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。本文針對高功率板條CO2激光器的射頻放電特性,系統(tǒng)分析并實驗研究了射頻激勵氣體放電特性、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)容包括以下幾個方面:
　　(1)根據(jù)射頻放電氣體理論模型,指出射頻激勵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。通過實驗分析激勵

2、頻率對放電特性的影響,主要包括頻率對擊穿電壓的影響、頻率對射頻輝光放電區(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。在大量實驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上給出了氣體配比和氣壓選擇的方法。
　　(2)針對高功率射頻板條CO2激光器的射頻功率源的要求,設(shè)計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

3、載直流的阻抗匹配方案,并給出了計算匹配參數(shù)的方法。提出了縱向采用并聯(lián)諧振電感的均壓方式,當電極縱向和橫向分別為中間饋入和側(cè)面饋入方式時,在電極側(cè)面電感不對稱分布條件下通過計算,得到了整個電極的二維均壓模型,并通過實驗進行了驗證。
　　(3)針對擴散冷卻平板電極的結(jié)構(gòu)和熱環(huán)境,設(shè)計了蛇形和改進的蛇形等電極的冷卻水流道方案,通過仿真得到電極的溫度場分布并進行比較,得知最理想的流道方案為改進的蛇形方案。通過對不同流道設(shè)計的電極進行放電出

4、光實驗,改進蛇形水道電極在高占空比時,激光功率增益飽和的現(xiàn)象沒有出現(xiàn),可以認為該流道設(shè)計滿足了在最大占空比條件下冷卻氣體溫度的要求。
　　(4)通過對激光器功率控制方式的研究,設(shè)計了基于透過率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注入的射頻功率進行調(diào)節(jié),考慮到產(chǎn)生PWM波的穩(wěn)定性和實時反饋的要求,設(shè)計了專用的功率控制電路板,通過上位機PLC和下位機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