射频板条CO2激光器匹配系统可变电容器的自动调节装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种射频板条ＣＯ↓［２］激光器匹配系统可变电容器的自动调节装置及方法，所述装置它包括可变电容Ｃ↓［１］与Ｃ↓［２］、电感Ｌ、同轴电缆（８）、射频板条ＣＯ↓［２］激光器（７）、射频源（１）、微波检波器（２）、小信号放大电路（３）、ＰＬＣ（４）和步进电机（５）。所述方法的具体调节步骤如下：一、射频源输入占空比≤２０％的射频脉冲，激光器起辉，同时步进电机以５０～７０°／ｓ速度正、反转调节可变电容器Ｃ↓［２］；二、射频源输入４０～６０％占空比满功率射频脉冲，同时步进电机以３～１０°／ｓ速度反、正转调节可变电容器Ｃ↓［２］。本发明专利技术使射频板条ＣＯ↓［２］激光器顺利起辉、稳定放电。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种射频板条CO2激光器，尤其是涉及一种射频板条CO2激光器匹配系统的自动调节装置及方法。属激光器

技术介绍
射频板条CO2激光器由两只可变电容C1、C2和一只电感L构成了π型网络阻抗变换器，它将激光器的等离子体阻抗变换成与射频电源相连的同轴电缆50Ω特性阻抗，从而实现射频能量从射频源向激光器的无反射传输。在国家专利技术专利申请(200610098045.2)“脉冲射频板条CO2激光器的起辉、稳定放电方法”中，π型网络的可变电容器C2在输入低占空比射频脉冲、激光器起辉以后以及在此后输入50％占空比满负荷的射频脉冲能量，激光器的匹配系统可变电容器C2都要加以调节，以使激光器稳定运行。本专利技术涉及了该可变电容器C2的自动调节装置及方法。 美国专利“射频泵浦系统”，专利号为4451766叙述了一种输出射频功率100～500W的激光射频源，该射频源完全使用电子学方法，利用反馈电路改变变容二极管的电压，从而改变其电容以补偿激光器放电后电容量的变化，实现了激光器与射频源的匹配。这里的变容二极管的电容量为1～2pf，因此，补偿电容量的能力非常有限，只能用于10～50W激光功率的射频CO2激光器上。我们的激光器输出脉冲激光功率的最大值达600W。激光器放电后，其等离子体的电容较未放电时激光器极板之间的电容增加了上百个pf，从而变容二极管方法的电容补偿对大功率射频板条CO2激光器的自动调配是无能为力的。 国外还有使用基于大规模集成电路技术的网络分析仪，同时测量出射频放电等离子体的输入点的射频功率的幅度及相位两个参数，用其反馈控制匹配电路的电容器，从而实现射频源与放电等离子体的匹配。虽然测量出的射频放电等离子体输入点射频功率的幅度、相位两个参数对匹配非常有效，但是测量仪器是基于大规模集成电路技术的网络分析仪，价格昂贵。激光器作为产品，每台激光器的阻抗匹配器内部都配备一个网络分析仪，就会大大地增加了成本，降低产品的市场竞争力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种使射频板条CO2激光器顺利起辉、稳定放电的射频板条CO2激光器匹配系统可变电容器的自动调节装置及方法。 本专利技术的目的是这样实现的一种射频板条CO2激光器匹配系统可变电容器的自动调节装置，其特征在于它包括可变电容C1与C2、电感L、同轴电缆、射频板条CO2激光器、射频源、微波检波器、小信号放大电路、PLC和步进电机，将可变电容C1和C2的正极用电感L相连，将可变电容C1的正极与50Ω的同轴电缆相连，将可变电容C2的正极与射频板条CO2激光器的电极相连，将可变电容C1和C2的负极接地，构成了π型网络阻抗匹配器，将同轴电缆与射频源的输出端相连，将射频源的反向定向耦合器的反射功率监测端与微波检波器的输入端相连，微波检波器的输出端与小信号放大电路的输入端相连，小信号放大电路的输出端与PLC的模拟量输入端相连，其中PLC采用晶体管输出型的PLC来实现脉冲输出功能，PLC的脉冲输出端与步进电机的控制器相连，步进电机的输出轴端连接可变电容C2。 