專利名稱：流動(dòng)氣體氣壓自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及流動(dòng)氣壓自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，特別是一種低氣壓(IOOTorr以下)流動(dòng) 氣體氣壓自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置。
背景技術(shù)：
高次諧波技術(shù)是合成單個(gè)阿秒(10_18秒)量級(jí)超短脈沖和產(chǎn)生水窗波段X射線的 主要實(shí)驗(yàn)方法，由于單個(gè)阿秒量級(jí)超短脈沖可用來(lái)研究原子或分子內(nèi)電子的運(yùn)動(dòng)，而水窗 波段X射線在生物學(xué)成像方面有著極其重要的作用，故高次諧波技術(shù)的研究在當(dāng)今世界是 非常熱門。當(dāng)前高次諧波技術(shù)的發(fā)展主要是研究激光與氣體的相互作用，主要通過(guò)改變飛秒 激光場(chǎng)，氣體種類，氣體壓強(qiáng)，氣體盒子長(zhǎng)度，飛秒激光的束腰與氣體盒子的相對(duì)位置等因 素來(lái)獲取我們想要的高次諧波。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，氣體壓強(qiáng)之外的其他因素都是比較容易調(diào) 節(jié)的，但由于實(shí)驗(yàn)所要求的氣壓比較低，一般只在幾十托(Torr)到100托之間，實(shí)驗(yàn)氣體是 流動(dòng)的并且參與激光相互作用的，所以氣壓的相對(duì)變化非常大，很難控制在固定的值。當(dāng) 前，氣壓一般利用微調(diào)氣閥手動(dòng)調(diào)節(jié)，在高次諧波采集過(guò)程中，當(dāng)氣壓偏離實(shí)驗(yàn)需要值時(shí)， 就需要實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)微調(diào)氣閥使氣壓保持在實(shí)驗(yàn)需要值。高次諧波信號(hào)采集時(shí)間一般為幾秒 幾十秒，如果信號(hào)比較強(qiáng)，所需要的采集時(shí)間比較短，利用手動(dòng)調(diào)節(jié)微調(diào)氣閥的方法還可 行，但現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)中往往信號(hào)很弱，所需要的采集時(shí)間長(zhǎng)達(dá)幾分鐘，這種情況下手動(dòng)調(diào)節(jié)微 調(diào)氣閥的方法就有很大的弊端，首先微調(diào)氣閥的精度不高，旋轉(zhuǎn)極小角度就會(huì)造成氣壓有 很大的變動(dòng)，很難調(diào)節(jié)準(zhǔn)確；其次，操作人員長(zhǎng)時(shí)間精神高度集中對(duì)氣壓進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，時(shí) 間越長(zhǎng)，調(diào)節(jié)效果會(huì)越差；操作人員在靶室旁邊調(diào)節(jié)氣壓，長(zhǎng)期受X射線波段高次諧波輻射 對(duì)實(shí)驗(yàn)者身體有傷害?？傊?，氣壓的變化會(huì)影響氣體與激光的相互作用過(guò)程，從而得不到我 們想要的高次諧波。當(dāng)前利用手動(dòng)調(diào)節(jié)微調(diào)氣閥方法調(diào)節(jié)氣壓，通常會(huì)使實(shí)驗(yàn)得到的高次諧波譜(如 圖1所示，橫坐標(biāo)為光子能量，單位為電子伏，縱坐標(biāo)為諧波強(qiáng)度，單位為原子單位)與相同 參數(shù)下理論模擬得到的高次諧波譜(如圖2所示，橫坐標(biāo)縱坐標(biāo)的選取同圖1)不一樣，因?yàn)?理論模擬時(shí)，氣壓值是固定的，而實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不能實(shí)現(xiàn)。圖1和圖2都取自文獻(xiàn)E. Priori, G. Cerullo,M. Nisoli,S. Stagira,and S. De Silvestri. Nonadiabatic three-dimensional model of high-order harmonicgeneration in the few-optical-cycle regime,PHYSICAL REVIEW A,61,063801ο
