CN108956181A - 大功率光纤激光器烤机测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种大功率光纤激光器烤机测试系统，其包括：一个分为上中下三层的主框架，多个位于主框架上层的烤机位，一个位于主框架中层的不锈钢材质水箱，多个位于主框架下层的电磁水泵，一个挂在主框架侧面的电控箱，一套和水箱连接的水冷机组；每一激光器烤机位上均设置有烤机位进水接口和烤机位出水接口，烤机位进水接口和烤机位出水接口一方面分别与位于每一烤机位上的大功率光纤激光器中的激光器进水接口和激光器出水接口连接，另一方面与不锈钢材质水箱、每一电磁水泵和水冷机组之间通过冷却水循环管路连接，为处于激光器烤机位上的大功率光纤激光器提供冷却水。本发明使得烤机测试方式灵活能够满足多样化的测试需求。
Description
技术领域
本发明涉及大功率光纤激光器技术领域，特别涉及用于连续型大功率光纤激光器的烤机及其测试的大功率光纤激光器烤机测试系统。
背景技术
光纤激光器因为其诸多的优点，近些年来在众多领域得到了广泛的应用。一台光纤激光器内部有许多精密的光学和电学模块，为了检查这些模块组合在一起工作的可靠性，最好的方式就是对整台光纤激光器进行长时间，满功率烤机测试。烤机过程可以验证激光器的性能，提前暴露出一些问题，帮助设计者改良设备以及保证最终出厂激光设备的质量。由此可见烤机测试对于光纤激光器的研发及其生产很重要，所以有必要设计一种专门针对大功率光纤激光器的烤机测试系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对光纤激光器烤机测试而提供一种大功率光纤激光器烤机测试系统。
本发明所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现：
一种大功率光纤激光器烤机测试系统，其包括：一个分为上中下三层的主框架，多个位于主框架上层的烤机位，一个位于主框架中层的不锈钢材质水箱，多个位于主框架下层的电磁水泵，一个挂在主框架侧面的电控箱，一套和水箱连接的水冷机组；每一激光器烤机位上均设置有烤机位进水接口和烤机位出水接口，所述烤机位进水接口和烤机位出水接口一方面分别与位于每一激光器烤机位上的大功率光纤激光器中的激光器进水接口和激光器出水接口连接，另一方面与不锈钢材质水箱、每一电磁水泵和水冷机组之间通过冷却水循环管路连接，为处于烤机位上的大功率光纤激光器提供冷却水。
在本发明的一个优选实施例中，在所述主框架的上层设置有一根带有电源接口和信号接口的线缆槽，所述线缆槽的一端与所述电控箱连接，用于给各个烤机位提供电源和控制信号。
在本发明的一个优选实施例中，在所述不锈钢材质水箱内安装有若干块可以移除的隔板，这些隔板将所述不锈钢材质水箱内部分隔成相对独立但不完全隔离的水室，每一水室具有独立的入水接口和一独立的出水接口，每一入水接口均通过一水室进水支路和一水室进水节流阀与水箱进水总管路连接，所述水箱进水总管路通过一出水总截止阀与所述水冷机组的出水口连接；每一水室对应一烤机位，每一水室的出水接口通过一装有水室出水截止阀的水室出水支路与一电磁水泵上的电磁水泵进水管路连接，每一电磁水泵上的电磁水泵出水管路通过设置在每一烤机位上的烤机位进水支路与所述烤机位进水接口连接，每一烤机位上的烤机位出水接口通过设置在每一烤机位上的烤机位出水支路和烤机位出水支路单向阀与水箱出水总管路连接，所述水箱出水总管路通过一进水总截止阀与所述水冷机组的进水口连接。
在本发明的一个优选实施例中，所述电磁水泵不与所述的主框架刚性连接，所述电磁水泵上的电磁水泵出水管路和电磁水泵出水管路采用弹性软管。
