射频激励金属板条波导CO2激光器的功率输出特性

为了获得较高的激光输出功率,介绍了射频激励扩散冷却全金属板条波导CO2激光器,放电区域由左右两个铝合金壁和上下两个铝合金电极构成,放电区域高2 mm,宽20 mm,长386 mm,工作气体混合比CO2:N2:He:Xe=1:1:3:0.26,该技术代替了过去的金属陶瓷结构,结合纵向电压均匀分布技术和面增比技术,获得了127 W的激光输出功率,光电转换效率高达14%。实验中,照相机放在激光器的纵向轴心上,清楚地记录了CO2激光器的放电现象。实验结果表明,该激光器小信号增益1%/cm,饱和光强1 200 W/cm2,促进了CO2激光器的发展。

船用钢板的高功率CO_2激光焊接

激光作为高能束和洁净热源在焊接中得到了越来越广泛的应用。船舶制造中的激光焊接技术也正得到广泛的研究并开始应用。利用15kW级CO2激光对国产船用板CCS-B、SUS304、A36以及CCS-A进行了对接接头和T形接头的激光焊接研究。在多种板厚条件下获得了良好的激光填丝和激光电弧复合焊接接头。通过宏观和显微金相分析比较CCS-B激光填丝焊和激光电弧复合焊接头焊缝截面形状和组织。通过成分分析,观察了在三种不同高功率激光焊方法(纯激光、激光填丝和激光复合)下焊缝中主要化学成分的含量变化。通过硬度测量、拉伸和弯曲试验测试分析了接头力学性能。

基于模糊PID技术的CO_2激光器功率控制研究

为保证CO2激光输出功率的稳定性,提出了基于模糊PID技术的CO2激光功率控制系统。PID技术用于对激光器电源电流的控制,模糊控制用于对PID参数在线实时自整定,模糊PID控制算法用单片机实现。试验结果表明,采用模糊PID控制技术可使CO2激光器获得稳定的功率输出,整机系统稳定可靠。

印刷电路板预电离3.6kW TEACO_2激光器

在TEACO2激光器中采用印刷电路板预电离结构,在单节放电体积为5cm×4cm×90cm的两节串连的激光器中获得了20.4J单脉冲能量输出,电光转换效率达12.8%.激光器重复频率工作时,气体清洗系数大于3,在最高重复频率180Hz下获得了3.6kW平均输出功率.

轴对称折叠组合腔CO_2激光器的实验研究

对轴对称折叠组合腔CO_2激光器进行了相关的实验研究。主要用线图的方式研究了在两种不同混合气体比例条件下,输出功率与放电电流之间和输出功率与放电气压之间的关系。引入辅助气体Xe后,输出功率有很大的提高,能够达到35%左右。根据模型结构的实际参数,运用数值计算的方法模拟画出其输出光强和光斑分布图。以三维5根、7根和9根放电管同时放电时的输出光斑分布情况为例与实验光斑拍摄图进行对比,对轴对称折叠组合腔CO_2激光器输出进行理论与实验验证,结果表明实验和理论是一致的。通过以上实验研究,可以为CO_2激光器的生产提供参考。

大功率TEA CO_2激光远场发散角评估方法

在大功率激光远距离定向传输中,远场发散角是衡量其性能的一个重要参量。大功率TEA CO2激光具有功率高、光束直径大等特点,常规手段无法准确测量其远场发散角。为解决该难题,提出了一种利用激光光斑尺寸拟合分析法来评估大功率TEA CO2激光的远场发散角。首先,从理论上推导大Fresnel数多模高斯激光束远场发散角,分析了影响激光束发散角的主要因素;然后,采用光斑烧蚀法试验测量近场(≤20 m)光斑数据,基于光束质量(M2)因子理论拟合得出了激光光束质量和束腰大小,从而推导出激光束远场发散角;最后,对比分析了以上两种方法的计算结果,讨论了结果存在偏差的原因。结果表明,近场光斑数据拟合法可准确、便捷地测量大功率TEA CO2激光束远场发散角。

射频激励二氧化碳激光器功率控制电路原理及设计

所叙述的二氧化碳激光器内部的基本结构。包括功率控制器、射频电路等。通过对功率控制部分的研制使激光器的生产逐步实现国产化。用单片机控制电路的PWM的开关、放大、检测,将放大后的PWM送至射频激励,控制射频电路中的射频信号,从而控制激光器输出光功率的大小。

