高功率板條CO2激光器射頻放電技術(shù)研究.pdf

1、高功率射頻板條CO2激光器是工業(yè)應(yīng)用CO2激光器非常重要的一種類型,已經(jīng)成為激光焊接和切割的主力光源和重要發(fā)展方向。本文針對(duì)高功率板條CO2激光器的射頻放電特性,系統(tǒng)分析并實(shí)驗(yàn)研究了射頻激勵(lì)氣體放電特性、大功率射頻電源及傳輸匹配、大面積射頻放電的平板電極、激光器功率控制及抗干擾措施。論文主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:
　　(1)根據(jù)射頻放電氣體理論模型,指出射頻激勵(lì)板條激光器需工作在α放電模式,給出了一維射頻放電模型。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析激勵(lì)

2、頻率對(duì)放電特性的影響,主要包括頻率對(duì)擊穿電壓的影響、頻率對(duì)射頻輝光放電區(qū)結(jié)構(gòu)的影響,在此基礎(chǔ)上總結(jié)了一些選擇放電頻率的規(guī)律。在大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上給出了氣體配比和氣壓選擇的方法。
　　(2)針對(duì)高功率射頻板條CO2激光器的射頻功率源的要求,設(shè)計(jì)了基于電子管的大功率自激式射頻電源,包括直流高壓回路、燈絲加熱電路、柵極調(diào)制電路以及產(chǎn)生射頻功率的振蕩放大電路。在振蕩和功放電路部分,計(jì)算了電子管的工作模型和元件參數(shù)。確定了射頻電源和放電負(fù)

3、載直流的阻抗匹配方案,并給出了計(jì)算匹配參數(shù)的方法。提出了縱向采用并聯(lián)諧振電感的均壓方式,當(dāng)電極縱向和橫向分別為中間饋入和側(cè)面饋入方式時(shí),在電極側(cè)面電感不對(duì)稱分布條件下通過(guò)計(jì)算,得到了整個(gè)電極的二維均壓模型,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　(3)針對(duì)擴(kuò)散冷卻平板電極的結(jié)構(gòu)和熱環(huán)境,設(shè)計(jì)了蛇形和改進(jìn)的蛇形等電極的冷卻水流道方案,通過(guò)仿真得到電極的溫度場(chǎng)分布并進(jìn)行比較,得知最理想的流道方案為改進(jìn)的蛇形方案。通過(guò)對(duì)不同流道設(shè)計(jì)的電極進(jìn)行放電出

4、光實(shí)驗(yàn),改進(jìn)蛇形水道電極在高占空比時(shí),激光功率增益飽和的現(xiàn)象沒(méi)有出現(xiàn),可以認(rèn)為該流道設(shè)計(jì)滿足了在最大占空比條件下冷卻氣體溫度的要求。
　　(4)通過(guò)對(duì)激光器功率控制方式的研究,設(shè)計(jì)了基于透過(guò)率0.5％的球面取樣鏡和熱電偶堆的功率取樣單元,采用改變脈沖寬度對(duì)注入的射頻功率進(jìn)行調(diào)節(jié),考慮到產(chǎn)生PWM波的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)反饋的要求,設(shè)計(jì)了專用的功率控制電路板,通過(guò)上位機(jī)PLC和下位機(jī)CPLD的通訊,完成了優(yōu)化的激光功率反饋控制,提高了激光功