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于高次諧波產(chǎn)生裝置中 靶室內(nèi)供氣體與飛秒激光相互作用的氣體盒子內(nèi)的低氣壓流動(dòng)氣體氣壓自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，該 裝置應(yīng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作和控制方便，手動(dòng)初步微調(diào)后，以電動(dòng)代替手動(dòng)，通過(guò)反饋進(jìn)行 實(shí)時(shí)自動(dòng)控制，且氣壓實(shí)時(shí)探測(cè)裝置和控制裝置均在靶室外面，不會(huì)對(duì)氣體盒子內(nèi)光和氣體相互作用的過(guò)程產(chǎn)生影響。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案如下—種流動(dòng)氣體氣壓自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，包括真空計(jì)和閥體，特點(diǎn)是所述的閥體是一個(gè) 微調(diào)閥體，該微調(diào)閥體的進(jìn)氣端有進(jìn)氣接頭和微調(diào)進(jìn)氣閥，輸氣端有真空探測(cè)頭，在所述的 微調(diào)進(jìn)氣閥和真空探測(cè)頭之間還有壓電陶瓷閥，所述的真空探測(cè)頭的信號(hào)輸出端經(jīng)第一電 線接所述的真空計(jì)的輸入端，該真空計(jì)的輸出端經(jīng)數(shù)據(jù)線、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、第二電線接壓電 控制器的輸入端，該壓電控制器的輸出端經(jīng)第三電線和微調(diào)閥體上的密封導(dǎo)電板接所述的 壓電陶瓷閥的控制端，所述的微調(diào)閥體的輸氣端有螺紋接口，以便與待輸入流動(dòng)氣體的容 器密封連接。所述的微調(diào)閥體的輸氣端有螺紋接口還連接有輸氣管，以將所需的氣體輸入到指 定的空間。所述的微調(diào)閥體由微調(diào)進(jìn)氣部分、壓電陶瓷閥部分、氣壓探測(cè)部分組成，微調(diào)進(jìn)氣 部分與壓電陶瓷閥部分利用0型圈和卡箍密封接合，所述的壓電陶瓷閥部分和氣壓探測(cè)部 分利用螺紋接口緊密接合，該氣壓探測(cè)部分的另一輸氣端與靶室的靶室蓋利用螺紋接口緊 密接合，同時(shí)進(jìn)氣管也與靶室蓋利用螺紋接口緊密接合，以將所需的氣體輸入到指定的空 間。在壓電控制器設(shè)定真空設(shè)定值，利用真空探測(cè)頭探測(cè)指定空間的流動(dòng)氣體的氣壓 并由真空計(jì)顯示測(cè)量值，隨著真空計(jì)的讀數(shù)變化，該測(cè)量值經(jīng)過(guò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，反饋至壓電 控制器，壓電控制器將測(cè)量值與設(shè)定值進(jìn)行比較，實(shí)時(shí)對(duì)壓電陶瓷閥給出控制電信號(hào)，使壓 電陶瓷閥發(fā)生相應(yīng)的形變，改變兩塊壓電陶瓷閥之間縫隙寬度，即進(jìn)氣口的大小，使真空計(jì) 的讀數(shù)恢復(fù)到實(shí)驗(yàn)需要的設(shè)定數(shù)值，從而維持了氣體盒子內(nèi)實(shí)驗(yàn)條件所需要的氣壓值。本實(shí)用新型的技術(shù)效果1、由于本實(shí)用新型采用電動(dòng)控制，響應(yīng)時(shí)間快，最快可達(dá)到皮秒(IO-12S)量級(jí)，相 比于人眼的反應(yīng)時(shí)間0. Is量級(jí)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)提高了實(shí)時(shí)精度，從而使氣壓更穩(wěn)定。