一种大功率准分子激光放电腔温度控制系统和方法技术方案

一种大功率准分子激光放电腔温度控制系统和方法，所述系统包括温度探测部、冷却管路、加热部和控制模块；冷却管路上设有比例阀和换热器；换热器设置在激光放电腔内部，在冷却介质流动方向上，比例阀位于换热器前端；比例阀内部设有第一阀芯和第二阀芯，第一阀芯和第二阀芯并联在比例阀的阀进口和阀出口之间；第一阀芯的最大开度大于第二阀芯的最大开度，第一阀芯的最小开度大于第二阀芯的最小开度。本发明专利技术实现了快速并精确控制激光放电腔的工作温度，使得激光放电腔内维持在一个稳定的温度范围内，避免温度过低，缩短响应时间，提高了激光放电腔内电

【技术实现步骤摘要】
一种大功率准分子激光放电腔温度控制系统和方法


[0001]本专利技术涉及温度控制领域，尤其涉及一种大功率准分子激光放电腔温度控制系统和方法。

技术介绍

[0002]准分子激光属于一种气体激光，其通过惰性气体与卤素气体混合后放电激励成为激发态的分子，当激发态的分子跃迁回基态时,立刻分解、还原成本来的特性,同时释放出光子,经谐振放大后,发射出高能量的紫外光激光。准分子激光由于波长短、光子能量大、平均功率高、相干性较弱等特点，使其成为性能优异的加工光源。
[0003]准分子的激励实现过程如下：高压电源首先将能量充至储能电容器上，而储能电容器上的能量通过快速高压放电开关转移到放电电极上并实现对混合气体的激励。在这过程中，除部分电能转化为光能外，大部分能量转化成了热量扩散至混合气体，进而使混合气体的工作温度不断升高。
[0004]混合气体的温度不仅影响气体的使用寿命，同时极大影响着准分子激光器的电光转换效率。因此在高压放电气体激励过程中，必须为放电腔提供一个稳定可靠的最佳腔体温度环境。传统激光器的温度控制信号使用普通线束进行传输，并使用简单的冷水循环或者空气对流控温。
[0005]现有技术缺点：现有激光器冷机启动时间长，效率低，运行成本增加；腔内气体温度控制精度低，响应时间长，导致激光器能量下降，工作气体寿命降低，同时容易损坏放电腔体；激光器工作过程产生干扰大，控制信号利用普通线缆传输容易受干扰，导致信号传输失真。

