本發(fā)明屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種利用電極法測量激光誘導(dǎo)等離子體點燃時間的測量裝置。

背景技術(shù)：

現(xiàn)如今，激光點火成為了熱點的發(fā)動機(jī)點火方式。當(dāng)高能激光聚焦在空氣中，就會誘導(dǎo)空氣擊穿，形成高壓高溫的激光等離子體。激光等離子體向外告訴膨脹推動周圍的氣體形成高速傳播的沖擊波，沖擊波的強(qiáng)度已能滿足點火應(yīng)用的要求。但是利用激光誘導(dǎo)等離子體技術(shù)為發(fā)動機(jī)點火需要解決的一個非常重要的問題就是要精確地控制點燃時間。因此，需要一種能夠準(zhǔn)確的測量激光誘導(dǎo)等離子體點燃時間的裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(一)發(fā)明目的

本發(fā)明的目的是：針對上述準(zhǔn)確測量激光誘導(dǎo)等離子體點燃時間的要求，提出一種精度高、操作方便的等離子體點燃時間的測量裝置。(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種激光誘導(dǎo)等離子體點燃時間測量裝置，其包括：電路模塊、光路模塊和示波器；電路模塊包括直流電源、與直流電源連接的電阻、與電阻連接的第一銅針和與直流電源連接的第二銅針；電阻兩端分別連接示波器；光路模塊包括納秒脈沖激光器、分光鏡、凸透鏡、漫反射屏和光纖探頭，納秒脈沖激光器、分光鏡、凸透鏡三者同軸布置，且凸透鏡的匯聚焦點位于兩個銅針之間的間隙中心，漫反射屏位于分光鏡的反光側(cè)，光纖探針設(shè)置于漫反射屏的反射光線側(cè)且與示波器連接。

其中，所述電路模塊中，兩個銅針之間未產(chǎn)生等離子體時，電路模塊為斷路，電阻兩端沒有電壓信號；當(dāng)脈沖激光在兩個銅針的間隙中擊穿空氣產(chǎn)生等離子體，電路成為閉合回路，電阻兩端產(chǎn)生電壓信號輸入到示波器中，通過示波器顯示的波形得到等離子體的產(chǎn)生以及結(jié)束的時間。

其中，所述光路模塊中，納秒脈沖激光器出射的激光經(jīng)分光鏡后，透射的一部分激光經(jīng)凸透鏡匯聚，擊穿兩個銅針之間間隙處的空氣產(chǎn)生等離子體，用于測量等離子體的產(chǎn)生以及結(jié)束時間；光纖探頭將探測到的光信號導(dǎo)入到示波器中，得到激光器的出光時刻，通過計算激光器出光時刻與等離子體產(chǎn)生時刻的時間差，即得到等離子體的點燃時間。

其中，所述兩個銅針之間有4-6mm的間隔。

其中，所述兩個銅針之間間隔為5mm。

其中，所述直流電源選用5V直流電源，直流電源負(fù)極連接電阻，正極連接第二銅針。

本發(fā)明還提供了一種激光誘導(dǎo)等離子體點燃時間測量方法，其包括以下步驟：

1、搭建光路模塊及電路模塊，調(diào)節(jié)凸透鏡的位置，使納秒脈沖激光聚焦在兩銅針之間；

2、將示波器調(diào)為外觸發(fā)模式，由光纖探頭信號進(jìn)行觸發(fā)；

3、控制激光器觸發(fā)單個納秒脈沖，保存示波器圖像，通過兩個通道的曲線變化，計算等離子體的點燃時間。

其中，單個納秒脈沖的能量設(shè)置為2J。

(三)有益效果

上述技術(shù)方案所提供的激光誘導(dǎo)等離子體點燃時間測量裝置，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，測量精度高。

附圖說明

圖1是等離子體產(chǎn)生及結(jié)束時間測量裝置。

圖2是等離子體點燃時間測量裝置。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、內(nèi)容和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

所謂的激光誘導(dǎo)等離子體點燃時間，就是從激光器出光時刻到激光擊穿空氣產(chǎn)生等離子體時刻的時間。前人實驗表明，普通氣體即使只有0.1％的氣體被電離，這種氣體就具備了很好的等離子體性質(zhì)，如果有1％的氣體被電離，這時的等離子體就成為了理想導(dǎo)電體。根據(jù)這一特性設(shè)計了如圖1的電路，包括直流電源、與直流電源連接的電阻、與電阻連接的第一銅針和與直流電源連接的第二銅針，電阻兩端分別連接示波器。

兩個銅針之間有4-6mm的間隔，優(yōu)選5mm間隔，未產(chǎn)生等離子體時，電路為斷路，電阻兩端沒有電壓信號。當(dāng)脈沖激光在兩個銅針的間隙中擊穿空氣產(chǎn)生等離子體，由于等離子體具有良好的導(dǎo)電特性，此時電路成為閉合回路，電阻兩端產(chǎn)生電壓信號輸入到示波器中，通過示波器顯示的波形就可以準(zhǔn)確的得到等離子體的產(chǎn)生以及結(jié)束的時間。

圖2裝置相對于圖1裝置增加了納秒脈沖激光器、分光鏡、凸透鏡、漫反射屏和光纖探頭，納秒脈沖激光器、分光鏡、凸透鏡三者同軸布置，且凸透鏡的匯聚焦點位于兩個銅針之間的間隙中心，漫反射屏位于分光鏡的反光側(cè)，光纖探針設(shè)置于漫反射屏的反射光線側(cè)且與示波器連接。

納秒脈沖激光器出射的激光經(jīng)分光鏡后，透射的一部分激光經(jīng)凸透鏡匯聚，擊穿兩個銅針之間間隙處的空氣產(chǎn)生等離子體，電路閉合，電阻兩端產(chǎn)生電壓信號輸入到示波器中，得到等離子體的產(chǎn)生以及結(jié)束時間；光纖探頭將探測到的光信號導(dǎo)入到示波器中，得到激光器的出光時刻，通過計算激光器出光時刻與等離子體產(chǎn)生時刻的時間差，即得到等離子體的點燃時間。

上述裝置中，直流電源選用5V直流電源，直流電源負(fù)極連接電阻，正極連接第二銅針。

基于上述裝置，激光誘導(dǎo)等離子體點燃時間測量方法包括以下步驟：

1、搭建光路及電路，通過調(diào)節(jié)凸透鏡的位置，使納秒脈沖激光聚焦在兩銅針之間

單個納秒脈沖的能量設(shè)置為2J；

2、將示波器調(diào)為外觸發(fā)模式，由光纖探頭信號進(jìn)行觸發(fā)；

3、控制激光器觸發(fā)單個納秒脈沖，保存示波器圖像，通過兩個通道的曲線變化，計算等離子體的點燃時間。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。