一种准分子激光配气系统的制作方法

本技术涉及准分子激光器配气领域，尤其涉及一种准分子激光配气系统。

背景技术：

1、准分子激光器，以混合气体为工作物质的一类气体激光器件。常用电子束或横向快速脉冲放电来实现激励。当受激态准分子的不稳定分子键断裂而离解成基态原子时，受激态的能量以激光辐射的形式放出。其波长纯度高、输出功率大，光子能力波长范围在157～353纳米，属于紫外光，波长和能量跟谐振腔内的混合气体配比密切相关。并且混合气体的配比精度越高，激光器的工作效率越高，准分子激光器混合气体的配比精度不仅影响激光器的使用寿命，而且严重影响激光器的工作效率和稳定性，准分子激光器对混合气体配比要求极高，一点误差都可能导致不能正常工作。

2、传统的配气方式有两种：手动配气和自动控制配气。手动配气方式不仅配气效率低，而且配气比例精度依靠配气者经验和控制阀门速度。因此难以控制精确的配气比例，从而极大的影响激光器的工作效率和精度。自动控制配气系统的配比精度取决与硬件和配置方法。现有的配制方法有很多种，常用的有质量流量控制法和称量配气法。其中，质量流量控制法中压力、温度、流速都会影响配比精度，对流量阀要求极高，从而很难达到很高的精度要求；称量配气法适合小气瓶，配气精度高但是操作复杂。

技术实现思路

1、为了解决上述配气过程中温度变化影响配比精度、配气安全性低、反应速度慢等的缺陷，本实用新型提出了一种准分子激光配气系统，可实现恒温控制和高精度配气。

2、本实用新型提出的一种准分子激光配气系统，包括：供气模块、缓冲模块、放电腔和清洗模块；

3、供气模块包括多条供气支路，各供气支路用于输送对应的气体原料；缓冲模块包括进气阀、缓冲腔、出气阀和温控单元；各供气支路的输出端均连接进气阀的进口，进气阀的出口连接缓冲腔的进口；温控单元用于调节缓冲腔中的气体温度；缓冲腔的出口通过出气阀连接放电腔的进气口；

4、清洗模块包括第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门、过滤器和真空泵；第一阀门的进口连接各供气支路的输出端，第一阀门的出口连接真空泵的进口；第二阀门的进口连接缓冲腔的排气口，第三阀门的进口连接放电腔的排气口；第二阀门的出口和第三阀门的出口均连接过滤器的进口，过滤器的出口连接第四阀门的进口，第四阀门的出口连接真空泵的进口；真空泵用于抽真空。

5、优选的，所述温控单元包括冷量交换部件和加热部件；冷量交换部件和加热部件均设置在缓冲腔内部；冷量交换部件内部设有冷却水流道，冷量交换部件连接有进水阀和出水阀；进水阀和出水阀均位于缓冲腔外部，进水阀用于控制冷量交换部件的冷却水输入，出水阀用于控制冷量交换部件的冷却水输出；

6、所述激光配气系统还包括温度探头和温度控制电路；温度探头用于检测缓冲腔内部的温度，温度控制电路用于获取温度探头检测到的温度转换后的电压信号u1，并根据该电压信号u1控制进水阀、出水阀和加热部件工作；

7、温度控制电路包括：

8、信号调整单元，用于分别对电压信号u1进行比例放大、微分处理和积分处理，以获取比例调整后电压信号、微分信号和积分信号；

9、累加单元，用于将信号调整单元输出的比例调整后电压信号、微分信号和积分信号进行累加，将累加后的信号进行倒向后作为控制电压信号u0输出；

10、第一倒向单元，用于获取控制电压信号u0并进行倒向，以输出低电平-u0；

11、第一比较单元，用于结合设定温度对应的电压值计算参考电压u4，并用于将电压信号u1与参考电压u4进行比较；当u1≧u4时，第一比较单元输出高电平u0；反之，输出低电平-u0；

