Control preciso de la temperatura para láseres UV de estado sólido que utilizan sistemas de compresores de CC en miniatura: Un enfoque novedoso

y ambos certificados de patente han sido emitidos

La estabilidad de la temperatura es crucial para el rendimiento de la radiación ultravioleta de estado sólido. (ultravioleta) Qué hacemos, Influyendo en sus características de producción y eficiencia.. Este artículo presenta un innovador sistema de control de temperatura que emplea un sistema de refrigeración inversor de CC del tipo de compresión de vapor junto con compensación electrotérmica.. El sistema aprovecha Proporcional-Integral-Derivada (PID) Control para ajustar la velocidad y potencia eléctrica de un compresor micro DC inverter., permitiendo una regulación de temperatura precisa y eficiente. Los resultados experimentales demuestran que el sistema logra una rápida estabilización. (6 CONSEJOS) y alta precisión (±0,01°C), lo que la convierte en una solución rentable y compacta para las crecientes aplicaciones de láseres UV en marcado, corte de precisión, y otras industrias.

1. La evolución de los láseres UV de estado sólido

láseres ultravioleta, con longitudes de onda ≤400 nm, Son indispensables en industrias como la vigilancia ambiental., medicamento, y microfabricación debido a su longitud de onda corta, resolución alta, y energía concentrada. El desarrollo de láseres UV totalmente sólidos., que utilizan diodos láser (LD) como bombas, ha revolucionado este campo al superar las limitaciones de los láseres de gas y excimer., como tamaño grande, baja eficiencia, y alto costo. Las innovaciones de la década de 1990 y los avances posteriores han solidificado la importancia de los láseres UV de estado sólido para diversas aplicaciones., incluido el procesamiento de materiales de precisión y tratamientos médicos.

2. Desafíos en el control de temperatura de láseres UV de estado sólido

El rendimiento de los láseres UV de estado sólido es muy sensible a las variaciones de temperatura., afectando la estabilidad de LD y la eficiencia del cristal óptico no lineal. El calor generado durante el bombeo de LD y la conversión de frecuencia debe disiparse de manera efectiva para evitar cambios en el índice de refracción y la deriva de la longitud de onda., que degradan la salida del láser. Métodos de refrigeración tradicionales, como sistemas basados ​​en ventiladores o refrigeración termoeléctrica. (TEC) enfrentan limitaciones en eficiencia, estabilidad, y escalabilidad. Una solución más eficaz reside en sistemas avanzados refrigerados por agua que emplean compresores de CC en miniatura..

3. Principios del sistema de control de temperatura.

Descripción general del sistema:
El sistema propuesto integra un circuito de refrigeración por agua y un ciclo de refrigeración por compresión de vapor.. Los componentes clave incluyen:

• Intercambiador de calor: Facilita la transferencia de calor entre agua y refrigerante..
• Compresor: Un compresor inversor de CC en miniatura (Y han lanzado con éxito modelos de compresores en miniatura que se pueden utilizar en una variedad de campos.) ajusta dinámicamente la capacidad de enfriamiento.
• Calentador electrico: Proporciona ajuste fino y compensa el exceso de enfriamiento.
• Sensor de temperatura: Un sensor Pt100 garantiza un control de temperatura de alta precisión.

Operación:
El agua absorbe el calor del láser y circula a través del intercambiador de calor., donde el refrigerante lo enfría. El control PID ajusta la velocidad del compresor y la potencia del calentador para estabilizar la temperatura del agua., asegurando un funcionamiento consistente del láser.

4. Hardware y funcionalidad del sistema

4.1 Sistema de refrigeración

El compresor compacto DC Inverter (56 mm de diámetro, 850 gramos de peso) logra velocidades variables para modular la capacidad de enfriamiento. Su curva de rendimiento (Figura 3) destaca su adaptabilidad, haciéndolo ideal para un control preciso de la temperatura.

4.2 Unidad de calefacción

Un calentador eléctrico compensa las fluctuaciones de temperatura y evita el sobreenfriamiento durante condiciones de baja carga.. Usando el control PWM, el calentador proporciona ajustes de potencia precisos.

4.3 Detección de temperatura

Un sensor Pt100 con una configuración de tres cables garantiza lecturas de temperatura precisas al eliminar los efectos de la resistencia de los cables.. Los datos del sensor., Procesado a través de un convertidor A/D., informa al algoritmo de control PID.

4.4 Control PID

El algoritmo PID ajusta dinámicamente la velocidad del compresor y la potencia del calentador en función de errores de temperatura en tiempo real.. Este proceso iterativo minimiza el tiempo de estabilización y mantiene una precisión de ±0,01°C..

5. Validación experimental

Configuración de prueba:
Se utilizó un láser UV de 10 W y un circuito de refrigeración por agua de 1 litro.. La temperatura objetivo se fijó en 25°C.. Figura 6 muestra el proceso de estabilización de temperatura.

