火花真空漏檢計中的高
頻電源部分改裝成火花器，通過高壓導線與火花塞相連，代替了汽車用發動機和
高壓線圈的組合，在數據釆集控制系統的控制下對全氣相化學碘雷射雨3和H2 (D2)的混合氣體點燃，不僅簡單實用，而且大大的降低了成本，點燃效果很好， 本發明對點火前後的燃燒室的壓力及其相對溫度進行了測量，試驗結果表明，本 發明結構簡單，費用低廉，搡作方便，高效安全，為產生系統所需要的氣體組分 (F原子)奠定了基礎。


圖1為本發明裝置原理圖2為汽車火花塞點火原理圖3為本發明裝置的控制程序流程圖4為利用本發明裝置點火燃燒前後的壓力溫度變化的記錄曲線圖。
具體實施例方式
本發明用於燃燒驅動AGIL燃燒室的遠程點火控制裝置充分考慮到如何安全 快捷點燃燃燒室氣體特點來設計，這種裝置可以廣泛應用在一般實驗室對燃燒室 氣體的點燃控制上。
如圖l所示，本發明裝置具有數據採集控制器l，其輸出的控制電壓經調壓 器2及驅動電路3與火花器4相連，火花器4再經導線接至火花塞5;數據採集 控制器l中存有控制程序。
所述數據採集控制器l以工控計算機為控制核心，硬體包括數據釆集板AD、 模擬輸出板DA、數字輸A/輸出板I/0以及繼電器板，其中數據釆集板AD接有 溫度傳感器、壓力傳感器、光功率計以及流量傳感器；模擬輸出板DA的輸出信 號接至質量流量控制器、電子壓力調節閥及氣體減壓器的控制迴路中；數字輸A/
輸出板I/O板的輸出接繼電^f後分別與設於各進氣管路中的各電磁閥及調壓器
2的一次線圈相連，調壓器2的二次線圈通過驅動電路3(本實施例釆用光-雙向 可控矽光電耦合器式固態繼電器)接至火花器4，該火花器4由實驗室用真空檢 漏計改造而成，其電源端和驅動電路的輸出端相聯，火花器4的點火探頭部分由 汽車或摩託車用火花塞5代替。
所述數據採集控制器1硬體釆用32路的數據採集板AD —塊、8路的模擬輸 出板DA兩塊、16路數字輸A/輸出板I/O及16路繼電^^反各一塊。軟體用VB 和VC混合編程的組態軟體和控制軟體。本發明裝置是採用工控計算機為主機， 當然也可以釆用單片機或PLC實現。
本實施例中驅動電路3的輸入電路採用直流輸入，其由數據釆集控制器1的 輸出端輸出DC24V電源，經調壓器2調壓後轉變成驅動電路3即光-雙向可控 矽式的光電耦合器可以接受的工作電源；所述火花器4可以採用汽車點火系統中 的火花器，但本實施例考慮汽車點火系統費用昂貴，因此利用高頻火花真空漏檢 計中的高頻電源部分改裝成火花器，通過高壓導線與火花塞相連，代替了汽車用 發動機和高壓線圈的組合；所述火花塞5為汽車或摩託車用火花塞，置於AGIL 燃燒室中。
如圖2所示，為汽車火花塞點火原理圖。火花塞的作用是把點火線圈即火花 器產生的高壓電(l萬伏以上)引入發動機氣缸,在火花塞電極的間隙之間產生火花 點燃混合氣。本發明裝置就是利用這一原理工作的。
本發明工作過程及操作步驟如圖3所示，具體描述如下
第一步設定各氣體流量大小；即根據實驗需要設定各實驗氣體的加入量， 通入時間，以及點火開關的打開關閉程序；
第二步按設定流量向燃燒室送入氧化劑；即按照設定流量通入氧化劑NF3 氣體，氣體流量的大小是控制軟體的DA輸出板控制質量流量控制器實現的，而
各路氣體進入順序用由電磁閥先後開啟順序實現的。
第三步啟動點火開關，打火器打火；即按下控制軟體中點火按鈕，計算機 控制系統1的繼電器輸出端輸出DC24V的電壓，經調壓器2調整後成為固態繼 電器3的觸發信號(5 12V),實現固態繼電器的通斷切換；火花器4在固態繼電 器3的控制下提供高壓脈衝電源，使汽車用火花塞打火；
第四步按設定流量向燃燒室iiA燃料H2或D2;
第五步根據溫度及壓力參考值判斷點火成功與否，同時觀察AGIL燃燒室 內的溫度及壓力變化；
第六步如點火成功，則加入其它實驗氣體；待AGIL燃燒室內壓力穩定後 進行後續實驗；
第七步停止點火開關，打火器停止打火；
第八步停止各管路進氣；
第九步結束實驗。
禾擁本發明的遠程點火控制裝置，對燃燒驅動方式的AGIL燃燒室進行遠程
點火,點燃了燃燒室內的NF3和H2(D2).混合氣體。火花器的供電電源採用交流220 單獨提供，避免對其他設備的幹擾。在計算機的控制下先進行點火，然後進入混 合氣體，氣體燃燒穩定後點擊計算機軟體中的關閉打火按鈕，停止24V輸出，從 而停止火花塞點火，此時系統繼續穩定燃燒。壓力、溫度穩定後關閉系統。
