專(zhuān)利名稱(chēng)：一種小型連續(xù)式CO₂激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種小型連續(xù)式(X)2激光器。
背景技術(shù)：
目前激光器已經(jīng)廣泛用于民用、航空、軍事、雕亥|J、切割等行業(yè)。在軍事領(lǐng)域中，激光武器作為一種新概念武器，以其快速、靈活、精確和抗電磁干擾等優(yōu)異性能，越來(lái)越受到世界多國(guó)的重視。鑒于激光武器的重要作用和地位，美、俄、以色列和其他一些發(fā)達(dá)國(guó)家都投入了巨額資金，制定了宏大計(jì)劃，組織了龐大的科技隊(duì)伍，開(kāi)發(fā)激光武器。目前國(guó)內(nèi)外激光部隊(duì)的手持激光武器大多采用的是脈沖式，其需要龐大的電源來(lái)維持消耗。而且氣體激光管工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量熱量，因此冷卻系統(tǒng)非常重要。目前通常采用純水冷的方式進(jìn)行激光管的冷卻，但這種方式的過(guò)冷卻系統(tǒng)非常大。此外，其他種種原因也造成現(xiàn)有激光器的體積過(guò)于龐大，難以手持使用，并且難以在微型武器上實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)使用。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種小型連續(xù)式(X)2激光器，能夠大幅減小激光器的體積和重量，延長(zhǎng)其續(xù)航時(shí)間，且提高安全性，為手持使用提供了基礎(chǔ)。該方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種小型連續(xù)式(X)2激光器，包括激光器殼體，設(shè)置在激光器殼體中的電源、高頻電路、升壓變壓器、CO2激光管、水冷設(shè)備、風(fēng)冷設(shè)備、靜電吸收組件；所述電源的正極依次串聯(lián)泵開(kāi)關(guān)、鎖開(kāi)關(guān)、發(fā)射開(kāi)關(guān)后連接高頻電路的電源正極，高頻電路的電源負(fù)極連接電源負(fù)極；高頻電路產(chǎn)生的高頻振蕩信號(hào)作為升壓變壓器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；升壓變壓器采用填充聚碳酸酯的升壓變壓器，其根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生高壓電輸出給(X)2激光管的正極，CO2激光管的負(fù)極連接電源負(fù)極；水冷設(shè)備具體包括散熱器、半導(dǎo)體制冷片、水冷換熱器、水箱、循環(huán)水泵、第一溫控開(kāi)關(guān)；風(fēng)冷設(shè)備包括鼓風(fēng)式散熱扇；半導(dǎo)體制冷片的熱端貼于散熱器上，半導(dǎo)體制冷片的冷端貼于水冷換熱器，第一溫控開(kāi)關(guān)貼在散熱器連接半導(dǎo)體制冷片的一面，接近但不接觸半導(dǎo)體制冷片；鼓風(fēng)式散熱扇的出風(fēng)口位于散熱器一側(cè)，為散熱器提供風(fēng)冷源；在水路方面，水冷換熱器的兩個(gè)水冷液接口其中一個(gè)通過(guò)管道連接水箱的水冷液出口，另一個(gè)通過(guò)管道連接CO2激光管鏡頭處的水冷液入口 ；水箱的水冷液入口通過(guò)管道連接循環(huán)水泵的排水口，循環(huán)水泵的吸水口通過(guò)管道接入CO2激光管尾部的水冷液出口 ；在電路方面，循環(huán)水泵兩電源端的一端經(jīng)由泵開(kāi)關(guān)連接電源正極，循環(huán)水泵的另一端連接電源負(fù)極；鼓風(fēng)式散熱扇兩電源端的一端通過(guò)一風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān)連接電源正極，并且通過(guò)第一溫控開(kāi)關(guān)連接半導(dǎo)體制冷片，鼓風(fēng)式散熱扇的另一端與半導(dǎo)體制冷片并聯(lián)后接入電源負(fù)極；所述第一溫控開(kāi)關(guān)為常關(guān)開(kāi)關(guān)，其切換溫度選取值為小于半導(dǎo)體制冷片最高安全溫度5°c 10°C ；
