CN114552333B - 一种微型自锁结构晶体控温装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种微型自锁结构晶体控温装置,包括由外到内依次布置的安装支架、中间壳层和晶体座,所述安装支架为卡箍式结构,其侧壁上预留有第一伸缩缝隙,所述晶体座上预留有晶体容纳腔、用于安装温度传感器的安装槽一以及用于安装加热元件的安装槽二,温度传感器外接PID温度反馈调节电路,所述中间壳层侧壁上预留有第二伸缩缝隙,所述安装支架、中间壳层和晶体座分别采用不同线膨胀系数的材质制成,晶体座与中间壳层之间通过内嵌卡合结构连接,和/或安装支架与中间壳层之间通过内嵌卡合结构连接。该发明采用不同材质的三层结构,利用材料热形变差异,结合结构设计上预留的伸缩缝隙以及内嵌卡合连接形式,从而达到不同温况下的结构稳定。
Description
技术领域
本发明属于激光器技术领域,具体涉及一种微型自锁结构晶体控温装置。
背景技术
随着绿光、紫外激光器在工业生产中的广泛应用,有各种不同温度工况要求的晶体,一般低温/常温工况采用半导体制冷器+传感器模块控温,对于温度工况较高、温度场均匀性要求较高的晶体,则需要采用加热、保温的方式,并且要求长期稳定性好。
现有技术中采用的加热方式、使用低热导率材料填充的保温措施,其材料种类多、形态结构复杂且易形变,安装调试繁琐,体积相对较大,并且采用可调节刚性连接固定的方式易受到温度变化影响,致使整体获得的长期机械稳定性也无优势。
发明内容
本发明的目的是提供一种微型自锁结构晶体控温装置,至少可以解决现有技术中的部分缺陷。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种微型自锁结构晶体控温装置,包括由外到内依次布置的安装支架、中间壳层和晶体座,所述安装支架为卡箍式结构,其侧壁上预留有第一伸缩缝隙,所述晶体座上预留有晶体容纳腔、用于安装温度传感器的安装槽一以及用于安装加热元件的安装槽二,所述温度传感器外接PID温度反馈调节电路,所述中间壳层侧壁上预留有第二伸缩缝隙,所述安装支架、中间壳层和晶体座分别采用不同线膨胀系数的材质制成,所述晶体座与中间壳层之间通过内嵌卡合结构连接,和/或所述安装支架与中间壳层之间通过内嵌卡合结构连接。
进一步的,所述安装支架和晶体座所采用材质的线膨胀系数均小于中间壳层所采用材质的线膨胀系数,所述晶体座与中间壳层之间通过内嵌卡合结构连接,该内嵌卡合结构包括设置于晶体座外侧的卡槽以及设置于中间壳层内侧壁的凸台,所述凸台与卡槽对应配合连接。
进一步的,所述安装支架上预留的第一伸缩缝隙宽度H略大于ΔL1,所述中间壳层上预留的第二伸缩缝隙宽度h略大于ΔL1-ΔL2,且ΔL1=α1·L1·Δt,ΔL2=α2·L2·Δt,其中α1为中间壳层的线膨胀系数,L1为常温下中间壳层边长,α2为晶体座的线膨胀系数,L2为常温下晶体座边长,Δt为中间壳层和晶体座共同升温温度。
进一步的,所述晶体座采用金属材质制成,包括底座和晶体盖,所述安装槽二位于底座的底部,所述晶体容纳腔和安装槽一位于底座的上部,且晶体容纳腔和安装槽一等距面布置,所述晶体盖覆盖于晶体容纳腔和安装槽一上方,且晶体盖与底座通过螺钉固定连接。
进一步的,所述底座的四角上对称设有垂直于底座底面的限位柱,四个限位柱围合形成的空间构成安装槽二。
进一步的,所述底座的上部设有上方开口的凹槽结构,所述晶体盖内侧壁对应此凹槽结构处设有与凹槽配合的限位凸块,该凹槽结构与晶体盖围合形成的腔体构成晶体容纳腔。
进一步的,所述晶体座的底座侧边开设L型缺口结构,该L型缺口结构与晶体盖围合形成的空间构成安装槽一。
进一步的,所述卡槽设有4个,分别设于晶体座的上下左右四个面上,所述中间壳层内侧壁的凸台与卡槽对应布置。
进一步的,所述中间壳层采用高分子材料制成,所述中间壳层的内周长略小于晶体座的外周长。
进一步的,所述中间壳层包括上下相对布置的上壳层和下壳层,所述上壳层和下壳层之间留有间隙形成中间壳层的第二伸缩缝隙。
与现有技术相比,本发明的有益效果:
