CN104914272A - 一种高功率co2激光器放电区域风速监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高功率CO₂激光器放电区域风速监测系统，属于高功率CO₂激光器领域。解决现有技术中高功率CO₂激光器，需要在整体激光器搭建完成后通过激光器发光状态判断放电区域气体流动是否满足激光器工作要求，造成调试周期过长的技术问题。该高功率CO₂激光器放电区域风速监测系统，包括盖板、上电极板、下电极板、侧支板、风速测试探针、密封法兰和探针固定盘，所述盖板的材料为有机玻璃。本发明提供的高功率CO₂激光器放电区域风速监测系统可以用于监测高功率CO₂激光器放电区域内工作气体的流动状态，实现高功率CO₂激光器放电区域多点、全面的风速检测，为高功率CO₂激光器的风机选择提供依据。

Description

一种高功率CO2激光器放电区域风速监测系统

技术领域

本发明涉及高功率CO₂激光器领域，具体涉及一种高功率CO₂激光器放电区域风速监测系统。

背景技术

高功率CO₂激光器广泛应用在工业、医疗、军事和科研等众多领域。激光器工作时，高电压作用在放电区域使激光器的工作气体产生电离，在谐振腔内振荡形成激光。为得到高平均功率的激光输出，需要实现大体积均匀稳定的持续辉光放电，这要求放电区域内工作气体流速平稳，避免形成湍流流动等现象；激光器工作过程中，气体放电的光电转换效率一般在15％左右，这表明有85％左右的注入电能转化为热能，这些热能使放电区气体温度急剧升高和膨胀，严重影响激光输出的效果，为避免出现此现象，要求放电区域气体必须处于高速流动的状态，以便将热量及时带离放电区域。鉴于以上分析，大功率CO₂激光器放电区域的气体即要求具有较高的流动速度，又应避免由于流动速度过快产生湍流现象。通过工程实践发现放电区域内气体的流动状态受激光器循环冷却腔的结构和内置风机的运行方式等多方面因素综合影响，循环冷却腔内包含散热器等风阻零件，会改变腔内气体运行速度。在设计时，根据经验公式的计算对风机和散热器等进行选择，而工程实际中，激光器通常会出现由于气体流动状态不稳引发的弧光现象。出现弧光后，需要调节风机参数来调节放电区域风速分布，改变激光器的放电状态。通过激光器发光状态判断放电区域气体流动是否满足激光器工作要求需整体激光器搭建完成后进行，具有滞后性，造成调试周期过长。

发明内容

本发明要解决现有技术中高功率CO₂激光器，需要在整体激光器搭建完成后通过激光器发光状态判断放电区域气体流动是否满足激光器工作要求，造成调试周期过长的技术问题，提供一种高功率CO₂激光器放电区域风速监测系统。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

一种高功率CO₂激光器风速监测系统，包括激光器放电区域模拟单元、风速测试单元、及探针固定和密封单元；

所述激光器放电区域模拟单元，包括盖板、上电极板、下电极板和侧支板；所述盖板的材料为有机玻璃；

所述风速测试单元，包括风速测试探针和风速显示装置；

所述探针固定和密封单元，包括密封法兰和探针固定盘；

所述下电极板安装在所述侧支板上的下电极板位置调整槽中；所述上电极板安装在所述侧支板上的上电极板固定孔中，且上电极板上预留探针安装孔；所述盖板与上电极板连接，并安装在所述侧支板上的盖板连接孔中，且盖板上预留与上电极板上预留探针安装孔相匹配的探针安装孔；所述风速测试探针安装在所述盖板和上电极板上预留的探针安装孔中，并用所述密封法兰和探针固定盘固定；所述风速显示装置与风速测试探针连接，用于显示风速测试探针所在测试点的风速值。

在上述技术方案中，所述上电极板和下电极板的材料均为有机玻璃材料。

在上述技术方案中，所述侧支板的材料为不锈钢材料。

在上述技术方案中，所述侧支板上的下电极板位置调整槽可以根据要求调整上电极板和下电极板之间的间距，有利于分析两电极板之间的间距对激光器放电区域工作气体流动的影响。

在上述技术方案中，所述风速测试探针可以在盖板和上电极板上预留探针安装孔内进行自由调节，根据需要测得激光器放电区域内立体空间的风速分布，风速测试探针测试位置确定后由探针固定盘进行固定，保证测量准确性。

本发明的有益效果是：

本发明提供的高功率CO₂激光器放电区域风速监测系统可以用于监测高功率CO₂激光器放电区域内工作气体的流动状态，实现高功率CO₂激光器放电区域多点、全面的风速检测，为高功率CO₂激光器的风机选择提供依据。

本发明提供的高功率CO₂激光器放电区域风速监测系统是由盖板、上电极板、下电极板和侧支板所构成的放电区域模拟单元模拟原高功率CO₂激光器的放电区域，替换后并不改变放电区域风速流动，使测量数据可以真实反映激光器放电区域的气体流动状态，并且盖板、上电极板和下电极板采用有机玻璃材料，可以方便观察放电腔内风速测试探针的布置位置。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明的风速监测系统结构示意图。

图2为侧支板结构示意图。

图中的附图标记表示为：

1-盖板；2-上电极板；3-下电极板；4-侧支板；5-风速测试探针；6-探针固定盘；7-密封法兰；8-盖板连接孔；9-上电极板固定孔；10-下电极板位置调整槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做以详细说明。

