CN108767631A - 一种采用双循环水结构提高高能激光器工作时间的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于高能激光上船海水使用领域，涉及一种采用双循环水结构提高高能激光器工作时间的方法。包括内循环水系统和外循环水系统两部分：内循环水直接进入高能激光器，对主发热器件进行循环水冷却，不断带走激光器自身产生的热量，保证激光器不受自身产热影响，正常出光；外循环水包裹在激光器外部，通过温度检测模块反馈检测外循环水的温度，在不同的外部温度下，通过自加热/自冷却系统，对外循环水进行冷却或加热，保证外循环水温度稳定，进而保证激光器整体处于恒温，同时外循环水起到对外界温度屏蔽的作用，避免外界环境对激光器造成影响，提升了高能激光器在分布于不同海域、不同季节的水面舰船上的应用。

Description

一种采用双循环水结构提高高能激光器工作时间的方法

技术领域

本发明属于高能激光上船海水使用领域，涉及一种采用双循环水结构提高高能激光器工作时间的方法，具体是采用内外双循环水提高高能激光器的连续工作时间的方法。

背景技术

激光器自发明以来，因具备高亮度、单色性好，方向性好，相干长度长，在各个领域得到重视和应用。但激光器本身需要激光种子源进行泵浦后出光，涉及到光电转换的效率。激光器出射激光是通过电转成光以后的能量，电转光的同时会产生大量的热，电转换光的效率越低，产生的热量越多，对激光器内部的器件影响较大，会降低激光器的连续工作时间。对于高能激光器来说，出射激光能量越强，产生的热量越多，工作时间较短。

降低激光器产生热量是提高激光器工作时间的重要手段。提高电转换光的效率和将激光产生的热量转移出激光器是常用的两种方法：(1)提高电转换为光的效率涉及到激光源的材料选型，在发现新型材料之前，该方法已不能进一步提高激光器的工作时间且成本较高；(2)将激光器产生的热量转移出激光器是一种简便有效的处理方法。

目前提高高能激光器工作时间是对激光器进行冷却，大多是将激光器自身的热量通过化学液体吸收后，传递给空气中，在一定的程度上可以提高激光器的工作时间，但因化学液吸收热量到完全释放到空气中需要时间，所以高能激光器工作一段时间后，激光器需要停止工作一段时间，直到化学液体再次满足带走激光器产生的热量。此方法的制冷效果跟化学液体的使用量多少及外界环境的温度有关，使用量越大、外界稳定越低制冷效果越好。但当外界温度较高时，化学液体冷却效率会大大降低，该方法有一定的局限性，不能满足高能激光器连续工作的要求。

发明内容

鉴于现有技术的缺陷，本发明提出了一种采用双循环水结构提高高能激光器工作时间的方法，解决实验室用高能激光器在露天环境连续长时间工作的问题。即通过采用双循环水结构完成对高能激光器冷却的同时营造一个适应高能激光器工作的温度环境，包括以下步骤：

(1)将带有内部循环管道的高能激光器放置在外循环水系统内部，检测温度传感器反馈的温度示数，并确保温度显示正常；

(2)将进水口1、出水口1接到水泵1；进水口2、出水口2接到水泵2，在启动高能激光器前，启动水泵1和水泵2，使内循环水系统、外循环水系统和温度传感器正常工作；

(3)启动高能激光器，监测激光器内部温度、外循环水系统温度及外界环境温度变化；

(4)当外界环境温度较低时，检测外循环水系统水温，对外循环水进行适当加热，并提高水泵2水流速，保证外循环水系统的温度保持相对稳定；

(5)当高能激光器以较高功率和频率工作时，产生的热量较多，检测温度传感器，适当降低内循环水系统温度并提高水泵1的水流速，及时带走激光器产生的热量，保证激光器内部温度变化不大，进而实现高能激光器的长时间连续工作；

(6)当停止使用激光器时，先关闭激光器电源，等激光器内部温度保持不变后，关闭水泵1；如果激光器长期放置在室外，水泵2需要长期开机进行水循环，保证激光器整体处于一个温度相对稳定的环境中；将激光器放置在一个温度适宜的空间后，可以关闭水泵2；

