CN116683264B - 便于降温的固体激光器 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种便于降温的固体激光器，其包括壳体以及固定设置在壳体内的风冷基板，风冷基板的一端与壳体的内壁之间形成散热风腔，激光器内的各电子元件均设置在风冷基板远离散热风腔的一侧，壳体的侧壁开设有与散热风腔连通的进风口，壳体远离进风口的侧壁开设有与散热风腔连通的出风口；进风口处设置有用于向散热风腔内吹风的风扇组，风冷基板靠近散热风腔的一端固定设置有若干散热鳍片，各散热鳍片之间形成供气体流通的气流风道，风冷基板远离散热风腔的一端开设有若干导热槽，导热槽内均设置有吸热管，吸热管与激光器内需要散热的电子元件抵接。本申请具有提高激光器内部的散热效果，进而使激光器具有良好的工作性能的效果。
Description
技术领域
本申请涉及激光器的技术领域，尤其是涉及一种便于降温的固体激光器。
背景技术
固体激光器具有输出能量大，峰值功率高等特点，在工业制造、国防、高能物理研究等领域有着广泛的应用，随着激光技术的进步，高功率强激光技术目前己成为固体激光器发展一个重要方向，激光器在工业上被用来钻孔、切割以及将设备与电子元件熔接在一起。
由于固态激光系统在泵浦过程中的斯塔克斯谱移、量子亏损、无用泵浦吸收带等原因，会产生大量的废热，导致增益介质产生热透镜效应，并容易出现双折射现象，甚至产生不可逆损，严重影响增益介质的重复使用率及使用寿命，因此，需要对激光器内部的各发热元件进行散热降温。
目前，针对于低功率的激光器而言，通常会采用风冷散热的散热方式，并配合铝合金散热片将激光器中的热量传导至壳体外部，但是其在导热散热过程中，气流在激光器内部的自然对流散热效果差，且铝合金散热片的热量传递面积有限，难以在低功率激光器内部提供良好的热传导效果，导致激光器的芯片温度不断升高，进而使激光器得不到良好的工作性能。
发明内容
为了提高激光器内部的散热效果，本申请提供一种便于降温的固体激光器。
本申请提供的一种便于降温的固体激光器，采用如下的技术方案：
一种便于降温的固体激光器，包括壳体以及固定设置在壳体内的风冷基板，所述风冷基板的一端与壳体的内壁之间形成散热风腔，激光器内的各电子元件均设置在风冷基板远离散热风腔的一侧，所述壳体的侧壁开设有与散热风腔连通的进风口，所述壳体远离进风口的侧壁开设有与散热风腔连通的出风口；
所述进风口处设置有用于向散热风腔内吹风的风扇组，所述风冷基板靠近散热风腔的一端固定设置有若干散热鳍片，各所述散热鳍片之间形成供气体流通的气流风道，所述风冷基板远离散热风腔的一端开设有若干导热槽，所述导热槽内均设置有吸热管，所述吸热管与激光器内需要散热的电子元件抵接。
可选的，所述吸热管采用黄铜材质。
可选的，所述风冷基板远离散热风腔的一端固定设置有隔热罩，激光器内需要散热的电子元件均安装在隔热罩内。
可选的，所述隔热罩内固定设置有制冷板，所述制冷板与需要散热的电子元件抵接，所述隔热罩内设置有用于对制冷板进行制冷的制冷模组。
可选的，所述制冷模组包括液冷水箱、水泵、导流管、回流管和制冷模块，所述液冷水箱内设置有冷却液，所述制冷板内设置有液流通道，所述水泵的进水端与液冷水箱连通，所述导流管与水泵的出水端连通，所述导流管远离水泵的一端与液流通道连通，所述回流管的一端与液流通道连通，所述回流管远离制冷板的一端与液冷水箱连通，所述制冷模块用于对液冷水箱内的冷却液进行制冷。
可选的，所述制冷模块包括半导体制冷片，所述半导体制冷片固定设置在隔热罩内，所述半导体制冷片的热端与风冷基板抵接，所述液冷水箱的侧壁开设有安装口，所述安装口处固定设置有热导板，所述半导体制冷片的冷端与热导板抵接。
可选的，所述液冷水箱内固定设置有若干换热块，相邻两所述换热块之间间隙配合，各所述换热块之间形成供冷却液流动的导流通道，所述换热块与热导板固定连接。
可选的，所述隔热罩内设置有温度传感器，所述温度传感器用于检查隔热罩内的温度并输出温度信号，所述温度传感器电连接有控制器，所述控制器分别与半导体制冷片和水泵电连接，所述控制器基于温度传感器输出的温度信号控制半导体制冷片和水泵启闭。
