專利名稱：流動氣體氣壓自動調節(jié)裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及流動氣壓自動調節(jié)裝置，特別是一種低氣壓(IOOTorr以下)流動氣體 氣壓自動調節(jié)裝置。
背景技術：
高次諧波技術是合成單個阿秒(10_18秒)量級超短脈沖和產生水窗波段X射線的 主要實驗方法，由于單個阿秒量級超短脈沖可用來研究原子或分子內電子的運動，而水窗 波段X射線在生物學成像方面有著極其重要的作用，故高次諧波技術的研究在當今世界是 非常熱門。當前高次諧波技術的發(fā)展主要是研究激光與氣體的相互作用，主要通過改變飛秒 激光場，氣體種類，氣體壓強，氣體盒子長度，飛秒激光的束腰與氣體盒子的相對位置等因 素來獲取我們想要的高次諧波。在實驗過程中，氣體壓強之外的其他因素都是比較容易調 節(jié)的，但由于實驗所要求的氣壓比較低，一般只在幾十托(Torr)到100托之間，實驗氣體是 流動的并且參與激光相互作用的，所以氣壓的相對變化非常大，很難控制在固定的值。當 前，氣壓一般利用微調氣閥手動調節(jié)，在高次諧波采集過程中，當氣壓偏離實驗需要值時， 就需要實時調節(jié)微調氣閥使氣壓保持在實驗需要值。高次諧波信號采集時間一般為幾秒 幾十秒，如果信號比較強，所需要的采集時間比較短，利用手動調節(jié)微調氣閥的方法還可 行，但現(xiàn)在的實驗中往往信號很弱，所需要的采集時間長達幾分鐘，這種情況下手動調節(jié)微 調氣閥的方法就有很大的弊端，首先微調氣閥的精度不高，旋轉極小角度就會造成氣壓有 很大的變動，很難調節(jié)準確；其次，操作人員長時間精神高度集中對氣壓進行實時調節(jié)，時 間越長，調節(jié)效果會越差；操作人員在靶室旁邊調節(jié)氣壓，長期受X射線波段高次諧波輻射 對實驗者身體有傷害。總之，氣壓的變化會影響氣體與激光的相互作用過程，從而得不到我 們想要的高次諧波。當前利用手動調節(jié)微調氣閥方法調節(jié)氣壓，通常會使實驗得到的高次諧波譜(如 圖1所示，橫坐標為光子能量，單位為電子伏，縱坐標為諧波強度，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，橫坐標縱坐標的選取同圖1)不一樣，因為 理論模擬時，氣壓值是固定的，而實驗過程中不能實現(xiàn)。圖1和圖2都取自文獻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)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種流動氣體氣壓自動調節(jié)裝置， 該裝置應具有結構簡單，操作和控制方便，手動初步微調后，以電動代替手動，通過反饋進 行實時自動控制，且氣壓實時探測裝置和控制裝置均在靶室外面，不會對氣體盒子內光和 氣體相互作用的過程產生影響。特別是適用于高次諧波產生裝置中靶室內供氣體與飛秒激光相互作用的氣體盒內的低氣壓流動氣體氣壓自動調節(jié)裝置。本發(fā)明的技術解決方案如下
—種流動氣體氣壓自動調節(jié)裝置，包括真空計和閥體，特點是所述的閥體是一個 微調閥體，該微調閥體的進氣端有進氣接頭和微調進氣閥，輸氣端有真空探測頭，在所述的 微調進氣閥和真空探測頭之間還有壓電陶瓷閥，所述的真空探測頭的信號輸出端經第一電 線接所述的真空計的輸入端，該真空計的輸出端經數(shù)據(jù)線、數(shù)/模轉換器、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第三電線和微調閥體上的密封導電板接所述的 壓電陶瓷閥的控制端，所述的微調閥體的輸氣端有螺紋接口，以便與待輸入流動氣體的容 器密封連接。所述的微調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。所述的微調閥體由微調進氣部分、壓電陶瓷閥部分、氣壓探測部分組成，微調進氣 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部 分利用螺紋接口緊密接合，該氣壓探測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，同時進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。