在本发明的一个优选实施例中，在每一烤机位进水支路上设置有一过滤器。
在本发明的一个优选实施例中，每一烤机位进水支路与对应的每一烤机位出水支路之间通过一烤机位节流阀短接。
在本发明的一个优选实施例中，所有的烤机位进水接口和所有的烤机位出水接口均为快拧接口。
在本发明的一个优选实施例中，每一烤机位进水支路上均设置有一烤机位进水支路截止阀。
在本发明的一个优选实施例中，每一烤机位进水支路与每一电磁水泵上的电磁水泵出水管路之间通过一转接头连接。
在本发明的一个优选实施例中，在每一水室的出水接口位于每一水室内温度较低的区域，在每一水室的出水接口安装有一温度传感器。
在本发明的一个优选实施例中，所有的激光器烤机位、所有的电磁水泵和水冷机组都通过电控箱控制；所述的每一个激光器烤机位，每一只电磁水泵，还有水冷机组在电控箱中都有独立的控制开关和传感器通道。
在本发明的一个优选实施例中，在每一水室上均设置有一激光输入端口，所述激光输入端口与每一激光器烤机位上的大功率光纤激光器上的激光输出头对接，以接受由每一激光器烤机位上的大功率光纤激光器上的激光输出口书输出的激光束，激光输入端口能够在烤机过程中保护大功率光纤激光器的激光输出头。
在本发明的一个优选实施例中，每一激光输入端口的安装位置为一个与水平面呈一定夹角的倾斜面。这使得激光束能够斜入射到水室中的冷却水中。激光束的能量的绝大部分在水中折射然后被水吸收，一小部分被冷却水表层反射。
在本发明的一个优选实施例中，在每一水室内安装有一反射板，该反射板用于阻挡被冷却水表层反射的激光束。
在本发明的一个优选实施例中，所述反射板由对近红外波段的激光有较高反射系数的不锈钢材质制作。
在本发明的一个优选实施例中，考虑到水箱中液位的变化会导致激光束入射角度发生改变，进而引起反射角变化，每一反射板和水平面的夹角根据设置在所述不锈钢材质水箱内部的液位传感器所传递的液位信号进行调节。
在本发明的一个优选实施例中，每一反射板通过一由所述电控箱控制的反射板传动机构进行调节，所述电控箱控制的反射板传动机构的控制信号由所述电控箱接受来自所述液位传感器所传递的液位信号经过处理得到。
在本发明的一个优选实施例中，为了冷却被激光加热的冷却水，在每一水室的入水接口连接有一冷却水进水支路，在每一冷水水进水支路的末端连接有一可调方向出水管，这个可调方向出水管的末端伸入被激光入射的水面以下。
在本发明的一个优选实施例中，在每一冷却水进水支路上还安装有一个流量可调节出水口，这个流量可调节出水口正对着所述水室内部的反射板。
在本发明的一个优选实施例中，每一激光输入端口带有一个镀有近红外波段增透膜的保护镜片和一个带有压缩气体喷嘴的套管；所述压缩气体喷嘴斜对着所述保护镜片，在烤机过程中对这保护镜片吹干燥洁净空气，并在所述套管内形成正压阻止水室内的水汽或污染物进入。
在本发明的一个优选实施例中，在所述不锈钢材质水箱的顶部设置有一可以打开的水箱盖板。
在本发明的一个优选实施例中，为了排除由所述压缩气体喷嘴进入不锈钢材质水箱中的空气，在所述水箱顶盖上安装有至少一个带有冷凝功能的排气装置。
在本发明的一个优选实施例中，在所述不锈钢材质水箱的底部留有至少一个带有截止阀的排污口。
综上所述，本发明提供了一种新型的大功率光纤激光器烤机测试系统。上中下三层的主框架结构使得系统结构紧凑、空间利用合理。水箱中可以移除的隔板和相对独立的供水方式，使得烤机测试方式灵活能够满足多样化的测试需求。独特的设计使得烤机过程中的热量绝大部分都通过冷却水吸收转移。让激光束斜入射进入冷却水的方式可以使得激光器在长时间满功率烤机过程中不被反射光伤害。此外经过特殊设计的激光输入端口能够在烤机过程中保护激光器的激光输出头不受污染物或者水汽破坏。