(7)每经过1-2个月对循环水进行更换，保证循环水的纯净度，提升整套系统的正常工作运转。

一种实现所述提高高能激光器工作时间方法的双循环水结构，包括内循环水系统、外循环水系统、多个温度传感器、两套水泵和相应的进出水系统，其中，

每套进出水系统分别包括进水口和出水口，其中内循环水系统通过进水口1和出水口1与水泵1连接，外循环水系统通过进水口2和出水口2与水泵2连接，温度传感器主要布局在三处：其一设置在外循环水外壁实现对环境温度的测量，其二设置在外循环水内部对外循环水温度测量，其三设置在激光器内部，完成对激光器内部温度测量；温度传感器的示数通过串口与水泵终端连接，完成信息传输；

内循环水系统设置在高能激光器内部，对激光器内部的核心发热部件进行冷却，水的不断循环及时带走产生的热量，激光器内部的温度传感器对激光器内部进行温度监控，通过调整水泵的水速和循环水自身温度，保证激光器内部温度适宜激光的发射；

外循环水系统铠装在激光器外部，使得激光器整体浸入外循环水中，当外界温度过高或过低时，通过外循环水系统外壁和水管内的温度传感器反馈，水泵2终端调整进水口和出水口的水流速保证外循环水的温度保证在相对稳定的范围，避免激光器整体受外界环境干扰。

本发明具有工程实用价值，已经在某新型海洋监测系统中得到应用。与现有化学液体冷却激光器提高高能激光器工作时间相比，本发明采用双循环水结构更能有效提高高能激光器工作时间且不受外界环境的影响，提升了高能激光器的普遍使用性。双循环水采用的是纯净水，相比于化学液体来说容易获得、成本较低且环境安全。此外，本发明提供的方法对高能激光器的改造较小，内循环水可以沿用原有的冷却线路进行冷却，外循环水直接铠装在激光器外部对外界环境进行屏蔽，同时分布于外循环水管外壁、外循环水中及激光器内部的温度测量模块，可以实时测量三处的温度，及时传递给水泵终端，对循环水的水温和流速进行控制，保证能达到良好的冷却效果，避免对高能激光器造成损坏。

附图说明

图1是高能激光器双循环水冷却结构示意图。

具体实施方式

本发明所述方法涉及的双循环水结构，包括内循环水系统和外循环水系统两部分：

(1)内循环水直接进入高能激光器，对主发热器件进行循环水冷却，不断带走激光器自身产生的热量，保证激光器不受自身产热影响，正常出光；

(2)外循环水铠装在激光器外部，激光器外壳整体浸入外循环水中，通过温度检测模块反馈检测外循环水的温度，在不同的外部温度下，通过自加热/自冷却系统，对外循环水进行冷却或加热，保证外循环水温度稳定，进而保证激光器整体处于恒温，同时外循环水起到对外界温度屏蔽的作用，避免外界环境对激光器造成影响，提升了高能激光器在分布于不同海域、不同季节的水面舰船上的应用。

如图1所示，本发明一种采用双循环水结构提高高能激光器工作时间的装置，主要包括内循环水系统、外循环水系统、多个温度传感器、两套水泵和相应的进出水系统，每套进出水系统分别包括进水口和出水口，其中内循环水系统通过进水口1和出水口1与水泵1连接，外循环水系统通过进水口2和出水口2与水泵2连接，温度传感器主要布局在三处：其一设置在外循环水外壁实现对环境温度的测量，其二设置在外循环水内部对外循环水温度测量，其三设置在激光器内部，完成对激光器内部温度测量。温度传感器的示数通过串口与水泵终端连接，完成信息传输。其中，内循环水系统设置在高能激光器内部，对激光器内部的核心发热部件进行冷却，水的不断循环及时带走产生的热量，激光器内部的温度传感器对激光器内部进行温度监控，通过调整水泵的水速和循环水自身温度，保证激光器内部温度适宜激光的发射；外循环水系统铠装在激光器外部，使得激光器整体浸入外循环水中，当外界温度过高或过低时，通过外循环水系统外壁和水管内的温度传感器反馈，水泵2终端调整进水口和出水口的水流速保证外循环水的温度保证在一个相对稳定的范围，进而避免激光器整体受外界环境干扰。通过两种手段，提高高能激光器的工作时间。

