CN111141181B - 一种多路多功能半导体激光点火系统及点火方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于激光点火领域，具体涉及一种多路多功能半导体激光点火系统及点火方法。包括点火控制单元，点火激光器，检测激光器，耦合器，多路光开关，点火器，药剂，光探头，自检光电探测器和发火光电探测器；点火控制单元分别与点火激光器、检测激光器、耦合器、自检光电探测器、发火光电探测器连接并提供驱动和控制；点火激光器和检测激光器并联之后与耦合器连接，耦合器与多路光开关连接，多个点火器通过耦合光纤与相应的光开关和自检光电探测器连接，光探头与发火光电探测器连接并固定在点火器输出端。本发明通过控制光开关能够实现系统多种点火模式，克服多路激光点火系统点火模式的单一，扩大了激光点火系统的应用范围。

Description

一种多路多功能半导体激光点火系统及点火方法

技术领域

本发明属于激光点火领域，具体涉及一种多路多功能半导体激光点火系统及点火方法。

背景技术

激光点火系统是通过光纤将激光从激光器传输到点火器药剂表面，进而使药剂发火。由于不是通过一般光路而是通过光纤传输激光的，因此能够克服静电、射频、电磁脉冲等电磁环境的干扰。

单路激光点火系统在实际应用中药剂发火的可靠性得不到保证，此外，系统中无法准确判断药剂是否发火以及点火延迟时间。所以激光点火系统的应用受限，所以这种单路激光点火系统对半导体激光点火系统的应用来说可行性不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多路多功能半导体激光点火系统，该系统能够实现多路光路自检、单路点火、多路同步点火以及多路时序点火等功能。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种多路多功能半导体激光点火系统，包括点火控制单元，点火激光器，检测激光器，耦合器，多路光开关，点火器，药剂，光探头，自检光电探测器和发火光电探测器；

所述点火控制单元分别与点火激光器、检测激光器、耦合器、自检光电探测器、发火光电探测器连接并提供驱动和控制；

所述点火激光器)和检测激光器并联之后与耦合器连接，所述耦合器与多路光开关连接，所述多个点火器通过耦合光纤与相应的光开关和自检光电探测器连接，所述光探头与发火光电探测器连接并固定在点火器输出端。

进一步的，还包括上位机，所述上位机与所述点火控制单元连接，所述上位机内设有控制程序，通过控制程序实现多路同步点火，多路时序点火或单点点火。

进一步的，还包括电子保险，所述点火控制单元和并联的点火激光器和检测激光器之间设有电子保险。

进一步的，还包括分束器和激光器光电探测器；

所述点火激光器后端连接分束器，所述分束器后端分别与激光器光电探测器和耦合器连接，所述激光器光电探测器与点火控制单元连接。

进一步的，所述点火器的光学窗口对点火激光的反射率<5％，对检测激光的反射率>99％。

进一步的，所述耦合光纤对检测激光的接受率＞60％。

进一步的，所述点火控制单元对点火激光器的功率和脉宽进行调节，功率调节范围为0～5W，脉宽调节范围0～100ms，步长1ms。

一种利用上述的点火系统进行点火的方法，包括如下步骤：

(1)保险模式：电子保险处于保险状态，光开关处于断开状态点火激光器与检测激光器处于休眠状态，点火光路处于断路状态；

(2)检测模式：电子保险解除保险，点火控制单元给检测激光器供电，检测激光器产生检测激光，光开关处于检测光路且光开关处于闭合状态，系统进行多光路自检；

(3)点火模式：点火控制单元对步骤(2)检测模式接收到的检测信号进行判断，当检测信号大于光路完整参考值时，则自检合格，系统进行点火；电子保险解保，点火控制单元给点火激光器供电，点火激光器产生预设脉宽与功率的点火激光，光开关模组根据具体实施的点火功能进行作动，最终实现点火；

(4)系统监测：通过分束器分出来的点火激光输出到激光器光电探测器，通过激光器光电探测器接收到的光信号实时监测点火激光器的工作状态；光探头捕捉点火药剂发火产生的光信号，通过光纤传输到发火光电探测器进而判断点火药剂发火状态，通过与光开关的切换时间进行对比，还可测定药剂的点火延迟时间。