技术实现思路

[0006]为了解决上述现有技术中无法实现放电腔工作温度的精确控制的缺陷，本专利技术提出了一种大功率准分子激光放电腔温度控制系统，可实现对激光放电腔内部温度的快速、精确调控。
[0007]本专利技术提出的一种大功率准分子激光放电腔温度控制系统，包括：温度探测部、冷却管路、加热部和控制模块；
[0008]冷却管路用于输送冷却介质，冷却管路上设有比例阀和换热器；换热器设置在激光放电腔内部，在冷却介质流动方向上，比例阀位于换热器前端；比例阀内部设有第一阀芯和第二阀芯，第一阀芯和第二阀芯并联在比例阀的阀进口和阀出口之间；第一阀芯的最大开度大于第二阀芯的最大开度，第一阀芯的最小开度大于第二阀芯的最小开度；
[0009]温度探测部包括多个温度探头，多个温度探头均设置在激光放电腔腔壁上，多个温度探头用于检测激光放电腔内部不同位置的温度；
[0010]加热部用于对激光放电腔内部进行加热；控制模块分别连接比例阀、加热部和各温度探头；控制模块根据各温度探头的检测值计算均值作为腔内平均温度，记作T
AVG
；
[0011]当T
AVG
>T
SET
且T
AVG
‑
T
SET
>
△
T时，控制模块控制比例阀的第一阀芯导通且第二阀芯截止，并根据T
AVG
‑
T
SET
控制第一阀芯开度；T
SET
为设定的目标温度，
△
T为设定的温度浮差；
[0012]当T
AVG
>T
SET
且T
AVG
‑
T
SET
≦
△
T时，控制模块控制比例阀的第一阀芯截止且第二阀芯导通，并根据T
AVG
‑
T
SET
控制第二阀芯开度；
[0013]当T
AVG
<T
SET
时，控制模块控制加热部工作，直至T
AVG
＝T
SET
时，控制模块控制加热部停止工作。
[0014]优选的，控制模块通过控制比例阀的工作电压以调整比例阀的第一阀芯或者第二阀芯开度，比例阀的工作电压根据以下公式计算获得：
[0015]U(t)＝K
p
|T
SET
‑
T
AVG(t)
|+K1(|T
SET
‑
T
AVG(t)
|+U(t
‑
1))+T
D
|T
AVG(t
‑
1)
‑
T
AVG(t)
|；
[0016]其中，U(t)表示比例阀在t时刻的工作电压，U(t
‑
1)表示比例阀在t
‑
1时刻的工作电压；T
AVG(t)
表示t时刻的T
AVG
，T
AVG(t
‑
1)
表示t
‑
1时刻的T
AVG
；K
p
、K1和T
D
均为设定系数。
[0017]优选的，激光放电腔内部还设有循环风扇。
[0018]优选的，温度探测部包括四个温度探头，第一个温度探头位于最接近放电电极的位置，第二个温度探头位于最接近循环风扇出风面的位置，第三个温度探头设置在腔壁上冷却水进入腔内的位置，第四个温度探头设置在腔壁上冷却水流出腔内的位置。
[0019]优选的，控制模块还连接循环风扇，控制模块根据T
AVG
‑
T
SET
控制循环风扇的转述，所述转速计算公式为：
[0020]V＝k
v
|T
AVG
‑
T
SET
|；
[0021]其中，V表示循环风扇的转速，k
v
表示设定的运行系数。
[0022]优选的，所述比例阀和用于驱动循环风扇转动的电机设置在激光放电腔外部。
[0023]优选的，所述加热部由多个设置在激光放电腔腔壁内部的加热元件构成。
[0024]优选的，所述冷却管路上还设有过滤装置和流量计，所述过滤装置位于比例阀前端，流量计位于过滤装置和比例阀之间。
[0025]优选的，所述控制模块通过光纤连接各温度探头。
[0026]本专利技术还提出了一种大功率准分子激光放电腔温度控制方法，适用于上述的大功率准分子激光放电腔温度控制系统，以实现对激光放电腔温度的精确控制。
[0027]本专利技术提出的一种大功率准分子激光放电腔温度控制方法，包括以下步骤：
[0028]S1、设置目标温度T
SET
和温度浮差
△
T；
[0029]S2、通过温度检测部实时探测激光放电腔内的温度，计算平均温度T
AVG
；
[0030]S3、将T
AVG
与设定的目标温度T
SET
相比较；如果，T
AVG
<T
SET
，则执行步骤S4；如果T
AVG
>T
SET<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大功率准分子激光放电腔温度控制系统，其特征在于，包括：温度探测部、冷却管路、加热部和控制模块；冷却管路用于输送冷却介质，冷却管路上设有比例阀(4)和换热器(10)；换热器(10)设置在激光放电腔(1)内部，在冷却介质流动方向上，比例阀(4)位于换热器(10)前端；比例阀(4)内部设有第一阀芯(41)和第二阀芯(42)，第一阀芯(41)和第二阀芯并联在比例阀(4)的阀进口(43)和阀出口(44)之间；第一阀芯(41)的最大开度大于第二阀芯(42)的最大开度，第一阀芯(41)的最小开度大于第二阀芯(42)的最小开度；温度探测部包括多个温度探头(9)，多个温度探头(9)均设置在激光放电腔(1)腔壁上，多个温度探头(9)用于检测激光放电腔(1)内部不同位置的温度；加热部用于对激光放电腔(1)内部进行加热；控制模块分别连接比例阀(4)、加热部和各温度探头(9)；控制模块根据各温度探头(9)的检测值计算均值作为腔内平均温度，记作T
AVG
；当T
AVG
&gt;T
SET
且T
AVG
‑
T
SET
&gt;
△
T时，控制模块控制比例阀(4)的第一阀芯(41)导通且第二阀芯(42)截止，并根据T
AVG
‑
T
SET
控制第一阀芯(41)开度；T
SET
为设定的目标温度，
△
T为设定的温度浮差；当T
AVG
&gt;T
SET
且T
AVG
‑
T
SET
≦
△
T时，控制模块控制比例阀(4)的第一阀芯(41)截止且第二阀芯(42)导通，并根据T
AVG
‑
T
SET
控制第二阀芯(42)开度；当T
AVG
&lt;T
SET
时，控制模块控制加热部工作，直至T
AVG
＝T
SET
时，控制模块控制加热部停止工作。2.如权利要求1所述的大功率准分子激光放电腔温度控制系统，其特征在于，控制模块通过控制比例阀(4)的工作电压以调整比例阀(4)的第一阀芯(41)或者第二阀芯(42)开度，比例阀(4)的工作电压根据以下公式计算获得：U(t)＝K
p
|T
SET
‑
T
AVG(t)
|+K1(|T
SET
‑
T
AVG(t)
|+U(t
‑
1))+T
D
|T
AVG(t
‑
1)
‑
T
AVG(t)
|；其中，U(t)表示比例阀(4)在t时刻的工作电压，U(t
‑
1)表示比例阀(4)在t
‑
1时刻的工作电压；T
AVG(t)
表示t时刻的T
AVG
，T
AVG(t
‑
1)
表示t
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：游利兵，方晓东，游德海，朱能伟，马跃，
申请(专利权)人：深圳盛方科技有限公司，
类型：发明
国别省市：