2、由于本實(shí)用新型采用壓電陶瓷閥，壓電陶瓷的動(dòng)態(tài)伸縮系數(shù)為0. 24微米/伏 特，只要電壓調(diào)節(jié)的精度控制在1伏特，那么壓電陶瓷閥精度可達(dá)到0. 24納米，也遠(yuǎn)高于手 動(dòng)調(diào)節(jié)微調(diào)氣閥的精度。3、由于本實(shí)用新型采用氣壓實(shí)時(shí)探測(cè)裝置和控制裝置均在靶室外，并且無(wú)需對(duì)原 來(lái)的裝置進(jìn)行較大改造，方便用戶使用。4、由于采用電動(dòng)控制，操作人員只要在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始之前調(diào)節(jié)微調(diào)閥，使氣壓達(dá)到設(shè) 定值附近，接下來(lái)使用電動(dòng)控制，操作人員可以遠(yuǎn)離靶室，遠(yuǎn)離X射線波段的高次諧波輻射 對(duì)人體的傷害。

圖1是現(xiàn)有利用手動(dòng)調(diào)節(jié)微調(diào)氣閥方法調(diào)節(jié)氣壓，實(shí)驗(yàn)得到的高次諧波譜圖圖2是理論模擬的高次諧波譜圖圖3為本實(shí)用新型流動(dòng)氣體氣壓自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置實(shí)施例用于高次諧波產(chǎn)生裝置中 靶室內(nèi)供氣體與飛秒激光相互作用的氣體盒子內(nèi)流動(dòng)氣體氣壓自動(dòng)調(diào)節(jié)的總體框圖圖4為本實(shí)用新型流動(dòng)氣體氣壓調(diào)節(jié)裝置的微調(diào)閥體的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說(shuō)明。先請(qǐng)參閱圖3、圖4，圖3是本實(shí)用新型流動(dòng)氣體氣壓自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置實(shí)施例用于高 次諧波產(chǎn)生裝置中靶室內(nèi)供氣體與飛秒激光相互作用的氣體盒子內(nèi)流動(dòng)氣體氣壓自動(dòng)調(diào) 節(jié)的總體框圖，圖4為本實(shí)用新型低氣壓流動(dòng)氣體氣壓調(diào)節(jié)閥實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可 見(jiàn)，本實(shí)用新型流動(dòng)氣體氣壓自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，包括真空計(jì)6和閥體，所述的閥體是一個(gè)微調(diào) 閥體13，該微調(diào)閥體13的進(jìn)氣端有進(jìn)氣接頭11和微調(diào)進(jìn)氣閥9，輸氣端有真空探測(cè)頭5，在 所述的微調(diào)進(jìn)氣閥9和真空探測(cè)頭5之間還有壓電陶瓷閥3，所述的真空探測(cè)頭5的信號(hào)輸 出端經(jīng)第一電線12接所述的真空計(jì)6的輸入端，該真空計(jì)6的輸出端經(jīng)數(shù)據(jù)線15、數(shù)/模 轉(zhuǎn)換器7、第二電線16接壓電控制器4的輸入端，該壓電控制器4的輸出端經(jīng)第三電線17 經(jīng)微調(diào)閥體13上的密封導(dǎo)電板14接所述的壓電陶瓷閥3的控制端，所述的微調(diào)閥體13的 輸氣端有螺紋接口，以便與待輸入流動(dòng)氣體的容器密封連接。在本實(shí)施例的應(yīng)用中，所述的 微調(diào)閥體13由微調(diào)進(jìn)氣部分1301、壓電陶瓷閥部分1302和氣壓探測(cè)部分1303組成，微調(diào) 進(jìn)氣部分1301與壓電陶瓷閥部分1302利用0型圈和卡箍密封接合，壓電陶瓷閥部分1302 和氣壓探測(cè)部分1303利用螺紋接口緊密接合，氣壓探測(cè)部分1303的另一端與靶室1的靶 室蓋利用螺紋接口緊密接合，進(jìn)氣管10與靶室蓋利用螺紋接口緊密接合，進(jìn)氣管10與氣體 盒子2利用螺紋接口緊密接合，形成一條密封的氣流通道。