在壓電控制器設定真空設定值，利用真空探測頭探測指定空間的流動氣體的氣壓 并由真空計顯示測量值，隨著真空計的讀數(shù)變化，該測量值經過數(shù)/模轉換器，反饋至壓電 控制器，壓電控制器將測量值與設定值進行比較，實時對壓電陶瓷閥給出控制電信號，使壓 電陶瓷閥發(fā)生相應的形變，改變兩塊壓電陶瓷閥之間縫隙寬度，即進氣口的大小，使真空計 的讀數(shù)恢復到實驗需要的設定數(shù)值，從而維持了氣體盒子內實驗條件所需要的氣壓值。本發(fā)明的技術效果1、由于本發(fā)明采用電動控制，響應時間快，最快可達到皮秒(10_12s)量級，相比于 人眼的反應時間0. Is量級，遠遠提高了實時精度，從而使氣壓更穩(wěn)定。2、由于本發(fā)明采用壓電陶瓷閥，壓電陶瓷的動態(tài)伸縮系數(shù)為0.24微米/伏特，只 要電壓調節(jié)的精度控制在1伏特，那么壓電陶瓷閥精度可達到0. 24納米，也遠高于手動調 節(jié)微調氣閥的精度。3、由于本發(fā)明采用氣壓實時探測裝置和控制裝置均在靶室外，并且無需對原來的 裝置進行較大改造，方便用戶使用。4、由于采用電動控制，操作人員只要在實驗開始之前調節(jié)微調閥，使氣壓達到設 定值附近，接下來使用電動控制，操作人員可以遠離靶室，遠離X射線波段的高次諧波輻射 對人體的傷害。
圖1是現(xiàn)有利用手動調節(jié)微調氣閥方法調節(jié)氣壓，實驗得到的高次諧波譜2是理論模擬的高次諧波譜3為本發(fā)明流動氣體氣壓自動調節(jié)裝置實施例用于高次諧波產生裝置中靶室 內供氣體與飛秒激光相互作用的氣體盒子內流動氣體氣壓自動調節(jié)的總體框4為本發(fā)明流動氣體氣壓調節(jié)裝置的微調閥體的結構示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖與實施例對本發(fā)明做進一步的說明。 先請參閱圖3、圖4，圖3是本發(fā)明流動氣體氣壓自動調節(jié)裝置實施例用于高次諧 波產生裝置中靶室內供氣體與飛秒激光相互作用的氣體盒子內流動氣體氣壓自動調節(jié)的 總體框圖，圖4為本發(fā)明低氣壓流動氣體氣壓調節(jié)閥實施例結構示意圖。由圖可見，本發(fā)明 流動氣體氣壓自動調節(jié)裝置，包括真空計6和閥體，所述的閥體是一個微調閥體13，該微調 閥體13的進氣端有進氣接頭11和微調進氣閥9，輸氣端有真空探測頭5，在所述的微調進 氣閥9和真空探測頭5之間還有壓電陶瓷閥3，所述的真空探測頭5的信號輸出端經第一 電線12接所述的真空計6的輸入端，該真空計6的輸出端經數(shù)據(jù)線15、數(shù)/模轉換器7、第 二電線16接壓電控制器4的輸入端，該壓電控制器4的輸出端經第三電線17經微調閥體 13上的密封導電板14接所述的壓電陶瓷閥3的控制端，所述的微調閥體13的輸氣端有螺 紋接口，以便與待輸入流動氣體的容器密封連接。在本實施例的應用中，所述的微調閥體 13由微調進氣部分1301、壓電陶瓷閥部分1302和氣壓探測部分1303組成，微調進氣部分 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 測部分1303利用螺紋接口緊密接合，氣壓探測部分1303的另一端與靶室1的靶室蓋利用 螺紋接口緊密接合，進氣管10與靶室蓋利用螺紋接口緊密接合，進氣管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。高次諧波產生裝置中真空靶室1內供氣體與飛秒激光8相互作用的氣體盒子2內 的氣體壓強為百托量級，(ITorr = 133.3224pa)，實驗所需氣體經進氣接頭11進入微調閥 體13、依次經微調進氣閥9、壓電陶瓷閥3、真空探測頭5、輸氣管10進入氣體盒子2，氣體在 氣體盒子2中是流動的，氣體盒2兩端的出氣小孔18和靶室1的抽氣口 19構成氣流流出 通道。本發(fā)明的工作流程如下首先根據(jù)工作需要在壓電控制器4輸入一個氣體盒子2內的真空設定值，啟動本 發(fā)明流動氣體氣壓自動調節(jié)裝置，手動所述的微調進氣閥9，使真空探測頭5探測氣體盒子 2內的流動氣壓基本達到所需要的真空度，然后進入自動調節(jié)利用真空探測頭5探測氣體 盒2內的流動氣壓，經第一電線送真空計6，真空計6的測量值經過數(shù)/模轉換器7，反饋至 壓電控制器4，壓電控制器4將測量值與設定值進行比較，實時地對壓電陶瓷閥3給出控制 電信號，使壓電陶瓷閥3發(fā)生相應的形變，改變兩塊壓電陶瓷閥3之間縫隙寬度，即進氣口 的大小，使真空計6的讀數(shù)恢復到實驗需要的設定值，從而維持了氣體盒子內實驗條件所 需要的氣壓值。下面為此實施例的具體參數(shù)真空計的量程為為999. 