本专利技术在射频电源的定向藕合器反射功率监测端，安装一个微波检波器，用与反射功率成正比的检波电压反馈驱动步进电机旋转激光器匹配电路的可变电容器而达到匹配。本专利技术无需使用复杂的网络分析仪，也无需反射功率的相位参数，就可以机械地改变激光器匹配电路可变电容器的电容，实现了全固态脉冲射频源与激光器的阻抗自动匹配。简化了装置，减少了测量参数，大大地降低了成本，增加了激光器的市场竞争力。 本专利技术的具体调节步骤如下步骤一、射频源输入占空比≤20％的射频脉冲，激光器起辉，设置微波检波器射频反射功率的采样周期T为200～00ms，每个采样周期Tn采样一次射频反射功率值Prn，并与上一个采样周期Tn-1的采样值Prn-1作比较，同时步进电机以50～70°/s速度正转调节可变电容器C2，此时Prn-1＞Prn，射频反射功率呈减小趋势，步进电机继续以50～70°/s速度正转调节可变电容器C2直至Prn-1＜Prn，这时说明射频反射功率已经过极小值点并呈增大趋势，步进电机则以10～20°/s速度反转调节可变电容器C2使射频反射功率减小，若再次出现Prn-1＜Prn，步进电机则再以10～20°/s速度正转调节可变电容器C2使射频反射功率减小，若调节射频反射功率在减小的过程中，不能达到停止旋转的条件而再次出现反射功率增大的情况，则步进电机则以10～20°/s速度反转调节C2，使反射再次减小，在步进电机以低速旋转使射频反射功率减小的过程中，不论C2是正转还是反转，取射频反射功率减小量ΔPr1＝Prn-1-Prn，若射频反射功率减小量ΔPr1＜设定反射功率减小量δ1，则步进电机停止旋转，调节结束；若反射功率减小量ΔPr1＞设定反射功率减小量δ1，步进电机继续以当前的速度和方向调节C2直至ΔPr1＜δ1，在调节可变电容器C2使激光器的等离子体阻抗的匹配的过程中，射频反射功率值表现为有极小值的单极值曲线，因此，一旦出现增大趋势，立刻再反方向旋转，就能使射频反射功率值保持在最小值附近；步骤二、射频源输入40～60％占空比满功率射频脉冲，设置微波检波器射频反射功率的采样周期T为50～200ms，每个采样周期Tm采样一次射频反射功率值Prm，并与上一个采样周期Tm-1的采样值Prm-1作比较，同时步进电机以3～10°/s速度反转调节可变电容器C2，此时Prm-1＞Prm，射频反射功率呈减小趋势，步进电机继续以3～10°/s速度反转调节C2直至Prm-1＜Prm，射频反射功率呈增大趋势，步进电机则以3～10°/s速度正转调节C2使射频反射功率减小从而使Prm-1＞Prm，若再次出现Prm-1＜Prm，步进电机则再以3～10°/s速度反转调节C2使射频反射功率减小，在射频反射功率减小的过程中，不论C2是正转还是反转，取射频反射功率减小量ΔPr2＝Prm-1-Prm，若反射功率减小量ΔPr2＜设定反射功率减小量δ2，则步进电机停止旋转，取当前的射频反射功率为最小射频反射功率Prmin，此次调节结束；若反射功率减小量ΔPr2＞设定反射功率减小量δ2，步进电机继续以当前的速度和方向调节C2直至ΔPr2＜δ2，在输入满功率射频脉冲，调节可变电容器C2使激光器的等离子体阻抗的匹配需要一个时间，该过程中射频反射功率值表现为有极小值的单极值曲线，因此，一旦出现增大趋势，立刻再反方向旋转，就能使射频反射功率值保持在最小值附近，在激光器稳定运行过程中，取最小射频反射功率增加量ΔPrmin＝当前射频反射功率-最小射频反射功率Prmin，一旦出现ΔPrmin＞设定射频反射功率允许值δPrmin，则再次启动步进电机进行调节。 显然本专利技术也不同于美国专利4451766纯粹以电子学方式实现的自动匹配方法。在大功率射频板条CO2激光器的自动匹配中，美国专利4451766解决不了大电容量的补偿，而本专利技术就显出了生命力。