專利名稱：流動氣體氣壓自動調(diào)節(jié)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流動氣壓自動調(diào)節(jié)裝置，特別是一種低氣壓(IOOTorr以下)流動氣體 氣壓自動調(diào)節(jié)裝置。
背景技術(shù)：
高次諧波技術(shù)是合成單個阿秒(10_18秒)量級超短脈沖和產(chǎn)生水窗波段X射線的 主要實(shí)驗(yàn)方法，由于單個阿秒量級超短脈沖可用來研究原子或分子內(nèi)電子的運(yùn)動，而水窗 波段X射線在生物學(xué)成像方面有著極其重要的作用，故高次諧波技術(shù)的研究在當(dāng)今世界是 非常熱門。當(dāng)前高次諧波技術(shù)的發(fā)展主要是研究激光與氣體的相互作用，主要通過改變飛秒 激光場，氣體種類，氣體壓強(qiáng)，氣體盒子長度，飛秒激光的束腰與氣體盒子的相對位置等因 素來獲取我們想要的高次諧波。在實(shí)驗(yàn)過程中，氣體壓強(qiáng)之外的其他因素都是比較容易調(diào) 節(jié)的，但由于實(shí)驗(yàn)所要求的氣壓比較低，一般只在幾十托(Torr)到100托之間，實(shí)驗(yàn)氣體是 流動的并且參與激光相互作用的，所以氣壓的相對變化非常大，很難控制在固定的值。當(dāng) 前，氣壓一般利用微調(diào)氣閥手動調(diào)節(jié)，在高次諧波采集過程中，當(dāng)氣壓偏離實(shí)驗(yàn)需要值時， 就需要實(shí)時調(diào)節(jié)微調(diào)氣閥使氣壓保持在實(shí)驗(yàn)需要值。高次諧波信號采集時間一般為幾秒 幾十秒，如果信號比較強(qiáng)，所需要的采集時間比較短，利用手動調(diào)節(jié)微調(diào)氣閥的方法還可 行，但現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)中往往信號很弱，所需要的采集時間長達(dá)幾分鐘，這種情況下手動調(diào)節(jié)微 調(diào)氣閥的方法就有很大的弊端，首先微調(diào)氣閥的精度不高，旋轉(zhuǎn)極小角度就會造成氣壓有 很大的變動，很難調(diào)節(jié)準(zhǔn)確；其次，操作人員長時間精神高度集中對氣壓進(jìn)行實(shí)時調(diào)節(jié)，時 間越長，調(diào)節(jié)效果會越差；操作人員在靶室旁邊調(diào)節(jié)氣壓，長期受X射線波段高次諧波輻射 對實(shí)驗(yàn)者身體有傷害?？傊?，氣壓的變化會影響氣體與激光的相互作用過程，從而得不到我 們想要的高次諧波。當(dāng)前利用手動調(diào)節(jié)微調(diào)氣閥方法調(diào)節(jié)氣壓，通常會使實(shí)驗(yàn)得到的高次諧波譜(如 圖1所示，橫坐標(biāo)為光子能量，單位為電子伏，縱坐標(biāo)為諧波強(qiáng)度，單位為原子單位)與相同 參數(shù)下理論模擬得到的高次諧波譜(如圖2所示，橫坐標(biāo)縱坐標(biāo)的選取同圖1)不一樣，因?yàn)?理論模擬時，氣壓值是固定的，而實(shí)驗(yàn)過程中不能實(shí)現(xiàn)。圖1和圖2都取自文獻(xiàn)E. Priori, G. Cerullo,M. Nisoli,S. Stagira,and S. De Silvestri. Nonadiabatic three-dimensional model of high-order harmonicgeneration in the few-optical-cycle regime,PHYSICAL REVIEW A,61,063801ο

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種流動氣體氣壓自動調(diào)節(jié)裝置， 該裝置應(yīng)具有結(jié)構(gòu)簡單，操作和控制方便，手動初步微調(diào)后，以電動代替手動，通過反饋進(jìn) 行實(shí)時自動控制，且氣壓實(shí)時探測裝置和控制裝置均在靶室外面，不會對氣體盒子內(nèi)光和 氣體相互作用的過程產(chǎn)生影響。特別是適用于高次諧波產(chǎn)生裝置中靶室內(nèi)供氣體與飛秒激光相互作用的氣體盒內(nèi)的低氣壓流動氣體氣壓自動調(diào)節(jié)裝置。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下