附图说明
图1是本发明所述的大功率光纤激光器烤机测试系统的前部示意图。
图2是本发明所述的大功率光纤激光器烤机测试系统的后部示意图。
图3是本发明所述的大功率光纤激光器烤机测试系统的水路结构示意图。
图4是本发明所述的大功率光纤激光器烤机测试系统的水室侧面透视图。
具体实施方式
为了使得本发明的技术方案更加清晰明白，具体实施方式将结合实例和附图对本发明进行详细说明。需要指出的是，此处所描述的具体实施实例仅仅用于解释本发明，并不用于限制本发明。图中显示的烤机位，电磁泵，水冷机组数量仅仅提供参考。
图1和图2分别是本发明所述的大功率光纤激光器烤机测试系统的前部和后部示意图。图中所示的光纤激光器烤机测试系统主要包括了一个分为上中下三层的主框架100，多个位于主框架100上层的激光器支撑架110上的激光器烤机位300，一个位于主框架100中层的水箱支撑架120上的不锈钢材质水箱200，多个位于主框架100下层130的电磁水泵400，以及一个挂载在主框架100侧面的电控箱500和一套与水箱200相连的水冷机组600。
本发明的大功率激光器烤机测试系统在工作时，激光器产生的热能以及激光能量主要通过冷却水吸收。为了便于说明在图3中提供了该系统的水路结构图。
参见图3中本发明所述的烤机测试系统的水路图，不锈钢材质水箱200内部被多个可移除的不锈钢材质隔板260分隔成多个相对独立但不完全隔离的水室。不锈钢材质隔板260只是起到延缓水箱中冷却水对流的作用。
参见图1所示的烤机系统前部示意图和图3中水路图，水箱中每个水室都装配有独立的入水接口211，每个入水接口211通过一水室进水支路210和一水室进水节流阀212与水箱进水总管路620连接。水箱进水总管路620通过一出水总截止阀621与水冷机组600的出水口连接。
每个水室都装配有独立的出水接口221,每个出水接口221通过一装有水室出水截止阀222的水箱出水支路220与一电磁水泵400上的电磁水泵进水管路410连接，水室出水截止阀222可以用于烤机系统在不排空不锈钢材质水箱200中冷却水的情况下进行维护。
参见图2所示的烤机系统的后部示意图和图3中水路图，每一电磁水泵400上的电磁水泵出水管路420通过转接头313与设置在每一激光器烤机位300上的烤机位进水支路310连接，每一烤机位进水支路310与每一烤机位进水接口311连接。
为了避免电磁水泵400运行时与主框架100以及不锈钢材质水箱200之间的形成共振，本发明的电磁水泵进水管路410和电磁水泵出水管路420均为弹性软管，并且位于主框架100下层130的电磁水泵400被直接放置在地上不与主框架100接触。
考虑到大功率光纤激光器内部水冷系统对水质的要求很高，在烤机位进水支路310上安装有一个过滤器314。烤机位进水支路310在进入激光器之前被一个烤机位节流阀330与烤机位出水支路320短接，可以通过烤机位节流阀330调节进入激光器的水流量。
每一烤机位进水接口311和每一烤机位出水接口321均为快拧接口。
每一烤机位出水支路320经过烤机位出水支路单向阀322之后全部并入水箱出水总管路610，水箱出水总管路610通过一进水总截止阀611与水冷机组600的进水口连接。进水总截止阀611和出水总截止阀621可以使水冷机组600扩容维护变得更加便利。
在本发明的一个具体实施过程中，可以通过关闭烤机位进水支路截止阀312，让烤机位节流阀330全开，让水全部从节流阀330流入烤机位出水支路320，进而进入水冷机组进水管路610，最终使得水箱200中的水预冷却到烤机测试所要求的温度。
