CN101436754B - 一种快速连续供碘装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及连续供碘装置，具体地说是一种用于氧碘化学激光器的快速供碘装置，包括六部分：碘发生器，用于碘的存放和红外辐射元件的安放；红外辐射元件控制显示系统，用于碘发生器的快速加热控制和加热状态显示；载气加入系统，载气He通过载气加入系统的文氏管注入，用于碘流量大小的控制；数据采集系统，用于各采集点的温度压力采集；碘浓度测试系统，用于碘浓度的测量；碘的回收装置，用于碘的回收，防止碘对真空系统的污染。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快速生成一定流量的碘实施简便，效果很好。

Description

一种快速连续供碘装置

技术领域

本发明涉及连续供碘装置，具体地说是一种用于氧碘化学激光器的快速供碘装置。

背景技术

氧碘化学激光器(COIL，Chemical Oxygen Iodine laser)由于具有可放大性、高能量效率、短波长、易光纤传输及与材料的耦合性能好的优势，因而在军事和民用方面有着很好的应用前景。COIL的基本动力学过程如下：

Cl₂+2KOH+H₂O₂→2KCl+2H₂O+O₂(¹Δ)

nO₂(¹Δ)+I₂→nO₂+2I  n＝2～5

O₂(¹Δ)+I→I^*+O₂(³∑)

I^*+hγ(1315nm)→I+2hv(1315nm)

从上述动力学方程来看，供碘系统是COIL的一个重要组成部分，合适的碘流量，直接决定COIL系统出光的大小。但是由于以往的碘蒸汽发生器如固体加热碘池和鼓泡式I₂发生器，都不能解决快速连续供碘问题，因此研制实用化的快速连续供碘系统是非常必要的。但是，就目前的快速连续供碘技术路线来讲，采用什么方法能够快速连续提供稳定的碘流量，是关键技术之一，也是COIL需要解决的一个技术难点。

发明内容

针对现有技术中不能快速长时间提供碘流量的问题，本发明的目的在于提供一种可安全快捷提供稳定碘量的快速连续供碘装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种快速连续供碘装置，包括碘发生器、红外辐射元件控制显示系统、载气加入系统和碘浓度测试系统；

载气加入系统由气源、减压阀门，压力变送器、文氏管组成，气源通过减压阀门、压力变送器与文氏管管路连接；

碘发生器为内部带有空腔的方形结构，于空腔内均匀设置有二个或二个以上的红外辐射元件(例如：红外辐射灯管)，在空腔的顶部和侧壁上分别设置有压力和温度采集点，它们分别与压力变送器和热电偶相连；在空腔的两侧对应设置有载气入口和碘蒸汽出口，载气入口与文氏管相连；

红外辐射元件控制显示系统由与热电偶电连接的温度控制仪、二个或二个以上的状态指示灯、及二个或二个以上的大功率电阻组成，一个状态指示灯和一个大功率电阻并联后再与一个红外辐射元件串联，它们所串联成的电路通过电路开关与温度控制仪的输出端相连；

碘浓度测试系统由测试池、氘灯、光纤、光谱仪和计算机(其内安有专门用于吸收光谱测试的软件)构成，测试池为带有碘蒸汽入口、碘蒸汽出口的密闭筒状结构，碘蒸汽入口与碘发生器的碘蒸汽出口管路连接；在筒体的两端分别设置有石英玻璃窗口，于石英玻璃窗口的个侧分别设有氘灯和光纤，氘灯发出的光由光纤接收，光纤采集的光强信号传送到光谱仪，光谱仪与计算机电信号连接；

测试池的碘蒸汽出口与外界的碘蒸汽消耗装置相连。

所述碘蒸汽消耗装置可为氧碘化学激光器。

所述碘蒸汽消耗装置也可为一碘的回收装置，其由一个或一个以上的U型玻璃管构成，在U型玻璃管内填充有金属丝，U型玻璃管的一端与测试池的碘蒸汽出口相连，另一端接真空系统，U型玻璃管浸入酒精或冷水中，用于碘蒸汽的回收。

在测试池的碘蒸汽入口处设置有第二热电偶，在测试池的顶部设置有第二压力变送器。

在连续供碘装置上设置有一数据采集系统，其由插设于计算机PCI插槽上的数据采集板(AD)，及通过总线和地址选线与其相连的扩展板构成，扩展板与压力变送器和热电偶信号连接。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.具有安全快捷性。本发明装置通过红外辐射元件控制显示系统对碘发生器的控制，可以迅速产生实验室所需要的碘量，并且通过对红外辐射元件的单独控制，可以很方便的提高我们的注入功率，从而得到不同的碘流量。而且我们可以通过状态指示灯观察红外辐射元件的工作状态，从而实现真正意义的可控。通过本发明的快速连续供碘装置对与COIL的碘流量控制实施简便、安全、可控、经济，从而推动了COIL相关研究的发展；

