CN108180503A - 可控延时激光点火装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可控延时激光点火装置，涉及激光点火领域，包括：激光驱动电路、点火激光器、监测激光器、机械光闸、光开关、光纤耦合器、分束器、2×2多模光纤耦合器、延时光开关、光电传感器、信号处理模块、控制系统、激光火工品、激光能量计模块。本发明采用一台点火激光器，通过分束器实现多路点火，有利于降低装置体积和成本；以及每一点火回路设置可控延时光开关，可实现多路可控延时点火；同时点火光路上设置机械光安保，在非解保状态下通过机械光闸隔断光路，增强了装置的安全性；本发明具备光路监测功能，能够实现各个点火回路的光路连续性的实时监测。

Description

可控延时激光点火装置

技术领域

本发明涉及激光点火技术领域，具体涉及一种带机械光安保的多路可控延时激光点火装置。

背景技术

激光点火技术对以光能作为发火刺激，对电磁环境干扰具备本质免疫作用。激光火工品可克服传统电火工品在静电、射频、电磁脉冲、闪电等电磁环境干扰下存在的意外发火安全风险。同时激光点火技术采用光纤进行能量传输，更利于系统的灵活布线，且更易实现分布式发火。因此，激光点火技术的研究已经越来越受到关注和重视，各种类型的激光点火装置在国外已经应用于航空航天、导弹等领域。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种安全性高的可控延时激光点火装置。

考虑到现有技术的上述问题，根据本发明公开的一个方面，本发明采用以下技术方案：

一种可控延时激光点火装置，包括激光驱动电路、点火激光器、监测激光器、机械光闸、光开关、第一光纤耦合器、分束器、延时光开关、第二光纤耦合器、光电传感器、信号处理模块和控制系统；

所述激光驱动电路为所述点火激光器和所述监测激光器提供驱动电源；所述点火激光器和所述监测激光器的输出光路上分别设置机械光闸和光开关；经所述点火激光器和所述监测激光器输出的两路激光通过第一光纤耦合器耦合至同一根传导光纤；所述传导光纤再由分束器分束，分束后的每一路光纤分别串联一组延时光开关和第二光纤耦合器，之后的各路激光束再作用于激光火工品；

所述光电传感器通过所述第二光纤耦合器采集监测激光信号并经信号处理模块传递至所述控制系统；所述控制系统用于对包括所述点火激光器、监测激光器、机械光闸、光开关和延时光开关的控制。

为了更好地实现本发明，进一步的技术方案是：

根据本发明的一个实施方案，还包括激光能量计模块，所述激光能量计模块通过所述第二光纤耦合器采集点火激光能量监测信号，用于监测并显示各路点火激光能量。

根据本发明的另一个实施方案，所述第二光纤耦合器为多模光纤耦合器。

根据本发明的另一个实施方案，所述多模光纤耦合器为2×2多模光纤耦合器。

根据本发明的另一个实施方案，所述2×2多模光纤耦合器包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，所述第一端口和第二端口为激光入射端，所述第三端口和第四端口为激光出射端，所述第三端口上镀制激光分色薄膜。

根据本发明的另一个实施方案，所述激光分色薄膜的反射率≥90％，对点火激光的透射率≥90％。

根据本发明的另一个实施方案，所述第三端口和第四端口能量输出比为 95:5。

本发明还可以是：

根据本发明的另一个实施方案，所述控制系统在未接收到解保指令的情况下，使所述机械光闸隔断点火光路，光开关隔断监测光路，光路系统与激光火工品隔离。

根据本发明的另一个实施方案，所述控制系统在收到上位机的监测指令的情况下，所述控制系统发出指令使所述光开关闭合，以及控制系统设置延时光开关零延时，并使激光驱动电路给监测激光器供电，所述监测激光器发射监测激光。

根据本发明的另一个实施方案，所述控制系统在接收到上位机点火指令的情况下，所述控制系统根据延时指令分别设置各路延时光开关的延时时间，以及控制系统控制并驱动机械光闸解保，点火光路联通。

与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：

本发明的一种可控延时激光点火装置，能够实现各个点火回路的光路连续性的实时监测，可在发火前确定光路的通断状态，并可进行及时维修；同时本装置点火光路设置机械光安保，在非解保状态下通过机械光闸隔断光路，增强了装置的安全性；并且仅采用一台点火激光器，通过分束器实现多路激光火工品发火，有利于降低装置体积和成本，并增强装置不同点火回路的稳定性；同时每一点火回路设置可控延时光开关，可实现多路可控延时点火。

附图说明

为了更清楚的说明本申请文件实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是对本申请文件中一些实施例的参考，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据这些附图得到其它的附图。