高次諧波產(chǎn)生裝置中真空靶室1內(nèi)供氣體與飛秒激光8相互作用的氣體盒子2內(nèi) 的氣體壓強(qiáng)為百托量級(jí)，(ITorr = 133.3224pa)，實(shí)驗(yàn)所需氣體經(jīng)進(jìn)氣接頭11進(jìn)入微調(diào)閥 體13、依次經(jīng)微調(diào)進(jìn)氣閥9、壓電陶瓷閥3、真空探測(cè)頭5、輸氣管10進(jìn)入氣體盒子2，氣體在 氣體盒子2中是流動(dòng)的，氣體盒2兩端的出氣小孔18和靶室1的抽氣口 19構(gòu)成氣流流出 通道。本實(shí)用新型的工作流程如下首先根據(jù)工作需要在壓電控制器4輸入一個(gè)氣體盒子2內(nèi)的真空設(shè)定值，啟動(dòng)本 實(shí)用新型流動(dòng)氣體氣壓自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，手動(dòng)所述的微調(diào)進(jìn)氣閥9，使真空探測(cè)頭5探測(cè)氣體 盒子2內(nèi)的流動(dòng)氣壓基本達(dá)到所需要的真空度，然后進(jìn)入自動(dòng)調(diào)節(jié)利用真空探測(cè)頭5探測(cè) 氣體盒2內(nèi)的流動(dòng)氣壓，經(jīng)第一電線送真空計(jì)6，真空計(jì)6的測(cè)量值經(jīng)過(guò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器7，反 饋至壓電控制器4，壓電控制器4將測(cè)量值與設(shè)定值進(jìn)行比較，實(shí)時(shí)地對(duì)壓電陶瓷閥3給出 控制電信號(hào)，使壓電陶瓷閥3發(fā)生相應(yīng)的形變，改變兩塊壓電陶瓷閥3之間縫隙寬度，即進(jìn) 氣口的大小，使真空計(jì)6的讀數(shù)恢復(fù)到實(shí)驗(yàn)需要的設(shè)定值，從而維持了氣體盒子內(nèi)實(shí)驗(yàn)條 件所需要的氣壓值。下面為此實(shí)施例的具體參數(shù)真空計(jì)的量程為為999. 99Torr，精度為0. OlTorr，在高次諧波的產(chǎn)生裝置中，需 要的真空計(jì)讀數(shù)范圍為O-IOOTorr，十進(jìn)制數(shù)100轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)為110010. 000000，共12 位，因而本裝置中需選用12位或12位以上輸入端的數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器，例如德州儀器的 型號(hào)為DAC5670的14位數(shù)模轉(zhuǎn)換器。壓電陶瓷控制器4的輸出電壓在-100V-+100V范圍內(nèi)，精度為0. 1伏特，壓電陶瓷 閥的動(dòng)態(tài)伸縮系數(shù)為0. 24微米/伏特，壓電陶瓷閥3伸縮精度可達(dá)到0. 24微米/伏特xO. 1伏特=0. 024微米。壓電陶瓷閥初始設(shè)定兩個(gè)半圓間隙為0. 1毫米，間隙變化范圍0. 1毫 米 0. Imm士0. 024mm。壓電陶瓷的具體尺寸為半圓直徑d = 2厘米，厚度h = 5毫米，兩個(gè)半圓間隙g = 0. 1毫米，固定在進(jìn)氣通道中的微調(diào)閥下方，分別將氣體通道內(nèi)壓電陶瓷的引出線和氣體通 道外的壓電控制器引出線焊接在密封導(dǎo)電板內(nèi)外，從而將壓電陶瓷和壓電控制器連接，解 決了氣體通道外電路連接問(wèn)題。綜上所述，本實(shí)用新型裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，手動(dòng)粗調(diào)后，以電動(dòng)代替手動(dòng)，且氣壓實(shí)時(shí) 探測(cè)裝置和控制裝置均在靶室外面，不會(huì)對(duì)氣體盒子內(nèi)光和氣體相互作用的過(guò)程產(chǎn)生影 響，便于操作和控制，在流動(dòng)氣體氣壓低于IOOTorr并需要精確控制穩(wěn)定的氣壓條件下具 有很大的實(shí)用價(jià)值。