靜電吸收組件包括靜電吸收線路控制開(kāi)關(guān)、連接線路和多個(gè)LED燈；連接線路的長(zhǎng)度至少繞激光器殼體內(nèi)表面一周，如果激光器殼體為金屬材質(zhì)，則連接線路采用漆包線， 如果激光器殼體為絕緣材質(zhì)，則連接線路采用裸線；連接線路上串接多個(gè)LED燈；靜電吸收線路控制開(kāi)關(guān)也串接在連接線路上；連接線路兩端分別連接電源的正負(fù)極，在連接線路與電源負(fù)極相接處，串接一線繞電阻。其中，所述半導(dǎo)體制冷片選用TEC1-1270X系列，其中X的取值為根據(jù)CO2激光管的輸出功率P，代入公式(Ρ/60% -P)/60%，得到半導(dǎo)體制冷片總功率Ptl，初步確定X，使得 12ΧΧ的乘積大于Ptl;選取初步確定的一個(gè)或一個(gè)以上的TEC1-1270X進(jìn)行試驗(yàn)，并監(jiān)測(cè)水箱溫度，如果水箱溫度穩(wěn)定在20 25度，則選取當(dāng)前試驗(yàn)所采用的TEC1-1270X作為本激光器的半導(dǎo)體制冷片。較佳地，靜電吸收線路控制開(kāi)關(guān)設(shè)置在靠近電源正極的位置；串接連接線路上的線繞電阻為低阻值線繞電阻，其阻值為根據(jù)電源提供的電源除以LED燈的工作電流，將得到的電阻范圍除以總LED燈的個(gè)數(shù)，算出每個(gè)LED燈的阻值范圍X，從連接線路中去除一個(gè) LED燈，串聯(lián)一個(gè)阻值在阻值范圍X內(nèi)的電阻，即為所述低阻值線繞電阻。較佳地，升壓變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)的負(fù)極連接在一起接入高頻電路低壓輸出負(fù)極；升壓變壓器高壓輸出端和低壓側(cè)負(fù)極之間的空氣中垂直距離大于4cm，同時(shí)固定升壓變壓器的所有螺絲均連接到一第二線繞電阻一端，該第二線繞電阻另一端接耐壓3萬(wàn)伏的高壓瓷片電容后接到電源負(fù)極。較佳地，電源選用輸出電壓為11. IV 14. 8V、輸出功率300W以上的大功率動(dòng)力鋰聚合物電池。有益效果本發(fā)明針對(duì)連續(xù)式CO2激光器，為了使其小型化、持續(xù)工作且具有安全性，本發(fā)明在(X)2激光器中采用了水循環(huán)系統(tǒng)，且水循環(huán)系統(tǒng)使用半導(dǎo)體制冷片，使得整個(gè)水循環(huán)系統(tǒng)的冷卻效率大大增加，并且減小了整個(gè)水循環(huán)系統(tǒng)的體積，從而大幅減小激光器的體積和重量。通過(guò)半導(dǎo)體制冷片的選型能夠保證半導(dǎo)體制冷片的有效制冷，使得槍體產(chǎn)生的熱量能夠及時(shí)高效的排出。電源部分采用大功率動(dòng)力鋰聚合物電池，能夠在保持較長(zhǎng)工作時(shí)間的情況下，減小連續(xù)式(X)2激光器的體積。通過(guò)設(shè)置多個(gè)開(kāi)關(guān)，一方面保證整個(gè)系統(tǒng)有效工作，另一個(gè)方面保證使用者的安全性。本發(fā)明從多個(gè)方向進(jìn)行了安全性考慮，包括靜電釋放、升壓變壓器自放電和漏電的可能性、過(guò)熱保護(hù)和提醒、以及各種關(guān)聯(lián)開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)，等等，從各個(gè)方面保障使用者安全性。此外，發(fā)明通過(guò)電路元件以及各類(lèi)器件的選擇，能夠保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和持續(xù)時(shí)間。


圖1為本發(fā)明小型CO2激光器的總體原理圖。圖2為本發(fā)明小型(X)2激光器的電路原理圖。圖3為本發(fā)明小型(X)2激光器的布置圖。圖4為靜電吸收組件的設(shè)計(jì)原理圖。
圖5為圖3中小型(X)2激光器后部的俯視圖。圖6為高頻電路原理圖。其中，1-電源，2-高頻電路，21-泵開(kāi)關(guān)，22-鎖開(kāi)關(guān)，23-發(fā)射開(kāi)關(guān)，3_升壓變壓器，4-C02激光管，51-散熱器，52-半導(dǎo)體制冷片，53-水冷換熱器，54-水箱，55-循環(huán)水泵， 56-第一溫控開(kāi)關(guān)，61-鼓風(fēng)式散熱扇，62-風(fēng)機(jī)，71-靜電吸收線路控制開(kāi)關(guān)，72-連接線路， 73-LED燈，81-瞄準(zhǔn)具觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，82-LD，10-隔板，11-阻燃聚氨酯海綿，12、13-固定架。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。本發(fā)明提供了一種小型連續(xù)式CO2激光器，如圖1所示，包括激光器殼體，設(shè)置在殼體中的電源1、高頻電路2、升壓變壓器3、CO2激光管4、水冷設(shè)備、風(fēng)冷設(shè)備、靜電吸收組件。其中，水冷設(shè)備為(X)2激光管4提供冷卻水，其具體包括散熱器51、半導(dǎo)體制冷片52、 水冷換熱器53、水箱M、循環(huán)水泵55、第一溫控開(kāi)關(guān)56 ；風(fēng)冷設(shè)備包括鼓風(fēng)式散熱扇61和風(fēng)機(jī)62。 