12、第一输出单元，用于结合第一比较单元输出的高电平u0生成冷却控制信号u2，冷却控制信号u2用于控制进水阀和出水阀的工作状态；

13、第二倒向单元，用于对第一比较单元输出的低电平-u0进行倒向，以输出高电平u0；

14、脉冲调制单元，用于生成标准锯齿波信号；

15、第二比较单元，用于比较脉冲调制单元输出的锯齿波信号和第二倒向单元输出的高电平u0，并根据比较结果生成并输出脉冲方波；

16、第二输出单元，用于对第二比较单元输出的脉冲方波进行比例调整，以输出脉冲波形u3，脉冲波形u3经过调制后用于控制加热部件工作。

17、优选的，信号调整单元包括信号输入端、第一运算放大器、第二运算放大器和第三运算放大器；

18、信号输入端用于输入电压信号u1；信号输入端通过第一电容接地；第一运算放大器、第二运算放大器和第三运算放大器分别用于实现电压信号u1的比例调整、微分和积分；

19、第一运算放大器的反相输入端通过第一电阻连接信号输入端，第一运算放大器的同相输入端通过第五电阻接地；第一运算放大器的输出端通过第四电阻连接其反相输入端；

20、第二运算放大器的反相输入端通过第二电阻部连接信号输入端，第二运算放大器的同相输入端通过第七电阻接地；第二运算放大器的输出端通过第二电容连接其反相输入端；

21、第三运算放大器的反相输入端通过相串联的第四电容和第十电阻连接信号输入端，第三运算放大器的同相输入端通过第十一电阻接地；第三运算放大器的输出端通过相并联的第三电容和第三电阻部连接其反相输入端。

22、优选的，累加单元采用第四运算放大器实现，第一倒向单元采用第五运算放大器实现；

23、第四运算放大器的反相输入端通过第六电阻连接第一运算放大器的输出端，通过第八电阻连接第二运算放大器的输出端，通过第十二电阻连接第三运算放大器的输出端，还通过相串联的第十三电阻和第五电容接地；第四运算放大器的同相输入端通过第十四电阻接地；第四运算放大器的输出端作为累加单元的输出端，以输出控制电压信号u0；

24、第五运算放大器的反相输入端通过第十五电阻连接第四运算放大器的输出端，第五运算放大器的同相输入端通过第十六电阻接地；第五运算放大器的输出端通过第三十四电阻连接其反相输入端。

25、优选的，第一比较单元采用第十一运算放大器实现，第一输出单元包括第一二极管和第六运算放大单元，第二倒向单元包括第二二极管和第十二运算放大器；

26、第十一运算放大器的反相输入端用于接入参考电压u4，第十一运算放大器的同相输入端用于接入电压信号u1；第十一运算放大器的工作电压输入端连接第四运算放大器的输出端；第十一运算放大器的接地端连接第五运算放大器的输出端；第十一运算放大器的输出端分别连接第一二极管的正极和第二二极管的负极；

27、第六运算放大器的反相输入端通过第十九电阻接地，第六运算放大器的同相输入端连接第一二极管的负极；第六运算放大器的输出端通过第十八电阻连接其反相输入端；第六运算放大器的输出端作为第一输出单元的输出端，以输出冷却控制信号u2；

28、第十二运算放大器的反相输入端通过第三十八电阻连接第二二极管正极，第十二运算放大器的同相输入端通过第三十六电阻接地；第十二运算放大器的输出端通过第三十七电阻连接其反相输入端。

29、优选的，第二比较单元采用第九运算放大器实现，第二输出单元采用第十运算放大器实现；

30、第九运算放大器的反相输入端通过第二十电阻连接第十二运算放大器的输出端，第九运算放大器的同相输入端连接脉冲调制单元的输出端；第九运算放大器的输出端通过第二十九电阻连接其工作电压输入端，第九运算放大器的输出端还通过第八电容接地；

31、第十运算放大器的反相输入端通过第三十一电阻接地，第十运算放大器的同相输入端通过第三十电阻连接第九运算放大器的输出端；第十运算放大器的输出端通过第三十二电阻连接其反相输入端；第十运算放大器的输出端作为第二输出单元的输出端，以输出脉冲波形u3。

32、优选的，脉冲调制单元包括第七运算放大器、第三二极管和第八运算放大器；第八运算放大器的输出端即为脉冲调制单元的输出端；

33、第七运算放大器的反相输入端通过第二十一电阻接地，还通过第二十二电阻连接器工作电压输入端；第七运算放大器的同相输入端通过第二十五电阻连接第八运算放大器的输出端，第七运算放大器的同相输入端还连接第三二极管的负极；第七运算放大器的输出端通过第二十四电阻连接第三二极管的负极；第三二极管的正极接地；

