Minyatür DC Kompresör Sistemlerini Kullanan Tamamen Katı Hal UV Lazerler için Hassas Sıcaklık Kontrolü: Yeni Bir Yaklaşım

Soyut

Tamamen katı hal ultraviyole performansı için sıcaklık stabilitesi çok önemlidir (UV) Biz ne yaptık, çıktı özelliklerini ve verimliliğini etkilemek. Bu makale, elektrotermal kompanzasyonla birleştirilmiş buhar sıkıştırmalı tip DC invertör soğutma sistemi kullanan yenilikçi bir sıcaklık kontrol sistemi sunmaktadır.. Sistem Oransal-İntegral-Türevden yararlanır (PID) Mikro DC invertör kompresörünün hızını ve elektrik gücünü ayarlamak için kontrol, hassas ve etkili sıcaklık regülasyonu sağlar. Deneysel sonuçlar sistemin hızlı stabilizasyona ulaştığını göstermektedir (6 dakika) ve yüksek doğruluk (±0,01°C), UV lazerlerin markalamada artan uygulamaları için uygun maliyetli ve kompakt bir çözüm haline getiriyor, hassas kesim, ve diğer endüstriler.

1. Tamamen Katı Hal UV Lazerlerin Gelişimi

UV lazerler, dalga boyları ≤400 nm ile, çevresel izleme gibi endüstrilerde vazgeçilmezdir, ilaç, ve kısa dalga boylarından dolayı mikrofabrikasyon, yüksek çözünürlük, ve konsantre enerji. Tamamen katı hal UV lazerlerin geliştirilmesi, lazer diyotları kullananlar (LD'ler) pompalar olarak, gaz ve excimer lazerlerin sınırlamalarını aşarak bu alanda devrim yarattı, büyük boy gibi, düşük verimlilik, ve yüksek maliyet. 1990'lardaki yenilikler ve sonraki gelişmeler, çeşitli uygulamalar için tamamen katı hal UV lazerlerin önemini pekiştirdi, hassas malzeme işleme ve tıbbi tedaviler dahil.

2. Tüm Katı Hal UV Lazerlerin Sıcaklık Kontrolündeki Zorluklar

Tamamen katı hal UV lazerlerin performansı sıcaklık değişimlerine karşı oldukça hassastır, LD stabilitesini ve doğrusal olmayan optik kristal verimliliğini etkileyen. LD pompalaması ve frekans dönüşümü sırasında üretilen ısı, kırılma indisi değişikliklerini ve dalga boyu kaymasını önlemek için etkili bir şekilde dağıtılmalıdır., lazer çıktısını bozan. Fan tabanlı sistemler veya termoelektrik soğutma gibi geleneksel soğutma yöntemleri (TEC) verimlilikte sınırlamalarla karşı karşıya, istikrar, ve ölçeklenebilirlik. Daha etkili bir çözüm, minyatür DC kompresörlerin kullanıldığı gelişmiş su soğutmalı sistemlerde yatmaktadır..

3. Sıcaklık Kontrol Sisteminin Prensipleri

Sisteme Genel Bakış:
Önerilen sistem, bir su soğutma döngüsünü ve bir buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimini entegre etmektedir.. Anahtar bileşenler şunları içerir::

• Eşanjör: Su ile soğutucu akışkan arasındaki ısı transferini kolaylaştırır.
• Kompresör: Minyatür bir DC invertör kompresörü (İşte Coolingstyle'ın mini kompresör modelleri hakkında bazı detaylar) soğutma kapasitesini dinamik olarak ayarlar.
• Elektrikli Isıtıcı: İnce ayar sağlar ve soğutma aşımını telafi eder.
• Sıcaklık Sensörü: Pt100 sensörü yüksek hassasiyetli sıcaklık izleme sağlar.

