專利名稱：燃燒驅(qū)動全氣相碘激光燃燒室的點火控制裝置及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種點火控制技術(shù)，具體地說是一種用于燃燒驅(qū)動全氣相碘激光 燃燒室的遠程點火控制裝置及其控制方法。
背景技術(shù)：
全氣相碘激光(AGIL, all gas-phases iodine laser)是一種基于NCl (a) -I傳 能的新型碘激光，其目的是克服現(xiàn)有化學氧碘激光(COIL)由于釆用氣-液兩相 反應(yīng)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(yīng)在某些 無重力環(huán)境下的使用問題。AGIL的技術(shù)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(xiàn)在，AGIL已經(jīng)經(jīng)歷了設(shè)想、脈沖出光、放電方案的連 續(xù)流增益測試、放電方案的連續(xù)流出光、放電方案的連續(xù)流初步放大和燃燒驅(qū)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(fā)方式，由于其放 電產(chǎn)生的F原子和F源氣體的壓力流量存在一函數(shù)關(guān)系，因此該方法已經(jīng)不能產(chǎn) 生足夠多F原子，從而已經(jīng)不適應(yīng)激光器功率放大要求。而燃燒方式在條件適宜 的情況下則能產(chǎn)生我們所需要的F原子。但是，就目前的燃燒驅(qū)動技術(shù)路線來講， 釆用什么方法點燃燃燒室的氣體，如何安全點燃是關(guān)鍵技術(shù)之一，但國內(nèi)外的相 關(guān)文獻中卻未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中點燃燃燒室的氣體存在的安全問題，本發(fā)明的目的在于提供 一種可安全決捷點燃的用于燃燒驅(qū)動全氣相碘激光燃燒室的遠程點火控制裝置。 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明釆用的技術(shù)方案是
本發(fā)明燃燒驅(qū)動全氣相碘激光燃燒室的點火控制裝置具有數(shù)據(jù)采集控制器， 其輸出的控制電壓經(jīng)調(diào)壓器及驅(qū)動電路與火花器相連，火花器再經(jīng)導線接至火花 塞；數(shù)據(jù)釆集控制器中存有控制程序。
所述數(shù)據(jù)采集控制器以工控計算機為控制核心，硬件包括數(shù)據(jù)釆集板、模擬 輸出板、數(shù)字輸A/輸出板以及繼電器板，其中數(shù)據(jù)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(zhì)量流量控制器、 電子壓力調(diào)節(jié)閥及氣體減壓器的控制回路中；數(shù)字輸A/輸出板板的輸出接繼電器 板后分別與電磁閩及調(diào)壓器的一次線圈相連，調(diào)壓器的二次線圈接至驅(qū)動電路； 所述工控計算機也可由單片機或PLC代替；所述驅(qū)動電路釆用光-雙向可控硅光
電耦合器式固態(tài)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(qū)動電路的輸出端相聯(lián)，火花器的點火探頭部分由火花塞代替；所述火花塞為 汽車或摩托車用火花塞。
本發(fā)明燃燒驅(qū)動全氣相碘激光燃燒室的點火控制方法包括以下步驟 設(shè)定各氣體流量大小；按設(shè)定流量向燃燒室iiA氧化劑；啟動點火開關(guān)，打 火器打火；按設(shè)定流量向燃燒室送入燃料；根據(jù)溫度及壓力的變化及燃燒室的發(fā) 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(guān)， 打火器停止打火；停止各管路進氣；結(jié)束實驗。如果點火不成功則直接結(jié)東實驗; 所述氧化劑為NF3;所述燃料為&或02。 本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點
1. 具有安全性。本發(fā)明裝置通過數(shù)據(jù)釆集控制器和改裝后的火花器點火系 統(tǒng)實現(xiàn)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(fā)明遠程點火控制裝置，把強、弱電分離，實現(xiàn)弱電對 強電的控制，使普通的實驗室對于燃燒室氣體的點燃實施簡便、安全、可控、經(jīng)
濟，從而推動了實驗室相關(guān)研究的發(fā)展；
2. 簡單實用，成本低。本發(fā)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(fā)動機和
高壓線圈的組合，在數(shù)據(jù)釆集控制系統(tǒng)的控制下對全氣相化學碘激光雨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(fā)明對點火前后的燃燒室的壓力及其相對溫度進行了測量，試驗結(jié)果表明，本 發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，費用低廉，搡作方便，高效安全，為產(chǎn)生系統(tǒng)所需要的氣體組分 (F原子)奠定了基礎(chǔ)。