34、第八运算放大器的反相输入端通过第二十六电阻连接第三二极管的负极；第八运算放大器的同相输入端通过第二十七电阻接地，并通过第二十八电阻连接工作电压输入端；第八运算放大器的输出端通过第七电容连接其反相输入端。

35、优选的，还包括plc控制电路，plc控制电路分别连接温度探头、信号调整单元的输入端、第一输出单元的输出端、第二输出单元的输出端、进水阀、出水阀和加热部件；

36、plc控制电路用于获取温度探头检测到的温度，并将所述温度转换为电压信号u1；plc控制电路还用于获取第一输出单元输出的冷却控制信号u2，根据冷却控制信号u2控制进水阀和出水阀的工作状态；并用于对第二输出单元输出的脉冲波形u3进行调制，根据调制后的脉冲波形控制加热部件工作。

37、优选的，供气支路包括气源、增压阀和比例阀，增压阀设置在气源的输出口处，比例阀设置在增压阀的出口侧，比例阀的出口侧作为供气支路的输出端；增压阀、比例阀、进气阀、出气阀、第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门均为电磁阀；plc控制电路分别连接增压阀、比例阀、进气阀、出气阀、第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门；

38、所述系统还包括气体成分检测探头和报警器；plc控制电路还连接气体成分检测探头和报警器，plc控制电路还控制报警器在气体成分检测探头检测到气体泄漏时进行报警。

39、本实用新型的优点在于：

40、(1)本实用新型提出的一种准分子激光配气系统，设置缓冲腔独立于放电腔外面，使用缓冲腔可以提前配好混合气体，当放电腔需要配气时，控制缓冲腔中的混合气体输入放电腔内即可，大大节省配气时间，提高了激光器的工作效率。

41、(2)过滤器的设置，有利于在清洗系统时实现有害气体的过滤，避免污染空气；同时过滤器前端设置第四阀门，在配气系统工作时，通过第四阀门可将过滤器与空气隔离，避免过滤器被污染，延长过滤器使用寿命。

42、(3)供气支路中，通过增压阀可调整各气源的输出气压以保持一致，从而提高气体配比精度，保证电-光转换效率；通过比例阀可控制气源气路的通断，还可可控制气源供气速度，从而控制气体成分配比和充气速度。

43、(4)本实用新型提出的一种温度控制电路，以检测温度转换后的电压信号u1作为输入，通过控制冷量交换部件和加热部件的工作状态对环境温度进行调节，以实现温度恒定。该温度控制电路通过运算放大器集成温度控制电路，电路简洁，反应速度快。本实用新型提供的准分子激光配气系统中，通过温度控制电路与温控单元的配合，可保证缓冲腔内的温度误差控制在0.1℃范围内，从而保证缓冲腔处于恒温环境，提高配气精度。

44、(5)本实用新型中，信号调整模块将电压信号u1行比例放大、微分处理和积分处理，累加模块将信号调整单元输出的比例调整后电压信号、微分信号和积分信号进行累加，如此，通过信号的比例调整、微分、积分，有利于多维度提取信号特征，从而保证对检测温度的多角度识别和对电压信号u1的高精度识别和处理，进一步提高温度的控制精度。

45、(6)本实用新型中，脉冲调制单元用于提供标准锯齿波作为参考，通过u0与标准锯齿波的实时比较生成脉冲方波，u0随着检测温度的变化而变化，第九运算放大器的比较结果随着u0变化，故而，第九运算放大器输出随着检测温度调整的脉冲方波，该脉冲方波经过第十运算放大器放大后输出脉冲波形u3，然后通过u3输出宽度可调脉冲信号驱动加热部件加热，从而实现恒温控制。

46、(7)本实用新型中以标准锯齿波作为参考，即使在u0稳定不变时也实现了加热部件的功率微调节，避免加热部件恒压工作造成的热量积累，保证恒温控制的可靠性。

47、(8)本实用新型中，通过第一比较单元的设置，将冷量交换部件的控制电压与加热部件的控制电压分离，有利于避免冷量交换部件和加热部件同时工作的风险，提高温控单元的工作可靠性。