CN109804514B - 具有悬臂式构件的无氪-85的火花间隙 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例涉及一种火花间隙(104)装置，其包括具有第一表面的第一电极(102)和具有第二表面的第二电极(106)，第二表面相对于第一表面偏移且面向第一表面。火花间隙装置还包括联接到第一电极的悬臂式构件(100)，悬臂式构件构造成生成场发射、电晕放电或两者，以朝向至少第一表面发射光，使得光子入射在第一表面上，并且引起从第一表面的电子发射。火花间隙装置可不包括放射性组分。

Description

具有悬臂式构件的无氪-85的火花间隙
对相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年8月17日提交的题为“使用场发射或电晕放电的无氪85的火花间隙(KRYPTON85-FREE SPARK GAP USING FIELD-EMISSION OR CORONA DISCHARGE)”的美国临时专利申请No. 62/376306的权益和优先权，该美国临时专利申请通过引用而以其整体结合到本文中。
技术领域
本文中公开的主题涉及用于在点火系统或其它合适的系统中使用的火花间隙。
背景技术
火花间隙为无源的双端式开关，当在端子两端的电压为低时，其打开，且当在端子两端的电压超出设计值(例如，3 kV)时，则其闭合。在电流已下降至低水平时或者在来自电压源的大部分能量已耗散时，火花间隙则重新打开。在内部，电流在两个金属电极之间传输，该两个金属电极由小的“间隙”(~mm)分开，该“间隙”填充有接近大气压力的气体或气体混合物(例如，Ar-H2-Kr)。气体通常为绝缘的，但是当在两个电极之间的电压超出对应于击穿电压的设计值时，气体变成导电的等离子体“火花”。
对于各种应用，所关心的一个参数可为当足够的电压施加于火花间隙时的时间与在火花间隙变得导电时的时间之间的时间。该时间对应于引发气体从绝缘体转变成导体的“击穿”过程。
存在电击穿的理想化但有用的观点，其将电击穿视为两步式过程—第一电子出现的“统计”时间，接着是电子“雪崩”到高度导电状态的“形成”时间。自由电子在某一时间且在间隙中的某一位置处出现，并且由电极之间的势差产生的电场加速。一旦电子获取足够的能量，则对于其电离气体原子或分子且释放第二自由电子而言便存在一定可能性。然后各电子加速并且重复该过程，从而导致使气体高度导电的电子雪崩。能量获取和倍增过程必须克服各种能量损失和粒子损失过程，并且为了实现最大效率，应当在优选的位置(例如，在负电极处或负电极附近)产生第一自由电子。
第二(雪崩)过程所需的时间为“形成时滞”。其大体上很短，并且几乎可忽略不计。因此，第一过程(初始电子)所需的时间为“统计时滞”，并且其为在实践中所主要关心的该“第一电子问题”。在一些装置(诸如实验室设备或大型放电灯)中，“第一电子问题”只不过是通过等待宇宙射线在其与装置内的气体原子、气体分子或表面碰撞时产生自由电子来解决。电子-离子对总是通过高能宇宙射线在大气空气中以给定的速率产生，该高能宇宙射线可容易地穿透到装置和结构内的气体空间(volume)中。盖革(Geiger)计数器为检测这样的事件的装置的示例。
然而，不可依赖于普遍存在的宇宙射线过程而在所需的时间帧内产生对于结合火花间隙的许多装置的可靠运行而言可为需要的有效自由电子。特别地，对于采用火花间隙的装置，时间帧典型地太短而不能依赖于基于宇宙射线的过程，这是因为相互作用空间(电极之间的区域)相对较小。
作为替代，在火花间隙背景下(以及在处理类似问题的其它装置(诸如小型放电灯)中)解决第一电子问题的常规方法是添加例如呈放射性氪-85(例如，85Kr)的形式的放射性源，其经历β衰变以发射高能(687 keV)电子，以生成种子电子并且将统计时滞减小到可接受的值。有时使用其它放射性材料，诸如氚或钍。放射性组分的添加有时被称为“放射性激励”。
然而，放射性材料(甚至在微量水平下)在构件或产品中大体上是不合期望的，这是因为这些材料增加了制造、搬运和运输的成本。
发明内容
在一个实施例中，一种火花间隙装置包括具有第一表面的第一电极、具有相对于第一表面偏移且面向第一表面的第二表面的第二电极以及联接到第一电极的第三表面的悬臂式构件，其中悬臂式构件构造成生成场发射、电晕放电或两者，以朝向至少第一表面发射光，使得在火花间隙运行时通过场发射、电晕放电或两者而发射的光子入射在第一表面上，并且引起从第一表面的电子发射。
在另一实施例中，一种点火装置包括：一个或多个点火器，其构造成在运行期间对燃料流或蒸汽点火；和一个或多个激发器构件，其各自连接到相应的点火器，其中各个激发器构件包括具有悬臂式构件的火花间隙，悬臂式构件构造成在火花间隙运行时生成场发射、电晕放电或两者。
