CN101394060B - 燃烧驱动全气相碘激光燃烧室的点火控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃烧驱动全气相碘激光燃烧室的点火控制装置及控制方法，其装置具有数据采集控制器，其输出的控制电压经调压器及驱动电路与火花器相连，火花器再经导线接至火花塞；数据采集控制器中存有控制程序；所述方法包括以下步骤：设定各气体流量大小；按设定流量向燃烧室送入氧化剂；启动点火开关，打火器打火；按设定流量向燃烧室送入燃料；根据温度及压力的变化及燃烧室的发光情况判断点火成功与否；如点火成功，则加入其它实验气体；停止点火开关，打火器停止打火；停止各管路进气；结束实验。本发明结构简单，费用低廉，操作方便，高效安全，使普通的实验室对于燃烧室气体的点燃实施简便，点燃效果很好。

Description

燃烧驱动全气相碘激光燃烧室的点火控制装置及控制方法

技术领域

本发明涉及一种点火控制技术，具体地说是一种用于燃烧驱动全气相碘激光燃烧室的远程点火控制装置及其控制方法。

背景技术

全气相碘激光(AGIL，all gas-phases iodine laser)是一种基于NCl(a)-I传能的新型碘激光，其目的是克服现有化学氧碘激光(COIL)由于采用气-液两相反应所带来的大功率时体积效率和重量效率提高受限问题和这种气液反应在某些无重力环境下的使用问题。AGIL的技术路线如下：

F+DCl-＞DF+Cl

Cl+HN₃-＞HCl+N₃

Cl+N₃-＞NCl(a)+N₂

NCl(a)+I-＞NCl(X)+I^*

I^*+hv(1315nm)-＞I+2hv(1315nm)

从上世纪90年代到现在，AGIL已经经历了设想、脉冲出光、放电方案的连续流增益测试、放电方案的连续流出光、放电方案的连续流初步放大和燃烧驱动尝试等研究阶段，取得了较快的进展。最初采用的直流放电引发方式，由于其放电产生的F原子和F源气体的压力流量存在一函数关系，因此该方法已经不能产生足够多F原子，从而已经不适应激光器功率放大要求。而燃烧方式在条件适宜的情况下则能产生我们所需要的F原子。但是，就目前的燃烧驱动技术路线来讲，采用什么方法点燃燃烧室的气体，如何安全点燃是关键技术之一，但国内外的相关文献中却未见报道。

发明内容

针对现有技术中点燃燃烧室的气体存在的安全问题，本发明的目的在于提供一种可安全快捷点燃的用于燃烧驱动全气相碘激光燃烧室的远程点火控制装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明燃烧驱动全气相碘激光燃烧室的点火控制装置具有数据采集控制器，其输出的控制电压经调压器及驱动电路与火花器相连，火花器再经导线接至火花塞；数据采集控制器中存有控制程序。

所述数据采集控制器以工控计算机为控制核心，硬件包括数据采集板、模拟输出板、数字输入/输出板以及继电器板，其中数据采集板接有温度传感器、压力传感器、光功率计以及流量传感器；模拟输出板的输出信号接至质量流量控制器、电子压力调节阀及气体减压器的控制回路中；数字输入/输出板板的输出接继电器板后分别与电磁阀及调压器的一次线圈相连，调压器的二次线圈接至驱动电路；所述工控计算机也可由单片机或PLC代替；所述驱动电路采用光-双向可控硅光电耦合器式固态继电器；所述火花器由实验室用真空检漏计改造而成，其电源端和驱动电路的输出端相联，火花器的点火探头部分由火花塞代替；所述火花塞为汽车或摩托车用火花塞。

本发明燃烧驱动全气相碘激光燃烧室的点火控制方法包括以下步骤：

设定各气体流量大小；按设定流量向燃烧室送入氧化剂；启动点火开关，打火器打火；按设定流量向燃烧室送入燃料；根据温度及压力的变化及燃烧室的发光情况判断点火成功与否；如点火成功，则加入其它实验气体；停止点火开关，打火器停止打火；停止各管路进气；结束实验。如果点火不成功则直接结束实验；所述氧化剂为NF₃；所述燃料为H₂或D₂。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.具有安全性。本发明装置通过数据采集控制器和改装后的火花器点火系统实现了燃烧室气体的远程点燃，提高燃烧室有毒易燃危险气体引燃的安全性、可控性和方便性，通过本发明远程点火控制装置，把强、弱电分离，实现弱电对强电的控制，使普通的实验室对于燃烧室气体的点燃实施简便、安全、可控、经济，从而推动了实验室相关研究的发展；

