Излучатель

На фотографии 1 представлен внешний вид излучателя лазера «Буран» без защитной крышки, который используется в данной лабораторной работе. Излучатель, состоит из резонатора образованного двумя плоскими зеркалами задним и передним, имеющими коэффициенты отражения R на длине волны 1.064 мкм 20% и 99.9% соответственно (рис. 3). Зеркала резонатора установлены в одинаковые юстировочные узлы 1 и 3 (фотография 1). В резонатор помещен одноламповый квантрон 2, внутри которого находятся отражатель, активный элемент 2.1 и Xe-лампа накачки 2.2 (рис. 7).

Фото. 1. Внешний вид излучателя.

1 – выходное зеркало, 2 – активный элемент, 3 – «глухое» зеркало.

Активный элемент выполнен из алюмоиттриевого граната активированного ионами неодима (YAG:Nd³⁺) и имеет форму цилиндра диаметром 6,35 мм, длиной 100 мм (рис. 8, в). В качестве лампы накачки применяется импульсная Xe-лампа ИНП6/90А (рис.8,г). Отражатель сделан из кварцевого стекла КЛЖ-7 в форме эллиптического цилиндра длиной 90 мм (рис.8, б). В отражателе просверлены два параллельных канала, внутри которых располагаются активный элемент и лампа накачки. Для охлаждения лампы и элемента через каналы прокачивается хладагент (дистиллированная вода).

Серии импульсов повторяются с частотой вспышек лампы накачки.

Стойка питания и охлаждения (спо)

Стойка питания и охлаждения (СПО) представляет собой стандартный технологический шкаф с размещенными в нем блоками питания импульсной лампы накачки и устройством охлаждения.

Устройство охлаждения

В установке применена двухконтурная схема охлаждения со "сбросом тепла на воду" (рис. 9). Все отводимое тепло, в конечном итоге, приводит к нагреву воды внешнего охлаждающего контура проходящей через теплообменник блока охлаждения. В качестве теплоносителя внутреннего контура используется дистиллированная или деионизированная вода (в дальнейшем - дистиллят) циркулирующая по замкнутому контуру.

Внутренний контур охлаждения:

Общая схема циркуляции дистиллята представлена на рис. 9. В качестве основной накопительной емкости используется бак дистиллята 7 объемом 8 дм³. Дистиллят прокачивается помпой 10 через расходомер 11 и фильтр механической очистки 9 и поступает на выходной штуцер внутреннего контура 3. Пройдя квантрон и рубашку охлаждения затвора, расположенных в излучателе, нагретый дистиллят поступает через входной штуцер внутреннего контура 2 обратно в бак дистиллята 7, где охлаждается, омывая теплообменник, по которому циркулирует водопроводная вода. Теплообменник выполнен в виде трубной решетки погруженной в дистиллят. При отсутствии протока дистиллята во внутреннем контуре работа блока питания лампы накачки блокируется датчиком потока расходомера. В случае превышения температуры дистиллята значения в 60°С срабатывает аварийный термодатчик 4 и прекращает работу блока питания лампы накачки.

Рис. 5. Устройство охлаждения.

1 - радиатор*⁾, 2 - входной штуцер внутреннего контура, 3 - выходной штуцер внутреннего контура, 4 - аварийный термодатчик, 5 - выходной штуцер внешнего контура, 6 - входной штуцер внешнего контура с электромагнитным впускным клапаном**⁾, 7 - бак дистиллята с дистиллированной водой, 8 - термодатчик управления впускным клапаном , 9 - фильтр механической очистки,10 – помпа, 11 - расходомер с датчиком потока, 12 - патрон деионизатора.

________

*⁾, **⁾ радиатор и электромагнитный клапан в данном исполнении отсутствуют

Патрон деионизатора 12 подключен дополнительным (параллельным) контуром таким образом, что часть дистиллята поступающего на входной штуцер внутреннего контура 2 проходит через деионизирующий материал патрона и поступает обратно во внутренний контур. Вторая точка подключения патрона находится между помпой 10 и расходомером 11.

Внешний контур охлаждения:

Внешний контур охлаждения содержит следующие элементы: радиатор 1, входной штуцер внешнего контура б, выходной штуцер внешнего контура 5, соединительные шланги и теплообменник, помещенный в бак дистиллята 7. Водопроводная вода поступает через входной штуцер внешнего контура 6 и электромагнитный впускной клапан (при его наличии) в теплообменник а затем на радиатор 1 (при его наличии) и покидает систему через выходной штуцер внешнего контура 5.

Конструктивно блок охлаждения размещен в нижней части стойки питания и охлаждения. Крепление помпы 10 произведено через виброопоры уменьшающие шумовые и вибрационные эффекты, возникающие при работе мотора помпы.

б) Описание источника питания 730F

Источник питания предназначен для питания импульсных ламп типа ИНП с размером разрядного промежутка до 90 мм. Модель источника питания - 730F. Состоит источник из двух блоков: блок питания - 730/БП и блок управления током разряда - 730/БР. Внешний вид источника приведен на фотографии 2.

Источники питания серии 730 разработаны для питания импульсных ламп мощных твердотельных лазеров, предназначенных для использования в технологичес­ких лазерных установках. Основной характеристикой источников питания этой серии является возможность управления током через лампу в процессе импульса. Это позволяет формировать лазерные импульсы любого заданного профиля и с заданной длительностью. Источник питания с такими свойствами обеспечивает быструю оптимальную настройку параметров излучения технологического лазера на требования конкретного технологического процесса или характеристики обрабатываемого материала.

Управление работой источника питания серии 730 и амплитудой импульса тока во время разряда производится от компьютера через обычный параллельный интерфейс. Органы управления на передней панели источника питания отсутствуют.