2.流量稳定可测性。通过碘流量测试系统，我们可以很容易得到碘发生器所能提供的碘量的稳定性，我们通过连续四十秒的采集，发现该系统提供的碘流量比较平稳。

3.简单实用，成本低。本发明装置所用的功率注入源红外辐射元件在市场上都可以买到，而且成本低，红外辐射元件控制显示系统也是本人亲自制作，不仅简单实用，而且大大的降低了成本，控制效果很好，本发明对实验中的碘流量进行了测量，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，使普通的实验室对于快速生成一定流量的碘实施简便，效果很好，为COIL系统所需要的稳定连续的气体(I₂)奠定了基础。

附图说明

图1本发明装置原理图；

图2本发明装置结构图

图3本发明装置的实验流程图；

图4连续测试12秒内连续测试12次的碘分子吸收曲线。

具体实施方式

本发明用于氧碘化学激光器的快速连续供碘装置充分考虑到如何安全快捷平稳提供碘流量的特点来设计，这种装置可以广泛应用在不同规格的COIL供碘系统上。

如图1所示，一种用于氧碘化学激光器的快速连续供碘装置，包括六部分：碘发生器1，用于碘的存放和红外辐射元件的安放；红外辐射元件控制显示系统2，用于碘发生器的快速加热控制和加热状态显示；载气加入系统3，载气He通过载气加入系统3的文氏管注入，用于碘流量大小的控制；数据采集系统4，用于各采集点的压力采集；碘浓度测试系统5，用于碘浓度的测量；碘的回收装置6，用于碘的回收；

载气加入系统3由气源31、减压阀门32，压力变送器33、文氏管34组成，气源通过减压阀门、压力变送器与文氏管管路连接；

如图2(1)所示，所述碘发生器1，以长宽高分别为400×250×100mm的长方体不锈钢材料组成，在装置的左右两侧分别安装8个和7个红外辐射元件。在碘发生器的顶部和侧部分别设有压力和温度采集点。温度控制系统主体采用温度控制仪，其输出连接开关，用于控制每路红外辐射元件的开关，开关后连接红外辐射元件21，用于快速给碘发生器提供能量，产生系统所需要的碘流量，由于红外辐射元件处于密闭的碘罐中，为了能够快速有效的对碘发生器进行控制及其状态的显示，本发明搭建了红外辐射元件控制显示系统2，其单路原理图如图2(2)所示，温度控制仪22的输出，接红外辐射元件控制开关，来控制红外辐射元件的开关，开关后连接红外辐射元件，用于快速给碘发生器提供能量，产生系统所需要的碘流量，由于红外辐射元件处于密闭的碘罐中，为了显示其工作状态，在此用1Ω/10W的大功率电阻24和发光管(状态指示灯23)的并联电路和红外辐射元件串联，通过发光管的显示状态来观察红外辐射元件的发光情况。碘发生器上的热电偶作为温度控制仪反馈输入，从而控制温度控制仪的输出。

如图2(5)所示，碘浓度测试系统5，其基本理论是比尔定律。由测试池及其测试系统组成，测试系统由氘灯52和光纤53光谱仪54构成，在接有光纤光谱仪的计算机55中，安有专门用于吸收光谱测试的软件。在此选取了在波长为440nm的波段进行了吸收测量，并且对该波长的碘吸收系数进行了标定。值得一提的是用光纤光谱仪器测试碘吸收的，国内外文献还未见报道。

氘灯通过5厘米长的测试池，光强信号由光纤接收到谱仪。实验时，当碘通过测试池51时，由测试软件在440nm处对碘浓度进行测量。

数据采集系统4，其由插设于计算机PCI插槽上的数据采集板(AD)，及通过总线和地址选线与其相连的扩展板构成，扩展板与压力变送器和热电偶信号连接。

红外辐射元件控制显示系统2，温度控制系统主体采用温度控制仪，其输出连接开关，用于控制每路红外辐射元件的开关，开关后连接红外辐射元件，用于快速给碘发生器提供注入能量，产生系统所需要的碘流量，由于红外辐射元件处于密闭的碘罐中，为了显示其工作状态，在此用1Ω/10W的大功率电阻和发光管的并联电路和红外辐射元件串联，通过发光管的指示来观察红外辐射元件的工作状态。

