[實用新型]一種單顆微粒燃料微燃燒、氣化懸浮、成像及檢測系統

有效

• 申請號: 201320517212.8
• 申請日: 2013-08-22
• 公開（公告）號: CN203465172U
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 李盛姬;黃雪峰
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G01N15/00
• 分類號: G01N15/00;G01N15/02;G01J5/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本實用新型屬于微燃燒技術領域，涉及一種單顆微粒燃料微燃燒、氣化懸浮、成像及檢測系統。

背景技術

隨著微電機械系統（MEMS）技術的發展，因能滿足可攜帶電子設備的長時間供電和微小型航空航天設備高性能動力源和電源的需求，微能源系統的研究引起了廣泛的重視，如微/納衛星、微飛行器、“陸軍勇士”單兵作戰系統、機器螞蟻、移動式電子設備微能源系統等。傳統微能源系統大多基于微鋰電池組進行供電，但鋰電池組供電存在諸多不足：能量密度較低、供電時間較短、重復使用時充電時間較長等，因此難以滿足新型微能源系統體積小、重量輕、能量密度高、不間斷長時間供電等的要求。

1996年，由MIT的Epstein和Senturia首次提出新型微能源系統“Power?MEMS”，可產生電能20W和推力0.125N。而后“Power?MEMS”擴展到微燃料電池、微型核電池、微型熱機系統等。

微燃料電池具有操作溫度低(80～100℃)效率較高(20～30%)的優勢，但系統極其復雜，尤其是燃料轉化器等。微型核電池具有供電時間長(衰變50年)、受干擾小的優勢，但有供能低(數mW)，放射源不安全、衰變控制難、微型化難等問題。微型熱機是通過微尺度燃燒將燃料化學能轉換為熱能，再轉換為電能或者推力的一種微能源系統，包括微熱電系統、微熱光伏系統、微燃燒透平/發動(電)機系統。這三種微型熱機系統各自具有優缺點，但每個系統都需要對燃料進行微燃燒。

目前，基于微燃燒的微能源系統所使用的燃料普遍為氣體燃料，因為氣體燃料的燃燒熱值高，易于點燃,假設能量轉換效率為20%，氣體燃料燃燒能量密度也能達到2000W-hr/Kg以上。但氣體燃料不易存儲、攜帶，對于微型航空航天設備以及便攜式設備而言是一個較大的問題。因此存在一個疑問：微燃燒燃料能否使用液體或固體微顆粒燃料？

如果使用液體或固體微顆粒燃料，如何對微燃燒進行有效操控？如何集成微燃燒系統？

本實用新型采用全光學式顆粒懸浮定位、點燃成像，以及對微顆粒燃料微燃燒進行無干擾式測試，最能反映微燃燒和氣化真實性，還原其本質，有效揭示其機理，可作為標準性燃燒和氣化測試方法。

發明內容

本實用新型為了解決使用液體或固體微顆粒燃料微燃燒系統中微燃燒有效控制及系統集成問題，提出了一種單顆微粒燃料微燃燒、氣化懸浮、點燃、成像及檢測系統。

本實用新型采取的技術方案為：

單顆微粒燃料微燃燒、氣化懸浮、點燃、成像及檢測系統，包括第一激光驅動器、第一激光器、第二激光驅動器、第二激光器、第一反光鏡、第一分光鏡、倒置望遠鏡、第二分光鏡、高倍物鏡、微顆粒燃料、微燃燒芯片、三維電動位移平臺、聚光鏡、第三分光鏡、可變光闌、集光鏡、光源、第一透鏡、濾光片、四象限探測器、第二透鏡、第三分光鏡、CCD相機、第二反光鏡和紅外攝像機。

第一激光器發出的光通過第一分光鏡、倒置望遠鏡、第二分光鏡和高倍物鏡形成聚焦光斑來懸浮微顆粒燃料；通過調節第一激光驅動器的驅動電流提高第一激光器的輸出功率至微顆粒燃料點燃；微粒燃燒發出的紅外輻射光通過高倍物鏡、第二分光鏡、第二透鏡、第三分光鏡、第二反光鏡到達紅外攝像機進行成像和微粒溫度分布檢測；所述的微顆粒燃料放置于微燃燒芯片中。

第二激光器發出的光通過第一反光鏡、第一分光鏡、倒置望遠鏡、第二分光鏡、高倍物鏡、微顆粒燃料、微燃燒芯片、聚光鏡、第三分光鏡、第一透鏡、濾光片到達四象限探測器，獲得微顆粒燃料的位置，第二激光器由第二激光驅動器驅動和控制。

光源發出的光通過集光鏡、可變光闌、第三分光鏡、聚光鏡對微燃燒芯片進行均勻照明；照明光通過高倍物鏡、第二分光鏡、第二透鏡、第三分光鏡到達CCD相機進行成像、微粒形狀和粒徑檢測。

本實用新型采用全光學式顆粒懸浮定位、點燃以及測試方法，對顆粒微燃燒和氣化進行無干擾式測試，最能反映微燃燒和氣化真實性，還原其本質，有效揭示其機理，可作為標準性燃燒和氣化測試方法，克服現有微燃燒和氣化機理研究的難題。該技術不僅能應用于能源領域，而且可用于環境化學、生命科學、生物醫藥和航空航天等諸多領域。

附圖說明

圖1為本實用新型的系統結構示意圖；

圖2為本實用新型的單顆微粒燃料懸浮和點燃示意圖；

圖3為本實用新型的微顆粒燃料的位置測試示意圖；

圖4為本實用新型的微顆粒燃料及微燃燒芯片照明示意圖；

圖5為本實用新型的微顆粒燃料形狀、粒徑和溫度分布測試示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型作進一步說明。