(1)本发明提供的这种微型自锁结构晶体控温装置采用安装支架、中间壳层和晶体座三层结构形式,并且三层结构所使用材质的热膨胀系数相差较大,利用材料热形变差异,结合结构设计上预留的伸缩缝隙以及卡槽与凸台的内嵌卡合连接形式,从而达到不同温况下的结构稳定。
(2)本发明提供的这种微型自锁结构晶体控温装置结构简单紧凑、机械强度高、稳定性好,对于存储与使用工况温差大的晶体非常适合,可有效抑制晶体在激光器不同工况下因温度变化导致的松动、机械形变失谐,保证激光器长效稳定运行。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明微型自锁结构晶体控温装置的结构示意图;
图2是本发明微型自锁结构晶体控温装置的正视图;
图3是本发明微型自锁结构晶体控温装置中安装支架的结构示意图;
图4是本发明微型自锁结构晶体控温装置中中间壳层的结构示意图;
图5是本发明微型自锁结构晶体控温装置中晶体座的结构示意图;
图6是本发明微型自锁结构晶体控温装置中底座的结构示意图。
附图标记说明:1、安装支架;2、中间壳层;3、晶体座;4、晶体容纳腔;5、安装槽一;6、第二伸缩缝隙;7、第一伸缩缝隙;8、安装槽二;9、螺钉安装孔;10、上壳层;11、下壳层;12、凸台;13、底座;14、晶体盖;15、限位凸块;16、卡槽;17、加热元件;18、限位柱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,还可以是抵触连接或一体地连接;对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征;在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
如图1、图2、图3、图4和图5所示,本实施例提供了一种微型自锁结构晶体控温装置,包括由外到内依次布置的安装支架1、中间壳层2和晶体座3,所述安装支架1为卡箍式结构,其侧壁上预留有第一伸缩缝隙7,所述晶体座3上预留有晶体容纳腔4、用于安装温度传感器的安装槽一5以及用于安装加热元件的安装槽二8,所述温度传感器外接PID温度反馈调节电路,所述中间壳层2侧壁上预留有第二伸缩缝隙6,所述安装支架1、中间壳层2和晶体座3分别采用不同线膨胀系数的材质制成,所述晶体座3与中间壳层2之间通过内嵌卡合结构连接,和/或所述安装支架1与中间壳层2之间通过内嵌卡合结构连接;具体的,相邻的两层结构之间,当外层结构所使用材质的线膨胀系数大于内层结构所使用材质的线膨胀系数时,则在该两层结构之间设置内嵌卡合结构进行连接,当外层结构所使用材质的线膨胀系数小于内层结构所使用材质的线膨胀系数时,则直接将内层结构置于外层结构内部即可,无需内嵌卡合结构进行连接;如在晶体座3与中间壳层2之间,若中间壳层2的线膨胀系数大于晶体座3的线膨胀系数,则中间壳层2与晶体座3之间需要设置内嵌卡合结构进行连接,安装支架1与中间壳层2之间的连接与之相同。本实施例提供的这种微型自锁结构晶体控温装置采用安装支架1、中间壳层2和晶体座3的三层结构形式,并且三层结构所使用材质的热膨胀系数相差较大,利用材料热形变差异,结合结构设计上预留的伸缩缝隙以及内嵌卡合连接形式,从而达到不同温况下的结构稳定。
一种具体的实施方式,以安装支架1和晶体座3所采用材质的线膨胀系数均小于中间壳层2所采用材质的线膨胀系数为例,具体的,在所述晶体座3与中间壳层2之间通过内嵌卡合结构连接,该内嵌卡合结构包括设置于晶体座3外侧的卡槽16以及设置于中间壳层2内侧壁的凸台12,所述凸台12与卡槽16对应配合连接。该三层结构形式的微型自锁结构晶体控温装置具体过程如下:在升温过程中,中间壳层2膨胀幅度更大,中间壳层2向外侧卡紧安装支架1,中间壳层2上预留伸缩缝隙的设计可避免中间壳层2的膨胀应力过大,同时中间壳层2与晶体座3之间通过凸台12和卡槽16配合卡紧,保证了三层结构的自锁稳定;在冷却过程中,中间壳层2收缩幅度更大,中间壳层2向内夹紧晶体座3,并且中间壳层2上的凸台12在晶体座3的卡槽16内卡紧,同时外层的安装支架1在第一伸缩缝隙7处设置螺钉安装孔9,安装支架1包裹中间壳层2和晶体座3后通过螺钉锁紧,其螺钉锁紧结构形变量远大于安装支架1的热形变量,冷却后整个微型自锁结构晶体控温装置恢复初始温度下的安装锁紧状态,保证了三层结构的自锁稳定。