圖1為本發(fā)明裝置原理圖2為汽車火花塞點火原理圖3為本發(fā)明裝置的控制程序流程圖4為利用本發(fā)明裝置點火燃燒前后的壓力溫度變化的記錄曲線圖。
具體實施例方式
本發(fā)明用于燃燒驅(qū)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(shè)計，這種裝置可以廣泛應(yīng)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(fā)明裝置具有數(shù)據(jù)采集控制器l，其輸出的控制電壓經(jīng)調(diào)壓 器2及驅(qū)動電路3與火花器4相連，火花器4再經(jīng)導線接至火花塞5;數(shù)據(jù)采集 控制器l中存有控制程序。
所述數(shù)據(jù)采集控制器l以工控計算機為控制核心，硬件包括數(shù)據(jù)釆集板AD、 模擬輸出板DA、數(shù)字輸A/輸出板I/0以及繼電器板，其中數(shù)據(jù)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(zhì)量流量控制器、電子壓力調(diào)節(jié)閥及氣體減壓器的控制回路中；數(shù)字輸A/
輸出板I/O板的輸出接繼電^f后分別與設(shè)于各進氣管路中的各電磁閥及調(diào)壓器
2的一次線圈相連，調(diào)壓器2的二次線圈通過驅(qū)動電路3(本實施例釆用光-雙向 可控硅光電耦合器式固態(tài)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(qū)動電路的輸出端相聯(lián)，火花器4的點火探頭部分由 汽車或摩托車用火花塞5代替。
所述數(shù)據(jù)采集控制器1硬件釆用32路的數(shù)據(jù)采集板AD —塊、8路的模擬輸 出板DA兩塊、16路數(shù)字輸A/輸出板I/O及16路繼電^^反各一塊。軟件用VB 和VC混合編程的組態(tài)軟件和控制軟件。本發(fā)明裝置是采用工控計算機為主機， 當然也可以釆用單片機或PLC實現(xiàn)。
本實施例中驅(qū)動電路3的輸入電路采用直流輸入，其由數(shù)據(jù)釆集控制器1的 輸出端輸出DC24V電源，經(jīng)調(diào)壓器2調(diào)壓后轉(zhuǎn)變成驅(qū)動電路3即光-雙向可控 硅式的光電耦合器可以接受的工作電源；所述火花器4可以采用汽車點火系統(tǒng)中 的火花器，但本實施例考慮汽車點火系統(tǒng)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(fā)動機和高壓線圈的組合；所述火花塞5為汽車或摩托車用火花塞，置于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(chǎn)生的高壓電(l萬伏以上)引入發(fā)動機氣缸,在火花塞電極的間隙之間產(chǎn)生火花 點燃混合氣。本發(fā)明裝置就是利用這一原理工作的。
本發(fā)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(shè)定各氣體流量大??；即根據(jù)實驗需要設(shè)定各實驗氣體的加入量， 通入時間，以及點火開關(guān)的打開關(guān)閉程序；
第二步按設(shè)定流量向燃燒室送入氧化劑；即按照設(shè)定流量通入氧化劑NF3 氣體，氣體流量的大小是控制軟件的DA輸出板控制質(zhì)量流量控制器實現(xiàn)的，而
各路氣體進入順序用由電磁閥先后開啟順序?qū)崿F(xiàn)的。
第三步啟動點火開關(guān)，打火器打火；即按下控制軟件中點火按鈕，計算機 控制系統(tǒng)1的繼電器輸出端輸出DC24V的電壓，經(jīng)調(diào)壓器2調(diào)整后成為固態(tài)繼 電器3的觸發(fā)信號(5 12V),實現(xiàn)固態(tài)繼電器的通斷切換；火花器4在固態(tài)繼電 器3的控制下提供高壓脈沖電源，使汽車用火花塞打火；
第四步按設(shè)定流量向燃燒室iiA燃料H2或D2;
第五步根據(jù)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(nèi)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(nèi)壓力穩(wěn)定后 進行后續(xù)實驗；
第七步停止點火開關(guān)，打火器停止打火；
第八步停止各管路進氣；
第九步結(jié)束實驗。
禾擁本發(fā)明的遠程點火控制裝置，對燃燒驅(qū)動方式的AGIL燃燒室進行遠程
點火,點燃了燃燒室內(nèi)的NF3和H2(D2).混合氣體?；鸹ㄆ鞯墓╇婋娫床捎媒涣?20 單獨提供，避免對其他設(shè)備的干擾。在計算機的控制下先進行點火，然后進入混 合氣體，氣體燃燒穩(wěn)定后點擊計算機軟件中的關(guān)閉打火按鈕，停止24V輸出，從 而停止火花塞點火，此時系統(tǒng)繼續(xù)穩(wěn)定燃燒。壓力、溫度穩(wěn)定后關(guān)閉系統(tǒng)。