高壓部分電源，采用輸出電壓為11. IV 14. 8V、輸出功率300W以上的大功率動(dòng)力鋰聚合物電池，其有效地保證續(xù)航時(shí)間，具有較好的穩(wěn)定性，且體積小。如圖2的電路連接圖所示，電源1的正極依次串聯(lián)泵開(kāi)關(guān)21、鎖開(kāi)關(guān)22、發(fā)射開(kāi)關(guān)23后連接高頻電路2中的電源正極，高頻電路2的電源負(fù)極連接電源1負(fù)極。高頻電路 2產(chǎn)生的高頻振蕩電流作為升壓變壓器3的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，高頻振蕩電流的振蕩頻率根據(jù)升壓變壓器3的需求進(jìn)行設(shè)置，為了實(shí)現(xiàn)CO2激光管的連續(xù)輸出，振蕩頻率至少為1000Hz。圖6為高頻電路的原理圖。如圖6所示，兩個(gè)二極管并聯(lián)后，陽(yáng)極連接電壓1正極， 陰極作為高頻電路的正極輸出；兩個(gè)20 Ω的線繞電阻R1、R2并聯(lián)后，一端連接電源1負(fù)極的同時(shí)進(jìn)一步通過(guò)電容C2連接高頻電路的正極輸出，另一端通過(guò)電容Cl連接高頻電路的正極輸出的同時(shí)進(jìn)一步連接到MOS管IRF540的源極，IRF540漏極作為高頻電路的負(fù)極輸出，IRF540柵極引出作為a端，Cl和C2的連接處引出作為c端，Cl未連接C2的一端引出作為b端，C2未連接Cl的一端引出作為d端；其中，20 Ω的線繞電阻R1、R2的加入有利于輸出信號(hào)的穩(wěn)定。該高頻電路還包括電流型PWM控制器UC3845，其連接關(guān)系如下反饋端0腳)通過(guò)兩個(gè)串聯(lián)的6. IkQ電阻連接d端，取樣端(3腳)連接b端，RT/CT端0腳)、參考電壓 Vref端(8腳)、和Vcc端各自通過(guò)一個(gè)電容連接d端，其中Vref端和Vcc端連接的電容均為0. 1 μ F ；并且，RT/CT端和Vref端之間串聯(lián)6. IkQ電阻，Vcc端通過(guò)20 Ω的電阻接c 端，同時(shí)通過(guò)47 μ F的電容接d端；輸出端(6腳)通過(guò)200 Ω和R3 = 6. IkQ的電阻分壓后接入a端，且R3電阻接入d端；GND端(5腳)接d端。為了增強(qiáng)本發(fā)明的適用范圍，該高頻電路中的元器件均采用軍品級(jí)。升壓變壓器3根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生至少1. 4萬(wàn)伏特的高壓電輸出給(X)2激光管4的正極，CO2激光管4的負(fù)極連接電源1負(fù)極。升壓變壓器3采用填充聚碳酸酯的升壓變壓器，其高壓側(cè)和低壓側(cè)的負(fù)極連接在一起接入高頻電路低壓輸出負(fù)極，形成共陰接地的形式，具有耐高壓(防擊穿)、耐高頻，能夠大幅度減少靜電泄漏的優(yōu)點(diǎn)。而且線路上的兩進(jìn)一出能夠減小電路復(fù)雜程度。升壓變壓器3高壓輸出端和低壓側(cè)負(fù)極之間盡量遠(yuǎn)離，具體來(lái)說(shuō)使二者之間的空氣中垂直距離大于4cm，從而大幅減少高壓包自放電、漏電的可能性。 同時(shí)固定升壓變壓器3的所有螺絲均連接到線繞電阻一端，線繞電阻另一端接耐壓3萬(wàn)伏、 IOOOpF的高壓瓷片電容后接到電源1負(fù)極，能夠進(jìn)一步防止靜電泄漏。這里的線繞電阻可以選用1000 1700 Ω的電阻。 低壓部分包括結(jié)構(gòu)連接和電路連接結(jié)構(gòu)連接方面如圖1所示，半導(dǎo)體制冷片52的熱端貼于散熱器51上，半導(dǎo)體制冷片52的冷端貼于水冷換熱器53，從而形成熱交換，為水冷換熱器降溫。第一溫控開(kāi)關(guān)56貼在散熱器51 連接半導(dǎo)體制冷片52的一面，且不接觸半導(dǎo)體制冷片52。鼓風(fēng)式散熱扇61的出風(fēng)口位于且緊貼散熱器51 —側(cè)，為散熱器提供風(fēng)冷源。在水路方面，水冷換熱器53的兩個(gè)水冷液接口其中一個(gè)通過(guò)管道連接水箱討的水冷液出口，另一個(gè)通過(guò)管道連接(X)2激光管4鏡頭處的水冷液入口 ；水箱討的水冷液入口通過(guò)管道連接循環(huán)水泵55的排水口，循環(huán)水泵55的吸水口通過(guò)管道接入(X)2激光管4尾部的水冷液出口。本發(fā)明中的管道采用軟質(zhì)硅膠半透明管，其抗老化、強(qiáng)度高、連接處緊密，半透明的特性可以讓使用者輕易看到水冷液中的氣泡，本發(fā)明設(shè)計(jì)水箱的水冷液出口位于水箱下部，水冷液入口位于水箱上部，可以保證多個(gè)傾斜角度使用本激光器不會(huì)使空氣進(jìn)入管路。本發(fā)明中，水冷液采用去離子水+乙二醇+丙三醇5 3 1的混合物。