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机载宽温域CO2 器温控方法

赵紫云,张阔,周峰,陈飞,何洋

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赵紫云, 张阔, 周峰, 陈飞, 何洋. 机载宽温域CO2 器温控方法[J]. , 2023, 16(2): 390-398. doi: 10.37188/CO.2022-0089
引用本文: 赵紫云, 张阔, 周峰, 陈飞, 何洋. 机载宽温域CO2 器温控方法[J]. , 2023, 16(2): 390-398.doi:10.37188/CO.2022-0089
ZHAO Zi-yun, ZHANG Kuo, ZHOU Feng, CHEN Fei, HE Yang. Temperature control method of CO2 laser operating in airborne wide temperature range[J]. Chinese Optics, 2023, 16(2): 390-398. doi: 10.37188/CO.2022-0089
Citation: ZHAO Zi-yun, ZHANG Kuo, ZHOU Feng, CHEN Fei, HE Yang. Temperature control method of CO2laser operating in airborne wide temperature range[J].Chinese Optics, 2023, 16(2): 390-398.doi:10.37188/CO.2022-0089

机载宽温域CO2 器温控方法

doi:10.37188/CO.2022-0089
基金项目:国家重点研发计划资助项目(No. 2018YFE0203201);国家自然科学基金项目(No. 61904178)
详细信息
    作者简介:

    赵紫云(1996—),男,河南驻马店人,硕士研究生,主要从事高功率 器方面的研究。E-mail:ziyzix@163.com

    张 阔(1984—),男,辽宁阜新人,博士,副研究员,2012年于吉林大学获得博士学位,主要从事高功率 及 应用技术研究。E-mail:cole_fx@163.com

  • 中图分类号:TN248.2

Temperature control method of CO2laser operating in airborne wide temperature range

Funds:Supported by National Key Research and Development Program (No. 2018YFE0203201); National Natural Science Foundation of China (No. 61904178)
More Information
  • 摘要:

    机载 雷达是实现远距离大气精准监测的重要手段,CO2 器工作谱段与部分大气污染物和化学物质吸收谱一致,是大气监测 雷达的重要光源。面向机载要求,在控制体积重量的条件下实现−40 °C~55 °C宽温域工作是机载CO2 器温控系统的设计难点。因此,本文提出一种以 器性能和环境温度为设计输入,半导体热电制冷与强制风冷相结合的闭环温控方法。根据 器、半导体热电制冷和强制风冷等的结构与传热特性,建立温控方法的有限元模型,基于此模型对 器温控性能进行研究。对于55 °C高温环境,温控系统工作25 min后, 器温度控制在40 °C;对于−40 °C低温环境,温控系统在工作20 min后, 器温度控制在25 °C,满足 器正常工作要求。根据 器及建立的温控方法,开展高低温环境下 器工作能力实验研究,采集实验过程中的 器温度数据,测量高低温条件下 输出能力。实验结果表明:实测 器温度与有限元仿真温度数据基本吻合,两者误差小于10%;采用所提出的温控方法, 器在高低温条件下可以正常工作,输出功率与室温条件下一致。

  • 图 1高峰值功率CO2

    Figure 1.CO2laser with high peak power

    图 2CO2 器温控结构

    Figure 2.Temperature control structure of CO2laser

    图 3CO2 器温控有限元模型

    Figure 3.Finite element model of CO2laser

    图 4散热结构模型

    Figure 4.Heat-dissipating structure model

    图 5散热翅片间距为5 mm时,不同转速风扇形成的对流换热区域温度分布

    Figure 5.Temperature distributions of convection heat transfer region formed by fans at different rotate speeds when the cooling fin spacing is 5 mm

    图 6散热翅片间距为3 mm时,不同转速风扇形成的对流换热区域温度分布

    Figure 6.Temperature distributions of convection heat transfer region formed by fans at different rotate speeds when the cooling fin spacing is 3 mm

    图 7高温环境下,基于温控制冷的 器温度分布

    Figure 7.Temperature distribution of laser based on temperature control cooling in high temperature environment

    图 8高温环境下, 器表面监测点温度随时间变化

    Figure 8.Temperature of the monitoring point on the laser surface changing with time in high temperature environment

    图 9低温环境下,基于温控加热的 器温度分布

    Figure 9.Temperature distribution of laser based on temperature control heating in low temperature environment

    图 10低温环境下, 器表面监测点温度随时间变化

    Figure 10.Temperature of the monitoring point on the laser surface changing with time in low temperature environment

    图 11CO2 器高低温实验平台

    Figure 11.High and low temperature experimental setup for CO2laser

    图 12高温环境下实验测量温度数据与仿真结果对比

    Figure 12.Comparison of the measured temperature and the simulation data in high temperature environment

    图 13低温环境下实验测量温度数据与仿真结果对比

    Figure 13.Comparison of the measured temperature and the simulation data in the low temperature environment

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出版历程
  • 收稿日期:2022-04-30
  • 修回日期:2022-05-31
  • 网络出版日期:2022-08-20

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