本实施例提供的这种微型自锁结构晶体控温装置通过合理设置三层结构的材质与尺寸,利用三层结构材料的热胀冷缩形变差,使整个模块在高低温的切换中不会出现松旷导致晶体位移,同时设计卡槽与凸台的内嵌卡扣连接形式,可以保证激光器在低温存储的情况也维持紧固,保证了模块的机械稳定性。
可选的,如图3所示,所述安装支架1采用铝合金材质一体成型,安装支架1的此种结构形式及材质可提供良好的机械强度。
优化的,为了在不同温度工况下,保证中间壳层2与晶体座3良好的固定效果,同时避免膨胀应力过大,对安装支架1和中间壳层2上预留的伸缩缝隙大小进行设计以适配使用条件,本实施例中设计所述安装支架1上预留的第一伸缩缝隙7宽度H略大于ΔL1,所述中间壳层2预留的第二伸缩缝隙6宽度h略大于ΔL1-ΔL2,中间壳层2的形变量ΔL1=α1·L1·Δt,晶体座3的形变量ΔL2=α2·L2·Δt,其中α1为中间壳层2的线膨胀系数,L1为常温下中间壳层2边长(第二伸缩缝隙宽度h相对中间壳层边长边长极小,可忽略不计),α2为晶体座3的线膨胀系数,L2为常温下晶体座3边长,Δt为中间壳层和晶体座共同升温温度。通过对第一伸缩缝隙7和第二伸缩缝隙6大小的设计,还可减少热形变后内应力挤压的影响。
优化上述技术方案,如图5所示,所述晶体座3采用高导热效率的金属材质制成,包括底座13和晶体盖14,所述安装槽二8位于底座13的底部,加热元件17熔接于安装槽二8内,并且保证加热元件17与安装槽二8之间紧密贴合,通过加热元件17为晶体座3提供均匀热场;所述晶体容纳腔4和安装槽一5位于底座13的上部,晶体安装于晶体容纳腔4内,温度传感器安装于安装槽一5内,温度传感器连接到外部的PID温度反馈调节电路,同时将晶体容纳腔4和安装槽一5等距面布置,使得温度传感器检测的温度更加接近晶体温度,从而保证温度调节的精确度;所述晶体盖14覆盖于晶体容纳腔4和安装槽一5上方,且晶体盖14与底座13通过螺钉固定连接,本实施例中将晶体座3采用底座13与晶体盖14的分体结构设计,一方面可便于晶体、温度传感器等元件的安装,另一方面还可避免热胀冷缩导致的机械变形失谐。
在本实施例中,如图6所示,在所述底座13底部的四角上对称设有垂直于底座13底面的限位柱18,四个限位柱18围合形成的空间构成安装槽二8,加热元件17安装于此四个限位柱18之间,通过限位柱18对加热元件17的安装起到定位作用;同时本实施例中,四个限位柱18围合构成的安装槽二8在安装加热元件17后,其他位置留有的部分空隙,可作为晶体座3的卡槽16,与中间壳层2下方内侧的凸台12配合进行限位固定,还可形成空隙起到一定的隔热作用。
具体的,所述底座13的上部设有上方开口的凹槽结构,所述晶体盖14内侧壁对应此凹槽结构处设有与凹槽配合的限位凸块15,该凹槽结构与晶体盖14围合形成的腔体构成晶体容纳腔4。所述晶体座3的底座13侧边开设L型缺口结构,该L型缺口结构与晶体盖14围合形成的空间构成安装槽一5,温度传感器焊接于此安装槽一5内;同时此安装槽一5在安装温度传感器后,剩余空间还可作为晶体座3的卡槽16,与中间壳层2侧边的凸台12配合进行限位固定,有利于整个装置结构的紧凑。
进一步的,对于晶体座2上卡槽16的数量及位置分布,可根据实际需要进行设计,在本实施例中,所述卡槽16设计为4个,分别设于晶体座3的上下左右四个面上,具体的,安装槽一5和安装槽二8可分别作为晶体座3的左/右侧及下方的卡槽16,与安装槽一5相对侧的卡槽16设置于晶体容纳腔4外侧,与安装槽二8相对侧的卡槽16设置于晶体盖14顶部,相应地,所述中间壳层2内侧壁的凸台12与卡槽16对应布置。
