CN115588895A - 一种用于激光设备的冷却水路智能保护系统 - Google Patents

一种用于激光设备的冷却水路智能保护系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于激光设备的冷却水路智能保护系统，具有更加安全的水路保护功能，增加报警信号、漏水报警功能，滤芯更换提示功能，设备不运行水路中不存水。冷却水从水箱流出经出水管路流至激光设备进行冷却，然后经回水管路回流至水箱；双套探测组件包括第一探测组件用于测量出水管路中冷却水流量、温度和水压；第二探测组件用于测量回水管路中冷却水流量、温度和水压；第一探测组件和水泵设置于出水管路上，第二探测组件设置于回水管路上；主控系统用于根据双套探测组件的测量数据，控制受控开关的开闭；受控开关包括第一受控开关和第二受控开关，其中第一受控开关用于控制激光设备的启动与关停，第二受控开关用于控制水泵的启动与关停。

Description

一种用于激光设备的冷却水路智能保护系统
技术领域
本发明涉及激光器得冷却装置技术领域，特别涉及一种用于激光设备的冷却水路智能保护系统。
背景技术
图1示出了现有技术中的激光设备用水路系统，包括水箱、主控系统、水泵、滤芯、温度计、流量计和散热装置，能够测试水流和水温等简单的系统情况数据。由于受流量开关的检测灵敏度的限制，不能精确的反应设备所处状态，存在不能保护激光设备的风险。例如激光水路中存在少量漏水现象，但水流量未达到流量开关的检测限，不足以触发激光设备的报警系统，致使少量漏水引起激光设备中电源短路，对设备造成不可逆的损害，甚至威胁操作人员的人身安全，如果某个传感器探测失灵或者传输信号错误时，会导致整个激光设备运行异常。
此外，由于激光设备的水冷系统需要使用冷却水，冷却水需要流经光学腔进行冷却，当设备停机不用时，冷却水停留在水路中，水中杂质在静态下将附着在水路中，像激光器这类光学设备中，杂质附着在光学腔的光学元件表面导致光学性质恶化，损坏设备；另外，在温度低于零度时，激光器水路中的水冷冻结冰，由于冷冻结冰后的固体冰体积大于液态水，水路中的水结冰体积增大，导致设备损坏，如当在极端条件使用或运输时，冷却水结冰将损坏光学腔，从而损坏激光器。
发明内容
本申请的一个目的在于提供一种用于激光设备的冷却水路智能保护系统，具有更加安全的水路保护功能，采用双流量计、双温度计和双水压计，增加微处理器的运算逻辑和输出的报警信号以及漏水报警功能，增加滤芯更换提示功能，在设备不运行时，保证设备水路中不存水，在极端情况时，设备不会因冷却水结冰而损坏。
具体技术方案如下：一种用于激光设备的冷却水路智能保护系统，包括水箱、双套探测组件、主控系统、水泵和受控开关；
所述水箱中的冷却水从水箱流出并经出水管路流至所述激光设备进行冷却，然后再经回水管路回流至所述水箱中；
所述双套探测组件包括第一探测组件和第二探测组件，第一探测组件用于测量所述出水管路中的冷却水的流量、温度和水压；第二探测组件用于测量所述回水管路中的冷却水的流量、温度和水压；
所述第一探测组件和水泵设置于所述出水管路上，所述第二探测组件设置于所述回水管路上；
所述主控系统用于根据所述双套探测组件的测量数据，控制受控开关的开闭；
所述受控开关包括第一受控开关和第二受控开关，其中第一受控开关用于控制所述激光设备的启动与关停，第二受控开关用于控制水泵的启动与关停。
优选的，还包括第三受控开关、气泵和电控气阀，所述气泵通过电控气阀连接到所述出水管路中，用于排出水路中存留的冷却水；
所述主控系统通过第三受控开关控制气泵的启动与关停，并且所述主控系统还控制电控气阀的开闭。
优选的，当所述激光设备停止运行后，所述主控系统断开第一受控开关和第二受控开关，然后接通第三受控开关和电控气阀，使所述气泵开始工作，将气体泵入出水管路中以使所述激光设备中存储的冷却水经回水管路排出至水箱中，直至所述激光设备中无冷却水后，关闭第三受控开关和电控气阀，使气泵停止工作。
