具有悬臂式构件的无氪-85的火花间隙制造技术

本公开的实施例涉及一种火花间隙(104)装置，其包括具有第一表面的第一电极(102)和具有第二表面的第二电极(106)，第二表面相对于第一表面偏移且面向第一表面。火花间隙装置还包括联接到第一电极的悬臂式构件(100)，悬臂式构件构造成生成场发射、电晕放电或两者，以朝向至少第一表面发射光，使得光子入射在第一表面上，并且引起从第一表面的电子发射。火花间隙装置可不包括放射性组分。

Krypton-85 spark gap with cantilever components

An embodiment of the present disclosure relates to a spark gap (104) device comprising a first electrode (102) with a first surface and a second electrode (106) with a second surface, which is offset relative to the first surface and faces the first surface. The spark gap device also includes a cantilever member (100) connected to the first electrode, which is constructed to generate field emission, corona discharge or both to emit light towards at least the first surface so that photons incident on the first surface and cause electron emission from the first surface. Spark gap devices do not include radioactive components.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有悬臂式构件的无氪-85的火花间隙对相关申请的交叉引用本申请要求于2016年8月17日提交的题为“使用场发射或电晕放电的无氪85的火花间隙(KRYPTON85-FREESPARKGAPUSINGFIELD-EMISSIONORCORONADISCHARGE)”的美国临时专利申请No.62/376306的权益和优先权，该美国临时专利申请通过引用而以其整体结合到本文中。
本文中公开的主题涉及用于在点火系统或其它合适的系统中使用的火花间隙。
技术介绍
火花间隙为无源的双端式开关，当在端子两端的电压为低时，其打开，且当在端子两端的电压超出设计值(例如，3kV)时，则其闭合。在电流已下降至低水平时或者在来自电压源的大部分能量已耗散时，火花间隙则重新打开。在内部，电流在两个金属电极之间传输，该两个金属电极由小的“间隙”(~mm)分开，该“间隙”填充有接近大气压力的气体或气体混合物(例如，Ar-H2-Kr)。气体通常为绝缘的，但是当在两个电极之间的电压超出对应于击穿电压的设计值时，气体变成导电的等离子体“火花”。对于各种应用，所关心的一个参数可为当足够的电压施加于火花间隙时的时间与在火花间隙变得导电时的时间之间的时间。该时间对应于引发气体从绝缘体转变成导体的“击穿”过程。存在电击穿的理想化但有用的观点，其将电击穿视为两步式过程—第一电子出现的“统计”时间，接着是电子“雪崩”到高度导电状态的“形成”时间。自由电子在某一时间且在间隙中的某一位置处出现，并且由电极之间的势差产生的电场加速。一旦电子获取足够的能量，则对于其电离气体原子或分子且释放第二自由电子而言便存在一定可能性。然后各电子加速并且重复该过程，从而导致使气体高度导电的电子雪崩。能量获取和倍增过程必须克服各种能量损失和粒子损失过程，并且为了实现最大效率，应当在优选的位置(例如，在负电极处或负电极附近)产生第一自由电子。第二(雪崩)过程所需的时间为“形成时滞”。其大体上很短，并且几乎可忽略不计。因此，第一过程(初始电子)所需的时间为“统计时滞”，并且其为在实践中所主要关心的该“第一电子问题”。在一些装置(诸如实验室设备或大型放电灯)中，“第一电子问题”只不过是通过等待宇宙射线在其与装置内的气体原子、气体分子或表面碰撞时产生自由电子来解决。电子-离子对总是通过高能宇宙射线在大气空气中以给定的速率产生，该高能宇宙射线可容易地穿透到装置和结构内的气体空间(volume)中。盖革(Geiger)计数器为检测这样的事件的装置的示例。然而，不可依赖于普遍存在的宇宙射线过程而在所需的时间帧内产生对于结合火花间隙的许多装置的可靠运行而言可为需要的有效自由电子。特别地，对于采用火花间隙的装置，时间帧典型地太短而不能依赖于基于宇宙射线的过程，这是因为相互作用空间(电极之间的区域)相对较小。作为替代，在火花间隙背景下(以及在处理类似问题的其它装置(诸如小型放电灯)中)解决第一电子问题的常规方法是添加例如呈放射性氪-85(例如，85Kr)的形式的放射性源，其经历β衰变以发射高能(687keV)电子，以生成种子电子并且将统计时滞减小到可接受的值。有时使用其它放射性材料，诸如氚或钍。放射性组分的添加有时被称为“放射性激励”。然而，放射性材料(甚至在微量水平下)在构件或产品中大体上是不合期望的，这是因为这些材料增加了制造、搬运和运输的成本。
技术实现思路
