CN109687265B - 易潮解晶体的控温装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种易潮解晶体的控温装置，包括加热装置、固定板和导热块，所述加热装置安装在固定板的下方，导热块为U形状，导热块位于固定板上，导热块与固定板形成两端开口的筒状结构，固定板上方放置有光学晶体，固定板与光学晶体之间设有下隔热垫；通过加热装置将导热块加热，导热块加热将光学晶体的空气加热，使得光学晶体周围空气保持干燥。本发明的一种易潮解晶体的控温装置，通过加热装置将固定板加热，利用热传导，将导热块加热，导热块加热将光学晶体的空气加热，使得光学晶体周围空气保持干燥，保证晶体的潮解。
Description
技术领域
本发明涉及易潮解晶体的控温装置，属于光学元件领域。
背景技术
各类激光器及实验科研领域用到的光学晶体，很多情况下是研究晶体的特性或者是做一些科研领域所用到的光学晶体，多数情况下是没有进行处理，如镀膜或进行光学加工处理的晶体，而这类光学晶体容易潮解，在很短的时间内就会损坏。有时潮解的时间不够做一次科研实验，在实验未完成的情况下晶体就已损坏。晶体价格高，尤其是精度要求高的晶体，其成本非常高，大大增加了科研实验的时间和成本。
目前针对这类晶体没有很好的保护或控温系统来保证晶体的潮解，对该领域也没有相对应的研究。大多都是根据正在科研的晶体，进行简单设计防潮解的装置，其中有很多劣势，如结构复杂，调节复杂，或热量过大，导致晶体过热，这样会使晶体产生热变形或热应力，导致光路不能沿直线传输或不能满足技术指标要求或测试数据。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种易潮解晶体的控温装置，通过加热装置将固定板加热，利用热传导，将导热块加热，导热块加热将光学晶体的空气加热，使得光学晶体周围空气保持干燥，保证晶体的潮解。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明的易潮解晶体的控温装置，包括加热装置、固定板和导热块，所述加热装置安装在固定板的下方，导热块为U形状，导热块位于固定板上，导热块与固定板形成两端开口的筒状结构，固定板上方放置有光学晶体，固定板与光学晶体之间设有下隔热垫；通过加热装置将导热块加热，导热块加热将光学晶体的空气加热，使得光学晶体周围空气保持干燥。
作为优选，所述加热装置为TEC控温单元。
作为优选，所述TEC控温单元下方设有冷却装置。
作为优选，所述冷却装置为水冷却装置。
作为优选，所述水冷却装置包含水冷板，所述水冷板内设有冷却回路，冷却回路通过接头与水冷机连接。
作为优选，所述导热块外设有上隔热垫，上隔热垫外设有壳体。
作为优选，所述导热块表面与光学晶体表面之间的距离 其中，Φ12为晶体表面与导热块表面之间的辐射换热量；E12为导热块表面辐射热量；A为导热块表面的辐射面积；T1为导热块的温度；T2为光学晶体自身的温度，光学晶体自身的温度是指光学晶体所在环境的温度，在一开始就确定的，可以用测温计等方法测量环境温度；ε1为导热块的发射率；ε2为光学晶体的发射率；σ为黑体辐射常数，I为导热块的辐射强度；η为满足实验要求的热量转换效率。
在本发明中，TEC控制单元属于高精度控制元件，可以准确控制固定板上的温度，从而控制侧导热块及上导热块的温度，保证各导热块的温度在适当的范围内，这样各导热块的温度辐射到光学晶体周围空气的温度为可控制温度，保证光学晶体始终处于干燥及恒温的状态，保证光学晶体长时间使用也不会出现潮解等损坏现象。