在另外其它的实施例中，一种用于生成导电等离子体的方法包括在包括第一电极和第二电极的火花间隙两端施加电压，其中第一电极包括面向第二电极的表面，并且其中悬臂式构件联接到第一电极；经由场发射、电晕放电或两者而在悬臂式构件的末端部分处生成自由电子；以及继生成自由电子之后，横跨火花间隙而生成导电等离子体。
附图说明
在参照附图来阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，在附图中，同样的字符在所有附图中表示同样的部件，其中：
图1描绘了在火花间隙运行中相对于时间的电压，以便示出与本方法有关的概念；
图2描绘了根据本公开的方面的具有悬臂式构件的火花间隙，悬臂式构件构造成经由场发射、电晕放电或两者而发射光；
图3为根据本公开的方面的图2中的悬臂式构件的示意图；
图4为根据本公开的方面的包括图2中的悬臂式构件的火花间隙的性能相比于不包括悬臂式构件的火花间隙的性能的图解说明；以及
图5描绘了采用点火构件的发动机，这里为喷气式发动机，点火构件包括如本文中论述的且根据本公开的方面的火花间隙。
具体实施方式
下文将描述一个或多个特定实施例。为了提供这些实施例的简明描述，在说明书中可不描述实际实施方式的所有特征。应当认识到，在任何这样的实际实施方式的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须作出许多特定实施方式的决定，以实现开发者的特定目标，诸如符合与系统相关和与商业相关的约束，这可从一个实施方式到另一实施方式而不同。此外，应当认识到，这样的开发努力可为复杂且耗时的，但是对于受益于本公开的普通技术人员而言，仍将是设计、制作和制造的例行任务。
当介绍本发明的各种实施例的元件时，冠词“一”、“一种”、“该”和“所述”旨在意味着存在元件中的一个或多个。用语“包含”、“包括”和“具有”旨在为包括性的，并且意味着可存在除了列出的元件之外的额外元件。此外，以下论述中的任何数值示例旨在为非限制性的，并且因此额外的数值、范围和百分比处于所公开的实施例的范围内。
本方法涉及火花间隙，诸如在用于燃机的点火系统中以及在其它背景(诸如电涌保护、功率切换等)下使用的火花间隙。
作为对本文中使用的概念和术语的介绍，火花间隙的运行的说明性示例在图1中被示出。在该示例中，如果电压波形10为斜坡，电压升高的速率为6 kV/s，并且期望的额定电压为3±0.05 kV，则从点12(达到足以使火花间隙点燃的电压的时间)到点14(火花间隙闭合时的时间)的总时间应当不超过17 ms。该时间对应于引发气体从绝缘体转变成导体的“击穿”过程。
如可从图1中认识到的那样，击穿电压32取决于火花间隙的固有性质，以及由电路的其它部分限定的电压斜坡10。如果电压升高的速率较慢，则点12与点14之间的电压升高量减小，因此点12有时被称为火花间隙的“固有”击穿电压，因为其不取决于电路性质。
如上文注意到的那样，电击穿的理想化但有用的观点是将电击穿视为两步式过程，其中第一分量对应于用于使第一电子出现(在时间20处)的“统计”时间16，接着第二分量对应于用于使电子“雪崩”到高度导电状态的“形成”时间18，高度导电状态出现在火花间隙闭合时的时间22处。在该示例中，足以使火花间隙点燃的电压30与火花间隙闭合所处的电压32之间的差为间隙电压的变化量34。
就基本概念而言，自由电子在包绕火花间隙的气体中在某一时间和某一位置处出现，并且由电极之间的势差所产生的电场加速。一旦该自由电子获取足够的能量，对于其电离气体原子或分子且释放第二自由电子而言便存在一定可能性。然后各电子加速并且重复该过程，从而导致使气体高度导电的电子雪崩。能量获取和倍增过程必须克服各种能量损失和粒子损失过程，并且为了实现最大效率，第一电子优选地在某些位置(例如，在负电极或阴极附近)产生。
如上文注意到的那样，第一过程(即，初始电子的释放)所需的时间16被称为“统计时滞”，并且在本方法中解决的正是该“第一电子问题”。本方法解决了火花间隙中的第一电子问题(即，统计时滞)，而并没有依赖于提供大体上不合期望的电离辐射源(例如，85Kr)的传统方法，且因此未采用“放射性激励”。类似地，本方法并非只是依赖于宇宙射线的作用来生成初始电子，因为这样的射线典型地不足以以在火花间隙点火背景(或其它工业或机械背景)下所需的足够速率来生成第一电子。
考虑到前面的介绍，在本方法中，85Kr从火花间隙中消除，并且改为采用光电效应来生成种子电子。作为示例，在一个实施方式中，采用在特定发射通量水平下以特定标称波长(或波长范围)发射光(例如，光能)的光源(例如，场发射器和/或电晕放电装置)。