2.简单实用，成本低。本发明装置利用实验室用高频火花真空漏检计中的高频电源部分改装成火花器，通过高压导线与火花塞相连，代替了汽车用发动机和高压线圈的组合，在数据采集控制系统的控制下对全气相化学碘激光NF₃和H₂(D₂)的混合气体点燃，不仅简单实用，而且大大的降低了成本，点燃效果很好，本发明对点火前后的燃烧室的压力及其相对温度进行了测量，试验结果表明，本发明结构简单，费用低廉，操作方便，高效安全，为产生系统所需要的气体组分(F原子)奠定了基础。

附图说明

图1为本发明装置原理图；

图2为汽车火花塞点火原理图；

图3为本发明装置的控制程序流程图；

图4为利用本发明装置点火燃烧前后的压力温度变化的记录曲线图。

具体实施方式

本发明用于燃烧驱动AGIL燃烧室的远程点火控制装置充分考虑到如何安全快捷点燃燃烧室气体特点来设计，这种装置可以广泛应用在一般实验室对燃烧室气体的点燃控制上。

如图1所示，本发明装置具有数据采集控制器1，其输出的控制电压经调压器2及驱动电路3与火花器4相连，火花器4再经导线接至火花塞5；数据采集控制器1中存有控制程序。

所述数据采集控制器1以工控计算机为控制核心，硬件包括数据采集板AD、模拟输出板DA、数字输入/输出板I/O以及继电器板，其中数据采集板AD接有温度传感器、压力传感器、光功率计以及流量传感器；模拟输出板DA的输出信号接至质量流量控制器、电子压力调节阀及气体减压器的控制回路中；数字输入/输出板I/O板的输出接继电器板后分别与设于各进气管路中的各电磁阀及调压器2的一次线圈相连，调压器2的二次线圈通过驱动电路3(本实施例采用光-双向可控硅光电耦合器式固态继电器)接至火花器4，该火花器4由实验室用真空检漏计改造而成，其电源端和驱动电路的输出端相联，火花器4的点火探头部分由汽车或摩托车用火花塞5代替。

所述数据采集控制器1硬件采用32路的数据采集板AD一块、8路的模拟输出板DA两块、16路数字输入/输出板I/O及16路继电器板各一块。软件用VB和VC混合编程的组态软件和控制软件。本发明装置是采用工控计算机为主机，当然也可以采用单片机或PLC实现。

本实施例中驱动电路3的输入电路采用直流输入，其由数据采集控制器1的输出端输出DC24V电源，经调压器2调压后转变成驱动电路3即光-双向可控硅式的光电耦合器可以接受的工作电源；所述火花器4可以采用汽车点火系统中的火花器，但本实施例考虑汽车点火系统费用昂贵，因此利用高频火花真空漏检计中的高频电源部分改装成火花器，通过高压导线与火花塞相连，代替了汽车用发动机和高压线圈的组合；所述火花塞5为汽车或摩托车用火花塞，置于AGIL燃烧室中。

如图2所示，为汽车火花塞点火原理图。火花塞的作用是把点火线圈即火花器产生的高压电(1万伏以上)引入发动机气缸，在火花塞电极的间隙之间产生火花点燃混合气。本发明装置就是利用这一原理工作的。

本发明工作过程及操作步骤如图3所示，具体描述如下：

第一步：设定各气体流量大小；即根据实验需要设定各实验气体的加入量，通入时间，以及点火开关的打开关闭程序；

第二步：按设定流量向燃烧室送入氧化剂；即按照设定流量通入氧化剂NF₃气体，气体流量的大小是控制软件的DA输出板控制质量流量控制器实现的，而各路气体进入顺序用由电磁阀先后开启顺序实现的。

第三步：启动点火开关，打火器打火；即按下控制软件中点火按钮，计算机控制系统1的继电器输出端输出DC24V的电压，经调压器2调整后成为固态继电器3的触发信号(5～12V)，实现固态继电器的通断切换；火花器4在固态继电器3的控制下提供高压脉冲电源，使汽车用火花塞打火；