本发明采用双循环水结构提高高能激光器工作时间的具体实现步骤如下：

(1)首先按照图1所示，将带有内部循环管道的高能激光器放置在外循环水系统内部，检测温度传感器反馈的温度示数，并确保温度显示正常；

(2)将进水口1、出水口1接到水泵1；进水口2、出水口2接到水泵2，在启动高能激光器前，启动水泵1和水泵2，使内循环水系统和外循环水系统正常工作，温度传感器工作正常；

(3)启动高能激光器，监测激光器内部温度、外循环水系统温度及外界环境温度变化；

(4)当外界环境温度较低时，检测外循环水系统水温，对外循环水进行适当加热，并提高水泵2水流速，保证外循环水系统的温度保持相对稳定；

(5)当高能激光器以较高功率和频率工作时，产生的热量较多，检测温度传感器，适当降低内循环水系统温度并提高水泵1的水流速，及时带走激光器产生的热量，保证激光器内部温度变化不大，进而实现高能激光器的长时间连续工作；

(6)当停止使用激光器时，先关闭激光器电源，等激光器内部温度保持不变后，关闭水泵1；如果激光器长期放置在室外，水泵2需要长期开机进行水循环，保证激光器整体处于一个温度相对稳定的环境中；将激光器放置在一个温度适宜的空间后，可以关闭水泵2；

(7)每经过1-2个月对循环水进行更换，保证循环水的纯净度，提升整套系统的正常工作运转。

Claims (2)

1.一种采用双循环水结构提高高能激光器工作时间的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将带有内部循环管道的高能激光器放置在外循环水系统内部，检测温度传感器反馈的温度示数，并确保温度显示正常；

(2)将进水口1、出水口1接到水泵1；进水口2、出水口2接到水泵2，在启动高能激光器前，启动水泵1和水泵2，使内循环水系统、外循环水系统和温度传感器正常工作；

(3)启动高能激光器，监测激光器内部温度、外循环水系统温度及外界环境温度变化；

(4)当外界环境温度较低时，检测外循环水系统水温，对外循环水进行适当加热，并提高水泵2水流速，保证外循环水系统的温度保持相对稳定；

(5)当高能激光器以较高功率和频率工作时，产生的热量较多，检测温度传感器，适当降低内循环水系统温度并提高水泵1的水流速，及时带走激光器产生的热量，保证激光器内部温度变化不大，进而实现高能激光器的长时间连续工作；

(6)当停止使用激光器时，先关闭激光器电源，等激光器内部温度保持不变后，关闭水泵1；如果激光器长期放置在室外，水泵2需要长期开机进行水循环，保证激光器整体处于一个温度相对稳定的环境中；将激光器放置在一个温度适宜的空间后，可以关闭水泵2；

(7)每经过1-2个月对循环水进行更换，保证循环水的纯净度，提升整套系统的正常工作运转。

2.一种实现权利要求1所述提高高能激光器工作时间方法的双循环水结构，其特征在于，包括内循环水系统、外循环水系统、多个温度传感器、两套水泵和相应的进出水系统，其中，

每套进出水系统分别包括进水口和出水口，其中内循环水系统通过进水口1和出水口1与水泵1连接，外循环水系统通过进水口2和出水口2与水泵2连接，温度传感器主要布局在三处：其一设置在外循环水外壁实现对环境温度的测量，其二设置在外循环水内部对外循环水温度测量，其三设置在激光器内部，完成对激光器内部温度测量；温度传感器的示数通过串口与水泵终端连接，完成信息传输；

内循环水系统设置在高能激光器内部，对激光器内部的核心发热部件进行冷却，水的不断循环及时带走产生的热量，激光器内部的温度传感器对激光器内部进行温度监控，通过调整水泵的水速和循环水自身温度，保证激光器内部温度适宜激光的发射；

外循环水系统铠装在激光器外部，使得激光器整体浸入外循环水中，当外界温度过高或过低时，通过外循环水系统外壁和水管内的温度传感器反馈，水泵2终端调整进水口和出水口的水流速保证外循环水的温度保证在相对稳定的范围，避免激光器整体受外界环境干扰。