在光电过程中，材料对光子的吸收致使材料发射电子。光子的能量必须超出材料的功函数。材料的功函数典型地处于2-6电子伏特的范围中。光子的能量ε通过以下表达式而与光子的波长λ有关：ε= hc/λ，其中h为普朗克常数，c为光速。在实用单位下，ε= 1240/λ，其中ε以电子伏特为单位，并且λ以纳米为单位。因此，为了有效地发射光电子，光的波长应当比200-600纳米(对应于2-6电子伏特)的范围中的某一值更短，其中精确值取决于特定材料。
虽然本实施例集中于一种火花间隙，其在该火花间隙的封壳(例如，壳体)内部包括光源或发射装置，但是在一些实施例中，光源或发射装置可在火花间隙的封壳的外部。在这样的实施例中，应当考虑封壳的光谱透射。作为示例，硼硅酸盐玻璃在小于300纳米的波长(对应于4电子伏特的能量)下进行强吸收。因此，作为示例，如果给定的材料具有3电子伏特的功函数，并且光源放置在玻璃封壳外部以产生光电子，则仅能量为3-4电子伏特(300-400纳米)的光子才将为有效的。具有长于400纳米的波长的光子将没有足以引起光电发射的能量，并且具有短于300纳米的波长的光子将被玻璃吸收。因此，将受到光电刺激的材料、将采用的光的波长以及封壳的透射性质均为在如本文中论述的火花间隙系统的设计和构造中要考虑的因素。
考虑到前面的内容，光源(例如，场发射器和/或电晕放电装置)相对于火花间隙的电极中的一个(例如，阴极或阳极)而定位，并且入射在电极的表面上的发射的光子使电极经由光电效应发射电子。然后，这些电子可用于引发气体放电或击穿事件。根据一些实施方式，与具有涂覆表面或其它发射涂层(例如，特殊用途的发射涂层)的电极形成对照，且与光电极(例如，具有特别地用于以下目的的涂层或成分的光电阴极或其它环形电极或线圈：响应于可见光子而发射电子)形成对比，来自光源的光子入射在其上且发射电子的电极为常规电极(例如，常规导电金属基底和表面)。然而，在其它实施例中，可利用光电极和/或具有涂覆表面的电极。
本公开的实施例涉及一种火花间隙，其利用场发射和/或电晕放电来生成光电效应，这消除了在火花间隙中对85Kr的需要。例如，图2为联接到火花间隙104的第一电极102(例如，阳极或阴极)的悬臂式构件100(例如，能够产生场发射和/或电晕放电的构件)的透视图。火花间隙104还可包括第二电极106(例如，阳极或阴极)，第二电极106设置成靠近第一电极102，以在第一电极102与第二电极106之间形成间隙108。在一些实施例中，可通过焊接而将悬臂式构件100联接到第一电极102。在其它实施例中，可使用另一合适的技术(例如，紧固件、粘合剂，或以其它方式机械地联接到第一电极102)而将悬臂式构件100联接到第一电极102。此外，如图2的示出的实施例中显示的那样，与第一电极102的有源部分110(例如，第一电极102的与第二电极106建立连接的部分)形成对照，悬臂式构件100可联接到第一电极102的主体部分109(例如，在不面向第二电极106的表面上)。然而，在其它实施例中，悬臂式构件100可联接到有源部分110。在任何情况下，第一电极102的主体部分109可电联接到第一电极102的有源部分110。
在一些实施例中，悬臂式构件100可接收高电压，高电压可在悬臂式构件100的末端部分111处形成高强度电场。末端部分111处的高强度电场可在火花间隙104的封壳112(例如，壳体)内产生场发射(例如，通过提供高于阈值量的种子电子)和/或电晕放电。场发射和/或电晕放电可引起间隙108中的击穿，由此使火花间隙104闭合。更特别地说，在一些实施例中，供应至末端部分111的电压可达到足以发生场发射的值，然后，由于场发射而从末端部分111发射的电子可电离封壳中存在的气体混合物113，以形成电晕放电。电晕放电可继而产生光子，光子撞击第一电极102和/或第二电极106的表面，由此释放光电子且在间隙108中引发等离子体和/或火花。因此，在一些实施例中，封壳112可填充有气体混合物113，气体混合物113可最终导致火花间隙104中的击穿。
悬臂式构件100可构造成在末端部分111处、而不是在沿着悬臂式构件的另一位置处形成场发射和/或电晕放电。因此，用于场发射和/或电晕放电的阈值电场应当在沿着悬臂式构件的另一点之前而在末端部分111处达到。大体上，在与沿着悬臂式构件100的其它位置相比时，阈值电场在末端部分111处减小，因为电场在末端部分111处是集中的。相反地，电场沿着悬臂式构件100的其它位置(例如，圆柱形线)而传播开。在一些情况下，防止在沿着悬臂式构件100的除了末端部分111之外的点处的场发射和/或电晕放电可为合乎需要的。因此，悬臂式构件100可设置在火花间隙104内，使得在与沿着悬臂式构件100的其它位置相比时，悬臂式构件100的末端部分111定位成最接近第一电极102。
