Лазеры. Устройство, принципы работы.

Re: Лазеры. Устройство, принципы работы.

Сообщение nERV » 12 ноя 2013, 21:23

4. Блок дежурной дуги.
Это устройство создано для постоянного поддержания лампы в проводящем состоянии. Т.е. в лампе постоянно горит разряд с низким током (0.01-1А) и довольно большим напряжением(200-2000в). В этом случае для запуска лампы необходимо просто подключить к ее выводам заряженный конденсатор. Использование дежурной дуги позволяет существенно продлить срок службы лампы во всех режимах, особенно при частотах разрядов более 10гц. Импульсная лампа довольно сильно изнашивается, когда запускается непосредственно из холодного состояния. В этом режиме поджигающий разряд создает тонкий жгут плазмы который создает небольшую область проводимости на электродах лампы, через которые в начальный момент времени течет большой разрядный ток конденсаторной батареи. Это вызывает локальный перегрев поверхности электродов и образование микрократеров. При дальнейшем разряде область проводимости охватывает практически всю поверхность электродов, плазма занимает всесь свободный объем колбы, это снижает плотность тока и делает режим работы электродов более мягким. Разряд "дежурной дуги", горящий в лампе, занимает практически весь ее объем и охватывает значительную часть электродов, что значительно влияет на ресурс лампы.
Вот фото разряда поджигающего устройства в лампе:
Лазеры. Устройство, принципы работы. импподж.jpg

А вот фото непрерывного разряда в лампе:
Лазеры. Устройство, принципы работы. дуга.jpg

Разница видна невооруженным глазом :)
Блок ДД довольно "интеллектуальное" устройство, по сравнению с другими модулями блока питания. В его задачу входит слежение за наличием дуги в лампе, зажигание дуги или перезажигание если она погасла, контроль тока. Типичная конструкция такого блока аналогична источнику питания дуговой лампы, только в миниатюре. Еще по принципу он(блок ДД) похож на блок автоксенона, только режимы другие.
Реакцию блока дежурной дуги на изменение ситуации(наличие дуги) можно увидеть на этом видео.

Здесь демонстрируется работа импульсной лампы с блоком дежурной дуги. На лампу с помощью кнопки коммутируется небольшой конденсатор, заряженный до 800в. Видно что после импульса разряда конденсатора дуга в лампе гаснет, и очень быстро перезажигается.


Простейший блок ДД можно интегрировать непосредственно в разрядный контур лампы, выглядит это так:
Лазеры. Устройство, принципы работы. бдд.jpg
Аватара пользователя
nERV
Мастер
 
Сообщения: 1413
Зарегистрирован: 27 сен 2013, 19:00
Откуда: Ульяновск
Репутация: 585
Медальки:
Настоящее имя: Александр

Re: Лазеры. Устройство, принципы работы.

Сообщение nERV » 12 ноя 2013, 21:52

В начальный момент времени емкости С1 и С2 заряжены до питающего напряжения, ключи S1 S2 разомкнуты. Теперь, если замкнуть ключ S1 в лампе произойдет разряд, через резистор R1 и лампу пойдет ток, в лампе загорится дуга. Номинал резистора выбирают исходя из напряжения питания и необходимого тока дуги. После зажигания дуги в лампе (1-5 миллисекунд)можно замкнуть ключ S2, который зашунтирует резистор и через лампу разрядится основной конденсатор.
Этот метод довольно прост, но требует наличия внешней схемы управления. Еще к недостаткам дежурной дуги в целом можно отнести постоянное тепловыделение на лампе. Т.е 10-200 лишних ватт тепла придется утилизировать.
Аватара пользователя
nERV
Мастер
 
Сообщения: 1413
Зарегистрирован: 27 сен 2013, 19:00
Откуда: Ульяновск
Репутация: 585
Медальки:
Настоящее имя: Александр

Re: Лазеры. Устройство, принципы работы.