可选的，所述隔热罩内还设置有空压机，所述空压机的进气端连通有进气管，所述进气管与散热风腔连通，所述风冷基板上开设有通风口，所述通风口贯通隔热罩与散热风腔，所述控制器与空压机电连接。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.激光器内的各电子元件在工作过程中产生的热量通过吸热管吸收，再通过吸热管将热量传导至风冷基板上，再通过风冷基板将热量传导至散热鳍片上，之后通过风扇组向散热风腔内吹风，对风冷基板和散热鳍片进行冷却，并将热量从出风口吹出，从而对壳体内进行散热；通过将电子元件设置在风冷基板远离散热风腔的一侧，使气流在散热风腔的流通更加顺畅，从而有效提高对风冷基板的冷却效果，且通过吸热管吸取电子元件上的热量并传导至风冷基板上，提高对电子元件的热传导效果，进而大大提高对壳体内部的散热效果，使激光器具有良好的工作性能。
2.电子元件在工作过程中产生的热量通过吸热管吸收后，还有少部分热量挥散到壳体内的空气中，导致壳体内的温度升高，将需要散热的电子元件封闭在隔热罩内，有效降低对其他不发热电子元件的影响。
3.随着激光器的持续工作，吸热管的吸热量大于风冷基板的换热量时，隔热罩内的温度会持续升高，通过温度传感器检测隔热罩内的温度，当隔热罩内的温度大于预设值时，通过控制器启动半导体制冷片和水泵，半导体制冷片对液冷水箱内的冷却液进行制冷，通过水泵将冷却液输送至制冷板的液流通道内，通过制冷板对电子元件进行强制制冷，当隔热罩内空气温度过高时，再通过控制器驱使空压机启动，将隔热罩内的热量从通风口吹出，从而使隔热罩内保持较低的温度，使激光器在良好的冷却状态下进行工作。
附图说明
图1是本申请实施例的整体结构示意图；
图2是本申请实施例的结构爆炸图；
图3是本申请实施例用于表达风冷基板的结构示意图；
图4是本申请实施例用于表达隔热罩的结构示意图；
图5是本申请实施例用于表达制冷模组的结构示意图；
图6是本申请实施例的电路框图。
附图标记说明：1、壳体；11、散热风腔；12、风板；13、离心风机；2、风冷基板；21、散热鳍片；22、气流风道；23、导热槽；24、吸热管；25、通风口；3、隔热罩；31、空压机；311、进气管；32、制冷板；321、液流通道；33、液冷水箱；331、热导板；332、换热块；34、水泵；35、导流管；36、回流管；37、连接管；38、半导体制冷片；39、温度传感器；391、控制器。
具体实施方式
以下结合附图1-6对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种便于降温的固体激光器。参照图1、2，包括壳体1以及固定设置在壳体1内的风冷基板2，风冷基板2的底部与壳体1的内壁之间形成散热风腔11，激光器内的各电子元件均设置在风冷基板2远离散热风腔11的一侧，风冷基板2远离散热风腔11的一端固定设置有密闭的隔热罩3，隔热罩3采用木质材料制成，激光器内需要散热的电子元件均安装在隔热罩3内，激光器内不需要散热的电子元件均安装在隔热罩3的外部。
参照图2，壳体1的侧壁开设有与散热风腔11连通的进风口，壳体1远离进风口的侧壁开设有与散热风腔11连通的出风口，进风口和出风口处均固定设置有过风板12，过风板12上开设有通风孔，进风口处设置有用于向散热风腔11内吹风的风扇组，风扇组包括多个离心风机13；通过将电子元件设置在风冷基板2远离散热风腔11的一侧，使气流在散热风腔11的流通更加顺畅，从而有效提高对风冷基板2的冷却效果。
参照图2、3，风冷基板2靠近散热风腔11的一端固定设置有若干散热鳍片21，各散热鳍片21之间形成供气体流通的气流风道22，风冷基板2和散热鳍片21一体成型，且风冷基板2和散热鳍片21均采用铝材制成。