在一些实施例中，末端部分111可包括相对小的半径，并且定位在足以阻碍场发射和/或电晕放电到达第一电极102和/或第二电极106的距离处。例如，末端部分111与第一电极102之间的距离(例如，d)和末端部分111的半径(例如，r)的比率可小于7、小于6或小于5.85，以确保电晕放电将在不会到达第一电极102和/或第二电极106的情况下发生。
如图2的示出的实施例中显示的那样，悬臂式构件100可基本上为“L”形。因此，悬臂式构件100可包括从第一电极102(例如，阴极)沿径向向外延伸的第一部分114(例如，悬臂部分)和从第一部分114沿轴向方向118延伸的第二部分116。然而，在其它实施例中，悬臂式构件100可包括任何合适的构造，使得场发射和/或电晕放电在悬臂式构件100的末端部分111处发生。在另外其它的实施例中，悬臂式构件100可包括设置在第一部分114和/或第二部分116上的电子构件119(例如，电阻器、电感器和/或电容器)。电子构件119可阻止一定量的电流流过悬臂式构件100，以在维持悬臂式构件100的末端部分111处的高强度电场的同时限制通过场发射和/或电晕放电而发射的光的电流。因此，电子构件119可实现对由悬臂式构件100发射的光的增强控制。
在任何情况下，悬臂式构件100可包括直径120，直径120显著地小于第一电极102的直径122。在一些实施例中，悬臂式构件100的(例如，至少在末端部分111处的)直径120可处于第一电极102的直径122的0.01%与20%之间、处于第一电极102的直径122的0.1%与10%之间或者处于第一电极102的直径122的1%与5%之间。因为在与第一电极102的直径122相比时，悬臂式构件100的末端部分111包括相对小的直径，所以末端部分111可构造成产生高强度电场。例如，末端部分111可包括(例如，接收)与第一电极102相同的电压，但是因为末端部分111包括显著更小的横截面面积，所以末端部分111可生成强电场。因此，在火花间隙的运行期间，悬臂式构件100的末端部分111可生成场发射、电晕放电或两者。
在一些实施例中，第一部分114和/或第二部分116的长度可确定火花间隙104的性能(例如，通过场发射和/或电晕放电而输出的波长、频率和/或能量)。例如，图3为从第一电极102延伸的悬臂式构件100的示意图。如图3的示出的实施例中显示的那样，第一部分114可从第一电极102沿径向向外延伸距离140。第二部分116可从第一部分114沿轴向方向118延伸距离142。在一些实施例中，第二部分116可延伸超出第一电极102的表面146的距离144，表面146面向第二电极106的第二表面148。然而，在其它实施例中，第二部分116可相对于轴向方向118而与表面146基本上齐平或定位在表面146的下方。此外，第一部分114可在距表面146距离150处联接到第一电极102。
在一些实施例中，距离140可处于0.5毫米(mm)与10 mm之间、处于1 mm与7 mm之间、处于2 mm与6 mm之间或者处于3 mm与5 mm之间。在其它实施例中，距离140可大致为4mm(例如，在其5%或10%范围内)。类似地，在一些实施例中，距离142可处于0.5毫米(mm)与10mm之间、处于1 mm与7 mm之间、处于2 mm与6 mm之间或者处于3 mm与5 mm之间。在其它实施例中，距离142可大致为4 mm(例如，在其5%或10%范围内)。此外，距离144可处于0.1 mm与3mm之间、处于0.3 mm与2 mm之间或者处于0.5 mm与1.5 mm之间。类似地，距离150可处于0.1mm与10 mm之间、处于1 mm与8 mm之间或者处于2 mm与4 mm之间。更进一步，在一些实施例中，间隙108可包括距离152，距离152处于0.1 mm与10 mm之间、处于0.5 mm与5 mm之间或者处于1 mm与3 mm之间。在其它实施例中，距离152可大致为2 mm(例如，在其5%或10%范围内)。
如可认识到的那样，在其中本方法可被采用的温度环境可不同。作为示例，在用于喷气式发动机的点火系统中，在定位火花间隙104处的激发器构件处的环境温度可为150℃左右。火花间隙的运行并非在很大程度上取决于温度，并且悬臂式构件100可在相对宽的温度范围内产生场发射、电晕放电或两者。例如，火花间隙104包括封闭的空间，使得场发射和/或电晕放电取决于火花间隙104中的气体的密度。因此，火花间隙104中的压力可随着由于场发射和/或电晕放电而导致的温度升高而增大，但是在封闭的空间中，气体原子的总数量可基本上保持固定。因此，气体的密度基本上保持恒定，并且即使温度升高，场发射和/或电晕放电也基本上不受影响。