CO_2激光器高压高频充电电源的应用研究

为改善现有CO2激光器工频充电电源体积、重量大、充电精度低等缺点,开展高频高压充电电源的研究,研制一台采用全桥逆变结构和串联谐振软开关电路、输出电压36 k V、输出平均充电功率为10 k J/s的高频高压充电电源。该电源系统采用三相380 VAC作为供电系统,大功率智能功率模块(IPM)作为全桥逆变电路,逆变交流信号经串联谐振电路及高频脉冲变压器得到高压脉冲信号,高压脉冲经整流给负载电容充电;同时,电源应用电压、电流双闭环控制系统,输出电压、电流经采样及放大反馈到电源控制芯片SG3525,SG3525通过判断反馈信号的大小控制输出PWM驱动信号的占空比。实验结果表明:电源输出电压36 k V,输出平均功率为10.8 k J/s,充电效率为0.82,电源纹波系数为1%。电源系统保证了激光器稳定工作在30 Hz条件下。

大功率TEA CO_2激光器的电磁辐射测试及屏蔽方舱设计

为了抑制大功率TEA CO2激光器对其他电子设备的电磁干扰,在测量并分析激光器的近场电磁辐射特性的基础上,设计了电磁屏蔽方舱并进行了实验验证。根据大功率TEA CO2激光器的工作原理,分析了激光器工作过程中的主要电磁辐射源;结合电磁辐射理论与激光器的实际结构,确定了电磁辐射测试的主要部位为火花开关、主回路、激光器出光口处。分析测试结果,得到了激光器近场不同方位的主要辐射频率及辐射场特性,据此设计了屏蔽方舱,并在屏蔽方舱门处进行了屏蔽效能验证。结果表明,大功率TEA CO2激光器在近场区的电磁辐射源为磁场源,据此设计的屏蔽方舱其屏蔽效能整体达到40dB以上,部分频率的屏蔽效能达到60dB以上。

高功率TEA CO_2激光器的双波长免调切换结构

为在一台激光器上切换输出10.6/9.3μm两种波长高能激光,采用输出镜镀膜选支方法获得了9.3μm单谱线输出,其脉冲能量与原10.6μm波长基本相当。设计出双波长密闭免调切换输出结构,利用有限元分析软件MSC.Patran/Nastran对该结构的切换移动平台组件进行了静力学、热应力及热力耦合分析,并基于Matlab软件,运用最小二乘法对分析得到的位移变形量拟合出输出镜镜面绕坐标轴的偏转角度。分析计算得到结构的最大应力为101 MPa,镜面的最大变形量为6.95μm,镜面绕3个坐标轴的倾斜角度分别为0.07″,2.92″,0.009″。对研制出的实物装置进行发射试验,检测到两波长切换发射的指向性相对误差为8.7″。结果表明,该结构能够满足免调切换输出两种波长激光的性能参数要求。

基于DSP的高功率TEACO_2激光器控制系统的高精度数据采集

针对基于DSP的高功率TEA CO2激光器控制系统直接利用DSP F2812内置A/D转换器(ADC)进行模拟量采样时存在转换误差较大,且模拟量易受电磁干扰等问题,从硬件和软件两个角度提出了校正DSP2812内置ADC的方法。硬件上采用硬件模拟滤波和隔离等手段对输入的模拟量进行处理;软件校正则通过将两路给定的参考电压值送入DSPF2812内置A/D转换器的两个转换通道,计算出ADC的偏置误差和增益误差,以此误差对其它通道A/D转换器进行校正。最后,实验分析了参考电压和A/D采样时钟频率对A/D转换精度的影响。结果表明,提出的方法能有效地提高A/D转换器的精度,A/D转换误差达到±3 LSB,特别是在对腔压值精度要求很高的0～12 000 Pa区段,A/D转换精度达±1 LSB,可以保证TEA CO2激光器的可靠运行。

大功率脉冲TEA CO_2激光器控制系统设计

大功率脉冲TEA CO2激光器不仅设备复杂,而且具有高电压、高激光功率、强电磁干扰的特点。本文采用工控机、可编程控制器和触摸屏,设计并实现了两级分布式大功率脉冲TEACO2激光器控制系统。详细阐述了系统硬件和软件的设计方案及实施过程。实际应用表明,该控制系统工作稳定可靠,具有较好的实际应用价值。