去離子水可以消去水中離子對(duì)于激光管、水冷換熱器等器件和接口處的腐蝕性；丙三醇可以大幅度提高混合液體的沸點(diǎn)，減少混合液體的蒸汽聚集；乙二醇可以提高混合液體的沸點(diǎn)，降低丙三醇引起的粘度上升，提高混合液體蒸汽的閃點(diǎn)，提高穩(wěn)定性。本發(fā)明的這種混合物水冷液能夠大幅度降低混合液體冰點(diǎn)，增大激光器適用環(huán)境范圍，防止半導(dǎo)體制冷過(guò)冷導(dǎo)致水冷液凝固。優(yōu)選地，在水冷液中附加極微量氯化鈣與潤(rùn)滑液，大幅度減少液體對(duì)器件的腐蝕作用，并對(duì)泵浦軸有一定的保養(yǎng)潤(rùn)滑作用。此外，還可以在水冷液中加入少量的色劑，例如熒光綠、蘇丹紅或者亮藍(lán)色素等等，其不僅能夠吸收激光管壁“泄漏”出來(lái)的其他波段光線與紅外線，減少對(duì)外界的影響；而且，乙二醇有一定毒性，帶有顏色的液體，也對(duì)他人有一定的警示作用。本實(shí)施例中，半導(dǎo)體制冷片采用TEC1-1270X系列，X從1_9的整數(shù)中選取。X的確定過(guò)程為C02激光管輸出功率采用P(單位瓦)表示，CO2激光管的輸出效率不超過(guò)40%， 換句話(huà)說(shuō)，60%以上的能量都用來(lái)生熱，因此生熱功率Qp = Ρ/40% -P。半導(dǎo)體制冷片的冷效率為60%，如果將(X)2激光管全部生熱抵消掉，半導(dǎo)體制冷片總功率Ptl = Qp/60% = (Ρ/40%-P)/60%。那么在選取X時(shí)，根據(jù)CO2激光管輸出功率為P例如為15W，代入上述公式得到半導(dǎo)體制冷片功率Ptl約為40W ；初步確定X，使得12ΧΧ的乘積大于Ρ『由于40W =12ΧΧ，因此初步確定X應(yīng)該大于或等于4(Χ取整，單片不大于9)。但這只是根據(jù)理論確定的值?？紤]到半導(dǎo)體制冷片熱面溫度將被控制在以下，且半導(dǎo)體制冷片冷熱兩面理論溫差60°C，實(shí)際溫差45°C左右，因此控制CO2激光管水冷液的冷面溫度應(yīng)該位置在10°C 以下，才能保證半導(dǎo)體制冷片不經(jīng)常被切斷，而冷面在10°C度左右時(shí)，水箱溫度大概處于室溫上下，因此本發(fā)明還需要通過(guò)試驗(yàn)確定最終的選定型號(hào)。具體為選取初步確定的一個(gè)或一個(gè)以上的TEC1-1270X進(jìn)行試驗(yàn)，并監(jiān)測(cè)水箱溫度，如果水箱溫度穩(wěn)定在20 25度，則選取當(dāng)前試驗(yàn)所采用的TEC1-1270X作為本激光器的半導(dǎo)體制冷片。在本實(shí)施例中，可以選取 TEC1-12706和TEC1-12709進(jìn)行試驗(yàn)，最終獲知當(dāng)采用TEC1-12706時(shí)，水箱溫度從30下降到23度左右，采用TEC1-12709時(shí)，水箱溫度穩(wěn)定在更低溫度。但是考慮到半導(dǎo)體制冷片本身的效率，因此采用TEC1-12706即可。電路連接方面如圖2所示，循環(huán)水泵55兩電源端的一端經(jīng)由泵開(kāi)關(guān)21連接電源正極，另一端連接電源負(fù)極。那么，只有泵開(kāi)關(guān)上電，循環(huán)水泵開(kāi)始工作，水冷液流動(dòng)起來(lái)，高壓部分才能開(kāi)始工作，流動(dòng)的水冷液對(duì)激光管4有一定的熱緩沖作用，當(dāng)半導(dǎo)體制冷片52與鼓風(fēng)式散熱扇61未啟動(dòng)時(shí)，可以使激光器短時(shí)間內(nèi)正常工作，并且保證了激光管溫度不會(huì)過(guò)高。前面已經(jīng)提到，電源1正極與高頻電路的連接線路上，還串接有鎖開(kāi)關(guān)22和發(fā)射開(kāi)關(guān)23，其中， 鎖開(kāi)關(guān)具有鑰匙，當(dāng)采用鑰匙將鎖開(kāi)關(guān)解鎖后，線路連通，允許高壓部分工作，鎖開(kāi)關(guān)能夠有效地保證激光器的使用安全。發(fā)射開(kāi)關(guān)23采用觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，在泵開(kāi)關(guān)21和鎖開(kāi)關(guān)22均連通的情況下，按下發(fā)射開(kāi)關(guān)23高壓部分真正開(kāi)始工作，產(chǎn)生激光并發(fā)射出去。鼓風(fēng)式散熱扇61兩電源端的一端通過(guò)一風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān)連接電源1正極，并且通過(guò)第一溫控開(kāi)關(guān)連接半導(dǎo)體制冷片52，風(fēng)機(jī)62的另一端與半導(dǎo)體制冷片52并聯(lián)后接入電源1負(fù)極。