图4为具有悬臂式构件100的火花间隙104在与不包括85Kr或悬臂式构件100的火花间隙相比时的击穿电压的方面的结果的图解说明。如图4的示出的实施例中显示的那样，具有悬臂式构件100的火花间隙104中的三个(试验(Runs)7-9)与不包括悬臂式构件或85Kr的六个火花间隙(试验1-6)相比。各火花间隙的威布尔(Weibull)百分位数显示在y轴160上，并且击穿电压显示在x轴162上。如本文中使用的那样，威布尔百分位数可指代针对给定的火花间隙(例如，试验1-9)遍及多种样品(例如，100个样品)的击穿电压变化的统计分布。如图4中显示的那样，相比于没有悬臂式构件100和/或85Kr的火花间隙(试验1-6)，具有悬臂式构件100的火花间隙104(试验7-9)大体上包括更小范围的击穿电压。例如，相比于没有悬臂式构件100和/或85Kr的火花间隙(试验1-6)，具有悬臂式构件100的火花间隙104(试验7-9)包括更陡的斜率，由此指示更小的击穿电压范围。
考虑到前面的内容，图5描绘了可采用使用悬臂式构件100的火花间隙104的发动机170(这里为喷气式发动机)的示例。例如，火花间隙104可作为用于发动机170的燃料点火系统172的部分而被包括在内，燃料流或蒸汽通过该燃料点火系统172而燃烧。在该示例中，火花间隙104可被提供用于一个或多个点火器174。例如，各火花间隙104可被提供为经由对应的引线178而与相应的点火器174连通的激发器构件176的部分。以该方式，在给定的火花间隙104处诱发的火花事件可对应于火花间隙104的电极之间的导电流，从而引起在对应的点火器174处的点火事件以及在发动机170的运行期间的点火事件。尽管发动机170(诸如图5中描绘的发动机170)为如本文中论述的火花间隙104的一种可能的用途(例如，作为点火系统的部分)，但是如目前公开的火花间隙104也可在其它点火和非点火背景下使用。
本发明的技术效果包括在火花间隙处生成种子电子的备选方法，从而在维持装置的相同性能和功能的同时允许从典型地存在于火花间隙处的气体混合物中消除85Kr。本方法利用光电效应，使用联接到电极的悬臂式构件而在特定发射通量水平下生成具有特定标称波长(或波长范围)的光能，以生成种子电子。光源(例如，生成场发射和/或电晕放电的联接到电极的悬臂式构件)相对于火花间隙的电极中的一个(例如，阴极)而定位，并且入射在电极的表面上的发射光子着陆致使其发射引发气体放电或击穿事件所需的电子。本方法可在现有封装中进行改进，使得在火花间隙104或点火系统的其余部分的制造方面将没有较大的改变。
本书面描述使用示例来公开本发明(包括最佳模式)，并且还使本领域中的任何技术人员能够实践本发明(包括制造和使用任何装置或系统，以及执行任何结合的方法)。本发明的可取得专利的范围由权利要求书限定，并且可包括本领域中的技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例具有不异于权利要求书的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言无显著差异的等同结构要素，则这样的其它示例旨在处于权利要求书的范围内。

Claims (19)

1.一种火花间隙装置，包括：
第一电极，其具有第一表面；
第二电极，其具有相对于所述第一表面间隔开且面向所述第一表面的第二表面；以及
悬臂式构件，其在所述第一电极外部且联接到所述第一电极的第三表面，其中所述悬臂式构件构造成在所述火花间隙的操作期间接收与所述第一电极相同的电压以便生成场发射、电晕放电或两者，以朝向至少所述第一表面发射光，使得在所述火花间隙运行时通过所述场发射、所述电晕放电或两者而发射的光子入射在所述第一表面上，并且引起从所述第一表面的电子发射。
2.根据权利要求1所述的火花间隙装置，其特征在于，所述悬臂式构件具有“L”形状，所述“L”形状具有第一部分和第二部分。
3.根据权利要求2所述的火花间隙装置，其特征在于，所述第一部分从所述第一电极沿径向向外延伸第一距离，并且其中所述第二部分从所述第一部分沿轴向延伸第二距离。
4.根据权利要求3所述的火花间隙装置，其特征在于，所述第一距离在3毫米(mm)与5mm之间。
5.根据权利要求3所述的火花间隙装置，其特征在于，所述第二距离在3毫米(mm)与5mm之间。
6.根据权利要求2所述的火花间隙装置，其特征在于，所述第二部分延伸超过所述第一电极的表面。
7.根据权利要求1所述的火花间隙装置，其特征在于，所述悬臂式构件具有第一直径，所述第一直径在所述第一电极的直径的1%与5%之间。
8.根据权利要求1所述的火花间隙装置，其特征在于，所述第一电极包括阴极，并且所述第二电极包括阳极。
9.根据权利要求1所述的火花间隙装置，其特征在于，所述火花间隙装置不包括放射性组分。
10.根据权利要求1所述的火花间隙装置，其特征在于，所述悬臂式构件构造成发射所述场发射、所述电晕放电或两者，以朝向所述第二表面发射所述光。
11.一种点火装置，包括：