为了解决日常实验中碘对真空系统的腐蚀，本发明在碘测试系统后面连接了，碘的回收装置。该装置由一个或一个以上的U型玻璃管构成，在U型玻璃管内填充有金属丝，U型玻璃管的一端与测试池的碘蒸汽出口相连，另一端接真空系统，U型玻璃管浸入酒精或冷水中，用于碘蒸汽的回收。

调整测试系统的光路在固定波长(本装置采用440nm)情况下，测试系统的初始光强信号；打开碘发生器阀门，通过文氏管加入实验载气He(N₂)；打开红外发光元件控制显示系统，设定需要温度，给碘发生器系统供热；用光纤光谱仪测试软件测试碘浓度，可以计算出碘分压。根据碘分压，总压和和文氏管计量的载气He(N₂)的流量，计算碘流量。

实验中用数据采集系统4对各单元的压力点测试。

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：调整碘测池光路，用碘浓度测试软件进行初始信号测试；

第二步：打开碘发生器池出口；

第三步：打开载气He，通入固定流量的He(或者N₂)；

第四步：打开紫外测试显示系统，根据需要，打开不同数量的红外辐射元件，对碘发生器进行能量注入；

第五步：用碘流量测试系统对碘浓度进行测试；

第六步：测试结束后，关闭载气He；

第七步：关闭碘发生器出口；

第八步：结束实验。

结束实验后，用数据采集系统得到压力和测试池所测试的碘分压关系计算碘流量。本发明用该装置进行了大量的实验，测试结果表明，本发明快速连续供碘装置能安全、快捷稳定的产生所需要的碘流量。如图4所示，本发明在12秒内，本发明用测试软件连续12次测试碘吸收的曲线。从曲线可以看到在440nm处本发明能够得到较平稳的碘流量。

Claims (6)

1.一种快速连续供碘装置，其特征在于：

包括碘发生器(1)、红外辐射元件控制显示系统(2)、载气加入系统(3)和碘浓度测试系统(5)；

载气加入系统(3)由气源(31)、减压阀门(32)，第一压力变送器(33)、文氏管(34)组成，气源通过减压阀门、压力变送器与文氏管管路连接；

碘发生器(1)为内部带有空腔的方形结构，于空腔内均匀设置有二个以上的红外辐射元件(21)，在空腔的顶部和侧壁上分别设置有压力和温度采集点，它们分别与第二压力变送器(11)和热电偶(12)相连；在空腔的两侧对应设置有载气入口和碘蒸汽出口，载气入口与文氏管相连；

红外辐射元件控制显示系统(2)由与热电偶(12)电连接的温度控制仪(22)、二个以上的状态指示灯(23)、及二个以上的大功率电阻(24)组成，一个状态指示灯和一个大功率电阻并联后再与一个红外辐射元件(21)串联，它们所串联成的电路与温度控制仪的输出端相连；

碘浓度测试系统(5)由测试池(51)、氘灯(52)、光纤(53)、光谱仪(54)和计算机(55)构成，测试池为带有碘蒸汽入口、碘蒸汽出口的密闭筒状结构，碘蒸汽入口与碘发生器(1)的碘蒸汽出口管路连接；在筒体的两端分别设置有石英玻璃窗口，于石英玻璃窗口的外侧分别设有氘灯和光纤，氘灯发出的光由光纤接收，光纤采集的光强信号传送到光谱仪，光谱仪与计算机电信号连接；

测试池的碘蒸汽出口与外界的碘蒸汽消耗装置相连。

2.按照权利要求1所述快速连续供碘装置，其特征在于：所述碘蒸汽消耗装置为氧碘化学激光器。

3.按照权利要求1所述快速连续供碘装置，其特征在于：所述碘蒸汽消耗装置为一碘的回收装置(6)，其由一个以上的U型玻璃管构成，在U型玻璃管内填充有金属丝，U型玻璃管的一端与测试池的碘蒸汽出口相连，另一端接真空系统，U型玻璃管浸入酒精或冷水中，用于碘蒸汽的回收。

4.按照权利要求1所述快速连续供碘装置，其特征在于：在测试池的碘蒸汽入口处设置有第二热电偶(56)，在测试池的顶部设置有第三压力变送器(57)。

5.按照权利要求1或4所述快速连续供碘装置，其特征在于：在连续供碘装置上设置有一数据采集系统(4)，其由插设于计算机PCI插槽上的数据采集板，及通过总线和地址选线与其相连的扩展板构成，扩展板与压力变送器和热电偶信号连接。

6.按照权利要求1或4所述快速连续供碘装置，其特征在于：一个状态指示灯和一个大功率电阻并联后再与一个红外辐射元件串联，所述串联成的电路通过电路开关与温度控制仪的输出端相连。

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