Сообщение nERV » 12 ноя 2013, 22:45

5. Блок коммутации.
С виду простая задача, коммутировать(замкнуть) что-то на что-то. Но когда дело касается напряжений измеряемых киловольтами, а токов - килоамперами, возникают определенные трудности.
В одном из предыдущих постов я показал видеоролик, где батарея импульсных конденсаторов суммарной емкостью 400мкф заряженных до напряжения 4.5 киловольта разряжаются на небольшой медный провод диаметром 1.5 миллиметра и длиной примерно 150 мм. Примерно такого же эффекта мы добьемся, если попытаемся коммутировать на лампу с горящей в ней дугой батарею заряженных конденсаторов с помощью механических контактов.
Для получения меньшего количества спецэффектов можно использовать управляемый искровой разрядник, но не смотря на простоту решения ресурс полученного устройства будет весьма мал.
В современных блоках питания импульсных лазеров применяют твердотельные коммутирующие элементы. Они позволяют осуществлять разряды без каких-либо посторонних спецэффектов, конечно, если работают в штатном режиме :hehehe: Для работы с такими большими токами и напряжениями используют два типа устройств, силовые тиристоры и мощные транзисторы с изолированным затвором (БТИЗ, IGBT)
Как мы знаем, открытый тиристор очень сложно закрыть. Т.е. ток через тиристор прервать нельзя, мы можем лишь дождаться, пока ток упадет до нуля и тиристор сам закроется. Это позволяет использовать тиристоры в схемах с т.н. полным разрядом рабочей батареи. Батарея разряжается на лампу практически полностью, пока напряжение на ней не упадет до напряжения погасания разряда , обычно это 100-300в. Батарею конденсаторов в этом случае делают небольшой емкости, на необходимое количество энергии.
Тоесть для следующего импульса нужно дождаться очередной зарядки батареи до рабочего напряжения, что ограничивает частоту импульсов мощностью блока зарядки.
IGBT транзисторы довольно интересны тем, что позволяют полностью контролировать свое состояние. Это дает возможность использовать метод частичного разряда рабочей батареи, регулировать время импульса. Т.е. можно применить очень большую батарею конденсаторов, из которой с помощью транзистора будет выдаваться небольшое количество энергии на лампу с очень высокой частотой, причем не дожидаясь очередного заряда батареи. Дальнейшее развитие этой концепции привело к использованию ШИМ модуляции тока в лампе. Вне зависимости(в некоторых пределах) от напряжения на батарее конденсаторов мы можем получать импульсы тока в лампе с практически идентичными характеристиками, такими как сила тока, длительность и форма импульса. Схемотехническое решение выглядит практически как типичный step-up преобразователь, только на много ампер и вольт :)

С блоками питания все, спасибо за внимание.

Далее перейдем к практической задаче предложенной тов. Aftaev. Но завтра, сейчас опять пойду спать.
Аватара пользователя
nERV
Мастер
 
Сообщения: 1413
Зарегистрирован: 27 сен 2013, 19:00
Откуда: Ульяновск
Репутация: 585
Медальки:
Настоящее имя: Александр

Re: Лазеры. Устройство, принципы работы.

Сообщение nERV » 13 ноя 2013, 18:25

Для устройства лазерной резки тонкой листовой стали я бы выбрал такой набор комплектующих:
1. Квантрон К107. В нем используются легкодоступные сменные элементы. Лампа ИНП3-7/80 или ИФП-800(М), моноблочный отражатель из КЛБ. Эти запасные элементы можно с легкостью найти за недорого.
2. Активный элемент YAG:Nd, думаю что будет оптимален. Под длину волны 1.064мкм есть огромное количество оптики и зеркал, нет абсолютно никаких сложностей с их приобретением. В квантрон К-107 можно установить АЭ диаметром 8мм и длиной 100мм и немного больше. Можно поискать штатный АЭ от этого квантрона, можно приобрести на ebay что-то типа этого
http://www.ebay.com/itm/Lumenis-Laser-R ... 1e6b960066
Но стержень стоить брать с большим допированием неодимом(0.9-1.2%), этот слишком бледный, скорее всего от непрерывного лазера.
3. Зеркала. Тут все просто, подойдут практически любые плоские диэлектрические зеркала от импульсного лазера. Для глухого коэфф тау стоит брать как можно меньше, 0.1-0.2. Для выходного стоит остановиться на 60-70. К примеру, http://www.ebay.com/itm/2-pieces-of-106 ... 1e82e2a00d
Или вот у китайцев. Китайские зеркала брал для лазера на стекле, вполне нормальные. И очень дешевые, брать сразу пачку :)
http://www.ebay.com/itm/1064nm-YAG-diod ... 4ac55bb6f0
4. Станину изготовить заодно с юстировочными элементами единой деталью. Эскиз нарисую чуть позже.
5. Система охлаждения должна уметь сбрасывать примерно 6квт тепла. Поток охлаждающей жидкости 20-25л/мин, температура на входе в квантрон не более 25 градусов цельсия. Либо большой фреоновый чиллер, либо двухконтурная система с проточной водопроводной водой.
6. Блок питания однозначно с дежурной дугой. Можно купить готовый, к примеру тут
http://www.kuppol.ru/blok.html
Ценами интересовался давно, были в районе 100к руб.
или тут
http://www.fedal.spb.ru/production_ip_laser.asp
Или изготовить самостоятельно, если есть опыт сборки импульсных источников питания. Обычный резонансный инвертер с рюшечками в виде управляющего блока.
Можно конечно и БЖТ(большой железный трансформатор) использовать, к чему душа лежит.
Аватара пользователя
nERV
Мастер
 