一个或多个点火器，其构造成在运行期间对燃料流点火；以及
一个或多个激发器构件，其各自连接到相应的点火器，其中各激发器构件包括火花间隙，并且所述火花间隙包括：
第一电极，其具有第一表面；
第二电极，其具有相对于所述第一表面间隔开且面向所述第一表面的第二表面；以及
悬臂式构件，其在所述第一电极外部且联接到所述第一电极的第三表面，其中所述悬臂式构件构造成在所述火花间隙的操作期间接收与所述第一电极相同的电压以便生成场发射、电晕放电或两者，以朝向至少所述第一表面发射光，使得在所述火花间隙运行时通过所述场发射、所述电晕放电或两者而发射的光子入射在所述第一表面上，并且引起从所述第一表面的电子发射。
12.根据权利要求11所述的点火装置，其特征在于，所述第一电极为阴极，并且所述第二电极为阳极。
13.根据权利要求11所述的点火装置，其特征在于，所述悬臂式构件具有第一直径，所述第一直径在所述第一电极的直径的1%与5%之间。
14.根据权利要求11所述的点火装置，其特征在于，所述悬臂式构件具有“L”形状，所述“L”形状具有第一部分和第二部分。
15.根据权利要求14所述的点火装置，其特征在于，所述第一部分从所述第一电极沿径向向外延伸第一距离，并且其中所述第二部分从所述第一部分沿轴向延伸第二距离。
16.根据权利要求15所述的点火装置，其特征在于，所述悬臂式构件设置在所述火花间隙的壳体内。
17.一种用于生成导电等离子体的方法，包括：
在包括第一电极和第二电极的火花间隙两端施加电压，其中所述第一电极具有第一表面，所述第二电极具有相对于所述第一表面间隔开且面向所述第一表面的第二表面，并且其中悬臂式构件在所述第一电极外部且联接到所述第一电极的第三表面并且接收与所述第一电极相同的电压；
经由场发射、电晕放电或两者来由所述悬臂式构件朝向至少所述第一表面发射光，使得通过所述场发射、所述电晕放电或两者而发射的光子入射在所述第一表面上，并且引起从所述第一表面的电子发射；以及
继引起所述电子发射之后，横跨所述火花间隙而生成所述导电等离子体。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，从所述第一表面发射的电子不由放射性同位素生成。
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，经由所述场发射、所述电晕放电或两者来由所述悬臂式构件朝向至少所述第一表面发射光包括在所述悬臂式构件的末端部分处生成高强度电场。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10103519B2 (en) * 2016-08-17 2018-10-16 General Electric Company Krypton-85-free spark gap with photo-emission
US10916919B2 (en) 2016-08-18 2021-02-09 General Electric Company Krypton-85-free spark gap with a discharge probe

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4484106A (en) * 1982-05-14 1984-11-20 Canadian Patents & Development Limited UV Radiation triggered rail-gap switch
US4890040A (en) * 1987-06-01 1989-12-26 Gundersen Martin A Optically triggered back-lighted thyratron network
US5097231A (en) * 1990-05-16 1992-03-17 Varian Associates, Inc. Quasi-passive, non-radioactive receiver protector device
CN1437290A (zh) * 2002-02-07 2003-08-20 吴昌德 一种带有照射电极的放电间隙

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2415816A (en) 1943-09-08 1947-02-18 Bell Telephone Labor Inc Ionic discharge device
US3149620A (en) 1963-02-18 1964-09-22 Gen Motors Corp Corona ignition device