—種流動氣體氣壓自動調(diào)節(jié)裝置，包括真空計(jì)和閥體，特點(diǎn)是所述的閥體是一個 微調(diào)閥體，該微調(diào)閥體的進(jìn)氣端有進(jìn)氣接頭和微調(diào)進(jìn)氣閥，輸氣端有真空探測頭，在所述的 微調(diào)進(jìn)氣閥和真空探測頭之間還有壓電陶瓷閥，所述的真空探測頭的信號輸出端經(jīng)第一電 線接所述的真空計(jì)的輸入端，該真空計(jì)的輸出端經(jīng)數(shù)據(jù)線、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、第二電線接壓電 控制器的輸入端，該壓電控制器的輸出端經(jīng)第三電線和微調(diào)閥體上的密封導(dǎo)電板接所述的 壓電陶瓷閥的控制端，所述的微調(diào)閥體的輸氣端有螺紋接口，以便與待輸入流動氣體的容 器密封連接。所述的微調(diào)閥體的輸氣端有螺紋接口還連接有輸氣管，以將所需的氣體輸入到指 定的空間。所述的微調(diào)閥體由微調(diào)進(jìn)氣部分、壓電陶瓷閥部分、氣壓探測部分組成，微調(diào)進(jìn)氣 部分與壓電陶瓷閥部分利用0型圈和卡箍密封接合，所述的壓電陶瓷閥部分和氣壓探測部 分利用螺紋接口緊密接合，該氣壓探測部分的另一輸氣端與靶室的靶室蓋利用螺紋接口緊 密接合，同時進(jìn)氣管也與靶室蓋利用螺紋接口緊密接合，以將所需的氣體輸入到指定的空 間。在壓電控制器設(shè)定真空設(shè)定值，利用真空探測頭探測指定空間的流動氣體的氣壓 并由真空計(jì)顯示測量值，隨著真空計(jì)的讀數(shù)變化，該測量值經(jīng)過數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，反饋至壓電 控制器，壓電控制器將測量值與設(shè)定值進(jìn)行比較，實(shí)時對壓電陶瓷閥給出控制電信號，使壓 電陶瓷閥發(fā)生相應(yīng)的形變，改變兩塊壓電陶瓷閥之間縫隙寬度，即進(jìn)氣口的大小，使真空計(jì) 的讀數(shù)恢復(fù)到實(shí)驗(yàn)需要的設(shè)定數(shù)值，從而維持了氣體盒子內(nèi)實(shí)驗(yàn)條件所需要的氣壓值。本發(fā)明的技術(shù)效果1、由于本發(fā)明采用電動控制，響應(yīng)時間快，最快可達(dá)到皮秒(10_12s)量級，相比于 人眼的反應(yīng)時間0. Is量級，遠(yuǎn)遠(yuǎn)提高了實(shí)時精度，從而使氣壓更穩(wěn)定。2、由于本發(fā)明采用壓電陶瓷閥，壓電陶瓷的動態(tài)伸縮系數(shù)為0.24微米/伏特，只 要電壓調(diào)節(jié)的精度控制在1伏特，那么壓電陶瓷閥精度可達(dá)到0. 24納米，也遠(yuǎn)高于手動調(diào) 節(jié)微調(diào)氣閥的精度。3、由于本發(fā)明采用氣壓實(shí)時探測裝置和控制裝置均在靶室外，并且無需對原來的 裝置進(jìn)行較大改造，方便用戶使用。4、由于采用電動控制，操作人員只要在實(shí)驗(yàn)開始之前調(diào)節(jié)微調(diào)閥，使氣壓達(dá)到設(shè) 定值附近，接下來使用電動控制，操作人員可以遠(yuǎn)離靶室，遠(yuǎn)離X射線波段的高次諧波輻射 對人體的傷害。


圖1是現(xiàn)有利用手動調(diào)節(jié)微調(diào)氣閥方法調(diào)節(jié)氣壓，實(shí)驗(yàn)得到的高次諧波譜2是理論模擬的高次諧波譜3為本發(fā)明流動氣體氣壓自動調(diào)節(jié)裝置實(shí)施例用于高次諧波產(chǎn)生裝置中靶室 內(nèi)供氣體與飛秒激光相互作用的氣體盒子內(nèi)流動氣體氣壓自動調(diào)節(jié)的總體框4為本發(fā)明流動氣體氣壓調(diào)節(jié)裝置的微調(diào)閥體的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。 先請參閱圖3、圖4，圖3是本發(fā)明流動氣體氣壓自動調(diào)節(jié)裝置實(shí)施例用于高次諧 波產(chǎn)生裝置中靶室內(nèi)供氣體與飛秒激光相互作用的氣體盒子內(nèi)流動氣體氣壓自動調(diào)節(jié)的 總體框圖，圖4為本發(fā)明低氣壓流動氣體氣壓調(diào)節(jié)閥實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可見，本發(fā)明 流動氣體氣壓自動調(diào)節(jié)裝置，包括真空計(jì)6和閥體，所述的閥體是一個微調(diào)閥體13，該微調(diào) 