优选的，所述气泵与电控气阀之间还设置有干燥剂和气体滤芯，以使进入水路的气体为干燥洁净气体。
优选的，还包括电控阀门，设置于所述第一探测组件与激光设备之间的出水管路上，并且与所述主控系统连接，用于切断与接通所述出水管路。
优选的，在接通第一受控开关以使所述激光设备开始运行之前，先启动水路系统自检保护，包括：所述主控系统接通第二受控开关并打开电控阀门，使水泵工作一预定时间，接收所述双套探测组件的测量数据并与初始数据和警戒数据进行对比，并将对比结果反馈至所述主控系统，若对比结果表示异常，则所述主控系统断开第二受控开关，以使水泵停止工作，并分析故障原因和发出报警信号。
优选的，所述水箱中还设置有液位探测器，用于测量水箱中的冷却水位。
优选的，还包括电导率测量计，设置于所述回水管路中以用于测量回水管路中的冷却水的电导率。
优选的，还包括滤芯和散热装置，所述滤芯设置于出水管路中，所述散热装置设置于回水管路中。
优选的，所述激光设备在运行过程中，每隔δt时间进行一次故障排查，包括：将所述双套探测组件的测量数据与初始数据和警戒数据进行对比，并将对比结果反馈至所述主控系统，若对比结果表示异常，则所述主控系统断开第一受控开关和第二受控开关，使所述激光设备和水泵停止工作，并分析故障原因和发出报警信号。
本发明的有益效果如下：
本发明采用双套探测组件，包括双流量计、双温度计和双水压计，避免了单套探测组件中某个元器件失灵带来系统风险；通过双套探测器件间的逻辑运算，精确检测水路中相关信号，并可通过物联网模块上报物联网中台系统，方便设备的远程管理和维护；提高了漏水检测的灵敏度，有效保障了激光设备运行安全；增加微量成本，获得更高的水路保护安全级别。设备停止使用时，及时排空水路中的冷却水，防止低温条件下冷却水结冰损坏设备。微处理器通过对探测器件采集数据的逻辑运算可输出的更有价值的报警信号，如特有的漏水报警功能、特有的滤芯更换提示功能，而非根据时间来机械设定或者人为判读。
附图说明
图1示出了现有技术中的水路系统；
图2示出了本发明实施例中用于激光设备的冷却水路智能保护系统示意图。
具体实施方式
下面对本申请的实施方式作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包括，例如，包括了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备，不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
实施例
本发明中，需要冷却的设备是指激光设备，激光设备自身会产生热量，热量不能及时散发会导致设备不能稳定工作，甚至损坏。因此激光设备会采用冷却系统，本发明提供一种用于激光设备的冷却水路智能保护系统，包括水箱、液位探测器、水泵、第一探测组件、滤芯、散热装置、第二探测组件、电导率测量计、微处理器、主控系统、气泵、电控气阀、电控气阀、受控开关。其中第一探测组件包括第一流量计、第一温度计和第一水压计，第二探测组件包括第二水压计、第二流量计和第二温度计，受控开关包括第一受控开关，第二受控开关和第三受控开关。
水箱用于储存冷却水，设置液位传感器，探测水箱冷却水液面位置，本实施例优选内置液位探测器。水泵用于使冷却水在激光器水路中进行循环，水箱中的冷却水经水泵加压后流经出水管路，依次经过第一流量计、第一温度计和第一水压计和滤芯，然后通过电控阀门进入需冷却设备，将多余热量带入散热装置。其中第一流量计、第一温度计、第一水压计测量水箱出水管路冷却水的流量、温度和水压，滤芯过滤冷却水中杂质，避免对需冷却设备造成污染，散热装置用于将冷却水冷却至设定温度。从散热装置流出的冷却水经回水管路依次流经第二水压计、第二流量计、第二温度计以及电导率测量计后回到水箱，冷却水完成一个循环过程。其中第二水压计、第二流量计、第二温度计以及电导率测量计测量水箱回水管路冷却水的流量、温度和水压和电导率。气泵通过电控气阀连接到水路中，用于排出水路中存留的冷却水。