在一个实施例中，一种火花间隙装置包括具有第一表面的第一电极、具有相对于第一表面偏移且面向第一表面的第二表面的第二电极以及联接到第一电极的第三表面的悬臂式构件，其中悬臂式构件构造成生成场发射、电晕放电或两者，以朝向至少第一表面发射光，使得在火花间隙运行时通过场发射、电晕放电或两者而发射的光子入射在第一表面上，并且引起从第一表面的电子发射。在另一实施例中，一种点火装置包括：一个或多个点火器，其构造成在运行期间对燃料流或蒸汽点火；和一个或多个激发器构件，其各自连接到相应的点火器，其中各个激发器构件包括具有悬臂式构件的火花间隙，悬臂式构件构造成在火花间隙运行时生成场发射、电晕放电或两者。在另外其它的实施例中，一种用于生成导电等离子体的方法包括在包括第一电极和第二电极的火花间隙两端施加电压，其中第一电极包括面向第二电极的表面，并且其中悬臂式构件联接到第一电极；经由场发射、电晕放电或两者而在悬臂式构件的末端部分处生成自由电子；以及继生成自由电子之后，横跨火花间隙而生成导电等离子体。附图说明在参照附图来阅读以下详细描述时，本专利技术的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，在附图中，同样的字符在所有附图中表示同样的部件，其中：图1描绘了在火花间隙运行中相对于时间的电压，以便示出与本方法有关的概念；图2描绘了根据本公开的方面的具有悬臂式构件的火花间隙，悬臂式构件构造成经由场发射、电晕放电或两者而发射光；图3为根据本公开的方面的图2中的悬臂式构件的示意图；图4为根据本公开的方面的包括图2中的悬臂式构件的火花间隙的性能相比于不包括悬臂式构件的火花间隙的性能的图解说明；以及图5描绘了采用点火构件的发动机，这里为喷气式发动机，点火构件包括如本文中论述的且根据本公开的方面的火花间隙。具体实施方式下文将描述一个或多个特定实施例。为了提供这些实施例的简明描述，在说明书中可不描述实际实施方式的所有特征。应当认识到，在任何这样的实际实施方式的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须作出许多特定实施方式的决定，以实现开发者的特定目标，诸如符合与系统相关和与商业相关的约束，这可从一个实施方式到另一实施方式而不同。此外，应当认识到，这样的开发努力可为复杂且耗时的，但是对于受益于本公开的普通技术人员而言，仍将是设计、制作和制造的例行任务。当介绍本专利技术的各种实施例的元件时，冠词“一”、“一种”、“该”和“所述”旨在意味着存在元件中的一个或多个。用语“包含”、“包括”和“具有”旨在为包括性的，并且意味着可存在除了列出的元件之外的额外元件。此外，以下论述中的任何数值示例旨在为非限制性的，并且因此额外的数值、范围和百分比处于所公开的实施例的范围内。本方法涉及火花间隙，诸如在用于燃机的点火系统中以及在其它背景(诸如电涌保护、功率切换等)下使用的火花间隙。作为对本文中使用的概念和术语的介绍，火花间隙的运行的说明性示例在图1中被示出。在该示例中，如果电压波形10为斜坡，电压升高的速率为6kV/s，并且期望的额定电压为3±0.05kV，则从点12(达到足以使火花间隙点燃的电压的时间)到点14(火花间隙闭合时的时间)的总时间应当不超过17ms。该时间对应于引发气体从绝缘体转变成导体的“击穿”过程。如可从图1中认识到的那样，击穿电压32取决于火花间隙的固有性质，以及由电路的其它部分限定的电压斜坡10。如果电压升高的速率较慢，则点12与点14之间的电压升高量减小，因此点12有时被称为火花间隙的“固有”击穿电压，因为其不取决于电路性质。如上文注意到的那样，电击穿的理想化但有用的观点是将电击穿视为两步式过程，其中第一分量对应于用于使第一电子出现(在时间20处)的“统计”时间16，接着第二分量对应于用于使电子“雪崩”到高度导电状态的“形成”时间18，高度导电状态出现在火花间隙闭合时的时间22处。在该示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种火花间隙装置，包括：第一电极，其具有第一表面；第二电极，其具有相对于所述第一表面偏移且面向所述第一表面的第二表面；以及悬臂式构件，其联接到所述第一电极的第三表面，其中所述悬臂式构件构造成生成场发射、电晕放电或两者，以朝向至少所述第一表面发射光，使得在所述火花间隙运行时通过所述场发射、所述电晕放电或两者而发射的光子入射在所述第一表面上，并且引起从所述第一表面的电子发射。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.17 US 62/376306;2017.01.06 US 15/4007361.一种火花间隙装置，包括：第一电极，其具有第一表面；第二电极，其具有相对于所述第一表面偏移且面向所述第一表面的第二表面；以及悬臂式构件，其联接到所述第一电极的第三表面，其中所述悬臂式构件构造成生成场发射、电晕放电或两者，以朝向至少所述第一表面发射光，使得在所述火花间隙运行时通过所述场发射、所述电晕放电或两者而发射的光子入射在所述第一表面上，并且引起从所述第一表面的电子发射。2.根据权利要求1所述的火花间隙装置，其特征在于，所述悬臂式构件包括具有第一部分和第二部分的“L”形状。3.根据权利要求2所述的火花间隙装置，其特征在于，所述第一部分从所述第一电极沿径向向外延伸第一距离，并且其中所述第二部分从所述第一部分沿轴向延伸第二距离。4.根据权利要求3所述的火花间隙装置，其特征在于，所述第一距离在3毫米(mm)与5mm之间。5.根据权利要求3所述的火花间隙装置，其特征在于，所述第二距离在3毫米(mm)与5mm之间。6.根据权利要求2所述的火花间隙装置，其特征在于，所述第二部分延伸超过所述第一电极的表面。7.根据权利要求1所述的火花间隙装置，其特征在于，所述悬臂式构件包括在所述第一电极的第二直径的1%与5%之间的第一直径。8.根据权利要求1所述的火花间隙装置，其特征在于，所述第一电极包括阴极，并且所述第二电极包括阳极。9.根据权利要求1所述的火花间隙装置，其特征在于，所述火花间隙装置不包括放射性组分。10.根据权利要求1所述的火花间隙装置，其特征在于，所述悬臂式构件构造成发射所述场发射、所述电晕放电或两者，以朝向所述第二表面发射所述光。11.一种点火装置，包...

【专利技术属性】
技术研发人员：JD迈克尔，TJ佐默雷尔，K杨西，M拉马内，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US