[發(fā)明專利]一種脈沖氣體激光器腔內(nèi)風(fēng)機(jī)葉輪擾動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210533922.X
• 申請(qǐng)日: 2012-12-11
• 公開（公告）號(hào): CN103063289A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 涂嬪;徐勇躍;左都羅;王新兵;盧宏;陸培祥;段練;李斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01H9/00
• 分類號(hào): G01H9/00
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及的是風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)流場(chǎng)的擾動(dòng)的測(cè)量，特別是配合四象限光電探測(cè)器來(lái)對(duì)橫流風(fēng)機(jī)工作時(shí)葉輪交錯(cuò)帶來(lái)的流場(chǎng)微小擾動(dòng)的測(cè)量裝置，該方法特別適用于對(duì)脈沖氣體激光器腔內(nèi)風(fēng)機(jī)的微小擾動(dòng)的測(cè)量。

背景技術(shù)

脈沖放電泵浦的脈沖氣體激光器在工業(yè)加工、集成電路光刻和激光醫(yī)療和等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，如CO₂氣體激光器和準(zhǔn)分子激光器等。脈沖氣體激光器中主放電區(qū)域工作介質(zhì)的均勻性對(duì)放電均勻性及遠(yuǎn)場(chǎng)光束質(zhì)量有重要影響，因此需要循環(huán)系統(tǒng)來(lái)使放電區(qū)的工作介質(zhì)不斷更新，從而保證工作介質(zhì)的均勻性。氣體的循環(huán)流動(dòng)由風(fēng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，風(fēng)機(jī)種類主要有橫流風(fēng)機(jī)、軸流風(fēng)機(jī)和離心風(fēng)機(jī)。伴隨著對(duì)重復(fù)頻率指標(biāo)的要求增高，對(duì)循環(huán)系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速要求也在不斷提高，而在高流速條件下，軸流風(fēng)機(jī)和離心風(fēng)機(jī)的成本較高，而橫流風(fēng)機(jī)不僅能在高氣壓下獲得較高的流速，且橫流風(fēng)機(jī)縱橫與放電電極結(jié)構(gòu)接近，使整個(gè)激光器結(jié)構(gòu)緊湊。橫流風(fēng)機(jī)一般主要由轉(zhuǎn)子、蝸殼、葉輪等構(gòu)成，風(fēng)機(jī)扇葉交錯(cuò)在流場(chǎng)中會(huì)產(chǎn)生周期性的擾動(dòng)，這些擾動(dòng)雖然較小，但在應(yīng)用于光刻的準(zhǔn)分子激光器中，對(duì)光源的穩(wěn)定性要求極高，因此需要不斷對(duì)葉輪的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，減小流場(chǎng)的擾動(dòng)，同樣也急需有高靈敏度的流場(chǎng)擾動(dòng)檢測(cè)方法來(lái)對(duì)流場(chǎng)的微小擾動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種脈沖氣體激光器腔內(nèi)風(fēng)機(jī)葉輪擾動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，該方法能夠簡(jiǎn)單而準(zhǔn)確地測(cè)量風(fēng)機(jī)工作時(shí)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶來(lái)的微小擾動(dòng)。

本發(fā)明提供的一種脈沖氣體激光器腔內(nèi)風(fēng)機(jī)葉輪擾動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括測(cè)量子系統(tǒng)和信號(hào)處理子系統(tǒng)；所述測(cè)量子系統(tǒng)包括測(cè)激光光源和四象限光電探測(cè)器；

探測(cè)激光光源和四象限探測(cè)器分別用于放置在被測(cè)流場(chǎng)區(qū)域的兩端，探測(cè)激光光源用于測(cè)量時(shí)發(fā)出的激光光束同風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸平行，并且光束通過(guò)風(fēng)機(jī)流道的流場(chǎng)，探測(cè)激光光源產(chǎn)生的激光穿過(guò)被測(cè)流場(chǎng)區(qū)域后直接照射在四象限光電探測(cè)器的光敏面上；四象限光電探測(cè)器用于采集信號(hào)，并提供給信號(hào)處理子系統(tǒng)進(jìn)行處理，得到風(fēng)機(jī)葉輪擾動(dòng)信號(hào)。

本發(fā)明通過(guò)將探測(cè)激光光束同風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)軸平行放置，并穿過(guò)風(fēng)機(jī)工作產(chǎn)生的流場(chǎng)中，采用四象限光電探測(cè)器來(lái)探測(cè)經(jīng)過(guò)被測(cè)流場(chǎng)區(qū)域的探測(cè)激光光束。由于風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)在被測(cè)流場(chǎng)區(qū)域產(chǎn)生微小擾動(dòng)，使光束發(fā)生微小偏折，四象限探測(cè)器各個(gè)象限探測(cè)到的光強(qiáng)信號(hào)會(huì)發(fā)生變化；而風(fēng)機(jī)扇葉交替產(chǎn)生的擾動(dòng)是周期性的，因此四象限光電探測(cè)器記錄的風(fēng)機(jī)扇葉擾動(dòng)信號(hào)也具有周期性。A/D轉(zhuǎn)換器將這些信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理的方法進(jìn)行處理，對(duì)風(fēng)機(jī)葉輪擾動(dòng)的信號(hào)進(jìn)行提取，獲得風(fēng)機(jī)葉輪造成的擾動(dòng)的頻率和大小。

本發(fā)明通過(guò)光學(xué)測(cè)量的方式獲得葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的擾動(dòng)信息，具有測(cè)量裝置簡(jiǎn)單、精度高、操作方便的特點(diǎn)，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的測(cè)量子系統(tǒng)原理框圖；

圖2為四象限光電探測(cè)單個(gè)象限的時(shí)域輸出信號(hào)；

圖3為對(duì)時(shí)域的探測(cè)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理后獲得的頻域信號(hào)，其中橫坐標(biāo)為不同頻率信號(hào)，縱坐標(biāo)相應(yīng)信號(hào)的幅值大小。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步說(shuō)明。在此需要說(shuō)明的是，對(duì)于這些實(shí)施方式的說(shuō)明用于幫助理解本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

如圖1所示，本發(fā)明提供的一種脈沖氣體激光器腔內(nèi)風(fēng)機(jī)葉輪擾動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，它主要包括測(cè)量子系統(tǒng)和信號(hào)處理子系統(tǒng)兩個(gè)方面。所述測(cè)量子系統(tǒng)主要由探測(cè)激光光源101和四象限光電探測(cè)器102構(gòu)成，所述信號(hào)處理子系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)處理電路103，A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器104，處理器105和顯示器106。

探測(cè)激光光源101和四象限探測(cè)器102分別位于被測(cè)流場(chǎng)區(qū)域的兩端，探測(cè)激光光源101發(fā)出的激光光束同風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸平行，并且光束通過(guò)風(fēng)機(jī)流道的流場(chǎng)，探測(cè)激光光源101產(chǎn)生的激光穿過(guò)被測(cè)流場(chǎng)區(qū)域100后直接照射在四象限光電探測(cè)器102的光敏面上。四象限光電探測(cè)器102的采集信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)處理電路103處理后接入A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器104，并采用處理器105對(duì)該信號(hào)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，最后在顯示器106上予以顯示；所述四象限光電探測(cè)器102可以是普通的PIN或APD四象限光電探測(cè)器，其響應(yīng)頻率大于1MHz，所述A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器可以是普通的數(shù)據(jù)采集卡，能控制采樣頻率和采樣數(shù)的大小，所述處理器105可以通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)，能夠進(jìn)行高頻濾波和傅里葉變換等數(shù)字信號(hào)處理方法。