Сообщения: 1413
Зарегистрирован: 27 сен 2013, 19:00
Откуда: Ульяновск
Репутация: 585
Медальки:
Настоящее имя: Александр

Re: Лазеры. Устройство, принципы работы.

Сообщение dpss » 13 ноя 2013, 20:29

Несколько реплик от от юзера, который ламповые машины более 10 лет использовал.
Советские ламы, неважно какого типа, годятся в лучшем для опытов. За 20 лет в них через кварц, спаи кварц-металл натек водород и гелий из атмосферного воздуха. Давление и газовый состав меняется непредсказуемо. Разное качество вольфрама в зависимости от партии и года выпуска. Через меня таких ламп прошло несколько тысяч. Некоторые партии выбрасывали сразу не включая. Современные китайские на порядок лучше, а стоят столько же. Отдельные экземпляры жили по 3 тысячи часов на частоте 270 герц.
Блок дежурной дуги должен быть обязательно. Ток 1 ампер. Холостое напряжение около киловольта. Делается на ферритовом трансформаторе с падающей характеристикой и частотой около 100 килогерц. Быстродействие и надежность фантастическое.
Поджигалку возьмите от TIG сварки. Напряжение увеличить до 40 киловольт. КПД лампового лазера 2-3 процента. По сути это машина по превращения электричества в горячую воду.
dpss
Мастер
 
Сообщения: 265
Зарегистрирован: 23 фев 2012, 13:40
Репутация: 27

Re: Лазеры. Устройство, принципы работы.

Сообщение dpss » 13 ноя 2013, 20:44

Стержни брать с ебея, наши по сравнению с ними - мусор. В оборотную воду - дистиллят- сыпят хромат калия(желтого цвета) не бихромат, который красный. Спичечный коробок на 20 литров. Давление оборотки желательно 3-4 атмосферы. Насос самый лучший Грюндфос(не не польского производства), нержавеющий. Армянскую гидростанцию от кванта, у кого такая есть, выбросить сразу! Калпеды, Педроллы и прочий итальянский хлам текут и сыпятся. Одни названия чего стоят :)
dpss
Мастер
 
Сообщения: 265
Зарегистрирован: 23 фев 2012, 13:40
Репутация: 27

Re: Лазеры. Устройство, принципы работы.

Сообщение nERV » 14 ноя 2013, 05:49

В магазинах грюндфосы видел максимум с латунным корпусом, нержавеющих не встречал. Цена в районе 130-230$
dpss писал(а):По сути это машина по превращения электричества в горячую воду.

Да, но зато эти лазера очень дешевы. Для резки такого же металла можно применить и СО2, но с мощностью на порядок больше, а это получается уже 3-4кВт. Это уже не просто стекляшка с зеркалами, к торотой подключил высокое и пошел жечь.
Плюс у такого лазера будет куда больше расходников, не таких уж и дешевых.
Тут встает проблема взаимодействия лазерного излучения с материалом мишени. При обработке металлов более длинноволновые лазеры уступают коротковолновым. Чем больше длина волны, тем хуже фокусируется излучение, тем больше металлы отражают падающее на них излучение.
Но про газовые лазеры будет далее :)
Аватара пользователя
nERV
Мастер
 
Сообщения: 1413
Зарегистрирован: 27 сен 2013, 19:00
Откуда: Ульяновск
Репутация: 585
Медальки:
Настоящее имя: Александр

Re: Лазеры. Устройство, принципы работы.