權(quán)利要求一種流動(dòng)氣體氣壓自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，包括真空計(jì)(6)和閥體，特征在于所述的閥體是一個(gè)微調(diào)閥體(13)，該微調(diào)閥體(13)的進(jìn)氣端有進(jìn)氣接頭(11)和微調(diào)進(jìn)氣閥(9)，輸氣端有真空探測(cè)頭(5)，在所述的微調(diào)進(jìn)氣閥(9)和真空探測(cè)頭(5)之間還有壓電陶瓷閥(3)，所述的真空探測(cè)頭(5)的信號(hào)輸出端經(jīng)第一電線(12)接真空計(jì)(6)的輸入端，該真空計(jì)(6)的輸出端經(jīng)數(shù)據(jù)線(15)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(7)、第二電線(16)接壓電控制器(4)的輸入端，該壓電控制器(4)的輸出端經(jīng)第三電線(17)經(jīng)微調(diào)閥體(13)上的密封導(dǎo)電板(14)接所述的壓電陶瓷閥(3)的控制端，所述的微調(diào)閥體(13)的輸氣端有螺紋接口，以便與待輸入流動(dòng)氣體的容器密封連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流動(dòng)氣體氣壓自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述的微調(diào)閥體 (13)的輸氣端有螺紋接口還連接有輸氣管(10)，以將所需的氣體輸入到指定的空間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的流動(dòng)氣體氣壓自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述的微調(diào) 閥體(13)由微調(diào)進(jìn)氣部分(1301)、壓電陶瓷閥部分(1302)、氣壓探測(cè)部分(1303)組成，微 調(diào)進(jìn)氣部分(1301)與壓電陶瓷閥部分(1302)利用0型圈和卡箍密封接合，所述的壓電陶 瓷閥部分(1302)和氣壓探測(cè)部分(1303)利用螺紋接口緊密接合，該氣壓探測(cè)部分(1303) 另一輸氣端與靶室(1)的靶室蓋利用螺紋接口緊密接合，同時(shí)進(jìn)氣管(10)也與靶室蓋利用 螺紋接口緊密接合，以將所需的氣體輸入到指定的空間。專利摘要一種流動(dòng)氣體氣壓自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，包括真空計(jì)和閥體，特點(diǎn)是所述的閥體是一個(gè)微調(diào)閥體，該微調(diào)閥體的進(jìn)氣端有進(jìn)氣接頭和微調(diào)進(jìn)氣閥，輸氣端有真空探測(cè)頭，在所述的微調(diào)進(jìn)氣閥和真空探測(cè)頭之間還有壓電陶瓷閥，所述的真空探測(cè)頭的信號(hào)輸出端經(jīng)第一電線接所述的真空計(jì)的輸入端，該真空計(jì)的輸出端經(jīng)數(shù)據(jù)線、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、第二電線接壓電控制器的輸入端，該壓電控制器的輸出端經(jīng)第三電線和微調(diào)閥體上的密封導(dǎo)電板接所述的壓電陶瓷閥的控制端，所述的微調(diào)閥體的輸氣端有螺紋接口，以便與待輸入流動(dòng)氣體的容器密封連接。本實(shí)用新型裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，在氣壓低于100托并需要精確控制其穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)條件下具有很大的實(shí)用價(jià)值。
文檔編號(hào)F16K31/02GK201723817SQ201020213589
公開(kāi)日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月2日
發(fā)明者曾志男, 王巖, 鄒璞, 鄭穎輝, 陸瑩瑛 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所