分子泵机组控制系统的设计

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)中国科学院上海光学精密机械研究所 作者:吕凤年

  在高功率激光器系统中,使用空间滤波器是抑制光束高频成分的非线性增长、改善光束传输质量的有效措施之一。激光束在到达滤波器小孔位置时会发生空气击穿,因此管道内必须达到一定的高真空,通过对选用的分子泵机组内部控制电路的研究分析,设计了一套控制方案,很好地满足了空间滤波器特定的使用要求。

  空间滤波器由一对共焦正透镜和共焦的滤波小孔组成,基本结构见(图1),清洁空气的击穿阈值为107w/cm2,当激光的功率密度超过109w/cm2时,需要抽高真空至1×10-3Pa,在不进行全系统烘烤的情况下,分子泵组全速运转一段时间后系统真空度可达10-5Pa,过高的真空度会加速管道内部电缆、润滑脂的蒸发,进而影响光学元件表面的洁净度,因此,真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为我们需要研制相应的控制系统,将真空度控制在一定范围内,既要保证激光器系统的正常运行,又能减小内部各类材料的蒸发量。

空间滤波器示意图

图1 空间滤波器示意图

  2、方案设计

  为了实现高真空度的可控,最简单的办法就是降低高真空泵对真空腔体的抽速,可以采用以下两种方案:

  (1)在泵体与管道间增加一台开启量可控阀门,通过控制阀门开启的大小来控制系统抽速;

  (2)不增加其他设备,仅调节分子泵的转速来控制系统抽速。比较后我们选用了第二种方案,由于真空计和分子泵控制器均自带RS485通讯端口,利用真空计监测管道内真空度,由工控机实时读取真空值,当读数超过设定值时,工控机控制分子泵控制器调节转速,由此形成闭环控制系统,见(图2)。

分子泵机组控制系统的设计

图2 控制设计

  3、控制流程设计

  (图3)首先需要为控制系统设定3个参数:稳定运行所需的真空值、每次条件判断后调整的转速值和延迟时间,需要注意的是,由于分子泵达到10-3Pa后真空值下降非常缓慢,对泵体调速后观察到真空值变化也需要一定时间,所以t的设定需要经过多次测试才能满足使用要求,减小真空值的波动。

分子泵机组控制系统的设计

图3 流程设计

  4、实验

  TV551系列分子泵最小的可调转速为1000rpm,为了保证控制精度,我们就取其最小值,空间滤波器日常运行所需真空值设定为2×10-3Pa,每次设定t值后观察24小时内真空值的变化量,结果显示,当延时设定在15min时,系统真空值变化量最小(表1)。

表1

分子泵机组控制系统的设计

  5、结语

  通过对分子泵机组控制系统的设计,并经过测试不断改进参数值,我们成功实现了对空间滤波器内部真空值的稳定控制,误差波动范围在±10%以内,满足了整个装置正常运行的要求。

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