一种高功率CO₂激光器放电区域风速监测系统(如图1及图2所示)，包括激光器放电区域模拟单元，风速测试单元，及探针固定和密封单元；

激光器放电区域模拟单元，用于模拟激光器放电区域结构，由盖板1、上电极板2、下电极板3和侧支板4组成。激光器放电区域模拟单元与激光器放电腔配合设计，采用一致的结构接口，可替换激光器放电区域的上电极、下电极等部件安装于激光器放电箱。盖板1，上电极板2和下电极板3均采用有机玻璃材料，便于观察放电区域内部情况。上电极板2和下电极板3模拟激光器电极和导流板设计加工，并在上电极板1预留有探针安装孔。侧支板4上的盖板连接孔8、上电极板固定孔9和下电极板位置调整槽10，分别用于固定安装盖板1、上电极板2和下电极板3，为提高支撑刚度，侧支板4可以采用不锈钢材料。由于上电极板2与盖板1间有固定的位置关系，且盖板1上预留有与上电极板相匹配的探针安装孔。侧支板4下端预留下电极板位置调整槽10，以便对上下电极板之间的间距进行调整，方便分析上下电极板之间的间距对放电区域风速分布的影响。

风速测试单元，用于测试激光器放电区域模拟单元的风速，由风速测试探针5和风速显示装置组成。风速测试探针5安装在所述盖板1和上电极板2上预留的探针安装孔中，通过导线与风速显示装置相连，风速显示装置显示风速测试探针5所在测试点的风速值。

探针固定和密封单元，用于固定风速测试探针5，并对放电腔进行密封，由探针固定盘6和密封法兰7组成，当风速测试探针5固定在预留位置后，安装探针固定盘6和密封法兰7固定风速测试探针5并使放电腔形成密封空间。

本发明提供的风速监测系统可接入到激光器的放电区域。将激光器储能单元和放电电极拆卸后，将所述风速监测系统安装在放电腔中。将风速测试探针5固定至所要测试位置，并连接风速显示装置。对所述风速监测系统进行真空密封处理后，即可进行风速监测。

采用所述风速监测系统监测高功率CO₂激光器风速的方法如下：

首先将激光器放电区域模拟单元替换原有激光器的放电区域；然后将风速测试单元按监测要求接入激光器放电区域模拟单元，并对风速测试探针5进行固定和密封；对激光器抽真空，达到真空状态后，将工作气体按工作要求注入激光器内；最后启动风机，记录监测点的风速值。通过监测的风速可以判断风机和激光器循环冷却腔结构是否满足高功率激光器正常工作要求，同时通过对比同一监测平面上的风速变化可以判断是否产生速度波动而发生湍流现象。由于激光器放电区域模拟单元采用有机玻璃材料，可以直观地观察风速测试探针5的位置。通过调整下电极板3的位置可以分析不同的电极间距对放电效果的影响。

实施例

本发明的高功率CO₂激光器放电区域风速监测系统，包括盖板1、上电极板2、下电极板3、侧支板4、风速测试探针5、探针固定盘6、密封法兰7。盖板1与放电腔具有配合的结构接口，上电极板2模拟放电腔内上电极结构，与盖板1通过螺栓连接，侧支板4上的盖板连接孔8通过螺栓与盖板1固定，侧支板4上的上电极板固定孔9通过螺栓与上电极板2固定，下电极板3模拟放电区下电极结构，通过侧支板4上的下电极板位置调整槽10以螺栓固定。风速测试探针5通过盖板1和上电极板2上预留的探针安装孔进行安装，将风速测试探针5预装到盖板1和上电极板2上预留的探针安装孔中，通过探针固定盘6和密封法兰7对风速测试探针5进行固定，对风速监测系统进行密封。

风速监测系统安装在高功率CO₂激光器后，对激光器进行抽真空处理，然后按激光器工作要求比例配比工作气体，并将气体按工作气压要求注入到激光器。启动风机，对风速测试探针5读数进行记录。通过读数判断该测试点风速是否满足激光器正常工作要求，通过对比该平面内各测试点风速判断是否存在湍流流动现象。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种高功率CO₂激光器风速监测系统，其特征在于，包括激光器放电区域模拟单元、风速测试单元、及探针固定和密封单元；

所述激光器放电区域模拟单元，包括盖板、上电极板、下电极板和侧支板；所述盖板的材料为有机玻璃；

所述风速测试单元，包括风速测试探针和风速显示装置；

所述探针固定和密封单元，包括密封法兰和探针固定盘；

所述下电极板安装在所述侧支板上的下电极板位置调整槽中；所述上电极板安装在所述侧支板上的上电极板固定孔中，且上电极板上预留探针安装孔；所述盖板与上电极板连接，并安装在所述侧支板上的盖板连接孔中，且盖板上预留与上电极板上预留探针安装孔相匹配的探针安装孔；所述风速测试探针安装在所述盖板和上电极板上预留的探针安装孔中，并用所述密封法兰和探针固定盘固定；所述风速显示装置与风速测试探针连接，用于显示风速测试探针所在测试点的风速值。

2.根据权利要求1所述的高功率CO₂激光器风速监测系统，其特征在于，所述上电极板和下电极板的材料均为有机玻璃材料。

3.根据权利要求1所述的高功率CO₂激光器风速监测系统，其特征在于，所述侧支板的材料为不锈钢材料。

4.根据权利要求1所述的高功率CO₂激光器风速监测系统，其特征在于，所述侧支板上的下电极板位置调整槽可以根据要求调整上电极板和下电极板之间的间距，有利于分析两电极板之间的间距对激光器放电区域工作气体流动的影响。

5.根据权利要求1所述的高功率CO₂激光器风速监测系统，其特征在于，所述风速测试探针可以在盖板和上电极板上预留探针安装孔内进行自由调节，根据需要测得激光器放电区域内立体空间的风速分布，风速测试探针测试位置确定后由探针固定盘进行固定，保证测量准确性。