在本发明的另一个具体实施过程中，在每一烤机位进水支路310均设置有一烤机位进水支路截止阀312，可以通过关闭烤机位进水支路截止阀312，保持烤机位节流阀330打开。然后拔出不锈钢材质水箱200中可移除不锈钢材质隔板260，让不锈钢材质水箱200中的两个或者多个水室并成一个，用于烤机系统满足更高功率激光器烤机测试的需求。这种设计的另一个优点是能在让不同功率的激光器在同一烤机系统上同时烤机测试，让烤机系统更加灵活地应付多样化测试需求。
参见图1和图2所示，在主框架100上层的激光器支撑架110上还带有一条可以给各个激光器烤机位300提供电源和控制信号线路接口的线缆槽111。线缆槽111的一端和挂在主框架100侧边的电控箱500相连接。
在本发明的具体实施过程中，每个激光器烤机位300、电磁水泵400和水冷机组600均通过电空箱500控制。本发明所述的电控箱500中每一个激光器烤机位300，每一路电磁水泵400，以及水冷机组600都有独立的控制开关和传感器通道。这使得烤机系统可以单独开启其中任意一个激光器烤机位300和电磁水泵400以满足多样化测试需求。
参见图2所示，每一个水室上还安装有一个激光输入端口290。在本发明中每个激光器烤机位300对应着一个独立的激光输入端口290。每一激光输入端口290与每一激光器烤机位300上的大功率光纤激光器上的激光输出头对接，以接受由每一激光器烤机位300上的大功率光纤激光器上的激光输出口书输出的激光束，激光输入端口290能够在烤机过程中保护大功率光纤激光器的激光输出头。因为本发明的不锈钢材质水箱200中的冷却水不仅要吸收激光能量，还要冷却满负载运行的激光器。所以本发明所述的不锈钢材质水箱200被设计成如附图4所示的结构。
参见图4所示的侧边透视图，本发明的不锈钢材质水箱200并不是一个封闭的水箱，其顶部是一个可以移除的水箱盖板204。在不锈钢材质水箱200的底面203除了连接有所有的出水接口221之外，还有一个与底面203齐平的排污口231。在排污口231上焊接有一根带有截止阀232的排污管230。
本发明每一个激光输入端口290被安装在不锈钢材质水箱200的后面板的倾斜面201上，这使得从激光输入端口290入射的激光C1能够以一定的角度斜入射到不锈钢材质水箱200内的水A中。根据几何光学原理，入射光C1的一小部分被水面反射形成反射光C2，大部分入射光C1在水中折射形成折射光C3然后被水吸收。相对于让入射激光C1垂直入射到水A中的方式，这种方式有效避免了水面反射光C2直接原路返回伤害激光器。
为了避免反射光C2照射在水箱盖板204或前面板202上，在不锈钢材质水箱200的每一水室内还安装有一块与水平面呈一定夹角的反射板240。反射板240应该是对近红外波段的激光有较高反射系数的不锈钢材质制作。考虑到不锈钢材质水箱200中液位的变化会导致反射光C2的反射角度发生变化，每一反射板240和水平面的夹角根据设置在不锈钢材质水箱200内部的液位传感器270所传递的液位信号进行调节。每一反射板240通过一由电控箱500控制的反射板传动机构(图中未标注)进行调节，电控箱500控制的反射板传动机构的控制信号由电控箱500接受来自液位传感器270所传递的液位信号经过处理得到。
因为水对近红外波段的激光有较强的吸收率，近红外激光进入水A后能量大部分在表层靠近入射点的区域A1被吸收。为了控制热量，不锈钢材质水箱200每一水室内部的冷却水输送支路213通过入水接口211与水室进水支路210连接，将水箱进水总管路620的冷却水输送到不锈钢材质水箱200每一水室内部。