进一步的，所述步骤(3)中光开关模组根据具体实施的点火功能进行作动具体为：

多路同步点火：通过上位机程序控制光开关中每一路开光的响应时间相同，达到多路开关同时闭合传导激光，实现多路同步点火；

或多路时序点火：通过上位机程序控制光开关中每一路开光的响应时间相同，依次设置每路开光响应的延迟时间，达到多路开关按延迟时间依次闭合传导激光，实现多路时序点火；

或单点点火：通过上位机程序控制光开关的开关响应，设置光开关中开关的闭合状态，若要实施单路点火，仅闭合所需闭合的开关传导激光，实现单路点火。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

(1)本发明通过控制光开关能够实现系统多种点火模式，克服多路激光点火系统点火模式的单一，扩大了激光点火系统的应用范围；

(2)本发明通过将点火激光分出小比例的激光，能够在点火的同时实时监测点火激光器的工作状态；

(3)本发明在点火器输出端设置光探头用于捕捉点火药剂的发火光，能够监测点火器是否发火的状态并能够测算药剂的点火延迟时间。

附图说明

图1为本发明的点火系统原理图。

图2为本发明的耦合光纤接头示意图。

附图标记说明：

1-上位机，2-点火控制单元，3-电子保险，4-点火激光器，5-检测激光器，6-分束器，7-激光器光电探测器，8-耦合器，9-光开关，10-点火器，11-药剂，12-激光器光电探测器，13-自检光电探测器，14-发火光电探测器，15-耦合光纤，151-接收光纤，152-输入光纤。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

一种多路多功能激光点火系统，该系统包括上位机1，点火控制单元2，电子保险3，点火激光器4，检测激光器5，分束器6，激光器光电探测器7，耦合器8，光开关9，点火器10，药剂11，光探头12，自检光电探测器13，发火光电探测器14；

所述点火控制单元2分别与点火激光器4、检测激光器5、耦合器8、激光器光电探测器7、自检光电探测器13、发火光电探测器14连接并提供驱动和控制；

所述点火激光器4与分束器6连接；所述分束器6分别与光电探测器7和耦合器8连接；所述检测激光器5与耦合器8连接；所述耦合器8与光开关9连接；所述点火器10通过耦合光纤15与光开关9和光电探测器13连接；所述光探头12与光电探测器14连接并固定在点火器10输出端。

通过点火控制单元2中程序控制光开关的开合，实现多路多功能激光点火系统的多路同步点火、多路时序点火和单路点火等多种点火方式；

通过分束器6将点火激光器4输出的激光分成两路，能量较小的激光输出到光电探测器，通过激光器光电探测器7监测到的信号实时监测点火激光器4的工作状态；

通过点火器尾部的光探头12接收到的点火器10中药剂11的发火光信号，并通过光电探测器进行光电转换反馈至点火控制单元，能够定性判断药剂是否发火即点火是否成功并且能测到点火器的点火延迟时间；

点火器光学窗口对点火激光的反射率<5％，对检测激光的反射率>99％，且点火激光的功率密度与输入时的功率密度基本保持不变；

所述耦合光纤对检测光的接收率>60％；

所述点火控制单元2能够实现对点火激光器功率和脉宽的调节，功率调节范围0～5W，脉宽调节范围0～100ms，步长1ms；

具体的工作方式：

1、当处于保险模式时，电子保险3处于保险状态，光开关9处于断开状态，因此点火激光器4与检测激光器5处于休眠状态，点火光路处于断路状态；

2、自检模式：上位机1发送光路检测指令，点火控制单元2解除检测激光器5的电子保险并给检测激光器供电，检测激光器5产生一定脉宽的激光进行光路检测，与此同时，点火控制单元2控制光开关9从断开状态切换至闭合状态形成完整的光通路，经过点火器光学窗口反射，部分检测激光被返回光纤接收并传输至对应的自检光电探测器13，自检光电探测器13将光信号转换为电信号反馈至点火控制单元2进行判断并在上位机1显示，自检完成；

3、信号判断：点火控制单元2将自检光电探测器13反馈回来的电信号与设定的阈值响应的进行比对，若实际值大于参考值，该路光路是完整的，则进行后续的点火作用，若实际值小于参考值，该路光路存在固有损耗和连接损耗之外的其他损耗，光路不完整，点火控制单元2将不完整光路的值反馈至上位机1显示，同时系统自动进入保险状态；

4、点火模式：光路自检合格后，上位机1发送相应的点火功能指令，点火控制单元2解除点火激光器的电子保险并给点火激光器供电，点火激光器4产生相应脉宽和能量的点火激光，同时耦合器8切换至点火光路而光开关9则根据相应的点火模式进行相应的光路的闭合，进而完成点火作用；