99Torr，精度為0. OlTorr，在高次諧波的產生裝置中，需 要的真空計讀數(shù)范圍為O-IOOTorr，十進制數(shù)100轉換成二進制數(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/模擬轉換器，例如德州儀器的 型號為DAC5670的14位數(shù)模轉換器。壓電陶瓷控制器4的輸出電壓在-100V-+100V范圍內，精度為0. 1伏特，壓電陶瓷 閥的動態(tài)伸縮系數(shù)為0. 24微米/伏特，壓電陶瓷閥3伸縮精度可達到0. 24微米/伏特xO. 1伏特=0. 024微米。壓電陶瓷閥初始設定兩個半圓間隙為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，兩個半圓間隙g = 0. 1毫米，固定在進氣通道中的微調閥下方，分別將氣體通道內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電板內外，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題。實驗表明，本發(fā)明裝置結構簡單，手動粗調后，以電動代替手動，特別是適用于高 次諧波產生裝置中靶室內供氣體與飛秒激光相互作用的氣體盒內的低氣壓流動氣體氣壓 自動調節(jié)，氣壓實時探測裝置和控制裝置均在靶室外面，不會對氣體盒子內光和氣體相互 作用的過程產生影響，便于操作和控制，在流動氣體氣壓低于IOOTorr并需要精確控制穩(wěn) 定的氣壓條件下具有很大的實用價值。
權利要求
一種流動氣體氣壓自動調節(jié)裝置，包括真空計(6)和閥體，特征在于所述的閥體是一個微調閥體(13)，該微調閥體(13)的進氣端有進氣接頭(11)和微調進氣閥(9)，輸氣端有真空探測頭(5)，在所述的微調進氣閥(9)和真空探測頭(5)之間還有壓電陶瓷閥(3)，所述的真空探測頭(5)的信號輸出端經第一電線(12)接真空計(6)的輸入端，該真空計(6)的輸出端經數(shù)據(jù)線(15)、數(shù)/模轉換器(7)、第二電線(16)接壓電控制器(4)的輸入端，該壓電控制器(4)的輸出端經第三電線(17)經微調閥體(13)上的密封導電板(14)接所述的壓電陶瓷閥(3)的控制端，所述的微調閥體(13)的輸氣端有螺紋接口，以便與待輸入流動氣體的容器密封連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的流動氣體氣壓自動調節(jié)裝置，其特征在于所述的微調閥體 (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)權利要求1或2所述的流動氣體氣壓自動調節(jié)裝置，其特征在于所述的微調 閥體(13)由微調進氣部分(1301)、壓電陶瓷閥部分(1302)、氣壓探測部分(1303)組成，微 調進氣部分(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)和氣壓探測部分(1303)利用螺紋接口緊密接合，該氣壓探測部分(1303) 另一輸氣端與靶室(1)的靶室蓋利用螺紋接口緊密接合，同時進氣管(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。
全文摘要
一種流動氣體氣壓自動調節(jié)裝置，包括真空計和閥體，特點是所述的閥體是一個微調閥體，該微調閥體的進氣端有進氣接頭和微調進氣閥，輸氣端有真空探測頭，在所述的微調進氣閥和真空探測頭之間還有壓電陶瓷閥，所述的真空探測頭的信號輸出端經第一電線接所述的真空計的輸入端，該真空計的輸出端經數(shù)據(jù)線、數(shù)/模轉換器、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第三電線和微調閥體上的密封導電板接所述的壓電陶瓷閥的控制端，所述的微調閥體的輸氣端有螺紋接口，以便與待輸入流動氣體的容器密封連接。本發(fā)明裝置結構簡單，操作方便，在氣壓低于100托并需要精確控制其穩(wěn)定的實驗條件下具有很大的實用價值。
文檔編號F16K31/02GK101858454SQ20101019074
公開日2010年10月13日 申請日期2010年6月2日 優(yōu)先權日2010年6月2日
發(fā)明者曾志男, 王巖, 鄒璞, 鄭穎輝, 陸瑩瑛 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所