閥體13的進(jìn)氣端有進(jìn)氣接頭11和微調(diào)進(jìn)氣閥9，輸氣端有真空探測頭5，在所述的微調(diào)進(jìn) 氣閥9和真空探測頭5之間還有壓電陶瓷閥3，所述的真空探測頭5的信號輸出端經(jīng)第一 電線12接所述的真空計(jì)6的輸入端，該真空計(jì)6的輸出端經(jīng)數(shù)據(jù)線15、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器7、第 二電線16接壓電控制器4的輸入端，該壓電控制器4的輸出端經(jīng)第三電線17經(jīng)微調(diào)閥體 13上的密封導(dǎo)電板14接所述的壓電陶瓷閥3的控制端，所述的微調(diào)閥體13的輸氣端有螺 紋接口，以便與待輸入流動氣體的容器密封連接。在本實(shí)施例的應(yīng)用中，所述的微調(diào)閥體 13由微調(diào)進(jìn)氣部分1301、壓電陶瓷閥部分1302和氣壓探測部分1303組成，微調(diào)進(jìn)氣部分 1301與壓電陶瓷閥部分1302利用0型圈和卡箍密封接合，壓電陶瓷閥部分1302和氣壓探 測部分1303利用螺紋接口緊密接合，氣壓探測部分1303的另一端與靶室1的靶室蓋利用 螺紋接口緊密接合，進(jìn)氣管10與靶室蓋利用螺紋接口緊密接合，進(jìn)氣管10與氣體盒子2利 用螺紋接口緊密接合，形成一條密封的氣流通道。高次諧波產(chǎn)生裝置中真空靶室1內(nèi)供氣體與飛秒激光8相互作用的氣體盒子2內(nèi) 的氣體壓強(qiáng)為百托量級，(ITorr = 133.3224pa)，實(shí)驗(yàn)所需氣體經(jīng)進(jìn)氣接頭11進(jìn)入微調(diào)閥 體13、依次經(jīng)微調(diào)進(jìn)氣閥9、壓電陶瓷閥3、真空探測頭5、輸氣管10進(jìn)入氣體盒子2，氣體在 氣體盒子2中是流動的，氣體盒2兩端的出氣小孔18和靶室1的抽氣口 19構(gòu)成氣流流出 通道。本發(fā)明的工作流程如下首先根據(jù)工作需要在壓電控制器4輸入一個氣體盒子2內(nèi)的真空設(shè)定值，啟動本 發(fā)明流動氣體氣壓自動調(diào)節(jié)裝置，手動所述的微調(diào)進(jìn)氣閥9，使真空探測頭5探測氣體盒子 2內(nèi)的流動氣壓基本達(dá)到所需要的真空度，然后進(jìn)入自動調(diào)節(jié)利用真空探測頭5探測氣體 盒2內(nèi)的流動氣壓，經(jīng)第一電線送真空計(jì)6，真空計(jì)6的測量值經(jīng)過數(shù)/模轉(zhuǎn)換器7，反饋至 壓電控制器4，壓電控制器4將測量值與設(shè)定值進(jìn)行比較，實(shí)時地對壓電陶瓷閥3給出控制 電信號，使壓電陶瓷閥3發(fā)生相應(yīng)的形變，改變兩塊壓電陶瓷閥3之間縫隙寬度，即進(jìn)氣口 的大小，使真空計(jì)6的讀數(shù)恢復(fù)到實(shí)驗(yàn)需要的設(shè)定值，從而維持了氣體盒子內(nèi)實(shí)驗(yàn)條件所 需要的氣壓值。下面為此實(shí)施例的具體參數(shù)真空計(jì)的量程為為999. 99Torr，精度為0. OlTorr，在高次諧波的產(chǎn)生裝置中，需 要的真空計(jì)讀數(shù)范圍為O-IOOTorr，十進(jìn)制數(shù)100轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)為110010. 000000，共12 位，因而本裝置中需選用12位或12位以上輸入端的數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器，例如德州儀器的 型號為DAC5670的14位數(shù)模轉(zhuǎn)換器。壓電陶瓷控制器4的輸出電壓在-100V-+100V范圍內(nèi)，精度為0. 1伏特，壓電陶瓷 閥的動態(tài)伸縮系數(shù)為0. 24微米/伏特，壓電陶瓷閥3伸縮精度可達(dá)到0. 24微米/伏特xO. 1伏特=0. 024微米。壓電陶瓷閥初始設(shè)定兩個半圓間隙為0. 1毫米，間隙變化范圍0. 1毫 米 0. Imm士0. 024mm。 壓電陶瓷的具體尺寸為半圓直徑d = 2厘米，厚度h = 5毫米，兩個半圓間隙g = 0. 1毫米，固定在進(jìn)氣通道中的微調(diào)閥下方，分別將氣體通道內(nèi)壓電陶瓷的引出線和氣體通 道外的壓電控制器引出線焊接在密封導(dǎo)電板內(nèi)外，從而將壓電陶瓷和壓電控制器連接，解 決了氣體通道外電路連接問題。實(shí)驗(yàn)表明，本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡單，手動粗調(diào)后，以電動代替手動，特別是適用于高 次諧波產(chǎn)生裝置中靶室內(nèi)供氣體與飛秒激光相互作用的氣體盒內(nèi)的低氣壓流動氣體氣壓 自動調(diào)節(jié)，氣壓實(shí)時探測裝置和控制裝置均在靶室外面，不會對氣體盒子內(nèi)光和氣體相互 作用的過程產(chǎn)生影響，便于操作和控制，在流動氣體氣壓低于IOOTorr并需要精確控制穩(wěn) 定的氣壓條件下具有很大的實(shí)用價值。