5、状态监测和点火延迟时间的测定：在进行点火作用的同时，通过分束器6分出来的点火激光会被传输至激光器光电探测器7，通过对这一束点火激光的监测来判断点火激光器4的工作状态；置于点火器10输出端的光探头12会捕捉点火药剂发火的光信号并传输至发火光电探测器14转换成电信号反馈至点火控制单元2，并在上位机1上显示，通过对光信号的捕捉判断点火器是否正常点火，与此同时点火控制单元2计算出对应点火器的点火延迟时间。

本发明的多路激光点火系统，不仅能够通过光电探测器进行光电转换反馈至点火控制单元判断药剂是否发火，即点火是否成功并且能检测点火器的点火延迟时间，而且能够大大增加药剂发火的可靠性。有别于单路多路激光点火系统，多路系统能够实现同步点火、多路时序点火和单路点火等多种点火方式。

Claims (4)

1.一种利用多路多功能半导体激光点火系统进行点火的方法，其特征在于，多路多功能半导体激光点火系统包括点火控制单元（2），点火激光器（4），检测激光器（5），耦合器（8），多路光开关（9），点火器（10），药剂（11），光探头（12），自检光电探测器（13）和发火光电探测器（14）；所述点火控制单元（2）分别与点火激光器（4）、检测激光器（5）、耦合器（8）、自检光电探测器（13）、发火光电探测器（14）连接并提供驱动和控制；所述点火激光器（4）和检测激光器（5）并联之后与耦合器（8）连接，所述耦合器（8）与多路光开关（9）连接，多个点火器（10）通过耦合光纤（15）与相应的光开关（9）和自检光电探测器（13）连接，所述光探头（12）与发火光电探测器（14）连接并固定在点火器（10）输出端；

还包括上位机（1），电子保险（3），分束器（6）和激光器光电探测器（7）；所述上位机（1）与所述点火控制单元（2）连接，所述上位机（1）内设有控制程序，通过控制程序实现多路同步点火，多路时序点火或单点点火；所述点火控制单元（2）和并联的点火激光器（4）和检测激光器（5）之间设有电子保险（3）；所述点火激光器（4）后端连接分束器（6），所述分束器（6）后端分别与激光器光电探测器（7）和耦合器（8）连接，所述激光器光电探测器（7）与点火控制单元（2）连接；

方法包括如下步骤：

步骤（1）保险模式：电子保险（3）处于保险状态，光开关（9）处于断开状态，点火激光器（4）与检测激光器（5）处于休眠状态，点火光路处于断路状态；

步骤（2）检测模式：电子保险（3）解除保险，点火控制单元（2）给检测激光器（5）供电，检测激光器产生检测激光，光开关（9）处于检测光路且光开关（9）处于闭合状态，系统进行多光路自检；

步骤（3）点火模式：点火控制单元（2）对步骤（2）检测模式接收到的检测信号进行判断，当检测信号大于光路完整参考值时，则自检合格，系统进行点火；电子保险（3）解保，点火控制单元（2）给点火激光器（4）供电，点火激光器（4）产生预设脉宽与功率的点火激光，光开关模组根据具体实施的点火功能进行动作，最终实现点火；所述步骤（3）中光开关模组根据具体实施的点火功能进行动作，具体为：

多路同步点火：通过上位机（1）程序控制光开关中每一路开关的闭合响应时间相同，达到多路开关同时闭合传导激光，实现多路同步点火；

或多路时序点火：通过上位机（1）程序控制光开关中每一路开关 的响应时间相同，依次设置每路开关闭合响应的延迟时间，达到多路开关按延迟时间依次闭合传导激光，实现多路时序点火；

或单点点火：通过上位机（1）程序控制光开关的开关响应，设置光开关中开关的闭合状态，若要实施单路点火，仅闭合所需闭合的开关传导激光，实现单路点火；

步骤（4）系统监测：通过分束器（6）分出来的点火激光输出到激光器光电探测器（7），通过激光器光电探测器（7）接收到的光信号实时监测点火激光器（4）的工作状态；光探头（12）捕捉点火药剂发火产生的光信号，通过光纤传输到发火光电探测器（14）进而判断点火药剂发火状态，通过与光开关（9）的切换时间进行对比，还可测定药剂的点火延迟时间。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述点火器（10）的光学窗口对点火激光的反射率<5%，对检测激光的反射率>99%。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述耦合光纤对检测激光的接受率＞60%。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述点火控制单元（2）对点火激光器（4）的功率和脉宽进行调节，功率调节范围为0~5W，脉宽调节范围0~100ms，步长1ms。

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