其中，第一溫控開(kāi)關(guān)56為常關(guān)開(kāi)關(guān)，其切換溫度選取55°C。在正常情況下，半導(dǎo)體制冷片52接通電源正常工作，由于第一溫控開(kāi)關(guān)是貼在散熱器連接半導(dǎo)體制冷片的一面， 且距離半導(dǎo)體制冷片很近，因此當(dāng)半導(dǎo)體制冷片溫度過(guò)高時(shí)，這里是高于55°C時(shí)，第一溫控開(kāi)關(guān)自動(dòng)斷開(kāi)，從而自動(dòng)切換半導(dǎo)體制冷片電源，使之迅速通過(guò)散熱器將熱量導(dǎo)出。待冷卻到55°C以下時(shí)，第一溫控開(kāi)關(guān)自動(dòng)閉合，半導(dǎo)體制冷片又開(kāi)始工作。第一溫控開(kāi)關(guān)能夠保護(hù)半導(dǎo)體制冷片器件，防止其熱面因長(zhǎng)時(shí)間工作造成溫度過(guò)高導(dǎo)致?lián)p壞，延長(zhǎng)其使用壽命。半導(dǎo)體熱面最高承受溫度為60°C，這里設(shè)置55°C是為了緩沖，防止半導(dǎo)體制冷片52溫度短時(shí)間內(nèi)突然升高。同理，也可以在水箱內(nèi)壁或外壁上貼第二溫控開(kāi)關(guān)，該第二溫控開(kāi)關(guān)為常開(kāi)開(kāi)關(guān)， 其切換溫度選取45°C。第二溫控開(kāi)關(guān)的一端通過(guò)千歐級(jí)的高阻值電阻連接泵開(kāi)關(guān)21未連接電源正極的一端，另一端通過(guò)第五LED即LED5接電源1負(fù)極。在正常工作情況下，第二溫控開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，LED5不亮，當(dāng)水箱溫度上升到45°C以上時(shí)，第二溫控開(kāi)關(guān)接通，LED5被點(diǎn)亮， 從而起到水箱過(guò)熱提醒的作用。第二溫控開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)同時(shí)提示使用者激光功率將降低，需要使用者采用措施。高壓器件有一定的靜電釋放，因此為了保證使用者的安全，本發(fā)明設(shè)計(jì)了靜電吸收組件，其包括靜電吸收線路控制開(kāi)關(guān)71、連接線路72和多個(gè)LED燈73。如圖4所示，連接線路72的長(zhǎng)度至少繞激光器殼體內(nèi)表面一周，如果激光器殼體為金屬材質(zhì)，則連接線路72 采用漆包線，如果激光器殼體為絕緣材質(zhì)，則連接線路72采用裸線。連接線路72上串接多個(gè)LED燈73 ；靜電吸收線路控制開(kāi)關(guān)71也串接在連接線路72上，連接線路72兩端分別連接電源1的正負(fù)極。靜電吸收線路控制開(kāi)關(guān)71設(shè)置在靠近電源1正極的位置；如果有靜電累積或者泄露，環(huán)路LED燈會(huì)將多余腔內(nèi)電荷收集，并釋放到電源1負(fù)極，防止靜電泄漏并對(duì)人造成傷害。同時(shí)，在連接線路與電源1負(fù)極相接的地方，設(shè)置有一低阻值線繞電阻，起到保護(hù)電路作用，并擔(dān)當(dāng)鎮(zhèn)流器職責(zé)，防止靜電卸載瞬間電流過(guò)大，對(duì)電池或者LED造成傷害，將電荷緩和的釋放給負(fù)極。該低阻值色環(huán)電阻的阻值為根據(jù)電源提供的電源除以LED 燈73的工作電流，將得到的電阻范圍除以總LED燈73的個(gè)數(shù)，算出每個(gè)LED燈的阻值范圍 X，從連接線路72中去除一個(gè)LED燈，串聯(lián)一個(gè)阻值在阻值范圍X內(nèi)的電阻，即為所述低阻值色環(huán)電阻。本發(fā)明的激光器還可以作為手持設(shè)備，為了便于掌控激光光束的范圍，還在激光器上設(shè)置瞄準(zhǔn)器；瞄準(zhǔn)器包括瞄準(zhǔn)器觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)81和半導(dǎo)體激光器(LD) 82，LD 82通過(guò)瞄準(zhǔn)器觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)81接電源1正極，LD 82另一端接電源1負(fù)極。三個(gè)LD 82形成了三點(diǎn)瞄準(zhǔn)形式，將不可見(jiàn)10. 64 μ m激光光束固定在3條紅色光線之內(nèi)，有效地防止使用不當(dāng)對(duì)他人或者牲畜造成傷害。為了方便使用者監(jiān)視激光器各部件的工作狀態(tài)，優(yōu)選地，在很多器件回路上設(shè)置了用于提示狀態(tài)的LED燈。具體來(lái)說(shuō)，如圖2所示，升壓變壓器3向CO2激光管4輸送高壓電的線路上串接LEDl ；循環(huán)水泵55通過(guò)LED2連接電源1負(fù)極；鼓風(fēng)式散熱扇61通過(guò)LED3 接入電源1負(fù)極；半導(dǎo)體制冷片52通過(guò)LED4接入電源1負(fù)極。