Сообщение dpss » 14 ноя 2013, 08:46

Насос похож на такой http://www.magazin-nasosov.ru/product/g ... chi-12-30/, но более длинный. У него больше ступеней перекачки.
Дешевизна хороша для экспериментов. В серийном производстве самое важное надежность.
dpss
Мастер
 
Сообщения: 265
Зарегистрирован: 23 фев 2012, 13:40
Репутация: 27

Re: Лазеры. Устройство, принципы работы.

Сообщение nERV » 09 фев 2014, 16:04

Нашелся тут документик от перкин-элмера про лампы для твердотельных лазеров. Есть довольно много полезной информации, правда на мурлюканском.
Вложения
CAT_flash_Perkin_elmer.pdf
(1.68 Мб) Скачиваний: 584
Аватара пользователя
nERV
Мастер
 
Сообщения: 1413
Зарегистрирован: 27 сен 2013, 19:00
Откуда: Ульяновск
Репутация: 585
Медальки:
Настоящее имя: Александр

Re: Лазеры. Устройство, принципы работы.

Сообщение nERV » 15 фев 2014, 15:34

Еще один документик про сборку углекислотного лазера. Очень подробно показана конструкция такого типа лазеров. Тоже на мурлюканском.
Вложения
55_Watt_Gas_CO2_Laser_Tube.pdf
(2.39 Мб) Скачиваний: 4039
Аватара пользователя
nERV
Мастер
 
Сообщения: 1413
Зарегистрирован: 27 сен 2013, 19:00
Откуда: Ульяновск
Репутация: 585
Медальки:
Настоящее имя: Александр

Re: Лазеры. Устройство, принципы работы.

Сообщение tooshka » 16 фев 2014, 10:17

nERV писал(а):Еще один документик про сборку углекислотного лазера. Очень подробно показана конструкция такого типа лазеров. Тоже на мурлюканском.

Классный материал!!! Вроде все на коленке можно сляпать - ну кроме закачки СО2? Проще наверно к неонщикам рекламным обратиться?
Милая, ты услышь меня
под окном стою со своим я ЧПУ! (Протяжно; с надрывом; форте)
Внимание!!! Чрезмерное увлечение ЧПУ приводит к проблемам в семейных отношениях!
Аватара пользователя
tooshka
Почётный участник
Почётный участник
 
Сообщения: 1798
Зарегистрирован: 24 окт 2012, 14:26
Откуда: Нижний Новгород
Репутация: 209
Медальки:
Настоящее имя: Андрей

Re: Лазеры. Устройство, принципы работы.

Сообщение nERV » 16 фев 2014, 10:44

Закачку цо2 тоже можно на коленке сляпать. Все ж продается, и баллоны, и редуктора.
Аватара пользователя
nERV
Мастер
 
Сообщения: 1413
Зарегистрирован: 27 сен 2013, 19:00
Откуда: Ульяновск
Репутация: 585
Медальки:
Настоящее имя: Александр

Re: Лазеры. Устройство, принципы работы.

Сообщение nERV » 16 фев 2014, 11:29

Еще раз про перкин-элмер.
Вложения
CAT_flash_Perkin_elmer.pdf
(1.68 Мб) Скачиваний: 797
Аватара пользователя
nERV
Мастер
 
Сообщения: 1413
Зарегистрирован: 27 сен 2013, 19:00
Откуда: Ульяновск
Репутация: 585
Медальки:
Настоящее имя: Александр

Re: Лазеры. Устройство, принципы работы.

Сообщение nERV » 07 май 2014, 21:52

Сварганил тут небольшой лазерный модуль для всяких экспериментов. 1вт 808нм.
Необходимо убавить звук, болгарка на заднем фоне орет :)
Аватара пользователя
nERV
Мастер
 
Сообщения: 1413
Зарегистрирован: 27 сен 2013, 19:00
Откуда: Ульяновск
Репутация: 585
Медальки:
Настоящее имя: Александр

Re: Лазеры. Устройство, принципы работы.