Источник питания серии 730F кроме обычного управления через параллельный интерфейс имеет на передней панели блока управления, током разряда органы управления, что позволяет использовать его как в обычном режиме, с управлением от компьютера, так и работать с источником питания и без использования компьютера. При управлении источником питания с передней панели возможна только прямоугольная форма импульсов тока.

Фото. 2 . Фронтальный вид блока питания модели 730F.

Необходимый ток через импульсную лампу обеспечивается путем неполного разряда батареи конденсаторов. Управление амплитудой разрядного тока производится мощным биполярным транзистором с изолированным затвором. Источники питания конкретных моделей серии 730 отличаются друг от друга количеством выходных каналов, мощностью и предельной длительностью импульса тока.

Например, источники питания модели 731/732 обеспечивают работу одной/двух импульсных ламп и используются для питания либо однолампового либо двухлам­пового излучателя или же двух одноламповых осветителей в одном лазере.

Источник питания модели 731 состоит из двух блоков: блока питания - 730/БП и блока управления током разряда - 730/БР.

Источник питания модели 732 состоит из трех блоков: блока питания - 730/БП и двух блоков управления током разряда - 730/БР.

Блок питания предназначен для управления зарядом конденсаторной батареи и поддержания постоянного напряжения на ней. Электрические схемы блока питания приведены в приложении к инструкции по эксплуатации лазера.

В блоке питания установлены входной автоматический выключатель и электромагнитный пускатель. Вместе с ключевым тумблером и кнопкой аварийного отключения питания, расположенными на передней панели, эти устройства обеспечивают управление общим включением/выключением источника питания. Заряд конденсаторной батареи производится через стабилизатор тока. Управление работой стабилизатора тока осуществляется платой управления. Кроме этого плата управления контролирует напряжение на конденсаторной батарее, наличие всех фаз и уровень напряжения в сети электропитания. При возникновении нештатной ситуации работа источника питания будет прекращена.

Аварийное отключение питания производится при нажатии кнопки аварийного отключения питания, расположенной на передней панели.

В блоке питания также размещена часть конденсаторов, которые совместно с конденсаторами в блоках управления током разряда составляют конденсаторную батарею.

На передней панели блока питания 730/БП расположены (фотография 2):

• ключевой тумблер POWER включения источника питания;

• три светодиода сигнализирующих о наличии трех фаз питания;

• фиксирующаяся кнопка STOP аварийного отключения электропитания.

На задней панели блока питания 730/БП расположены:

• основной выключатель электропитания блока питания;

• сетевые разъемы 220V 50/60 Hz для питания блоков управления током разряда и других устройств;

• разъем D UNIT для подключения блока управления током разряда;

• два сильноточных разъёма D UNIT для подключения соответствующих разъёмов блока управления током разряда;

• клемма заземления блока питания.

Блок управления током разряда - 730/БР предназначен для обеспечения работы импульсной лампы. В блоке управления током разряда размещены конденсаторы, цепь управления током разряда, система поджига лампы и поддержания в ней постоянной "дежурной дуги», система управления и контроля рабочих параметров блока. Электрические схемы блока приведены в приложении к инструкции по эксплуатации лазера. На передней панели блока управления током разряда расположены четыре светодиода, которые информируют о рабочем состоянии блока (фотография 2):

• светодиод POWER загорается при включении питания блока;

• светодиод READY информирует о том, что в лампе горит «дежурная дуга» и блок готов к работе;

- светодиод OVERHEATING загорается, если температура элементов блока превысит допустимый уровень, при этом работа блока будет прекращена;

- светодиод FAULT загорается при появлении любой нештатной ситуации, при которой работа блока запрещена: при превышении допустимой амплитуды или длительности тока через лампу, при превышении допустимой средней мощности, вводимой в лампу, при перегреве блока, при отсутствии дежурной дуги, при выходе из допустимых пределов уровня напряжения на конденсаторах, при наличии внешних сигналов, запрещающих работу блока.

Управление работой источника питания производится органами управления расположенными на передней панели источника питания, или дистанционно по стандартному последовательному интерфейсу RS-232.

На передней панели блока питания 730/БР расположены следующие органы управления (фотография 2):

1 - кнопка ON включает работу блока управления током разряда в соответствии с установленным режимом;

2- кнопка OFF выключает работу блока управления током разряда;

3- кнопка RESET осуществляет сброс системы при возникновении внутренней ошибки;

4- переключатель CONTROL устанавливает режим управления работой блока;

5 - переключатель TRIGGER задает режим запуска разрядных импульсов при управлении с передней панели: если переключатель находиться в положении TNT импульсная лампа работает с частотой определяемой потенциометром PALSE RATE, если переключатель находиться в положении ЕХТ импульс на лампу подается только при подаче импульса запуска на разъем TRIG (расположен на задней панели блока);

6 - потенциометр PALSE CARRENT устанавливает амплитуду импульсов тока;

7 - потенциометр PALSE LENGTH устанавливает длительность импульсов тока;

8 - потенциометр PALSE RATE устанавливает частоту повторения импульсов тока.

Регулировка параметров разряда оператором может быть выполнена в следующих пределах:

Максимальная амплитуда импульсов тока - 500А.

Сила тока дежурной дуги - 0,9 А + 0,1 А

Диапазон регулировки выходного тока: от 50А до 500А.

Максимальная частота повторения импульсов разряда - 100 Гц.

Диапазон изменения длительности импульсов тока 0,5 - 10 мс (при управлении с передней панели).

Источник питания может запускаться внешними синхроимпульсами. Длительность импульса, не менее, 50 мкс, амплитуда - 5 В.