参照图3，风冷基板2远离散热风腔11的一端开设有若干导热槽23，导热槽23内均设置有吸热管24，吸热管24中空设置，且吸热管24采用黄铜材质，吸热管24凸出风冷基板2的顶部且位于隔热罩3内，吸热管24与激光器内需要散热的电子元件抵接；发热的电子元件在工作过程中产生的热量通过吸热管24吸收，再通过吸热管24将热量传导至风冷基板2上，再通过风冷基板2将热量传导至散热鳍片21上，之后通过风扇组向散热风腔11内吹风，对风冷基板2和散热鳍片21进行冷却，并将热量从出风口吹出，从而对壳体1内进行散热，散热管依据各发热的电子元件的安装位置进行分布，进行适应性调整，从而实现散热效果最大化。
参照图3、4，隔热罩3内固定设置有空压机31，空压机31的进气端连通有进气管311，进气管311贯穿风冷基板2且与散热风腔11连通，进气管311与散热风腔11的连通端靠近进风口，空压机31的出气端与隔热罩3内部连通，风冷基板2上开设有通风口25，通风口25贯通隔热罩3与散热风腔11，且通风口25靠近出风口位置，电子元件在工作过程中产生的热量通过吸热管24吸收后，还有少部分热量挥散到隔热罩3内的空气中，导致隔热罩3内的温度升高，当隔热罩3内空气温度过高时，启动空压机31将隔热罩3内的热量从通风口25吹出，从而使隔热罩3内保持较低的温度，使激光器在良好的冷却状态下进行工作。
参照图4，隔热罩3内还固定设置有多个制冷板32，制冷板32采用铝材或黄铜材质，各制冷板32与需要散热的电子元件一一对应，且制冷板32与各自对应的电子元件的侧壁抵接，隔热罩3内设置有用于对制冷板32进行制冷的制冷模组。
参照图4、5，制冷模组包括液冷水箱33、水泵34、导流管35、回流管36和制冷模块，液冷水箱33和水泵34均固定设置在隔热罩3内，液冷水箱33内设置有冷却液，制冷板32内设置有液流通道321，相邻两制冷板32之间均固定设置有连接管37，两制冷板32上的液流通道321通过连接管37连通，水泵34的进水端与液冷水箱33连通，导流管35与水泵34的出水端连通，导流管35远离水泵34的一端与位于边部的一个制冷板32上的液流通道321连通，回流管36的一端与位于另一侧边部的一个制冷板32上的液流通道321连通，回流管36远离制冷板32的一端与液冷水箱33连通。
参照图5，制冷模块包括半导体制冷片38，半导体制冷片38固定设置在隔热罩3内，且半导体制冷片38的热端与风冷基板2的顶部抵接，液冷水箱33的侧壁开设有安装口，所述安装口处固定设置有热导板331，半导体制冷片38的冷端与热导板331抵接；随着激光器的持续工作，吸热管24的吸热量大于风冷基板2的换热量时，隔热罩3内的温度会持续升高，通过半导体制冷片38对液冷水箱33内的冷却液进行制冷，通过水泵34将冷却液输送至各制冷板32的液流通道321内，通过制冷板32对电子元件进行强制制冷。
参照图5，液冷水箱33内固定设置有若干换热块332，相邻两换热块332之间间隙配合，换热块332之间形成供冷却液流动的导流通道，换热块332与热导板331固定连接，换热块332与导流板均采用黄铜材质；通过换热块332分割液冷水箱33的内部空间，减少液冷水箱33内部的容量，同时通过多个导热片将换热空腔内部的液体分割开，提高冷却液与换热块332或热导板331的接触面积，增加换热量，进一步提高对冷却液的降温效果。
参照图4、6，隔热罩3内设置有温度传感器39，温度传感器39用于检查隔热罩3内的温度并输出温度信号，温度传感器39电连接有控制器391，控制器391与半导体制冷片38、水泵34和空压机31均电连接，通过温度传感器39检测隔热罩3内的温度，当隔热罩3内的温度大于预设值时，通过控制器391启动半导体制冷片38和水泵34，对电子元件进行强制制冷，当隔热罩3内空气温度过高时，再通过控制器391驱使空压机31启动，将隔热罩3内的热量从通风口25吹出。
