一种激光器的温控系统及设计方法技术方案

本发明专利技术实施例中提供的激光器的温控系统及其设计方法，根据激光器、TEC、散热结构三者间热量的传递关系，结合TEC作为中间环节的工作性能，通过散热结构优化，使激光器温度分布满足使用要求，通过闭环设计保证激光器温控系统的有效性，可以应用于机载等对体积重量和散热有严苛要求的条件，既保证了激光器正常散热，又避免由于冗余设计带来的体积重量增加。又避免由于冗余设计带来的体积重量增加。又避免由于冗余设计带来的体积重量增加。

【技术实现步骤摘要】
一种激光器的温控系统及设计方法


[0001]本专利技术涉及激光领域，特别涉及一种激光器的温控系统及设计方法。

技术介绍

[0002]温度是影响激光器工作性能的重要指标。随着激光器技术迅速发展，激光器已经从实验室走向工业、国防等领域。在复杂的条件下，如何设计激光器的温控方法，提高激光器的工作稳定性，是激光器设计过程中必须要考虑的问题。特别是近些年，激光器在大气监测等领域的作用越专利技术显，为了获得更远距离的监测数据，机载激光大气监测的需求日益增加。机载环境是激光器面临的严苛挑战，其环境温度范围宽，对激光器的体积和重量有严苛要求，这使得传统散热效果良好的水冷散热结构在机载条件下下应用受限。这使得半导体制冷(TEC)、热管制冷等散热技术在激光器散热设计中越来越广泛。半导体制冷需要通过冷端将激光器工作过程中的产生的热量散除，通过持续对TEC供电使其冷端、热端存在一定的温度差。热端连接风冷散热结构，热量持续由TEC传递至散热结构中的散热翅片，通过风扇形成的强制对流冷却将散热翅片温度降低，形成热量由激光器传递至TEC，由TEC传递至空气的过程。
[0003]现有基于TEC的设计方法主要依靠设计人员工程经验。由于设计人员工程经验差异，这种设计存在设计结果差异较大，散热结构中部分器件选型不合理，导致激光器应用过程中散热效果不好，或者需要反复实验摸索，导致研制周期较长等问题。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术实施例中提供一种激光器的温控系统及设计方法。
[0005]第一方面，本专利技术实施例中提供一种激光器的温控系统设计方法，包括：
[0006]获取目标激光器的工作环境温度以及许可工作温度；
[0007]基于所述工作环境温度和所述许可工作温度通过仿真分析所述目标激光器工作过程中的温度场分布；
[0008]根据热电制冷器TEC的结构与性能参数，优化所述TEC在目标激光器表面的排布、确定所述TEC的工作电流及温控量，通过有限元分析获得布设所述TEC后的目标激光器温度，以使得布设所述TEC后的目标激光器温度分布满足工作要求；
[0009]根据所述TEC的工作参数确定所述TEC的电功率和温控量，基于所述电功率和所述温控量确定所述TEC在热端需要调节的热量，以所述热量进行所述热端与散热翅片的传热过程仿真以获得所述热端的温度，其中所述散热翅片设置在所述TEC上；
[0010]基于所述热端和所述TEC的冷端形成的温度差确定所述TEC的工作性能，当确定所述TEC不能正常工作时继续优化所述散热翅片的结构参数和风扇参数以使得所述TEC工作性能达到正常工作条件。
[0011]在一种可能的实施例中，所述获取目标激光器的工作环境温度以及许可工作温度，包括：
[0012]获取所述目标激光器的工作环境温度和许可工作上限温度，结合所述目标激光器工作过程中产生的热量，初步选定TEC。
[0013]在一种可能的实施例中，所述基于所述工作环境温度和所述许可工作温度通过仿真分析所述目标激光器工作过程中的温度场分布，包括：
[0014]根据所述TEC、风扇参数、散热翅片的结构参数以及所述目标激光器进行建模，基于所述工作环境温度、所述许可工作上限温度以及正常工作要求确定所述目标激光器工作过程中的温度场分布。
[0015]在一种可能的实施例中，所述方法还包括：
[0016]对所述TEC进行反向加电产热，使得接触所述目标激光器的一端转换为热端，通过热端传导至所述目标激光器，使得所述所述目标激光器温度上升至许可工作下限温度，进行有限元分析确定所述目标激光器的温度场分布，基于所述TEC结构与性能参数确定所述TEC热量与电流的关系以及达到工作温度所需要的加热时间。
[0017]在一种可能的实施例中，所述温控量包括制冷量或加热量。
