[發明專利]一種激光誘導金屬靶等離子體實現可燃氣體點火的方法及實現該方法的裝置

無效

• 申請號: 201310308638.7
• 申請日: 2013-07-22
• 公開（公告）號: CN103343982A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 于欣;李曉暉;劉倡;于楊;彭江波;樊榮偉;陳德應
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: F23Q13/00
• 分類號: F23Q13/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 張宏威

技術領域

本發明涉及一種實現可燃氣體點火的方法及實現該方法的裝置。

背景技術

傳統的火花塞點火為了提高貧燃點火的成功率，需要增大火花塞的放電電壓，大大縮短了火花塞的壽命，且火花塞處于燃燒系統內部，更換不易。而激光直接擊穿氣體誘導等離子體點火方法雖能一定程度上解決以上問題，但所需最小點火能量高，難以實現激光器的小型化，不利于應用于汽車或者其他小型的燃燒系統內部。

發明內容

本發明是為了解決現有的激光直接擊穿氣體誘導等離子體點火方法需要的最小點火能量高、點火成功率低、對激光器輸出能量要求高的問題，從而提供一種激光誘導金屬靶等離子體實現可燃氣體點火的方法及實現該方法的裝置。

一種激光誘導金屬靶等離子體實現可燃氣體點火的方法，它由以下步驟實現：

步驟一、將預混罐中的預混可燃氣體通入石英管；

步驟二、在石英管管口上方的側面放置金屬靶；采用Nd:YAG激光器發射激光光束，并利用聚焦裝置將該激光光束聚焦在金屬靶表面，誘導金屬靶產生等離子體，并將石英管口處的預混可燃氣體點燃。

實現上述方法的一種激光誘導金屬靶等離子體實現可燃氣體點火的裝置，其特征是：它包括N₂氣瓶4、O₂氣瓶5、CH₄氣瓶6、預混罐7、金屬靶8、石英管9、Nd:YAG激光器10、反射鏡11、分光鏡12和透鏡13；

所述N₂氣瓶4的出氣口與預混罐7的N₂進氣口連通；所述O₂氣瓶4的出氣口與預混罐7的O₂進氣口連通；所述CH₄氣瓶4的出氣口與預混罐7的CH₄進氣口連通；預混罐7的出氣口與石英管9的末端連通；金屬靶8設置在石英管9的管口上方的側面；

Nd:YAG激光器10產生的激光經反射鏡11反射至分光鏡12，經分光鏡12分成反射光和透射光；所述一號反射光出射至外部；透射光入射至透鏡13；經透鏡13聚焦至金屬靶8上。

它還包括雙通道能量計2，一號反射光入射至雙通道能量計2的探頭。

它還包括計算機1和延時發生器14，所述延時發生器14的延時信號輸出端與Nd:YAG激光器10的延時信號輸入端、雙通道能量計2的延時信號輸入端連接；所述雙通道能量計2的能量值信號輸出端與計算機1的能量值信號輸入端連接。

它還包括流量控制器3和三個電控閥，所述三個電控閥分別設置在N₂氣瓶4的出氣口處、O₂氣瓶5的出氣口處和CH₄氣瓶6的出氣口處；所述流量控制器3的三個控制信號輸出端與三個電控閥的控制信號輸入端連接。

Nd：YAG激光器輸出激光的波長為1064nm或532nm；輸出的脈沖能量在0.2mJ～20mJ之間；重復頻率為1Hz～100Hz；脈沖寬度為5ns～20ns。

金屬靶8的材質為鎢、鉭或不銹鋼。

分光鏡12的分束比為5%～20%。

石英管9的口徑為5mm～15mm。

透鏡13的焦距為50mm～250mm。

本發明提出一種激光誘導金屬靶等離子體實現可燃氣體點火的方法及實現該方法的裝置，能夠大幅度降低最小點火能量，并大幅度提高點火成功率，便于點火激光器的小型化和工程應用。

附圖說明

圖1是本發明中裝置的結構示意圖。

具體實施方式

具體實施方式一、結合圖1說明本具體實施方式，一種激光誘導金屬靶等離子體實現可燃氣體點火的方法，它由以下步驟實現：

步驟一、將預混罐中的預混可燃氣體通入石英管；

步驟二、在石英管管口上方的側面放置金屬靶；采用Nd:YAG激光器發射激光光束，并利用聚焦裝置將該激光光束聚焦在金屬靶表面，誘導金屬靶產生等離子體，并將石英管口處的預混可燃氣體點燃。

在上述過程中，還采用能量計測量激光光束經過分光鏡的反射能量，從而獲得最小點火能量。

步驟一中的氣體還可以為甲烷與空氣的混合氣體，或者N₂、O₂和CH₄的混合氣體。

本發明基于激光誘導金屬靶等離子體對混合可燃氣體進行點火，能夠解決目前激光直接擊穿空氣誘導等離子體點火方法需要的最小點火能量高、點火成功率低、對激光器輸出能量要求高的問題。