一种准分子激光器温度控制装置和方法与流程

本发明涉及气体激光器技术领域，具体涉及激光器温度控制装置，具体涉及一种准分子激光器温控装置和方法。

背景技术：

准分子激光器激光输出的能量转换效率较低，输入的大部分电能都转化为热量，这些热量若不能及时散出，将会使工作气体的温度快速升高。而激光器工作环境的温度对激光器能量转换效率和能量稳定性都有很大影响，激光器工作环境具有一个最佳温度范围，在该温度范围下，激光器具有较高的能量转换效率和能量稳定性。准分子激光器工作过程中需要对气体介质高压放电激励，其所需电压通过电源模块、高压升压模块、固态开关和磁脉冲压缩形成几十千伏、微秒级脉宽、数千安培峰值电流信号，此过程有很强的电磁干扰，该电磁干扰强度大，频率覆盖了工频到射频的整个范围，会通过空间耦合和地线串联等方式进入到激光器的温控系统中，对数字信号和控制信号产生干扰，严重影响激光器工作的稳定性，现有的用于准分子激光器温控系统在抗电磁干扰方面处理很少，这就造成了对温控系统采集数据和控制上的不准确，会造成温控系统的紊乱，进而使得激光器工作的温度并不能准确的维持在合适的温度环境中。

鉴于此，克服以上现有技术中的缺陷，提供一种新的成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的上述缺陷，提供一种准分子激光器温度控制装置。

本发明的目的可通过以下的技术措施来实现：

本发明提供了一种准分子激光器温度控制装置，该准分子激光器包括固态开关、磁脉冲压缩器、放电腔和高压升压模块，该温度控制装置包括固态开关的第一水冷组件、磁脉冲压缩器的第二水冷组件、放电腔的第三水冷组件和高压升压模块的第四水冷组件，所述温度控制装置还包括：

置于主水管道上手动开关阀门后的水冷厂务主控器，所述水冷厂务主控器用于采集并上传厂务水信息，控制水冷厂务主控器中电磁阀的开闭；

分别置于第一水冷组件的支水管道、第二水冷组件的支水管道、第三水冷组件的支水管道和第四水冷组件的支水管道的第二流量传感器；

分别置于第二水冷组件的支水管道和第三水冷组件的支水管道的流量控制器；

分别置于所述磁脉冲压缩器和所述放电腔内部的第二温度传感器；

置于所述放电腔内部的加热带；

水冷pid控制模块和终端，所述流量传感器、所述流量控制器和所述第二温度传感器的一端分别与所述水冷pid控制模块电连接，所述水冷pid控制模块和所述水冷厂务主控器的一端分别与所述终端通过can总线连接；

所述水冷pid控制模块用于采集并上传温控信息，控制所述加热带的开闭和所述流量控制器的开度；

所述终端接收并存储所述厂务水信息，根据所述厂务水信息配置所述水冷厂务主控器内置的第一参数；以及用于接收所述温控信息，根据所述温控信息配置所述水冷厂务主控器内置的第二参数。

进一步的，所述水冷厂务主控器包括电磁阀、第一温度传感器、第一流量传感器和压力传感器。

进一步的，所述第二温度传感器为高精度温度传感器。

进一步的，所述厂务水信息包括厂务水流量、厂务水温度和厂务水压力数据。

进一步的，所述温控信息包括所述第二流量传感器、所述第二温度传感器和所述流量控制器的开度数据。

进一步的，所述第一参数包括厂务水温度、厂务水压力和厂务水流量阈值，所述第一参数存储于所述水冷厂务主控器的第一mcuflash中。

进一步的，所述第二参数包括pid参数值、所述放电腔和所述磁脉冲压缩器的目标温度值以及所述放电腔和所述磁脉冲压缩器的温度阈值，所述第二参数存储于所述水冷pid控制模块包括第二mcuflash中。

本发明提供了一种准分子激光器温度控制方法，应用于上述准分子激光器温控装置，所述准分子激光器温度控制方法包括以下步骤，

s1，开启激光器，开启加热带预热所述放电腔；

s2，接收厂务水信息，根据所述厂务水信息控制进水温度和所述电磁阀的开闭；

s3，接收温控信息，开启流量控制器，根据所述温控信息调控所述放电腔的温度。

进一步的，在步骤s2中还包括如下步骤：根据所述厂务水信息配置所述水冷厂务主控器内置第一参数；

在步骤s3中还包括如下步骤：根据所述温控信息配置所述水冷pid控制模块内置第二参数。

进一步的，在步骤s1之前还包括如下步骤：

s0，根据上一次使用采集的厂务水信息配置所述水冷厂务主控器内置第一参数；根据上一次使用采集的温控信息配置所述水冷pid控制模块内置第二参数。

本发明的有益效果为提供一种准分子激光器的温控装置和方法，该装置终端与水冷厂务主控器和水冷pid控制模块通过can总线进行通讯连接从而提高系统抗电磁干扰能力；通过终端有效实时对水冷厂务主控器和水冷pid控制模块采集的厂务水信息和温控信息进行信息存储和参数配置，采用分布式处理，水冷厂务主控器和水冷pid控制模块两个嵌入式温度采集与控制单元，实现模块功能区分，提高系统实时性，提高系统出现某个模块突然“抱死”的安全性，总的来说提高了整个控温系统的稳定性与可靠性。