Сообщение aftaev » 07 май 2014, 22:05

nERV писал(а):Сварганил тут небольшой лазерный модуль для всяких экспериментов. 1вт 808нм.

из чего варганил?
Сверху Пелтье?
Дилетанту сложные вещи кажутся очень простыми, и только профессионал понимает насколько сложна самая простая вещь
Кто хочет - ищет возможности, кто не хочет - ищет оправдание.
Найди работу по душе и тебе не придется работать.
aftaev
Зачётный участник
Зачётный участник
 
Сообщения: 30538
Зарегистрирован: 04 апр 2010, 19:22
Откуда: Казахстан. Шымкент
Репутация: 5424
Медальки:

Re: Лазеры. Устройство, принципы работы.

Сообщение nERV » 07 май 2014, 22:11

Собсно из лазерного диода, некоторого набора оптики и подручных материалов, таких как массивная алюминиевая клеммная коробка с какого-то мотора, радиатора, вентилятора и простенького линейного стабилизатора тока. Пелтье там нет, не то тепловыделение, была мысль его воткнуть, но не захотел из-за одного ватта заморачиваться.
Аватара пользователя
nERV
Мастер
 
Сообщения: 1413
Зарегистрирован: 27 сен 2013, 19:00
Откуда: Ульяновск
Репутация: 585
Медальки:
Настоящее имя: Александр

Re: Лазеры. Устройство, принципы работы.

Сообщение aftaev » 07 май 2014, 22:15

Под радиатором какая то белая прослойка, думал Пелтье.
Когда лазер ватт на 200 соберешь :)
Дилетанту сложные вещи кажутся очень простыми, и только профессионал понимает насколько сложна самая простая вещь
Кто хочет - ищет возможности, кто не хочет - ищет оправдание.
Найди работу по душе и тебе не придется работать.
aftaev
Зачётный участник
Зачётный участник
 
Сообщения: 30538
Зарегистрирован: 04 апр 2010, 19:22
Откуда: Казахстан. Шымкент
Репутация: 5424
Медальки:

Re: Лазеры. Устройство, принципы работы.

Сообщение nERV » 07 май 2014, 22:34

aftaev писал(а): белая прослойка

Это термопаста. Пелтьешка тоже не сахар, так-то. Она добавляет к передаваемой тепловой мощности от охлаждаемого элемента еще и свое тепло. В итоге к 8 ваттам тепла модуля добавилось бы еще как минимум 20-30-50вт от термоэлектрического модуля, а это тепло уже не сдуешь так запросто мелким вентилятором на мелком радиаторе при вменяемой разности температур с окружающей средой. Сейчас лазерный диод в прогретом состоянии живет при температуре градусов 40, что не так уж и много.
Аватара пользователя
nERV
Мастер
 
Сообщения: 1413
Зарегистрирован: 27 сен 2013, 19:00
Откуда: Ульяновск
Репутация: 585
Медальки:
Настоящее имя: Александр

Re: Лазеры. Устройство, принципы работы.

Сообщение Nick » 08 май 2014, 09:17

Блин, я ж так медальку и не выписал за статью! :oops:

+медалька! :good:
продолжай в том же духе :)!
Аватара пользователя
Nick
Мастер
 
Сообщения: 22552
Зарегистрирован: 23 ноя 2009, 16:45
Откуда: Gatchina, Saint-Petersburg distr., Russia
Репутация: 1571
Заслуга: Developer
Медальки:

Re: Лазеры. Устройство, принципы работы.

Сообщение pkasy » 19 июл 2014, 04:50

жаль, до CO2 так и не дошли (
pkasy
Мастер
 
Сообщения: 1139
Зарегистрирован: 15 мар 2013, 09:39
Откуда: Владивосток
Репутация: 45

Пред.След.

Вернуться в Инструмент

Кто сейчас на конференции

Зарегистрированные пользователи: Bing [Bot], calabr, Cvazist, daemon78, den8066, Dimka, enderukov, Ershoff, ferum, Google [Bot], Majestic-12 [Bot], max73, mikehv, niksooon, putnik, Raptirius, Rinerk, Rom327, selenur, sergay, shalek, StavRos, uralpt, Vaycartana, Yandex [bot]

Reputation System ©'