Resultados:

• Tiempo de estabilización: 6 CONSEJOS.
• Precisión de temperatura: ±0,01°C.

El sistema mantuvo eficazmente la temperatura de funcionamiento del láser., confirmando su alta precisión y capacidad de respuesta.

6. Ventajas comparativas

En comparación con los métodos de enfriamiento tradicionales:

• Tamaño compacto & Peso ligero: Ideal para aplicaciones con espacio limitado.
• Eficiencia Energética: Capacidad de refrigeración superior y consumo de energía reducido.
• Rentabilidad: Competitivo con los sistemas TEC y al mismo tiempo ofrece mayor precisión.
• Versatilidad: Compatibilidad con varios estándares de suministro de energía..

7. Conclusión

Este estudio presenta un sistema de control de temperatura de alta precisión para láseres UV de estado sólido, aprovechando un compresor de CC en miniatura y compensación electrotérmica. El diseño compacto del sistema, estabilización rápida, y precisión excepcional (±0,01°C) Conviértalo en una solución práctica para aplicaciones industriales como marcado y corte de precisión.. Su escalabilidad y eficiencia son muy prometedoras para avanzar en las tecnologías de enfriamiento por láser y promover su adopción generalizada..

Bibliografía

[1]   Maiman T H. Radiación óptica estimulada en rubí [j]. Naturaleza, 1960, 187.

[2]   Fu, Zhehong. Aplicación y desarrollo del láser. [j]. Ingeniería en Tecnología Electrónica y Software, 2017(5).

[3]   Shen Zhaoguo. Investigación sobre láseres ultravioleta de 355 nm y verde de 532 nm bombeados por LD [D]. Northwestern University, 2009.

[4]   OK soy, liu ly. Todos los Nd cuadruplicados de frecuencia de onda continua de estado sólido: láser YAG [j]. Revista IEEE de temas seleccionados en electrónica cuántica, 1995, 1(3):P.859-866.

[5]   norte. Hodgson, D. Dudley, L. Gruber, et al. Diodo bombeado en el extremo, TEM/sub 00/ Dakota del Norte: YVO/sub 4/ láser con potencia de salida superior a 12 en 355 Nuevo Méjico[C]// Conferencia sobre Láseres & Electro-óptica. IEEE, 2001.

[6]   david r. Dudley, Oliver Mehl, gary y. Wang, et al. Nd bombeado por diodos con conmutación de Q: Láser de varilla YAG con potencia de salida de 420W a 532nm y 160W a 355nm [j]. Actas de Spie la Sociedad Internacional de Ingeniería Óptica, 2009, 7193(1):28.

[7]   Chen G. F., Wang XH, Du Gogo. Investigación sobre todos los láseres ultravioleta de estado sólido [j]. Revista de Fotónica, 1999(09):785-788.

[8]   ShaolinWang, Kaifa Cao, Zong Ming Tao, et al. Investigación sobre el sistema espectroscópico de vapor de agua ultravioleta Raman Lidar [j]. Revista de Optoelectrónica-Láser, 2010, 21 (08):1171-1175.

[9] Xue Chun Tan. Dispositivo de simulación de radar láser e investigación experimental [D]. Universidad de Ciencia y Tecnología de Changchun, 2012

[10] Mateo McGill, Dennis Hlavka, hart william, et al. LIDAR de física de nubes: descripción del instrumento y resultados de la medición inicial. 2002, 41(18):3725-34.

[11] Yang Wang |, Xubao Wang, Zhan Ling Dong, et al. Expresión de β-catenina y proteína γ del receptor activado por proliferador de peroxisomas en tejidos hepáticos irradiados con láser ultravioleta[j]. Revista china de investigación en ingeniería de tejidos, 2011,15(33):6191-6195.

[12] julio, Keni Qiu. La aplicación de la comunicación ultravioleta en el sistema de comunicación militar. Óptica & Tecnología optoelectrónica[j],2005( 04):19-21.

[13] no s. l, Guan Y. C. Láseres ultravioleta y su aplicación en micromecanizado [j]. Ingeniería Optoelectrónica, 2017, 44(12):1169-1179+1251.

[14] Wang D.. Exploración de la generación y aplicaciones de láser de femtosegundo UV profundo y UV de vacío [D]. Universidad Normal del Este de China, 2016.

[15] tg kim, M Ogura. Alta temperatura característica (T o=322 K cerca de la temperatura ambiente) de láseres de diodo de alambre cuántico de Al GaAs-GaAs ranurados en V[j]. Electrónica de estado sólido, 2000, 44(1).

[16] Leer L, ling es, Embarcacion, tian f, Bai JT. Investigación sobre el campo de temperatura del KTP de cristal no lineal en un sistema láser refrigerado por agua[j]. Láser & Infrarrojo, 2005(01):51-54.

[17] Zeng HL, Jiang PF, Xie F-Zeng. Investigación sobre el control de temperatura de láseres semiconductores [j]. Láser e Infrarrojos, 2004(05):339-340+346.