优化上述技术方案,如图4所示,所述中间壳层2采用高分子材料制成,其导热性能较差,线膨胀系数大于金属材质,机械强度稳定且耐温较高,同时设计所述中间壳层2的内周长略小于晶体座3的外周长,使得中间壳层2可扣紧其内部的晶体座3,从而在不同温度工况下,可保证其与晶体座3良好的固定效果;具体的,所述中间壳层2包括上下相对布置的上壳层10和下壳层11,所述上壳层10和下壳层11之间留有间隙形成中间壳层2的第二伸缩缝隙6。
综上所述,本发明提供的这种微型自锁结构晶体控温装置采用三层结构,其结构简单紧凑、整体尺寸小,所使用材质均具有均具有良好的机械强度,对于存储与使用工况温差大的晶体非常适合,可有效抑制晶体在激光器不同工况下因温度变化导致的松动、机械形变失谐,保证激光器长效稳定运行。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明,并不构成对本发明的保护范围的限制,凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种微型自锁结构晶体控温装置,其特征在于:包括由外到内依次布置的安装支架、中间壳层和晶体座,所述安装支架为卡箍式结构,其侧壁上预留有第一伸缩缝隙,所述晶体座上预留有晶体容纳腔、用于安装温度传感器的安装槽一以及用于安装加热元件的安装槽二,所述温度传感器外接PID温度反馈调节电路,所述中间壳层侧壁上预留有第二伸缩缝隙,所述安装支架和晶体座所采用材质的线膨胀系数均小于中间壳层所采用材质的线膨胀系数,所述晶体座与中间壳层之间通过内嵌卡合结构连接;
所述安装支架的第一伸缩缝隙处设置螺钉安装孔,使安装支架包裹中间壳层和晶体座后通过螺钉锁紧;或者所述安装支架与中间壳层之间通过内嵌卡合结构连接。
2.如权利要求1所述的微型自锁结构晶体控温装置,其特征在于:所述晶体座与中间壳层之间通过内嵌卡合结构连接,该内嵌卡合结构包括设置于晶体座外侧的卡槽以及设置于中间壳层内侧壁的凸台,所述凸台与卡槽对应配合连接。
3.如权利要求2所述的微型自锁结构晶体控温装置,其特征在于:所述安装支架上预留的第一伸缩缝隙宽度H略大于ΔL1,所述中间壳层上预留的第二伸缩缝隙宽度h略大于ΔL1-ΔL2,且ΔL1=α1·L1·Δt,ΔL2=α2·L2·Δt,其中α1为中间壳层的线膨胀系数,L1为常温下中间壳层边长,α2为晶体座的线膨胀系数,L2为常温下晶体座边长,Δt为中间壳层和晶体座共同升温温度。
4.如权利要求1所述的微型自锁结构晶体控温装置,其特征在于:所述晶体座采用金属材质制成,包括底座和晶体盖,所述安装槽二位于底座的底部,所述晶体容纳腔和安装槽一位于底座的上部,且晶体容纳腔和安装槽一等距面布置,所述晶体盖覆盖于晶体容纳腔和安装槽一上方,且晶体盖与底座通过螺钉固定连接。
5.如权利要求4所述的微型自锁结构晶体控温装置,其特征在于:所述底座的四角上对称设有垂直于底座底面的限位柱,四个限位柱围合形成的空间构成安装槽二。
6.如权利要求4所述的微型自锁结构晶体控温装置,其特征在于:所述底座的上部设有上方开口的凹槽结构,所述晶体盖内侧壁对应此凹槽结构处设有与凹槽配合的限位凸块,该凹槽结构与晶体盖围合形成的腔体构成晶体容纳腔。
7.如权利要求4所述的微型自锁结构晶体控温装置,其特征在于:所述晶体座的底座侧边开设L型缺口结构,该L型缺口结构与晶体盖围合形成的空间构成安装槽一。
8.如权利要求2所述的微型自锁结构晶体控温装置,其特征在于:所述卡槽设有4个,分别设于晶体座的上下左右四个面上,所述中间壳层内侧壁的凸台与卡槽对应布置。
9.如权利要求2所述的微型自锁结构晶体控温装置,其特征在于:所述中间壳层采用高分子材料制成,所述中间壳层的内周长略小于晶体座的外周长。
10.如权利要求9所述的微型自锁结构晶体控温装置,其特征在于:所述中间壳层包括上下相对布置的上壳层和下壳层,所述上壳层和下壳层之间留有间隙形成中间壳层的第二伸缩缝隙。
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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