一种可实时自检的单波长双光纤半导体激光点火系统

本发明属于激光点火领域，具体涉及一种可实时自检的单波长双光纤半导体激光点火系统。

背景技术：

1、激光点火系统，是利用光纤将激光能量传送至点火器中进行点火作用的一种点火系统。由于是通过光纤传能而区别于传统的导线传能，因此具有防静电、防射频、防电磁脉冲等抗电磁环境干扰的能力。

2、传统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，激光点火系统运行状态的可靠性无法保障，所以对半导体激光点火系统的结构还需要进一步完善。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种可实时自检的单波长双光纤半导体激光点火系统，该系统能够实现光路自检、点火与激光器工作状态和药剂发火状态的实时监测等功能。

2、实现本发明目的的技术解决方案为：一种可实时自检的单波长双光纤半导体激光点火系统，包括点火控制单元，激光器，光开关，分束器，状态监测光电探测器，点火器，药剂，自检光电探测器；

3、点火控制单元分别与激光器、光开关、状态监测光电探测器、自检光电探测器连接并提供驱动和控制；

4、激光器通过第一光纤连接器与光开关连接，所述分束器一端通过第二光纤连接器与光开关连接，另一端分别与状态监测光电探测器、通过第三光纤连接器和耦合光纤与点火器相连，所述点火器通过耦合光纤、第三光纤连接器和第四光纤连接器分别与分束器和自检光电探测器连接。

5、进一步的，还包括上位机，上位机与点火控制单元连接，上位机内设有控制程序，通过控制程序实现点火。

6、进一步的，耦合光纤包括输入光纤和接收光纤，第三光纤连接器与输入光纤连接，第四光纤连接器与接收光纤连接。

7、进一步的，还包括电子保险，点火控制单元和激光器之间设有电子保险。

8、光开关后端通过第二光纤连接器连接分束器，所述分束器后端分别与状态监测光电探测器、通过第三光纤连接器和耦合光纤与点火器相连，所述状态监测光电探测器与点火控制单元连接。

9、进一步的，点火器的光学窗口的输出面对点火激光的反射率<5％。

10、进一步的，耦合光纤对检测激光的接受率＞5％。

11、进一步的，点火控制单元对激光器的功率和脉宽进行调节，功率调节范围为0～20w，脉宽调节范围0～200ms，步长1ms，光纤芯径为105～600μm。

12、一种利用上述的点火系统进行点火的方法，包括如下步骤：

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

14、(2)点火模式：点火控制单元对提前自检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，点火控制单元给激光器供电，激光器产生预设脉宽与功率的点火激光，光开关处于闭合状态，最终实现点火；

15、(3)系统监测：通过电子保险解除保险，点火控制单元给激光器供电，激光器产生小功率的检测激光，光开关处于闭合状态，系统进行光路的提前自检；通过分束器分出的点火激光输出到状态监测光电探测器，通过状态监测光电探测器接收到的光信号实时检测激光器的工作状态；自检光电探测器捕捉点火药剂发火产生的光信号判断点火药剂发火状态，通过与状态监测光电探测器接收光信号的时间进行对比，可测定药剂的点火延迟时间。

16、进一步的，步骤(3)中根据状态监测光电探测器和自检光电探测器检测的波形能对系统进行实时监测，具体为：

17、检测光路完整性：通过采集激光器输出检测激光后自检光电探测器显示的数据，与预先设定的自检阈值进行对比，检测整个系统光路的完整性；根据状态监测光电探测器采集的数据与理论值对比，判断分束器前后两端光路的完整性。

18、实时监测激光器的工作状态：通过采集激光器输出点火激光后状态监测光电探测器的数据，根据分束器的分束比计算出激光对药剂点火功率，实现对激光器工作状态的实时监测。

19、实时监测发火状态：通过采集激光器输出点火激光后状态监测光电探测器和自检光电探测器的数据，根据时间差值可计算药剂的点火延迟时间。预先标定药剂完全发火的时间长度，通过自检光电探测器显示的发火时间长度与完全发火的时间长度的对比，监测发火状态，若发火时间小于或等于设定脉宽，则药剂未发火；若发火时间介于设定脉宽与完全发火时间，则药剂处于半发火状态；若发火时间等于或大于完全发火时间，则药剂完全发火。

20、本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

21、(1)本发明通过在增加分束器与状态监测光电探测器，可完成对激光器的工作状态、光路的完整性与药剂的发火状态进行实时监测，优化了激光点火系统的自检功能；

22、(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激光器的工作状态；

23、(3)本发明的自检光电探测器可捕捉点火药剂的发火光信号，能够监测点火器是否发火的状态，并能够对比状态监测光电探测器测算药剂的点火延迟时间。

技术特征：

1.一种可实时自检的单波长双光纤半导体激光点火系统，其特征在于，包括点火控制单元(2)，激光器(4)，光开关(6)，分束器(8)，状态监测光电探测器(9)，点火器(12)，药剂(13)，自检光电探测器(15)；

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括上位机(1)，所述上位机(1)与点火控制单元(2)连接，所述上位机(1)内设有控制程序，通过控制程序实现点火。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述耦合光纤(11)包括输入光纤(11-1)和接收光纤(11-2)，所述第三光纤连接器(10)与输入光纤(11-1)连接，所述第四光纤连接器(14)与接收光纤(11-2)连接。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括电子保险(3)，所述点火控制单元(2)和激光器(4)之间设有电子保险(3)。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光开关(6)后端通过第二光纤连接器(7)连接分束器(8)，所述分束器(8)后端分别与状态监测光电探测器(9)、通过第三光纤连接器(10)和耦合光纤(11)与点火器(12)相连，所述状态监测光电探测器(9)与点火控制单元(2)连接。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，点火器(12)的光学窗口(16)的输出面对激光的反射率<5％，耦合光纤(11)对检测激光的接受率＞5％。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，点火控制单元(2)对激光器(4)的功率和脉宽进行调节，功率调节范围为0～20w，脉宽调节范围0～200ms，步长1ms，光纤芯径为105～600μm。

8.一种基于权利要求1-7任一项所述的点火系统进行点火的方法，其特征在于，包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(3)中根据状态监测光电探测器(9)和自检光电探测器(15)采集的数据对系统状态进行实时监测，具体为：

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，若发火时间小于或等于设定脉宽，则药剂(13)未发火；若发火时间介于设定脉宽与完全发火时间，则药剂(13)处于半发火状态；若发火时间等于或大于完全发火时间，则药剂(13)完全发火。

技术总结本发明涉及一种可实时自检的单波长双光纤半导体激光点火系统及点火方法。包括点火控制单元，激光器，光开关，点火器，药剂，分束器，状态监测光电探测器和自检光电探测器；点火控制单元分别与激光器、光开关、自检光电探测器、状态监测光电探测器连接并提供驱动和控制；激光器与光开关连接，分束器通过光纤与点火器、状态监测光电探测器和光开关连接，点火器和自检光电探测器连接。本发明通过状态监测光电探测器能够实现对激光器的工作状态、光路完整性和药剂的发火状态进行实时检测，优化了激光点火系统的自检功能。技术研发人员：吴立志,张扶摇,曹金乐受保护的技术使用者：南京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/26