圖3示出了本發(fā)明激光器的一種較佳地布局方式。如圖3所示，激光器殼體為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，激光器殼體的前部和中部采用一塊隔板10分為上下兩層，隔板10材料與殼體材料相同，隔板10上鋪放阻燃密質(zhì)聚氨酯海綿11，實(shí)際上本激光器上管路的保溫、抗震墊材都可以采用阻燃聚氨酯海綿，其能夠有效地絕熱，緩沖連接處對(duì)脆弱激光管的沖擊，達(dá)到很好的保護(hù)效果，并且在使用不當(dāng)或者故障時(shí)高壓電弧放電時(shí)，有效阻止火花引起明火，起到絕緣、阻燃的作用。鋪放阻燃聚氨酯海綿的隔板同時(shí)將電路部分與激光管分割到兩個(gè)獨(dú)立空間，使電路因?yàn)楣ぷ鞫龅臒岵荒軐?duì)激光管需要較冷環(huán)境造成影響。鋪放阻燃聚氨酯海綿的隔板10上放置(X)2激光管4，采用前后兩個(gè)固定架12、13將(X)2激光管4固定在隔板上。(X)2激光管4激光出口的前方設(shè)置瞄準(zhǔn)具中的LD82。激光器殼體后部未分層的空間以能夠容納下鼓風(fēng)式散熱扇61和相互貼附在一起的散熱器51、半導(dǎo)體制冷片52、水冷換熱器53為準(zhǔn)。從激光器殼體前端向后端做縱剖面， 則散熱器51、半導(dǎo)體制冷片52、水冷換熱器53均平行于所述縱剖面設(shè)置，鼓風(fēng)式散熱扇61 設(shè)置在激光器殼體內(nèi)部的尾部，且鼓風(fēng)式散熱扇61的出風(fēng)口朝向激光器殼體前部，并緊貼散熱器51，如圖5所示殼體后部俯視圖。水箱M架設(shè)在鼓風(fēng)式散熱扇61上方，水箱M的水冷液出口位于水箱下部，水箱 54的水冷液入口，位于水箱上部；安裝時(shí)，水箱和水管中的水冷液內(nèi)無(wú)氣泡。隔板下面的空間，從激光器殼體前端到后端依次放置風(fēng)機(jī)62、高頻電路的電路板以及升壓變壓器3 ；風(fēng)機(jī)62用于對(duì)高頻電路散熱，其也連接到電源上。高頻電路的電路板采用鋁箔或石墨片或鐵箱構(gòu)成防護(hù)層對(duì)電路板進(jìn)行靜電防護(hù)，防止由于使用不當(dāng)造成激光管高壓包高壓泄漏回火，擊壞PCB板及元件。并且將防護(hù)層通過(guò)高阻值色環(huán)電阻接到電源 1負(fù)極。激光器殼體后端底部的外側(cè)設(shè)有電池倉(cāng)，電源1置于電池倉(cāng)中。電池倉(cāng)前端與激光器殼體底部采用三角形艙室連接，發(fā)射開(kāi)關(guān)23布置于該三角形艙室處。其他開(kāi)光設(shè)置在激光器殼體的外側(cè)上。如圖3所示的示例，鎖開(kāi)關(guān)22設(shè)置在殼體尾部，泵開(kāi)關(guān)21、靜電吸收線路控制開(kāi)關(guān)71、風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān)、瞄準(zhǔn)具觸電開(kāi)關(guān)設(shè)置在殼體側(cè)壁上。綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種小型連續(xù)式(X)2激光器，其特征在于，包括激光器殼體，設(shè)置在激光器殼體中的電源(1)、高頻電路O)、升壓變壓器(3)、CO2激光管G)、水冷設(shè)備、風(fēng)冷設(shè)備、靜電吸收組件；所述電源(1)的正極依次串聯(lián)泵開(kāi)關(guān)(21)、鎖開(kāi)關(guān)(22)、發(fā)射開(kāi)關(guān)03)后連接高頻電路(2)的電源正極，高頻電路的電源負(fù)極連接電源(1)負(fù)極；高頻電路( 產(chǎn)生的高頻振蕩信號(hào)作為升壓變壓器(3)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；升壓變壓器(3)采用填充聚碳酸酯的升壓變壓器， 其根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生高壓電輸出給CO2激光管的正極，CO2激光管的負(fù)極連接電源 (1)負(fù)極；水冷設(shè)備具體包括散熱器(51)、半導(dǎo)體制冷片(5 、水冷換熱器(5 、水箱(54)、循環(huán)水泵(陽(yáng))、第一溫控開(kāi)關(guān)(56)；風(fēng)冷設(shè)備包括鼓風(fēng)式散熱扇(61)；半導(dǎo)體制冷片(52)的熱端貼于散熱器(51)上，半導(dǎo)體制冷片(52)的冷端貼于水冷換熱器(53)，第一溫控開(kāi)關(guān)(56)貼在散熱器(51)連接半導(dǎo)體制冷片(5 的一面，接近但不接觸半導(dǎo)體制冷片(5 ；鼓風(fēng)式散熱扇(61)的出風(fēng)口位于散熱器(51) —側(cè)，為散熱器提供風(fēng)冷源；在水路方面，水冷換熱器(5 的兩個(gè)水冷液接口其中一個(gè)通過(guò)管道連接水箱 (54)的水冷液出口，另一個(gè)通過(guò)管道連接CO2激光管(4)鏡頭處的水冷液入口 ；水箱(54) 的水冷液入口通過(guò)管道連接循環(huán)水泵(5 的排水口，循環(huán)水泵(5 的吸水口通過(guò)管道接入CO2激光管(4)尾部的水冷液出口 ；在電路方面，循環(huán)水泵(5 兩電源端的一端經(jīng)由泵開(kāi)關(guān)連接電源⑴正極，循環(huán)水泵(5 的另一端連接電源⑴負(fù)極；鼓風(fēng)式散熱扇 (61)兩電源端的一端通過(guò)一風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān)連接電源(1)正極，并且通過(guò)第一溫控開(kāi)關(guān)連接半導(dǎo)體制冷片(52)，鼓風(fēng)式散熱扇(61)的另一端與半導(dǎo)體制冷片(52)并聯(lián)后接入電源(1)負(fù)極；所述第一溫控開(kāi)關(guān)(56)為常關(guān)開(kāi)關(guān)，其切換溫度選取值為小于半導(dǎo)體制冷片最高安全溫度5°C 10°C ；靜電吸收組件包括靜電吸收線路控制開(kāi)關(guān)(71)、連接線路(72)和多個(gè)LED燈(73)； 連接線路m的長(zhǎng)度至少繞激光器殼體內(nèi)表面一周，如果激光器殼體為金屬材質(zhì)，則連接線路采用漆包線，如果激光器殼體為絕緣材質(zhì)，則連接線路(7 采用裸線；連接線路 (72)上串接多個(gè)LED燈(73)；靜電吸收線路控制開(kāi)關(guān)(71)也串接在連接線路(72)上；連接線路(72)兩端分別連接電源⑴的正負(fù)極，在連接線路(72)與電源⑴負(fù)極相接處，串接一線繞電阻。
2.如權(quán)利要求1所述的激光器，其特征在于，所述半導(dǎo)體制冷片選用TEC1-1270X系列， 其中X的取值為根據(jù)CO2激光管(4)的輸出功率P，代入公式(Ρ/60%-P)/60%，得到半導(dǎo)體制冷片總功率Ptl,初步確定X，使得12ΧΧ的乘積大于Ptl ；選取初步確定的一個(gè)或一個(gè)以上的TEC1-1270X進(jìn)行試驗(yàn)，并監(jiān)測(cè)水箱溫度，如果水箱溫度穩(wěn)定在20 25度，則選取當(dāng)前試驗(yàn)所采用的TEC1-1270X作為本激光器的半導(dǎo)體制冷片。
3.如權(quán)利要求1所述的激光器，其特征在于，靜電吸收線路控制開(kāi)關(guān)(71)設(shè)置在靠近電源(1)正極的位置；串接連接線路(72)上的線繞電阻為低阻值線繞電阻，其阻值為根據(jù)電源提供的電源除以LED燈(73)的工作電流，將得到的電阻范圍除以總LED燈(73)的個(gè)數(shù)，算出每個(gè)LED燈的阻值范圍X，從連接線路(72)中去除一個(gè)LED燈，串聯(lián)一個(gè)阻值在阻值范圍X內(nèi)的電阻，即為所述低阻值線繞電阻。
4.如權(quán)利要求1所述的激光器，其特征在于，升壓變壓器(3)高壓側(cè)和低壓側(cè)的負(fù)極連接在一起接入高頻電路低壓輸出負(fù)極；升壓變壓器C3)高壓輸出端和低壓側(cè)負(fù)極之間的空氣中垂直距離大于4cm，同時(shí)固定升壓變壓器(3)的所有螺絲均連接到一第二線繞電阻一端，該第二線繞電阻另一端接耐壓3萬(wàn)伏的高壓瓷片電容后接到電源(1)負(fù)極。
5.如權(quán)利要求1所述的激光器，其特征在于，在水箱上貼第二溫控開(kāi)關(guān)，該第二溫控開(kāi)關(guān)為常開(kāi)開(kāi)關(guān)，其切換溫度選取范圍為45°C ；第二溫控開(kāi)關(guān)的一端通過(guò)一個(gè)千歐級(jí)的高阻值電阻連接泵開(kāi)關(guān)未連電源(1)正極的一端；第二溫控開(kāi)關(guān)的另一端通過(guò)第五LED接電源(1)負(fù)極。
6.如權(quán)利要求1所述的激光器，其特征在于，電源(1)選用輸出電壓為11.IV 14. 8V、 輸出功率300W以上的大功率動(dòng)力鋰聚合物電池。
7.如權(quán)利要求1所述的激光器，其特征在于，制冷液采用5 3 1的去離子水、乙二醇、丙三醇配比而成；在制冷液中進(jìn)一步加入微量氯化鈣、潤(rùn)滑劑、以及色劑；所述色劑選用熒光綠、蘇丹紅、亮藍(lán)色素中的任意一種。