其中需冷却设备通过第一受控开关接到市电，水泵通过第二受控开关接到市电，气泵通过第三受控开关接到市电。主控系统发送信号控制接通或关闭第一受控开关、第二受控开关和第三受控开关，从而控制需冷却设备和水泵。电控阀门和电控气阀由主控系统发送信号决定是打开还是关闭。
微处理器接收第一流量计、第一温度计、第一水压计、第二水压计、第二流量计、第二温度计、电导率测量计的数据。其中第一流量计测量出水管路流量为A1，第一温度计测量出水管路温度为T1，第一水压计测量出水管路水压为P1，第二流量计测量回水管路流量为A2，第二温度计测量回水管路温度为T2，第二水压计测量回水管路水压为P2，电导率测量计测量回水管路电导率B。
微处理器将数据进行处理分析后，传输信号给主控系统。主控系统根据传输信号判断并输出控制信号接通或者关闭第一受控开关、第二受控开关、第二受控开关。
在需冷却设备出厂时，在微处理器中存入第一流量计、第一温度计、第一水压计、第二水压计、第二流量计、第二温度计、电导率测量计的出厂数据。其中第一流量计出厂数据=第二流量计出厂数据为a，第一温度计出厂数据为t1，第二温度计出厂数据为t2，第一水压计出厂数据=第二水压计出厂数据为p。同时，在微处理器中存入第一流量计、第一温度计、第一水压计、第二水压计、第二流量计、第二温度计、电导率测量计的警戒数据：第一流量计警戒数据=第二流量计警戒数据=Aa，第一温度计警戒高温数据=AtH1和警戒低温数据AtL1，第二温度计警戒低温数据=AtH2和警戒低温数据=AtL2，第一水压计警戒数据=第二水压计警戒数据=Ap，电导率测量计警戒数据1=Ab。设备出厂时，电控阀门处于关闭状态。
具体的保护功能可以包括如下三种保护阶段：
第一阶段：水路系统自检保护
主控系统发出第二受控开关接通信号，使水泵接通市电运行大于1分钟，同时主控系统发出电控阀门打开信号；
微处理器接收第一流量计、第一温度计、第一水压计、第二水压计、第二流量计、第二温度计和电导率测量计的数据并进行分析：
当同时满足a≥A1=A2≥Aa，AtL1≤t1≤T1≤AtH1，p≥P1≥Ap，B≤Ab时，水路保护系统处于正常状态，微处理器将设备正常的信息反馈至主控系统，如果不能同时满足a≥A1=A2≥Aa，AtL1≤t1≤T1≤AtH1，p≥P1≥Ap，B≤Ab时，主控系统发送指令给第二受控开关断开指令，立刻停掉水泵进行数据分析，判断具体故障原因。根据表1进行故障排查，故障排除后重新进行上述水路系统自检步骤。
表1 故障排查
Figure 904537DEST_PATH_IMAGE001
第二阶段：需冷却设备运行中的保护
主控系统接收到微处理器反馈的设备正常信息后发送第一受控开关接通指令，需冷却设备开始运行。设备运行时微处理器每间隔δt时间进行一次设备故障排查，根据表1数据判断设备正常继续运行，运行结束后，主控系统发送关闭水泵和需冷却设备指令后，主控系统再发出第一受控开关和第二受控开关断开指令；设备异常主控系统发送指令给第一受控开关和第二受控开关断开指令，立刻关停需冷却设备和水泵，进行排除故障，重新进行水路系统自检。
第三阶段：设备关机后保护，排空水路中残留的冷却水
主控系统在发出水泵和需冷却设备关机指令后，t1时间间隔后主控系统发出第三受控开关接通指令，此时第三受控开关接通市电气泵开始工作，同时主控系统发出电控气阀接通和电控阀门关闭指令。电控气阀控制气泵接通，电控阀门关闭，切断出水管路，防止冷却水继续进入需冷却设备中，保障气泵气体通过出水管路但不沿出水管路逆循环进入水箱，而是通过出水管路沿冷却水循环方向将气体泵入水路中，挤压需冷却设备中存储的冷却水，使冷却水依次通过散热器、第二水压计、第二流量计、第二温度计和电导率测量计排进水箱，此时需冷却设备内无冷却水。在主控系统控制电控气阀接通和电控阀门关闭t2时间后，主控系统发出控制信号第三受控开关关闭，气泵停止工作，电控气阀关闭。
优选地，在本实施例中，在气泵与电控气阀之间还可以增设干燥剂和滤芯，使进入水路的气体为干燥洁净气体。