若干导热块主要是通过水冷板传导热量，使自身产生一定的温度，然后辐射给光学晶体周围的空气及晶体，使光学晶体周围的空气保持干燥，从而避免光学晶体潮解。若干隔热块是由高绝缘高绝热的材料加工成，如(聚四氟乙烯、聚酰亚胺等材料)，隔热块主要将隔离导热块与空气，这样减小功耗。隔热垫主要是安装光学晶体，隔热垫也是高绝缘高绝热材料加工成。通过设计成四角形式，可以减少隔热垫与固定板之间的相接触面积，能很好地隔离光学晶体与固定板，防止传热，起到保护光学晶体的作用，防止光学晶体受热不均匀。固紧件主要将整体装置固定在试验平台上。该固紧件简单，既具有弹性又具有刚性，很好的将两者固定起来。光学元件部分主要是光学晶体，实验光路通过该晶体。两边通光没有遮挡(或有部分遮挡)，且时常拆卸和安装。
在本发明中，TEC是可以分为冷端和热端两个面，既能制冷也能制热，TEC的控温精度也非常高。TEC通过控制固定板的温度，使得固定板的温度在某个固定值，而固定板上面的温度通过热传导使得导热块温度加高，这样固定板及导热块通过热辐射使得光学晶体及周围产生一定的温度，使得空气干燥。
在本发明中，U型导热块的长度和晶体大小有关系，导热块的长度要适当，是根据光学晶体的长度大小来确定。过短会使得晶体受热不均匀，靠近导热端会快速收到辐射升高温度，而此时空气及光学晶体其他地方没有得到热量，这样晶体会发生热变形，影响晶体的性能。过长的话，光学晶体及周围空气需要很长时间来辐射加热，这样等到周围空气或晶体有了一定温度后，光学晶体已经发生了一些潮解了。光学晶体位于导热块的正中央，导热块的长度l在2x与4x之间，x为晶体的长度，导热块的长度l为沿空腔的长度。U型导热块设计是根据辐射热对晶体的均匀性进行设计。光学晶体一般适合在40到60℃左右的一个区间内正常工作，超过了会性能下降，所以，必须精确控制光学晶体的温度在此区间。
有益效果：本发明的易潮解晶体的控温装置，通过加热装置将固定板加热，利用热传导，将导热块加热，导热块加热将光学晶体的空气加热，使得光学晶体周围空气保持干燥，保证晶体的潮解。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1的剖视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1和图2所示，本发明的易潮解晶体的控温装置，包括加热装置、固定板3和导热块5，所述加热装置安装在固定板3的下方，导热块5为U形状，导热块5包含顶部导热单元以及两个侧面的导热单元，导热块与固定板、侧面导热块与顶部导热块的接触面均通过铟箔或导热硅脂相连接，目的就是使它们充分接触，保证能够充分传热及传热的均匀性，导热块5位于固定板3上，导热块5与固定板3形成两端开口的筒状结构，导热块5外设有上隔热垫7，上隔热垫7外设有壳体，固定板3上方放置有光学晶体6，固定板3与光学晶体6之间设有下隔热垫4；通过加热装置将导热块5加热，导热块5加热将光学晶体6的空气加热，使得光学晶体6周围空气保持干燥。
在本发明中，所述加热装置为TEC控温单元2，所述TEC控温单元2下方设有冷却装置，所述冷却装置为水冷却装置，所述水冷却装置包含水冷板1，所述水冷板1内设有冷却回路，冷却回路通过接头与水冷机连接。水冷板1控制TEC热面的温度，水冷板1通过水冷却的作用将TEC热面的温度带走，控制TEC的热面温度，防止TEC的温度过高。其中CPC接头主要将水冷板1连接水冷机，提供冷却动力源。