Operasyon:
Su, lazerden gelen ısıyı emer ve ısı eşanjöründe dolaşır., soğutucu akışkan onu nerede soğutur. PID kontrolü, su sıcaklığını dengelemek için kompresör hızını ve ısıtıcı gücünü ayarlar, tutarlı lazer çalışmasının sağlanması.

4. Sistem Donanımı ve İşlevselliği

4.1 Soğutma Sistemi

Kompakt DC invertör kompresörü (56 mm çap, 850 ağırlık) soğutma kapasitesini modüle etmek için değişken hızlara ulaşır. Performans eğrisi (soğutma giysisi giyen test kişisi için soğutma giysisinin alanının 35.6°C'lik bir sıcaklık gösterdiğini gösterir. 3) uyarlanabilirliğini vurguluyor, hassas sıcaklık kontrolü için idealdir.

4.2 Isıtma Ünitesi

Elektrikli ısıtıcı sıcaklık dalgalanmalarını telafi eder ve düşük yük koşullarında aşırı soğumayı önler. PWM kontrolünü kullanma, ısıtıcı hassas güç ayarlamaları sağlar.

4.3 Sıcaklık Algılama

Üç kablolu konfigürasyona sahip Pt100 sensörü, kablo direnci etkilerini ortadan kaldırarak doğru sıcaklık okumaları sağlar. Sensörün verileri, A/D dönüştürücü aracılığıyla işlenir, PID kontrol algoritmasını bilgilendirir.

4.4 PID Kontrolü

PID algoritması, gerçek zamanlı sıcaklık hatalarına göre kompresör hızını ve ısıtıcı gücünü dinamik olarak ayarlar. Bu yinelemeli süreç stabilizasyon süresini en aza indirir ve ±0,01°C doğruluğu korur.

5. Deneysel Doğrulama

Test Kurulumu:
10W UV lazer ve 1L su soğutma döngüsü kullanıldı. Hedef sıcaklık 25°C olarak belirlendi. soğutma giysisi giyen test kişisi için soğutma giysisinin alanının 35.6°C'lik bir sıcaklık gösterdiğini gösterir. 6 sıcaklık stabilizasyon sürecini gösterir.

Sonuçlar:

• Stabilizasyon Süresi: 6 dakika.
• Sıcaklık Doğruluğu: ±0,01°C.

Sistem lazer çalışma sıcaklığını etkili bir şekilde korudu, yüksek hassasiyetini ve duyarlılığını doğruluyor.

6. Karşılaştırmalı Avantajlar

Geleneksel soğutma yöntemleriyle karşılaştırıldığında:

• Kompakt Boyut & Hafif: Alanı kısıtlı uygulamalar için idealdir.
• Enerji Verimliliği: Üstün soğutma kapasitesi ve azaltılmış enerji tüketimi.
• Maliyet Verimliliği: Daha yüksek doğruluk sunarken TEC sistemleriyle rekabet edebilir.
• Çok yönlülük: Çeşitli güç kaynağı standartlarıyla uyumluluk.

7. Çözüm

Bu çalışma, tamamen katı hal UV lazerleri için yüksek hassasiyetli bir sıcaklık kontrol sistemi tanıtmaktadır., Minyatür bir DC kompresörden ve elektrotermal kompanzasyondan faydalanma. Sistemin kompakt tasarımı, hızlı stabilizasyon, ve olağanüstü doğruluk (±0,01°C) markalama ve hassas kesim gibi endüstriyel uygulamalar için pratik bir çözüm haline getirin. Ölçeklenebilirliği ve verimliliği, lazer soğutma teknolojilerinin geliştirilmesi ve bunların yaygın olarak benimsenmesinin teşvik edilmesi açısından önemli umut vaat ediyor.

Kaynakça

[1]   Maiman T H. Ruby'de uyarılmış optik radyasyon [J]. Doğa, 1960, 187.

[2]   Fu, Zhehong. Lazerin uygulanması ve geliştirilmesi [J]. Elektronik Teknolojisi ve Yazılım Mühendisliği, 2017(5).