开关型CO_2激光治疗仪电源的改进

本文叙述了该电源的工作过程和电路原理,介绍了对三种保护电路和反馈控制电路的改进;通过这些改进,使电源的运转精度达到千分之二,其稳定性和可靠性均有所提高。

36kV/10kW CO_2激光器充电电源的研制

为了改善现有CO2激光器工频LC谐振充电时充电电压随激光器工作频率升高而降低、影响激光输出的稳定性和光束质量,不利于装置的小型化和轻量化的问题。采用全桥逆变结构和串联谐振软开关电路,研究了36k V/10k W高频高压充电电源。该电源系统采用三相380V交流电作为供电系统,大功率智能功率模块作为全桥逆变电路。逆变交流信号经串联谐振电路及高频脉冲变压器得到高压脉冲信号,高压脉冲经整流给负载电容充电,电源应用电压电流双闭环控制系统,输出电压、电流经采样及放大后,反馈到电源控制芯片SG3525,芯片SG3525通过判断反馈信号的大小,控制输出脉冲宽度调制驱动信号的占空比。激光器放电频率为25Hz时,电源输出电压为37k V,峰值输出功率为13.05k W,充电效率为0.826。结果表明,该高频高压充电电源适合用作CO2激光器的高压充电电源。

基于COMSOL的铝合金激光-MIG复合焊耦合作用研究

采用COMSOL软件对7A05铝合金激光-MIG复合焊焊接过程的电弧等离子体温度进行了数值模拟,并与实际焊接过程的高速摄影结果进行了比较。结果表明:在激光功率较高时,随着MIG电流的增加,作用区的温度波动较小;当激光功率达到一定程度后,再增加激光功率对作用区的温度场影响较小。当激光与电弧电极的热源间距为2mm时,在作用区上方的阴极区出现平台式温度,这对形成具有稳定流速和质量的熔滴状态具有重大意义。电弧电流200 A,功率3.5 k W,热源间距2 mm为较优的工艺参数,此时阴极电极附近出现温度平台区,作用区温度变化最小。

高功率横流CO_2激光器集散控制系统的研究

本文研究了一种用于高功率横流CO2激光器的集散控制系统,该系统兼具监测、控制、报警、保护四大功能。同时该系统在对激光器最重要的参量输出激光功率的检测研究方面,有其重要进展,该系统研制了一种新型的国内尚未解决的尾镜取样功率检测法,该检测方法线性度好,可实现对激光功率的实时检测又不影响激光输出。

激光器用大功率开关电源的研制

设计了一种新颖的激光器用高频开关电源。与常规开关电源相比,该电源具有开关频率高、开关损耗小、可靠性高、体积小等优点。

大功率TEA CO_2激光器的脉冲激励电源

为了提高大功率TEA CO2激光器的工作性能,选用大功率旋转火花开关作为功率开关器件,制作了一种由高压谐振充电电路、高抗干扰的开关触发器、大功率旋转火花开关以及倒空式L-C反转电路等组成的脉冲激励电源。介绍了脉冲激励电源的设计方案,给出了电路工作原理,并对其在大功率TEA CO2激光器的实际工作进行了测试和评估。结果表明,所研制的脉冲激励电源可以满足大功率TEA CO2激光器的特殊工作要求,其重复工作频率可以在100～400Hz任意设定,输出工作电压可达40～50kV,电源平均功率>220kW,电源峰值功率高达1000MW。

铝合金活塞CO_2激光焊接中功率密度的影响

使用3 kW横流CO2气体激光器焊接某型汽车空调压缩机用铝合金活塞,研究了激光功率密度对铝合金活塞焊接质量包括焊缝形状、焊缝中气孔数量、气孔尺寸大小、焊缝抗拉强度、焊缝成分及焊缝显微硬度的影响。研究结果表明,由于铝合金对CO2激光的反射非常强烈,低功率的CO2激光只能对铝合金进行热传导焊接,焊接深度不能满足铝合金活塞的要求,应当尽量提高激光器的输出功率,才能实现铝合金的深熔焊。在用现有3 kW横流CO2激光器对铝合金活塞的激光焊接中,高功率焊接改善了铝合金活塞的焊接质量。

CO_2激光作用下直流TIG电弧特性分析

文中借助高速摄像和激光功率计等先进手段,研究了CO2激光与直流TIG电弧垂直相互作用时激光对电弧特性的影响.激光功率越高,电弧静特性曲线下移幅度越大,电弧电功率越低,而电弧总功率越高.电弧电流越小、激光作用位置越靠近阴极,电弧电压下降幅度越大.激光作用引起电弧体积膨胀主要发生在激光作用位置到阳极之间的区域.结果表明,激光作用电弧后,电弧静特性曲线下移,体积膨胀,电弧电功率下降,而总功率增加.