8.如權(quán)利要求1所述的激光器，其特征在于，所述高頻電路包括兩個(gè)二極管并聯(lián)后， 陽(yáng)極連接電壓(1)正極，陰極作為高頻電路的正極輸出；兩個(gè)20 Ω的線繞電阻R1、R2并聯(lián)后，一端連接電源(1)負(fù)極的同時(shí)進(jìn)一步通過(guò)電容C2連接高頻電路的正極輸出，另一端通過(guò)電容Cl連接高頻電路的正極輸出的同時(shí)進(jìn)一步連接到MOS管IRF540的源極，IRF540的漏極作為高頻電路的負(fù)極輸出，IRFMO的柵極引出作為a端，Cl和C2的連接處引出作為c 端，Cl未連接C2的一端引出作為b端，C2未連接Cl的一端引出作為d端；該高頻電路還包括電流型PWM控制器UC3845，其連接關(guān)系如下反饋端通過(guò)兩個(gè)串聯(lián)的6. IkQ電阻連接 d端，取樣端連接b端，RT/CT端、參考電壓Vref端和Vcc端各自通過(guò)一個(gè)電容連接d端，其中Vref端和Vcc端連接的電容均為0. 1 μ F ；并且，RT/CT端和Vref端之間串聯(lián)6. IkQ電阻，Vcc端通過(guò)20 Ω的電阻接c端，同時(shí)通過(guò)47 μ F的電容接d端；輸出端通過(guò)200 Ω和R3 =6. Ik Ω的電阻分壓后接入a端，且R3電阻連接d端；GND端接d端。
9.如權(quán)利要求1所述的激光器，其特征在于，進(jìn)一步包括瞄準(zhǔn)器；瞄準(zhǔn)器包括瞄準(zhǔn)器觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)(81)和半導(dǎo)體激光器LD(82)，LD(82)通過(guò)瞄準(zhǔn)器觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)(81)接電源正極， LD(82)另一端接電源負(fù)極，三個(gè)LD構(gòu)成三點(diǎn)式瞄準(zhǔn)器。
10.如權(quán)利要求1至9任意一項(xiàng)所述的激光器，其特征在于，所述激光器殼體為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，激光器殼體的前部和中部采用一塊隔板(10)分為上下兩層，隔板(10)上鋪放阻燃密質(zhì)聚氨酯海綿(11)；阻燃密質(zhì)聚氨酯海綿(11)上放置CO2激光管G)，采用前后兩個(gè)固定架(12、1 將CO2激光管固定在隔板(10)上；激光器殼體后部未分層的空間以能夠容納下鼓風(fēng)式散熱扇(61)以及相互貼附在一起的散熱器(51)、半導(dǎo)體制冷片(52)、水冷換熱器(53)為準(zhǔn)；從激光器殼體前端向后端做縱剖面，則散熱器(51)、半導(dǎo)體制冷片(52)、水冷換熱器(5 均平行于所述縱剖面設(shè)置，鼓風(fēng)式散熱扇(61)設(shè)置在激光器殼體內(nèi)部的尾部，且鼓風(fēng)式散熱扇(61)的出風(fēng)口朝向激光器殼體前部，并緊貼散熱器(51)；水箱(54)架設(shè)在鼓風(fēng)式散熱扇(61)上方，水箱(54)的水冷液出口位于水箱下部，水箱(54)的水冷液入口，位于水箱上部；安裝時(shí)，水箱和水管中的制冷液內(nèi)無(wú)氣泡；隔板下面的空間，從激光器殼體前端到后端依次放置風(fēng)機(jī)(62)、高頻電路的電路板以及升壓變壓器；高頻電路的電路板采用鋁箔或石墨片或鐵箱構(gòu)成防護(hù)層對(duì)電路板進(jìn)行靜電防護(hù)，并且將防護(hù)層通過(guò)電阻接到電源負(fù)極；激光器殼體后端底部的外側(cè)設(shè)有電池倉(cāng)，電源置于電池倉(cāng)中；電池倉(cāng)前端與激光器殼體底部采用三角形艙室連接，發(fā)射開(kāi)關(guān)布置于該三角形艙室處。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種小型連續(xù)式CO2激光器，可減小激光器的體積和重量，且提高安全性。包括電源、高頻電路、升壓變壓器、CO2激光管、水冷設(shè)備、風(fēng)冷設(shè)備；其中，升壓變壓器采用填充聚碳酸酯的升壓變壓器；半導(dǎo)體制冷片的熱端貼于散熱器上，半導(dǎo)體制冷片的冷端貼于水冷換熱器，第一溫控開(kāi)關(guān)貼在散熱器連接半導(dǎo)體制冷片的一面，接近但不接觸半導(dǎo)體制冷片；鼓風(fēng)式散熱扇的出風(fēng)口位于散熱器一側(cè)，為散熱器提供風(fēng)冷源；在水路方面，水冷換熱器的兩個(gè)水冷液接口其中一個(gè)通過(guò)管道連接水箱的水冷液出口，另一個(gè)通過(guò)管道連接CO2激光管鏡頭處的水冷液入口；水箱的水冷液入口通過(guò)管道連接循環(huán)水泵的排水口，循環(huán)水泵的吸水口通過(guò)管道接入CO2激光管尾部的水冷液出口。
文檔編號(hào)H01S3/02GK102496839SQ201110431448
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月21日
發(fā)明者于堃 申請(qǐng)人:于堃