冷却水输送支路213的末端安装有可调方向的出水管214和流量可调出水口215。可调方向出水管214一直延伸到区域A1液面以下，保证冷却水注入时区域A1的液面可以保持相对平稳。流量可调出水口215正对着反射板240，从流量可调出水口215流出的冷却水顺着反射板240自上而下留入区域A3。这部分冷却水不仅可以给反射板240散热，还能给区域A3提供冷水。被激光加热的区域A1的温度略高于未被激光加热的区域A3，区域A1和A3之间形成过度区域A2。
出水接口221从区域A3中获得冷却水提供给激光汽烤机位300。为了保障激光器运行时的冷却水温要求，在出水接口221上安装有温度传感器223。
参见图4所示，考虑到需要保护烤机过程中激光器的激光输出头B，激光输入端口290在激光输出头B的出光口前安装有镀有近红外波段增透膜的保护镜片292和一个带有压缩气体(CDA)喷嘴的套管291。镀有近红外波段增透膜的保护镜片292可以直接采用市场上常见的激光切割头保护镜片。
套管291内的CDA喷嘴倾斜着朝向保护镜片292。在烤机过程中干燥CDA气体经过套管291内的喷嘴斜入射在保护镜片表面避免表面吸附污染物，并在带有CDA喷嘴的套管291内部形成正压，阻止不锈钢材质水箱200中的水汽进入。
水箱盖板204上设置有一个排气口251，排气口251上安装有一个带有冷凝回流功能的排气装置250，用于排除从套管291内CDA喷嘴进入的气体，并将气体中夹杂着的部分水汽凝结回流到不锈钢材质水箱200。
Claims (23)
1.一种大功率光纤激光器烤机测试系统，其特征在于，包括：一个分为上中下三层的主框架，多个位于主框架上层的烤机位，一个位于主框架中层的不锈钢材质水箱，多个位于主框架下层的电磁水泵，一个挂在主框架侧面的电控箱，一套和水箱连接的水冷机组；每一激光器烤机位上均设置有烤机位进水接口和烤机位出水接口，所述激光汽烤机位进水接口和烤机位出水接口一方面分别与位于每一烤机位上的大功率光纤激光器中的激光器进水接口和激光器出水接口连接，另一方面与不锈钢材质水箱、每一电磁水泵和水冷机组之间通过冷却水循环管路连接，为处于烤机位上的大功率光纤激光器提供冷却水。
2.如权利要求1所述的一种大功率光纤激光器烤机测试系统，其特征在于，在所述主框架的上层设置有一根带有电源接口和信号接口的线缆槽，所述线缆槽的一端与所述电控箱连接，用于给各个烤机位提供电源和控制信号。
3.如权利要求1所述的一种大功率光纤激光器烤机测试系统，其特征在于，在所述不锈钢材质水箱内安装有若干块可以移除的隔板，这些隔板将所述不锈钢材质水箱内部分隔成相对独立但不完全隔离的水室，每一水室具有独立的入水接口和一独立的出水接口，每一入水接口均通过一水室进水支路和一水室进水节流阀与水箱进水总管路连接，所述水箱进水总管路通过一出水总截止阀与所述水冷机组的出水口连接；每一水室对应一烤机位，每一水室的出水接口通过一装有水室出水截止阀的水室出水支路与一电磁水泵上的电磁水泵进水管路连接，每一电磁水泵上的电磁水泵出水管路通过设置在每一烤机位上的烤机位进水支路与所述烤机位进水接口连接，每一烤机位上的烤机位出水接口通过设置在每一烤机位上的烤机位出水支路和烤机位出水支路单向阀与水箱出水总管路连接，所述水箱出水总管路通过一进水总截止阀与所述水冷机组的进水口连接。
4.如权利要求3所述的一种大功率光纤激光器烤机测试系统，其特征在于，所述电磁水泵不与所述的主框架刚性连接，所述电磁水泵上的电磁水泵出水管路和电磁水泵出水管路采用弹性软管。
5.如权利要求3所述的一种大功率光纤激光器烤机测试系统，其特征在于，在每一烤机位进水支路上设置有一过滤器。
6.如权利要求3所述的一种大功率光纤激光器烤机测试系统，其特征在于，每一烤机位进水支路与对应的每一烤机位出水支路之间通过一烤机位节流阀短接。