附图说明

图1是本发明实施例的基于can总线分布的准分子激光器的温控系统结构图。

图2是本发明实施例的基于can总线分布的准分子激光器的温度控制装置原理框图。

图3是本发明实施例的基于can总线分布的准分子激光器的温度控制装置中厂务主控器原理框图。

图4是本发明实施例的基于can总线分布的准分子激光器的温度控制装置中水冷pid控制模块原理框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文针对本发明的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其它具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。

具体请参阅图1，图1展示了准分子激光器的温控系统结构图，该温控系统包括主水管道，主水管道进口处接有冷却水，提供整个温控系统所需的冷却水，主管道上的手动开关阀门1控制冷却水的进入。在手动开关阀门1后有一个水冷厂务主控器2，该水冷厂务主控器2包括有电磁阀、第一温度传感器、第一水流量传感器和压力传感器，水冷厂务主控器2中还设有嵌入式第一mcuflash，该第一mcuflash中设有第一参数，该第一参数包括厂务水温度、厂务水压力和厂务水流量阈值。水冷厂务主控器2用于采集并监测厂务水信息，控制电磁阀的开闭来控制主进水管的通断，该厂务水信息包括厂务水压力、水温度和水流量数据。水冷厂务主控器2通过can总线将采集的厂务水信息定时500ms上传至终端17，终端17存储厂务水信息并可对水冷厂务主控器2中内置的第一参数进行更改。

具体的，当激光器工作时，水冷厂务主控器2采集的厂务水信息，并将采集到的厂务水温度和内置第一参数中的厂务水温度阈值作比较，当采集的厂务水温度超过了内置的厂务水温度阈值时，则发出警报并停止放电，将警报信息上传至终端17，终端17记录并保存该警报记录；当采集到的厂务水压力超过厂务水压力阈值时水冷厂务主控器2会关闭电磁阀，同时上传至终端17，终端17记录并保存该警报记录。通过对记录的厂务水信息和警报记录进行分析，可以通过终端17对内置的第一参数进行配置。

主水管道分别连接于包括固态开关的第一水冷组件、磁脉冲压缩器的第二水冷组件、放电腔的第三水冷组件和高压升压模块的第四水冷组件的各支水管道，各支水管道分别包括高压升压模块10、固态开关11、放电腔12和磁脉冲压缩器13所在四条支水管道，其中高压升压模块10用于将前端提供的电压升压形成高压电压；固体开关11主要用于将直流电压转换为高频率、窄脉宽的电脉冲，电脉冲传到磁脉冲压缩器13的输入端；磁脉冲压缩器13用于将电压脉冲的振幅提高，并将其宽度降低；磁脉冲压缩器13输出端的高压脉冲进入放电腔12的主要电极，放电腔12提供持续不断的新鲜的工作气体，并接受高压脉冲放电产生激光。

分别置于第一水冷组件的支水管道、第二水冷组件的支水管道、第三水冷组件的支水管道和第四水冷组件的支水管道的第二流量传感器3-6，该第二流量传感器3-6用于采集并监测所在支水管道的水流量；分别置于第二水冷组件的支水管道和第三水冷组件的支水管道的流量控制器7和8，通过调节流量控制器7和8的开度来控制放电腔12和磁脉冲压缩器13所在支水管道的水流量；放电腔12和磁脉冲压缩器13内部分别设有第二温度传感器14和15，第二温度传感器14和15分别用于采集并监测放电腔12和磁脉冲压缩器13内部温度；放电腔12的内部腔壁上设有加热带16，加热带16用于对放电腔12进行快速预热，缩短放电腔12的预热时间。水冷pid控制模块9设有嵌入式第二mcuflash，该第二mcuflash中设有第二参数，该第二参数包括包括pid参数值、放电腔12和磁脉冲压缩器13的目标温度值以及放电腔12和磁脉冲压缩器13的温度阈值。水冷pid控制模块9用于采集温控信息，控制加热带16的开闭和流量控制器7和8的开度。该温控信息包括第二流量传感器3-6的水流量、流量控制器7和8的初始开度以及第二温度传感器14和15的温度数据。水冷pid控制模块9通过can总线将采集的温控信息定时500ms上传至终端17，终端17存储温控信息并可对水冷pid控制模块9中内置的第二参数进行更改。

具体的，启动激光器，通过水冷pid控制模块9来控制加热带16启动，以对放电腔12的腔壁进行加热，以使放电腔12内的放电气体的温度尽快达到最佳温度，从而减少启动时间，并降低电极损伤；当放电腔12的腔体温度达到内置第二参数中的放电腔12目标温度值时，水冷pid控制模块9关闭加热带16。水冷pid控制模块9将加热带16开闭信号传至终端17保存。