在本发明中，TEC控温单元2包含电源控制模块，电源控制模块主要根据晶体控温的需要对光学晶体6进行温度控制。包括启动元件、保护元件、供电源键、控制元件、监测元件、保护锁定元件、电源供电端及输出驱动端。这些功能主要一是对TEC进行温度控制，从而保证水冷板1的温度，三是对光学晶体6周围温度进行实时温度监控，保证晶体的温度处于稳定的状态。其中，一键启动单元控制整个装置的开关电源，主要方便操作人员，不需要复杂的按键，在启动后有个保护元件，主要作用是来保护供电元件，防止接入错误导致电源备损坏；在启动后有供电元件与监测元件，供电元件是给所有元件进行供电，使其正常工作；控制元元件与监测元件主要作用是控制和监测所有电源器件，保护锁定元件是保护电源装置处于保护锁定状态，能够使得电源能够自动进入关断状态，同时也具有退出保护锁定状态等功用。
在本发明中，主要通过热传导及热辐射来控制，因为TEC可以精确控制单元温度，我们在光学晶体附近设有热敏电阻或温度传感器及湿度传感器来监测通过热传导及热辐射传给光学晶体周围的温度及湿度，如果过高或者过低，我们就会控制TEC的温度来实现。首先我们可以通过温度及湿度传感器实时监测和以及温控采集卡或湿度采集卡实时读取温度及湿度数值，这样我们就可以实时光学晶体周围的温度及湿度，也可以读出U形导热块的温度，这样我们就知道了光学晶体周围的温度是过高还是过低，就可以通过控制TEC的温度来实时控制了。
在本发明中，TEC的的主要是通过调节电压来控制它的制冷量和制冷温度或者制热量和制热温度，易于实现连续且精密控制产冷或者产热量，对TEC的产冷或产热量的精密控制从而对固定块及导热块的传热量进行精密控制，而产冷及产热量直接影响到传热到光学胶晶体周围的温度。这样在通过光学晶体周围的实时监测温度，实时调节电压就可以精确控制温度。
在本发明中，所述导热块表面与光学晶体表面之间的距离为r，光学晶体与导热块的每个面的距离相等，均为r，其中，Φ12为晶体表面与导热块表面之间的辐射换热量；E12为导热块表面辐射热量；A为导热块表面的辐射面积；T1为导热块的温度；T2为光学晶体自身的温度，光学晶体自身的温度是指光学晶体所在环境的温度，在一开始就确定的，可以用测温计等方法测量环境温度；ε1为导热块的发射率；ε2为光学晶体的发射率；σ为黑体辐射常数，I为导热块的辐射强度，可通过仪器测得；η为满足实验要求的热量转换效率。在实验中，需要满足一定的热量转换效率，即η大于某一个固定值，通过热量转换效率，即可得出在一定温度条件下，需要满足r的范围，为我们设计导热块提供了参考。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种易潮解晶体的控温装置，其特征在于：包括加热装置、固定板和导热块，所述加热装置安装在固定板的下方，导热块为U形状，导热块位于固定板上，导热块与固定板形成两端开口的筒状结构，固定板上方放置有光学晶体，固定板与光学晶体之间设有下隔热垫；通过加热装置将导热块加热，导热块加热将光学晶体周围的空气加热，使得光学晶体周围空气保持干燥；所述加热装置为TEC控温单元；所述TEC控温单元下方设有冷却装置；所述导热块外设有上隔热垫，上隔热垫外设有壳体；所述加热装置与控制器连接，在导热块上和导热块与光学晶体之间均设有温度传感器，温度传感器与控制器连接；所述导热块表面与光学晶体表面之间的距离，/>，/>，其中，/>为晶体表面与导热块表面之间的辐射换热量；E12为导热块表面辐射热量；A为导热块表面的辐射面积；T1为导热块的温度；T2为光学晶体自身的温度；/>为导热块的发射率；/>为光学晶体的发射率；/>为黑体辐射常数，I为导热块的辐射强度；/>为满足实验要求的热量转换效率。
2.根据权利要求1所述的易潮解晶体的控温装置，其特征在于：所述冷却装置为水冷却装置。
3.根据权利要求2所述的易潮解晶体的控温装置，其特征在于：所述水冷却装置包含水冷板，所述水冷板内设有冷却回路，冷却回路通过接头与水冷机连接。
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