[0018]在一种可能的实施例中，所述结构参数包括尺寸和空间分布，所述风扇参数包括流量和风速。
[0019]第二方面，本专利技术实施例中提供一种激光器的温控系统，包括利用如上述方法设计的热电制冷器TEC、散热翅片以及风扇，所述TEC具有用于贴合目标激光器的第一端，所述TEC的第二端与所述散热翅片的第一面贴合，所述散热翅片的第二面设置所述风扇。
[0020]在一种可能的实施例中，还包括换向器，用于所述TEC中的电流方向进行正负转换，所述换向器与所述TEC串联。
[0021]本专利技术实施例中提供的激光器的温控系统及其设计方法，根据激光器、TEC、散热结构三者间热量的传递关系，结合TEC作为中间环节的工作性能，通过散热结构优化，使激光器温度分布满足使用要求，通过闭环设计保证激光器温控系统的有效性，可以应用于机载等对体积重量和散热有严苛要求的条件，既保证了激光器正常散热，又避免由于冗余设计带来的体积重量增加。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例中提供一种激光器的温控系统的设计方法的流程图；
[0023]图2为本专利技术实施例中提供一种激光器的温控系统的结构示意图。
具体实施方式
[0024]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0025]本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内
容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0026]结合图1所示，本专利技术实施例中提供一种激光器的温控系统设计方法，包括：
[0027]S101、获取目标激光器的工作环境温度以及许可工作温度。
[0028]工作环境温度目标激光器用来正常工作的环境温度，许可工作温度是目标激光器，许可工作温度包括许可工作温度上限温度和许可工作温度下限温度，分别对应最高温和最低温，，超出许可工作温度会影响目标激光器的工作状态。
[0029]S102、基于所述工作环境温度和所述许可工作温度通过仿真分析所述目标激光器工作过程中的温度场分布。
[0030]S103、根据热电制冷器TEC的结构与性能参数，优化所述TEC在目标激光器表面的排布、确定所述TEC的工作电流及温控量，通过有限元分析获得布设所述TEC后的目标激光器温度，以使得布设所述TEC后的目标激光器温度分布满足工作要求。
[0031]根据热电制冷器(TEC，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光器的温控系统设计方法，其特征在于，包括：获取目标激光器的工作环境温度以及许可工作温度；基于所述工作环境温度和所述许可工作温度通过仿真分析所述目标激光器工作过程中的温度场分布；根据热电制冷器TEC的结构与性能参数，优化所述TEC在目标激光器表面的排布、确定所述TEC的工作电流及温控量，通过有限元分析获得布设所述TEC后的目标激光器温度，以使得布设所述TEC后的目标激光器温度分布满足工作要求；根据所述TEC的工作参数确定所述TEC的电功率和温控量，基于所述电功率和所述温控量确定所述TEC在热端需要调节的热量，以所述热量进行所述热端与散热翅片的传热过程仿真以获得所述热端的温度，其中所述散热翅片设置在所述TEC上；基于所述热端和所述TEC的冷端形成的温度差确定所述TEC的工作性能，当确定所述TEC不能正常工作时继续优化所述散热翅片的结构参数和风扇参数以使得所述TEC工作性能达到正常工作条件。2.根据权利要求1所述的激光器的温控系统设计方法，其特征在于，所述获取目标激光器的工作环境温度以及许可工作温度，包括：获取所述目标激光器的工作环境温度和许可工作上限温度，结合所述目标激光器工作过程中产生的热量，初步选定TEC。3.根据权利要求2所述的激光器的温控系统设计方法，其特征在于，所述基于所述工作环境温度和所述许可工作温度通过仿真分析所述目标激光器工作过程中的温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：张阔，陈飞，赵紫云，何洋，潘其坤，于德洋，孙俊杰，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：