權(quán)利要求
一種流動氣體氣壓自動調(diào)節(jié)裝置，包括真空計(jì)(6)和閥體，特征在于所述的閥體是一個微調(diào)閥體(13)，該微調(diào)閥體(13)的進(jìn)氣端有進(jìn)氣接頭(11)和微調(diào)進(jìn)氣閥(9)，輸氣端有真空探測頭(5)，在所述的微調(diào)進(jìn)氣閥(9)和真空探測頭(5)之間還有壓電陶瓷閥(3)，所述的真空探測頭(5)的信號輸出端經(jīng)第一電線(12)接真空計(jì)(6)的輸入端，該真空計(jì)(6)的輸出端經(jīng)數(shù)據(jù)線(15)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(7)、第二電線(16)接壓電控制器(4)的輸入端，該壓電控制器(4)的輸出端經(jīng)第三電線(17)經(jīng)微調(diào)閥體(13)上的密封導(dǎo)電板(14)接所述的壓電陶瓷閥(3)的控制端，所述的微調(diào)閥體(13)的輸氣端有螺紋接口，以便與待輸入流動氣體的容器密封連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流動氣體氣壓自動調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述的微調(diào)閥體 (13)的輸氣端有螺紋接口還連接有輸氣管(10)，以將所需的氣體輸入到指定的空間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的流動氣體氣壓自動調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述的微調(diào) 閥體(13)由微調(diào)進(jìn)氣部分(1301)、壓電陶瓷閥部分(1302)、氣壓探測部分(1303)組成，微 調(diào)進(jìn)氣部分(1301)與壓電陶瓷閥部分(1302)利用0型圈和卡箍密封接合，所述的壓電陶 瓷閥部分(1302)和氣壓探測部分(1303)利用螺紋接口緊密接合，該氣壓探測部分(1303) 另一輸氣端與靶室(1)的靶室蓋利用螺紋接口緊密接合，同時進(jìn)氣管(10)也與靶室蓋利用 螺紋接口緊密接合，以將所需的氣體輸入到指定的空間。
全文摘要
一種流動氣體氣壓自動調(diào)節(jié)裝置，包括真空計(jì)和閥體，特點(diǎn)是所述的閥體是一個微調(diào)閥體，該微調(diào)閥體的進(jìn)氣端有進(jìn)氣接頭和微調(diào)進(jìn)氣閥，輸氣端有真空探測頭，在所述的微調(diào)進(jìn)氣閥和真空探測頭之間還有壓電陶瓷閥，所述的真空探測頭的信號輸出端經(jīng)第一電線接所述的真空計(jì)的輸入端，該真空計(jì)的輸出端經(jīng)數(shù)據(jù)線、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、第二電線接壓電控制器的輸入端，該壓電控制器的輸出端經(jīng)第三電線和微調(diào)閥體上的密封導(dǎo)電板接所述的壓電陶瓷閥的控制端，所述的微調(diào)閥體的輸氣端有螺紋接口，以便與待輸入流動氣體的容器密封連接。本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，在氣壓低于100托并需要精確控制其穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)條件下具有很大的實(shí)用價值。
文檔編號F16K31/02GK101858454SQ20101019074
公開日2010年10月13日 申請日期2010年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月2日
發(fā)明者曾志男, 王巖, 鄒璞, 鄭穎輝, 陸瑩瑛 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所