第四步：按设定流量向燃烧室送入燃料H₂或D₂；

第五步：根据温度及压力参考值判断点火成功与否，同时观察AGIL燃烧室内的温度及压力变化；

第六步：如点火成功，则加入其它实验气体；待AGIL燃烧室内压力稳定后进行后续实验；

第七步：停止点火开关，打火器停止打火；

第八步：停止各管路进气；

第九步：结束实验。

利用本发明的远程点火控制装置，对燃烧驱动方式的AGIL燃烧室进行远程点火，点燃了燃烧室内的NF₃和H₂(D₂).混合气体。火花器的供电电源采用交流220单独提供，避免对其他设备的干扰。在计算机的控制下先进行点火，然后进入混合气体，气体燃烧稳定后点击计算机软件中的关闭打火按钮，停止24V输出，从而停止火花塞点火，此时系统继续稳定燃烧。压力、温度稳定后关闭系统。

本发明通过简单的控制软件，实现了真正意义上的控制，既可以任意时间的输出点火信号，同时压力、温度以及其他测试参数的监视与记录也由计算机系统来实现，所有测控系统用导线连接到安全地点进行监控。

测试结果表明，本发明点火控制装置能安全、快捷的点燃燃烧室内的气体。如图4所示，为利用本发明装置点火燃烧前后的压力温度变化的记录曲线(在工控计算机的显示屏上具有显示界面)，在A段属于气体混合阶段，压力稍微上升，温度保持不变；在A到B为刚刚燃烧时的情况，温度压力迅速上升；在C段关闭打火器，气体仍然在燃烧，温度压力仍然在上升；在D到E段系统燃烧平稳，达到一种动态平衡，压力稳定，温度有所回落；E点后为停止进气时的情况，温度压力迅速下降。

Claims (7)

1.一种燃烧驱动全气相碘激光燃烧室的点火控制装置，其特征在于：具有数据采集控制器(1)，其输出的控制电压经调压器(2)调压后接至驱动电路(3)，驱动电路(3)的输出端与火花器(4)相连，火花器(4)再经导线接至火花塞(5)；数据采集控制器(1)中存有控制程序；所述数据采集控制器(1)以工控计算机为控制核心，硬件包括数据采集板(AD)、模拟输出板(DA)、数字输入/输出板(I/O)以及继电器板，其中数据采集板(AD)接有温度传感器、压力传感器、光功率计以及流量传感器；模拟输出板(DA)的输出信号接至质量流量控制器、电子压力调节阀及气体减压器的控制回路中；数字输入/输出板(I/O)板的输出接继电器板后分别与设于各进气管路中的电磁阀及调压器(2)的一次线圈相连，调压器(2)的二次线圈接至驱动电路(3)；所述火花器(4)由实验室用真空检漏计改造而成，其电源端和驱动电路的输出端相联，火花器(4)的点火探头部分由火花塞(5)代替。

2.按权利要求1所述的燃烧驱动全气相碘激光燃烧室的点火控制装置，其特征在于：所述工控计算机也可由单片机或PLC代替。

3.按权利要求1所述的燃烧驱动全气相碘激光燃烧室的点火控制装置，其特征在于：所述驱动电路(3)采用光-双向可控硅光电耦合器式固态继电器(3)。

4.按权利要求1所述的燃烧驱动全气相碘激光燃烧室的点火控制装置，其特征在于：所述火花塞(5)为汽车或摩托车用火花塞。

5.一种燃烧驱动全气相碘激光燃烧室的点火控制方法，其特征在包括以下步骤：

设定各气体流量大小；按设定流量向燃烧室送入氧化剂；启动点火开关，打火器打火；按设定流量向燃烧室送入燃料；根据温度及压力的变化及燃烧室的发光情况判断点火成功与否；如点火成功，则加入其它实验气体；停止点火开关，打火器停止打火；停止各管路进气；结束实验。

6.按权利要求5所述的燃烧驱动全气相碘激光燃烧室的点火控制方法，其特征在于：如果点火不成功则直接结束实验。

7.按权利要求5所述的燃烧驱动全气相碘激光燃烧室的点火控制方法，其特征在于：所述氧化剂为NF₃；所述燃料为H₂或D₂。

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