本申请实施例一种便于降温的固体激光器的实施原理为：激光器内的各电子元件在工作过程中产生的热量通过吸热管24吸收，再通过吸热管24将热量传导至风冷基板2上，再通过风冷基板2将热量传导至散热鳍片21上，之后通过风扇组向散热风腔11内吹风，对风冷基板2和散热鳍片21进行冷却，并将热量从出风口吹出，从而对壳体1内进行散热；通过将电子元件设置在风冷基板2远离散热风腔11的一侧，使气流在散热风腔11的流通更加顺畅，从而有效提高对风冷基板2的冷却效果，且通过吸热管24吸取电子元件上的热量并传导至风冷基板2上，提高对电子元件的热传导效果，进而大大提高对壳体1内部的散热效果，使激光器具有良好的工作性能。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种便于降温的固体激光器，其特征在于：包括壳体(1)以及固定设置在壳体(1)内的风冷基板(2)，所述风冷基板(2)的一端与壳体(1)的内壁之间形成散热风腔(11)，激光器内的各电子元件均设置在风冷基板(2)远离散热风腔(11)的一侧，所述壳体(1)的侧壁开设有与散热风腔(11)连通的进风口，所述壳体(1)远离进风口的侧壁开设有与散热风腔(11)连通的出风口；
所述进风口处设置有用于向散热风腔(11)内吹风的风扇组，所述风冷基板(2)靠近散热风腔(11)的一端固定设置有若干散热鳍片(21)，各所述散热鳍片(21)之间形成供气体流通的气流风道(22)，所述风冷基板(2)远离散热风腔(11)的一端开设有若干导热槽(23)，所述导热槽(23)内均设置有吸热管(24)，所述吸热管(24)与激光器内需要散热的电子元件抵接；
所述风冷基板(2)远离散热风腔(11)的一端固定设置有隔热罩(3)，激光器内需要散热的电子元件均安装在隔热罩(3)内；
所述隔热罩(3)内固定设置有制冷板(32)，所述制冷板(32)与需要散热的电子元件抵接，所述隔热罩(3)内设置有用于对制冷板(32)进行制冷的制冷模组；
所述制冷模组包括液冷水箱(33)、水泵(34)、导流管(35)、回流管(36)和制冷模块，所述液冷水箱(33)内设置有冷却液，所述制冷板(32)内设置有液流通道(321)，所述水泵(34)的进水端与液冷水箱(33)连通，所述导流管(35)与水泵(34)的出水端连通，所述导流管(35)远离水泵(34)的一端与液流通道(321)连通，所述回流管(36)的一端与液流通道(321)连通，所述回流管(36)远离制冷板(32)的一端与液冷水箱(33)连通，所述制冷模块用于对液冷水箱(33)内的冷却液进行制冷；
所述制冷模块包括半导体制冷片(38)，所述半导体制冷片(38)固定设置在隔热罩(3)内，所述半导体制冷片(38)的热端与风冷基板(2)抵接，所述液冷水箱(33)的侧壁开设有安装口，所述安装口处固定设置有热导板(331)，所述半导体制冷片(38)的冷端与热导板(331)抵接。
2.根据权利要求1所述的一种便于降温的固体激光器，其特征在于：所述吸热管(24)采用黄铜材质。
3.根据权利要求1所述的一种便于降温的固体激光器，其特征在于：所述液冷水箱(33)内固定设置有若干换热块(332)，相邻两所述换热块(332)之间间隙配合，各所述换热块(332)之间形成供冷却液流动的导流通道，所述换热块(332)与热导板(331)固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种便于降温的固体激光器，其特征在于：所述隔热罩(3)内设置有温度传感器(39)，所述温度传感器(39)用于检查隔热罩(3)内的温度并输出温度信号，所述温度传感器(39)电连接有控制器(391)，所述控制器(391)分别与半导体制冷片(38)和水泵(34)电连接，所述控制器(391)基于温度传感器(39)输出的温度信号控制半导体制冷片(38)和水泵(34)启闭。
5.根据权利要求4所述的一种便于降温的固体激光器，其特征在于：所述隔热罩(3)内还设置有空压机(31)，所述空压机(31)的进气端连通有进气管(311)，所述进气管(311)与散热风腔(11)连通，所述风冷基板(2)上开设有通风口(25)，所述通风口(25)贯通隔热罩(3)与散热风腔(11)，所述控制器(391)与空压机(31)电连接。
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