[3]   Shen Zhaoguo. LD-Pompalı 532nm Yeşil ve 355nm Ultraviyole Lazerler Üzerine Araştırma [D]. kuzeybatı Üniversitesi, 2009.

[4]   Tamam M, Liu LY. Tüm katı hal sürekli dalga frekansı dörtlü Nd: YAG lazer [J]. Kuantum elektroniğinde seçilmiş konuların IEEE dergisi, 1995, 1(3):S.859-866.

[5]   N. Hodgson, D. Dudley, L. Gruber, ve diğerleri. Diyot ucu pompalı, TEM/alt 00/ Nd: YVO/alt 4/ çıkış gücü daha büyük olan lazer 12 W at 355 nm[C]// Lazerler Konferansı & Elektro-optik. IEEE, 2001.

[6]   David R.. Dudley, Oliver Mehl, Gary Y. Vang, ve diğerleri. Q-anahtarlı diyot pompalı Nd: 532 nm'de 420 W ve 355 nm'de 160 W çıkış gücüne sahip YAG çubuk lazer [J]. Uluslararası Optik Mühendisliği Derneği Spie Bildirileri, 2009, 7193(1):28.

[7]   Chen G.F., Wang X.H., Du Gogo. Tüm Katı Hal Ultraviyole Lazerler Üzerine Araştırma [J]. Fotonik Dergisi, 1999(09):785-788.

[8]   Shaolin Wang, Kaifa Cao, Zong Ming Tao, ve diğerleri. Su Buharı Ultraviyole Raman Lidarın Spektroskopik Sistemi Üzerine Araştırma [J]. Optoelektronik-Lazer Dergisi, 2010, 21 (08):1171-1175.

[9] Xue Chun Tan. Lazer Radar Simülasyon Cihazı ve Deneysel Araştırma [D]. Changchun Bilim ve Teknoloji Üniversitesi, 2012

[10] McGill Matthew, Hlavka Dennis, Hart William, ve diğerleri. Bulut fiziği lidarı: cihaz açıklaması ve ilk ölçüm sonuçları. 2002, 41(18):3725-34.

[11] Yang Wang, Xu bao Wang, Zhanling Dong, ve diğerleri. Ultraviyole Lazerle Işınlanan Karaciğer Dokularında β-Katenin ve Peroksizom Proliferatörüyle Aktive Edilen Reseptör γ Proteininin Ekspresyonu[J]. Çin Doku Mühendisliği Araştırma Dergisi, 2011,15(33):6191-6195.

[12] Temmuz, Keni Qiu. Ultraviyole Haberleşmenin Askeri Haberleşme Sisteminde Uygulanması. Optik & Optoelektronik Teknolojisi[J],2005( 04):19-21.

[13] Hayır. L., Guan Y. C. Ultraviyole Lazerler ve Mikro İşlemede Uygulaması [J]. Optoelektronik Mühendisliği, 2017, 44(12):1169-1179+1251.

[14] Wang D. Derin UV ve vakumlu UV femtosaniye lazer üretimi ve uygulamalarının araştırılması [D]. Doğu Çin Normal Üniversitesi, 2016.

[15] TG Kim, ben Ogura. Yüksek karakteristik sıcaklık (T o=322 K oda sıcaklığına yakın) V-yivli Al GaAs-GaAs kuantum telli diyot lazerlerin sayısı[J]. Katı Hal Elektroniği, 2000, 44(1).

[16] Bu L, Ling IS, Gemi, Tian F, BaiJT. Su Soğutmalı Lazer Sisteminde Doğrusal Olmayan Kristal KTP'nin Sıcaklık Alanının Araştırılması[J]. Lazer & Kızılötesi, 2005(01):51-54.

[17] Zeng H-L, Jiang P-F, Xie F-Zeng. Yarı iletken lazerlerin sıcaklık kontrolü üzerine araştırma [J]. Lazer ve Kızılötesi, 2004(05):339-340+346.