此外，当激光器短暂停顿时，也通过水冷pid控制模块9来控制加热带16启动对放电腔12的腔壁进行加热，以使腔体内的气体维持在最佳温度，为激光器的再次启动做好准备。

当激光器正常运行时，放电产生的热量与所在支水管道内的冷却水进行热交换，从而热量被散出。因此通过四个支水管道对高压升压模块10、固态开关11、放电腔12和磁脉冲压缩器13进行冷却，但由于放电腔12和磁脉冲压缩器13的气体温度要进行严格控制，因此，第二温度传感器14和15应该为高精度温度传感器，以便精准监控放电腔12和磁脉冲压缩器13的温度，并通过控制流量控制阀7和8的开度来控制冷却水的流量，可以精确控制放电腔12和磁脉冲压缩器13内的气体的温度。

水冷pid控制模块9通过第二温度传感器14和15采集放电腔12和磁脉冲压缩器13内的气体的温度、通过第二流量传感器7和8采集放电腔12和磁脉冲压缩器13所在支水管道的水流量以及流量控制器7和8的初始开度，基于smith预估补偿pid算法，控制流量控制阀7和8的开度，从而使得放电腔12和磁脉冲压缩器13控温在第二参数放电腔12和磁脉冲压缩器13的温度阈值内。

水冷pid控制模块9将上述温控信息上传至终端17中存储，同时根据温控信息可以通过终端17对水冷pid控制模块9内置的第二参数进行更改。

进一步对本发明的准分子激光器的温度控制基于can总线分布的温度控制装置原理进行解释，具体请参阅图2，图2是本发明实施例的温度控制装置原理框图，终端通电后，终端17上位机初始化，读取配置文件，此时可以根据上一次记录重新配置水冷厂务主控器2内置的第一参数和水冷pid控制模块9内置的第二参数，同时通过can总线对9发送指令，开启加热带，对放电腔12腔体预热。水冷厂务主控器2和水冷pid控制模块9通电也开始工作。水冷厂务主控器2通过can总线以500ms定时上传采集厂务水信息。水冷pid控制模块9通过can总线以500ms定时上传采集温控信息。终端17采集到信息，记录保存，同时实时与各个阈值参数对比，超限发出警报，并记录保存警报信息。如果系统精度不够，可通过终端17，配置第一参数和第二参数，通过can总线发送水冷厂务主控器2和水冷pid控制模块9配置调节，以提高温控精度。

下面对上述准分子激光器温度控制装置的控制方法进行具体说明，具体包括以下步骤：

在步骤s1中，开启激光器，开启加热带预热所述放电腔；

具体地，开启激光器，在开启加热带16之前，可以根据上一次使用采集的厂务水信息可以重新配置所述水冷厂务主控器内置第一参数；可以根据上一次使用采集的温控信息配置所述水冷pid控制模块内置第二参数，再通过水冷pid控制模块9开启加热带16，对放电腔12腔壁进行预热，以此来减少预热时间。

在步骤s2中，接收厂务水信息，根据所述厂务水信息控制进水温度和所述电磁阀的开闭；

具体的，请参阅图3，图3展示了本发明实施例的准分子激光器的温度控制装置中厂务主控器原理框图。

同时水冷厂务主控器2采集厂务水信息并通过can以500ms的间隔上传一次厂务水信息到终端17上，水冷厂务主控器2的第一mcuflash内置有第一参数包括厂务水温度、厂务水压力和厂务水流量阈值，将采集到的厂务水信息包括厂务水压力、水温度和水流量数据与内置的第一参数作比对，超过第一参数水冷厂务主控器2控制相应的阀门采取相应的措施。当厂务水温度持续大于25℃，程序主界面弹出警报信息，应当停止放电，相关人员排查厂务水设施。当水压力超过6bar，关闭电磁阀，同时上传终端17记录并存储。如果第一参数需要配置，可通过can总线由终端17进行配置，并存入第一mcuflash，以后水冷厂务主控器2根据更新后的第一参数进行控制。

在步骤s3中，接收温控信息，开启流量控制器，根据所述温控信息调控所述放电腔的温度。

具体的，请参阅图4，图4展示了本发明实施例的准分子激光器的温度控制装置中水冷pid控制模块原理框图。水冷pid控制模块9采集温控信息并通过can以500ms的间隔上传一次温控信息到终端17上，水冷pid控制模块9的第二mcuflash内置有第二参数包括pid参数值、放电腔12和磁脉冲压缩器13的目标温度值以及放电腔12和磁脉冲压缩器13的温度阈值，将采集到的温控信息包括第二流量传感器3-6的水流量、流量控制器7和8的初始开度以及第二温度传感器14和15的温度数据与内置的第二参数作比对，超过第二参数水冷pid控制模块9控制相应的加热带16、者流量控制器7和8。当腔体温度到40℃，终端17向水冷pid控制模块9发送关闭加热带16指令，如果系统精度不够，可通过can总线由终端17进行配置水冷pid控制模块9内置的第二参数；通过smith预估补偿pid算法，控制流量控制器7和8的开度，从而使得放电腔12和磁脉冲压缩器13的温度变动控制在0.5℃以内。此外，如果系统精度不够，可通过can总线由终端17进行配置水冷pid控制模块9内置的第二参数并存入flash，以后水冷pid控制模块9根据更新后的第二参数进行控制，以提高温控精度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。