7.如权利要求3所述的一种大功率光纤激光器烤机测试系统，其特征在于，所有的烤机位进水接口和所有的烤机位出水接口均为快拧接口。
8.如权利要求3所述的一种大功率光纤激光器烤机测试系统，其特征在于，每一烤机位进水支路上均设置有一烤机位进水支路截止阀。
9.如权利要求3所述的一种大功率光纤激光器烤机测试系统，其特征在于，每一烤机位进水支路与每一电磁水泵上的电磁水泵出水管路之间通过一转接头连接。
10.如权利要求3所述的一种大功率光纤激光器烤机测试系统，其特征在于，在每一水室的出水接口位于每一水室内温度较低的区域，在每一水室的出水接口安装有一温度传感器。
11.如权利要求3所述的一种大功率光纤激光器烤机测试系统，其特征在于，所有的激光器烤机位、所有的电磁水泵和水冷机组都通过电控箱控制；所述的每一个激光器烤机位，每一只电磁水泵，还有水冷机组在电控箱中都有独立的控制开关和传感器通道。
12.如权利要求3至11任一项权利要求所述的一种大功率光纤激光器烤机测试系统，其特征在于，在每一水室上均设置有一激光输入端口，所述激光输入端口与每一激光器烤机位上的大功率光纤激光器上的激光输出头对接，以接受由每一激光器烤机位上的大功率光纤激光器上的激光输出口书输出的激光束，激光输入端口能够在烤机过程中保护大功率光纤激光器的激光输出头。
13.如权利要求12所述的一种大功率光纤激光器烤机测试系统，其特征在于，每一激光输入端口的安装位置为一个与水平面呈一定夹角的倾斜面。这使得激光束能够斜入射到水室中的冷却水中。
14.如权利要求13所述的一种大功率光纤激光器烤机测试系统，其特征在于，在每一水室内安装有一反射板，该反射板用于阻挡被冷却水表层反射的激光束。
15.如权利要求14所述的一种大功率光纤激光器烤机测试系统，其特征在于，所述反射板由对近红外波段的激光有较高反射系数的不锈钢材质制作。
16.如权利要求14所述的一种大功率光纤激光器烤机测试系统，其特征在于，每一反射板和水平面的夹角根据设置在所述不锈钢材质水箱内部的液位传感器所传递的液位信号进行调节。
17.如权利要求16所述的一种大功率光纤激光器烤机测试系统，其特征在于，每一反射板通过一由所述电控箱控制的反射板传动机构进行调节，所述电控箱控制的反射板传动机构的控制信号由所述电控箱接受来自所述液位传感器所传递的液位信号经过处理得到。
18.如权利要求14所述的一种大功率光纤激光器烤机测试系统，其特征在于，在每一水室的入水接口连接有一冷却水进水支路，在每一冷水水进水支路的末端连接有一可调方向出水管，这个可调方向出水管的末端伸入被激光入射的水面以下。
19.如权利要求18所述的一种大功率光纤激光器烤机测试系统，其特征在于，在每一冷却水进水支路上还安装有一个流量可调节出水口，这个流量可调节出水口正对着所述水室内部的反射板。
20.如权利要求14所述的一种大功率光纤激光器烤机测试系统，其特征在于，每一激光输入端口带有一个镀有近红外波段增透膜的保护镜片和一个带有压缩气体喷嘴的套管；所述压缩气体喷嘴斜对着所述保护镜片，在烤机过程中对这保护镜片吹干燥洁净空气，并在所述套管内形成正压阻止水室内的水汽或污染物进入。
21.如权利要求1所述的一种大功率光纤激光器烤机测试系统，其特征在于，在所述不锈钢材质水箱的顶部设置有一可以打开的水箱盖板。
22.如权利要求21所述的一种大功率光纤激光器烤机测试系统，其特征在于，在所述水箱顶盖上安装有至少一个带有冷凝功能的排气装置。
23.如权利要求1所述的一种大功率光纤激光器烤机测试系统，其特征在于，在所述不锈钢材质水箱的底部留有至少一个带有截止阀的排污口。
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