本發(fā)明通過簡單的控制軟件，實現(xiàn)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(shù)的監(jiān)視與記錄也由計算機系統(tǒng) 來實現(xiàn)，所有測控系統(tǒng)用導線連接到安全地點進行監(jiān)控。
測試結(jié)絲明，本發(fā)明點火控制裝置能安全、快捷的點燃燃燒室內(nèi)的氣體。 如圖4所示，為利用本發(fā)明裝置點火燃燒前后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段屬于氣體混合階段，壓力稍微上升， 溫度保持不變；在A到B為剛剛?cè)紵龝r的情況，溫度壓力迅速上升；在C段關(guān) 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(tǒng)燃燒平穩(wěn)， 達到一種動態(tài)平衡，壓力穩(wěn)定，溫度有所回落；E點后為停止進氣時的情況，溫 度壓力迅速下降。
權(quán)利要求
1. 一種燃燒驅(qū)動全氣相碘激光燃燒室的點火控制裝置，其特征在于具有數(shù)據(jù)采集控制器(1)，其輸出的控制電壓經(jīng)調(diào)壓器(2)及驅(qū)動電路(3)與火花器(4)相連，火花器(4)再經(jīng)導線接至火花塞(5)；數(shù)據(jù)采集控制器(1)中存有控制程序。
2. 按權(quán)利要求l所述的燃燒驅(qū)動全氣相碘激光燃燒室的點火控制裝置，其特 征在于所述數(shù)據(jù)釆集控制器(l)以工控計算機為控制核心，硬件包括數(shù)據(jù)釆集 板(AD)、模擬輸出板(DA)、數(shù)字輸A/輸出板(I/O)以及繼電器板，其中數(shù) 據(jù)采集板(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(zhì)量流量控制器、電子壓力調(diào)節(jié)閥及氣體減壓器的 控制回路中；數(shù)字輸A/輸出板(I/O)板的輸出接繼電器板后分別與電磁閥及調(diào) 壓器(2)的一次線圈相連，調(diào)壓器(2)的二次線圈接至驅(qū)動電路(3)。
3. 按權(quán)利要求2所述的燃燒驅(qū)動全氣相碘激光燃燒室的點火控制裝置，其特 征在于所述工控計算機也可由單片機或PLC代替。
4. 按權(quán)利要求l所述的燃燒驅(qū)動全氣相碘激光燃燒室的點火控制裝置，其特 征在于所述驅(qū)動電路(3)釆用光-雙向可控硅光電耦合器式固態(tài)繼電器(3)。
5. 按權(quán)利要求l所述的燃燒驅(qū)動全氣相碘激光燃燒室的點火控制裝置，其特 征在于所述火花器(4)由實驗室用真空檢漏計改造而成，其電源端和驅(qū)動電路 的輸出端相聯(lián)，火花器(4)的點火探頭部分由火花塞(5)代替。
6. 按權(quán)利要求1所述的燃燒驅(qū)動全氣相碘激光燃燒室的點火控制裝置，其特 征在于所述火花塞(5)為汽車或摩托車用火花塞。
7. —種燃燒驅(qū)動全氣相碘激光燃燒室的點火控制方法，其特征在包括以下步驟設(shè)定各氣體流量大??；按設(shè)定流量向燃燒室i4A氧化劑；啟動點火開關(guān)，打 火器打火；按設(shè)定流量向燃燒室iiX燃料；根據(jù)溫度及壓力的變化及燃燒室的發(fā) 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(guān)， 打火器停止打火；停止各管路進氣；結(jié)東實驗。
8. 按權(quán)利要求7所述的燃燒驅(qū)動全氣相碘激光燃燒室的點火控制方法，其特 征在于如果點火不成功則直接結(jié)東實驗。
9. 按權(quán)利要求7所述的燃燒驅(qū)動全氣相碘激光燃燒室的點火控制方法，其特 征在于所述氧化劑為NF3;所述燃料為H2或D2。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種燃燒驅(qū)動全氣相碘激光燃燒室的點火控制裝置及控制方法，其裝置具有數(shù)據(jù)采集控制器，其輸出的控制電壓經(jīng)調(diào)壓器及驅(qū)動電路與火花器相連，火花器再經(jīng)導線接至火花塞；數(shù)據(jù)采集控制器中存有控制程序；所述方法包括以下步驟設(shè)定各氣體流量大??；按設(shè)定流量向燃燒室送入氧化劑；啟動點火開關(guān)，打火器打火；按設(shè)定流量向燃燒室送入燃料；根據(jù)溫度及壓力的變化及燃燒室的發(fā)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(guān)，打火器停止打火；停止各管路進氣；結(jié)束實驗。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，費用低廉，操作方便，高效安全，使普通的實驗室對于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(yōu)先權(quán)日2007年9月21日
發(fā)明者于海軍, 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