在峰值功率8kW的脉冲射频源与激光器的自动匹配应用中，经长时间运转验证，本专利技术是大功率射频激光器的一个简便、可靠、切实可行的匹配器自动调节方法。附图说明图1为本专利技术的电路框图。 图2为本专利技术的低占空比起辉调节流程图。 图3为本专利技术的50％占空比满功率运行调节流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种射频板条ＣＯ↓［２］激光器匹配系统可变电容器的自动调节装置，其特征在于：它包括可变电容Ｃ↓［１］与Ｃ↓［２］、电感Ｌ、同轴电缆（８）、射频板条ＣＯ↓［２］激光器（７）、射频源（１）、微波检波器（２）、小信号放大电路（３）、ＰＬＣ（４）和步进电机（５），将可变电容Ｃ↓［１］和Ｃ↓［２］的正极用电感Ｌ相连，将可变电容Ｃ↓［１］的正极与５０Ω的同轴电缆（８）相连，将可变电容Ｃ↓［２］的正极与射频板条ＣＯ↓［２］激光器（７）的电极相连，将可变电容Ｃ↓［１］和Ｃ↓［２］的负极接地，构成了π型网络阻抗匹配器（６），将同轴电缆（８）与射频源（１）的输出端相连，将射频源（１）的反向定向耦合器的反射功率监测端与微波检波器（２）的输入端相连，微波检波器（２）的输出端与小信号放大电路（３）的输入端相连，小信号放大电路（３）的输出端与ＰＬＣ（４）的模拟量输入端相连，其中ＰＬＣ（４）采用晶体管输出型的ＰＬＣ来实现脉冲输出功能，ＰＬＣ（４）的脉冲输出端与步进电机（５）的控制器相连，步进电机（５）的输出轴端连接可变电容Ｃ↓［２］。

【技术特征摘要】
1.一种射频板条CO2激光器匹配系统可变电容器的自动调节装置，其特征在于它包括可变电容C1与C2、电感L、同轴电缆(8)、射频板条CO2激光器(7)、射频源(1)、微波检波器(2)、小信号放大电路(3)、PLC(4)和步进电机(5)，将可变电容C1和C2的正极用电感L相连，将可变电容C1的正极与50Ω的同轴电缆(8)相连，将可变电容C2的正极与射频板条CO2激光器(7)的电极相连，将可变电容C1和C2的负极接地，构成了π型网络阻抗匹配器(6)，将同轴电缆(8)与射频源(1)的输出端相连，将射频源(1)的反向定向耦合器的反射功率监测端与微波检波器(2)的输入端相连，微波检波器(2)的输出端与小信号放大电路(3)的输入端相连，小信号放大电路(3)的输出端与PLC(4)的模拟量输入端相连，其中PLC(4)采用晶体管输出型的PLC来实现脉冲输出功能，PLC(4)的脉冲输出端与步进电机(5)的控制器相连，步进电机(5)的输出轴端连接可变电容C2。2.一种如权利要求1所述的射频板条CO2激光器匹配系统可变电容器的自动调节方法，其特征在于该方法的具体调节步骤如下步骤一、射频源输入占空比≤20％的射频脉冲，激光器起辉，设置微波检波器射频反射功率的采样周期T为200～00ms，每个采样周期Tn采样一次射频反射功率值Prn，并与上一个采样周期Tn-1的采样值Prn-1作比较，同时步进电机以50～70°/s速度正转调节可变电容器C2，此时Prn-1＞Prn，射频反射功率呈减小趋势，步进电机继续以50～70°/s速度正转调节可变电容器C2直至Prn-1＜Prn，这时说明射频反射功率已经过极小值点并呈增大趋势，步进电机则以10～20°/s速度反转调节可变电容器C2使射频反射功率减小，若再次出现Prn-1＜Prn，步进电机则再以10～20°/s速度正转调节可变电容器C2使射频反射功率减小，若调节射频反射功率在减小的过程中，不能达到停止旋转的条件而再次出现反射功率增大的情况，则...

【专利技术属性】
技术研发人员：高允贵，胡浩，丁义国，李向阳，顾鸿璋，朱永祥，牟文智，张龙华，
申请(专利权)人：江苏新潮科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]