图1示出了根据本发明一个实施例的结构示意图。

图2示出了根据本发明另一个实施例的结构示意图。

其中，附图中的附图标记所对应的名称为：

1－激光驱动电路，2－点火激光器，3－监测激光器，4－机械光闸，5－光开关，6－第一光纤耦合器，7－分束器，8－延时光开关，9－第二光纤耦合器，91－第一端口，92－第二端口，93－第三端口，94－第四端口，10－光电传感器，11－信号处理模块，12－控制系统，13－激光火工品，14－激光能量计模块，15－激光分色薄膜。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

一种激光点火装置，其具有光路监测和点火两大主要功能，同时点火光路设置机械光安保，增强了装置的安全性，并且仅采用单一激光器实现多路激光火工品，有利于降低装置体积和成本，同时每一点火回路设置可控延时光开关，可实现多路可控延时点火。系统的具体结构如下：

结合图1和图2所示，一种可控延时激光点火装置，包括激光驱动电路1、点火激光器2、监测激光器3、机械光闸4、光开关5、第一光纤耦合器6、分束器7、延时光开关8、第二光纤耦合器9、光电传感器10、信号处理模块11和控制系统12。

所述激光驱动电路1为所述点火激光器2和所述监测激光器3提供驱动电源；所述点火激光器2和所述监测激光器3的输出光路上分别设置机械光闸4 和光开关5；经所述点火激光器2和所述监测激光器3输出的两路激光通过第一光纤耦合器6耦合至同一根传导光纤；所述传导光纤再由分束器7分束，分束后的每一路光纤分别串联一组延时光开关8和第二光纤耦合器9，之后的各路激光束再作用于激光火工品13。

所述光电传感器10通过所述第二光纤耦合器9采集监测激光信号并经信号处理模块11传递至所述控制系统12；所述控制系统12用于对包括所述点火激光器2、监测激光器3、机械光闸4、光开关5和延时光开关8的控制。

本发明还可包括激光能量计模块14，所述激光能量计模块14通过所述第二光纤耦合器9采集点火激光能量监测信号，用于监测并显示各路点火激光能量。

对于控制系统12一实施例的具体方案，控制系统12作为本发明的逻辑中心，是装置与上位机的信息指令交互中心，也是装置动作的控制中心。控制系统12根据接收到的上位机光路监测、点火等指令，按照逻辑设定控制点火激光器2、监测激光器3、机械光闸4、光开关5、延时光开关8等功能部件的具体动作逻辑。

另一实施例，激光点火装置包含的两类激光器，即点火激光器2和监测激光器3是激光点火装置最重要的功能模块。其中所述的点火激光器2用于产生激光火工品发火刺激能量，其输出波长为808-980nm，额定输出功率为点火路数 *5W，激光脉宽1-50ms可调；所述的监测激光器3用于产生光路监测原始信号，其输出波长为1310nm，额定输出功率为1mW，激光脉宽为20ms。

对于以上实例公开的第二光纤耦合器9，优选多模光纤耦合器，进一步的可采用2×2多模光纤耦合器。如图2所示，本实施例的2×2多模光纤耦合器是实现光路监测和点火能量监测功能的重要组成。激光束从2×2多模光纤耦合器第一端口91入射，分别从第三端口93和第四端口94出射，第三端口93和第四端口94的能量输出比为95:5。其中第三端口93上镀制激光分色薄膜15，该膜层对监测激光(波长1310nm)的反射率≥90％，对点火激光的透射率≥90％。被第三端口93处分色膜反射的监测激光从第二端口92输出光路监测信号形成处理回路，实现光路检测功能。从第三端口93处分色膜透射的点火激光作用与激光火工品13，实现点火；从第四端口94出射的点火激光能量进入激光能量计模块14，实现各个点火回路的点火能量的监测。

对本发明的激光点火装置的工作状态，以下实施实例为其做进一步说明，激光点火装置可包含三种工作状态，分别是非解保状态、光路监测和可控延时点火，具体地：

非解保状态：控制系统12在未接收到解保指令时，机械光闸4隔断点火光路，光开关5隔断监测光路，整个光路系统与激光火工品13隔离。

光路监测：控制系统12收到上位机的监测指令，控制系统12发出指令使光开关5闭合，同时控制系统12设置延时光开关8零延时，并使激光驱动电路 1给监测激光器3供电，发射监测激光；监测激光经过第一光纤耦合器6和分束器7、延时光开关8后，入射2×2多模光纤耦合器第一端口91。然后监测激光束进入第三端口93，95％以上的监测激光被端面镀制的分色膜反射并通过第二端口92传输至光电传感器10，使得光信号转换为电信号；电信号经过信号处理模块11放大、滤波后传送至控制系统12；控制系统12根据接受到的信号波形，计算并显示光路传输效率，判断光路的通断情况；控制系统12接收到监测信号数据后，给出光开关8断开指令，光开关8断开，隔断监测光路，完成光路监测。