DE2034628A1 (de) 1970-07-13 1972-02-03 Metallgesellschaft Ag Sprühelektroden- und Distanzierungssystern
US3974412A (en) 1975-02-03 1976-08-10 Massachusetts Institute Of Technology Spark plug employing both corona discharge and arc discharge and a system employing the same
US5407639A (en) 1991-10-14 1995-04-18 Toto, Ltd. Method of manufacturing a corona discharge device
US5257500A (en) * 1992-07-27 1993-11-02 General Electric Company Aircraft engine ignition system
DE19838538A1 (de) 1998-08-25 2000-03-02 Bosch Gmbh Robert Zündkerzenelektrode
DE50210082D1 (de) * 2001-09-02 2007-06-14 Phoenix Contact Gmbh & Co Überspannungsschutzeinrichtung
EP1573772A2 (en) 2002-12-13 2005-09-14 Koninklijke Philips Electronics N.V. Field emission device, and method of manufacturing such a device
DE102005036265A1 (de) * 2005-08-02 2007-02-08 Epcos Ag Funkenstrecke
DE102006023392A1 (de) 2006-05-17 2007-11-22 Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh Schaltfunkenstrecke mit einer Koronaelektrode
DE102010014325B4 (de) 2010-04-09 2018-07-05 Federal-Mogul Ignition Gmbh Verfahren zum Herstellen einer Zündkerze und dadurch hergestellte Zündkerze
JP2013524478A (ja) 2010-04-13 2013-06-17 フェデラル−モーグル・イグニション・カンパニー コロナ強化電極チップを備えた点火装置
GB201112958D0 (en) * 2011-07-28 2011-09-14 Rolls Royce Plc Electric discharge apparatus
US9546788B2 (en) * 2012-06-07 2017-01-17 Chentronics, Llc Combined high energy igniter and flame detector
US9399954B2 (en) * 2014-03-17 2016-07-26 Unison Industries, Llc Ignition exciter discharge switch

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4484106A (en) * 1982-05-14 1984-11-20 Canadian Patents & Development Limited UV Radiation triggered rail-gap switch
US4890040A (en) * 1987-06-01 1989-12-26 Gundersen Martin A Optically triggered back-lighted thyratron network
US5097231A (en) * 1990-05-16 1992-03-17 Varian Associates, Inc. Quasi-passive, non-radioactive receiver protector device
CN1437290A (zh) * 2002-02-07 2003-08-20 吴昌德 一种带有照射电极的放电间隙

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