在本实施例中，t1，t2可根据设备情况和用户需求设定，本实施例中优选地可以设置为3min＜t1＜15min，3min＜t2＜15min。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，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，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种用于激光设备的冷却水路智能保护系统，其特征在于，包括水箱、双套探测组件、主控系统、水泵和受控开关；
所述水箱中的冷却水从水箱流出并经出水管路流至所述激光设备进行冷却，然后再经回水管路回流至所述水箱中；
所述双套探测组件包括第一探测组件和第二探测组件，第一探测组件用于测量所述出水管路中的冷却水的流量、温度和水压；第二探测组件用于测量所述回水管路中的冷却水的流量、温度和水压；
所述第一探测组件和水泵设置于所述出水管路上，所述第二探测组件设置于所述回水管路上；
所述主控系统用于根据所述双套探测组件的测量数据，控制受控开关的开闭；
所述受控开关包括第一受控开关和第二受控开关，其中第一受控开关用于控制所述激光设备的启动与关停，第二受控开关用于控制水泵的启动与关停。
2.根据权利要求1所述的用于激光设备的冷却水路智能保护系统，其特征在于，还包括第三受控开关、气泵和电控气阀，所述气泵通过电控气阀连接到所述出水管路中，用于排出水路中存留的冷却水；
所述主控系统通过第三受控开关控制气泵的启动与关停，并且所述主控系统还控制电控气阀的开闭。
3.根据权利要求2所述的用于激光设备的冷却水路智能保护系统，其特征在于，当所述激光设备停止运行后，所述主控系统断开第一受控开关和第二受控开关，然后接通第三受控开关和电控气阀，使所述气泵开始工作，将气体泵入出水管路中以使所述激光设备中存储的冷却水经回水管路排出至水箱中，直至所述激光设备中无冷却水后，关闭第三受控开关和电控气阀，使气泵停止工作。
4.根据权利要求2所述的用于激光设备的冷却水路智能保护系统，其特征在于，所述气泵与电控气阀之间还设置有干燥剂和气体滤芯，以使进入水路的气体为干燥洁净气体。
5.根据权利要求1所述的用于激光设备的冷却水路智能保护系统，其特征在于，还包括电控阀门，设置于所述第一探测组件与激光设备之间的出水管路上，并且与所述主控系统连接，用于切断与接通所述出水管路。
6.根据权利要求5所述的用于激光设备的冷却水路智能保护系统，其特征在于，在接通第一受控开关以使所述激光设备开始运行之前，先启动水路系统自检保护，包括：所述主控系统接通第二受控开关并打开电控阀门，使水泵工作一预定时间，接收所述双套探测组件的测量数据并与初始数据和警戒数据进行对比，并将对比结果反馈至所述主控系统，若对比结果表示异常，则所述主控系统断开第二受控开关，以使水泵停止工作，并分析故障原因和发出报警信号。
7.根据权利要求1所述的用于激光设备的冷却水路智能保护系统，其特征在于，所述水箱中还设置有液位探测器，用于测量水箱中的冷却水位。
8.根据权利要求1所述的用于激光设备的冷却水路智能保护系统，其特征在于，还包括电导率测量计，设置于所述回水管路中以用于测量回水管路中的冷却水的电导率。
9.根据权利要求1所述的用于激光设备的冷却水路智能保护系统，其特征在于，还包括滤芯和散热装置，所述滤芯设置于出水管路中，所述散热装置设置于回水管路中。
10.根据权利要求1所述的用于激光设备的冷却水路智能保护系统，其特征在于，所述激光设备在运行过程中，每隔δt时间进行一次故障排查，包括：将所述双套探测组件的测量数据与初始数据和警戒数据进行对比，并将对比结果反馈至所述主控系统，若对比结果表示异常，则所述主控系统断开第一受控开关和第二受控开关，使所述激光设备和水泵停止工作，并分析故障原因和发出报警信号。
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