可控延时点火：控制系统12接收到上位机点火指令，控制系统12根据延时指令分别设置各路延时光开关8的延时时间(默认设置下延时时间为+∞，即无限延时，无法出光)；延时设置完成后，控制系统12控制并驱动机械光闸4解保，点火光路联通；激光驱动电路1驱动点火激光器2发射点火激光脉冲，脉冲激光束通过第一光纤耦合器6进入光纤进行传输；然后激光束由分束器7分成多路激光脉冲，各路激光脉冲分别经过延时光开关8的延时控制后，经由2×2 多模光纤耦合器的输出第三端口93入射激光火工品13；最后，激光火工品13中的点火药受激光脉冲作用而发火，实现多路可控延时激光点火；同时各路点火激光能量的5％(2×2多模光纤耦合器第三端口93和第四端口94的输出能量比为95:5)传输至激光能量计模块14，激光能量计模块14分别监测并显示各路实际点火能量。

以上每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (10)

1.一种可控延时激光点火装置，其特征在于包括激光驱动电路(1)、点火激光器(2)、监测激光器(3)、机械光闸(4)、光开关(5)、第一光纤耦合器(6)、分束器(7)、延时光开关(8)、第二光纤耦合器(9)、光电传感器(10)、信号处理模块(11)和控制系统(12)；

所述激光驱动电路(1)为所述点火激光器(2)和所述监测激光器(3)提供驱动电源；所述点火激光器(2)和所述监测激光器(3)的输出光路上分别设置机械光闸(4)和光开关(5)；经所述点火激光器(2)和所述监测激光器(3)输出的两路激光通过第一光纤耦合器(6)耦合至同一根传导光纤；所述传导光纤再由分束器(7)分束，分束后的每一路光纤分别串联一组延时光开关(8)和第二光纤耦合器(9)，之后的各路激光束再作用于激光火工品(13)；

所述光电传感器(10)通过所述第二光纤耦合器(9)采集监测激光信号并经信号处理模块(11)传递至所述控制系统(12)；所述控制系统(12)用于对包括所述点火激光器(2)、监测激光器(3)、机械光闸(4)、光开关(5)和延时光开关(8)的控制。

2.根据权利要求1所述的可控延时激光点火装置，其特征在于还包括激光能量计模块(14)，所述激光能量计模块(14)通过所述第二光纤耦合器(9)采集点火激光能量监测信号，用于监测并显示各路点火激光能量。

3.根据权利要求1或2所述的可控延时激光点火装置，其特征在于所述第二光纤耦合器(9)为多模光纤耦合器。

4.根据权利要求3所述的可控延时激光点火装置，其特征在于所述多模光纤耦合器为2×2多模光纤耦合器。

5.根据权利要求4所述的可控延时激光点火装置，其特征在于所述2×2多模光纤耦合器包括第一端口(91)、第二端口(92)、第三端口(93)和第四端口(94)，所述第一端口(91)和第二端口(92)为激光入射端，所述第三端口(93)和第四端口(94)为激光出射端，所述第三端口(93)上镀制激光分色薄膜(15)。

6.根据权利要求5所述的可控延时激光点火装置，其特征在于所述激光分色薄膜(15)的反射率≥90％，对点火激光的透射率≥90％。

7.根据权利要求5所述的可控延时激光点火装置，其特征在于所述第三端口(93)和第四端口(94)能量输出比为95:5。

8.根据权利要求1所述的可控延时激光点火装置，其特征在于所述控制系统(12)在未接收到解保指令的情况下，使所述机械光闸(4)隔断点火光路，光开关(5)隔断监测光路，光路系统与激光火工品(13)隔离。

9.根据权利要求1所述的可控延时激光点火装置，其特征在于所述控制系统(12)在收到上位机的监测指令的情况下，所述控制系统(12)发出指令使所述光开关(5)闭合，以及控制系统(12)设置延时光开关(8)零延时，并使激光驱动电路(1)给监测激光器(3)供电，所述监测激光器(3)发射监测激光。

10.根据权利要求1所述的可控延时激光点火装置，其特征在于所述控制系统(12)在接收到上位机点火指令的情况下，所述控制系统根据延时指令分别设置各路延时光开关(8)的延时时间，以及控制系统(12)控制并驱动机械光闸(4)解保，点火光路联通。