本發明通過簡單的控制軟體，實現了真正意義上的控制，既可以任意時間的 輸出點火信號，同時壓力、溫度以及其他測試參數的監視與記錄也由計算機系統 來實現，所有測控系統用導線連接到安全地點進行監控。
測試結絲明，本發明點火控制裝置能安全、快捷的點燃燃燒室內的氣體。 如圖4所示，為利用本發明裝置點火燃燒前後的壓力溫度變化的記錄曲線(在工 控計算機的顯示屏上具有顯示界面)，在A段屬於氣體混合階段，壓力稍微上升， 溫度保持不變；在A到B為剛剛燃燒時的情況，溫度壓力迅速上升；在C段關 閉打火器，氣體仍然在燃燒，溫度壓力仍然在上升；在D到E段系統燃燒平穩， 達到一種動態平衡，壓力穩定，溫度有所回落；E點後為停止進氣時的情況，溫 度壓力迅速下降。
權利要求
1. 一種燃燒驅動全氣相碘雷射燃燒室的點火控制裝置，其特徵在於具有數據採集控制器(1)，其輸出的控制電壓經調壓器(2)及驅動電路(3)與火花器(4)相連，火花器(4)再經導線接至火花塞(5)；數據採集控制器(1)中存有控制程序。
2. 按權利要求l所述的燃燒驅動全氣相碘雷射燃燒室的點火控制裝置，其特 徵在於所述數據釆集控制器(l)以工控計算機為控制核心，硬體包括數據釆集 板(AD)、模擬輸出板(DA)、數字輸A/輸出板(I/O)以及繼電器板，其中數 據採集板(AD)接有溫度傳感器、壓力傳感器、光功率計以及流量傳感器；模擬 輸出板(DA)的輸出信號接至質量流量控制器、電子壓力調節閥及氣體減壓器的 控制迴路中；數字輸A/輸出板(I/O)板的輸出接繼電器板後分別與電磁閥及調 壓器(2)的一次線圈相連，調壓器(2)的二次線圈接至驅動電路(3)。
3. 按權利要求2所述的燃燒驅動全氣相碘雷射燃燒室的點火控制裝置，其特 徵在於所述工控計算機也可由單片機或PLC代替。
4. 按權利要求l所述的燃燒驅動全氣相碘雷射燃燒室的點火控制裝置，其特 徵在於所述驅動電路(3)釆用光-雙向可控矽光電耦合器式固態繼電器(3)。
5. 按權利要求l所述的燃燒驅動全氣相碘雷射燃燒室的點火控制裝置，其特 徵在於所述火花器(4)由實驗室用真空檢漏計改造而成，其電源端和驅動電路 的輸出端相聯，火花器(4)的點火探頭部分由火花塞(5)代替。
6. 按權利要求1所述的燃燒驅動全氣相碘雷射燃燒室的點火控制裝置，其特 徵在於所述火花塞(5)為汽車或摩託車用火花塞。
7. —種燃燒驅動全氣相碘雷射燃燒室的點火控制方法，其特徵在包括以下步驟設定各氣體流量大小；按設定流量向燃燒室i4A氧化劑；啟動點火開關，打 火器打火；按設定流量向燃燒室iiX燃料；根據溫度及壓力的變化及燃燒室的發 光情況判斷點火成功與否；如點火成功，貝U加入其它實驗氣體；停止點火開關， 打火器停止打火；停止各管路進氣；結東實驗。
8. 按權利要求7所述的燃燒驅動全氣相碘雷射燃燒室的點火控制方法，其特 徵在於如果點火不成功則直接結東實驗。
9. 按權利要求7所述的燃燒驅動全氣相碘雷射燃燒室的點火控制方法，其特 徵在於所述氧化劑為NF3;所述燃料為H2或D2。
全文摘要
本發明涉及一種燃燒驅動全氣相碘雷射燃燒室的點火控制裝置及控制方法，其裝置具有數據採集控制器，其輸出的控制電壓經調壓器及驅動電路與火花器相連，火花器再經導線接至火花塞；數據採集控制器中存有控制程序；所述方法包括以下步驟設定各氣體流量大小；按設定流量向燃燒室送入氧化劑；啟動點火開關，打火器打火；按設定流量向燃燒室送入燃料；根據溫度及壓力的變化及燃燒室的發光情況判斷點火成功與否；如點火成功，則加入其它實驗氣體；停止點火開關，打火器停止打火；停止各管路進氣；結束實驗。本發明結構簡單，費用低廉，操作方便，高效安全，使普通的實驗室對於燃燒室氣體的點燃實施簡便，點燃效果很好。
文檔編號G05B15/02GK101394060SQ20071001292
公開日2009年3月25日 申請日期2007年9月21日 優先權日2007年9月21日
發明者於海軍, 唐書凱, 多麗萍, 桑鳳亭, 健 汪, 金玉奇 申請人:中國科學院大連化學物理研究所