Шкаф для лазерного и оптического оборудования

171
+
Полезная модель относится к оборудованию для хранения и транспортировки лазерного и оптического оборудования и предназначена для размещения оптических и лазерных компонентов (оптические резонаторы, лазерная система, фемтосекундный синтезатор оптических частот и вакуумный оптический спектроскоп), транспортируемого генератора ультрастабильных опорных сигналов частоты на одиночном ионе Yb и обеспечения условий их эксплуатации (поддержание температурно-влажностного режима, чистоты воздуха, незначительного избыточного давления, экранирования от внешних магнитных полей, вибрационной и звуковой защиты).
Устройство обеспечивает герметичность, теплоизоляцию, возможность четырехстороннего доступа к оптическим и лазерным компонентам, соединения их между собой по оптоволокну и подключения к внешним электронным устройствам при пониженных массогабаритных характеристиках.
Известно устройство, выполненное в виде шкафа [RU 178957, U1, H05K 5/00, 24.04.2018], включающего переднюю металлическую раму, снабженную посадочными местами для установки колец органайзера, и заднюю металлическую раму, связанную с передней рамой силовыми элементами в виде металлических горизонтальных балок, горизонтальные и вертикальные панели, ножки шкафа, профили и лотки для установки унифицированных вычислительных модулей, средства коммутации оборудования, расположенные в передней части шкафа, по меньшей мере, одну контрольную лампу, расположенную в передней части шкафа, передние уплотнители, размещенные между профилями и передней рамой и имеющие, по меньшей мере, одно окно, регулируемый по высоте фартук, установленный в нижней части шкафа, по меньшей мере, один кабельный ввод, установленный сверху на шкаф, перегородку, разделяющую внутреннее пространство шкафа на, по меньшей мере, две теплоизолированные секции, и систему охлаждения, включающую в себя, по меньшей мере, одну вентиляторную стену, снабженную, по меньшей мере, двумя вентиляторами, выполненными с возможностью работы, по меньшей мере, в трех режимах - полной остановки, вращения вентилятора со средней скоростью, вращения вентилятора с максимальной скоростью, по меньшей мере, двумя термодатчиками, расположенными во внутреннем пространстве шкафа, по меньшей мере, по одному в каждой термоизолированной секции, причем каждая термоизолированная секция обслуживается своим набором вентиляторов, установленным в, по меньшей мере, одну вентиляторную стену.
Недостатком устройства является относительно низкая эффективность охлаждения, а также вибрационной и звуковой защиты.
40
+
-17
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство для размещения лазерного и оптического оборудования транспортируемого оптического стандарта частоты на одиночном ионе Са («А compact, transportable single-ion optical clock with 7.8×10 systematic uncertainty»; Applied Physics B, Volume 123, Issue 4, article id. 112, 9 pp., 04/2017).
Устройство представляет собой теплоизолированный корпус в форме прямоугольного параллелепипеда, размещенный на активной виброизоляционной платформе, внутри которого расположена вакуумная камера с системой поддержания заданной температуры. Пространство внутри корпуса и вакуумной камеры предназначено для размещения высокочувствительных лазерных и оптических компонентов транспортируемого оптического ионного стандарта частоты.
Недостатком наиболее близкого технического решения является недостаточная эксплуатационная надежность.
Это обусловлено целым рядом факторов, в частности, низкой защищенностью от звуковых и вибрационных помех, недостаточным экранированием от внешних магнитных полей, отсутствием защиты от запыленности, повышенными габаритами и объемом, затрудненным доступом к оптическим и лазерным компонентам, пониженными характеристиками стабильности стандарта частоты, построенного на основе данной системы.
Задача, которая решается в полезной модели, направлена на создание шкафа для лазерного и оптического оборудования, отличающегося повышенной эксплуатационной надежностью в условиях вибрационных и акустических воздействий.
Требуемый технический результат заключается в повышении эксплуатационной надежности устройства путем повышения защищенности от вибрационных и акустических воздействий.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в устройстве, выполненном в виде шкафа в форме прямоугольного параллелепипеда с напольной установкой, оснащенном средствами размещения оптических и лазерных компонентов, включая полки для размещения оптических плит с лазерным и оптическим оборудованием, согласно полезной модели, боковые стенки шкафа представляют собой герметичные трехслойные панели, в которых внутренний слой выполнен из теплоизолирующего материала, внешний слой выполнен из звукоотражающего материала, а промежуточный слой выполнен из алюминий-магниевого сплава АМг6, днище шкафа выполнено в виде пластины из алюминий-магниевого сплава АМг6 с возможностью жесткого крепления к виброизоляционной плите через переходную пластину, что обеспечивает виброзащиту ввиду отсутствия прямого механического контакта шкафа с полом, а верхняя стенка шкафа выполнена с возможностью подачи внутрь шкафа по гибкой гофре потока воздуха от термоэлектрического охладителя, устанавливаемого над шкафом.
На чертеже представлен шкаф для лазерного и оптического оборудования (слева - в сборе, справа - со снятой передней стенкой) совместно с термоэлектрическим охладителем, виброизоляционной плитой и вспомогательным защитным корпусом, предназначенный для размещения чувствительного к внешним магнитным полям оборудования.
На чертеже обозначены:
1 - шкаф;
2 - полки шкафа;
3 - оптические плиты;
4 - внешний звукоотражающий слой защитных стенок шкафа;
5 - внутренний теплоизолирующий слой защитных стенок шкафа;
6 - термоэлектрический охладитель;
7 - виброизоляционная плита;
8 - вспомогательный пластиковый защитный корпус.
Шкаф 1 для лазерного и оптического оборудования выполнен в форме прямоугольного параллелепипеда с напольной установкой, оснащенного средствами размещения оптических и лазерных компонентов, включая полки 2 для размещения оптических плит 3 с лазерным и оптическим оборудованием.
В шкафу имеется экранированный от внешних магнитных полей отсек, внутри которого устанавливается защитный кожух 8, предназначенный для размещения чувствительного к внешним магнитным полям оборудования, например, вакуумного оптического спектроскопа.
Кроме того, боковые стенки шкафа представляют собой герметичные трехслойные панели, в которых внутренний слой 5 выполнен из теплоизолирующего материала, внешний слой 4 выполнен из звукоотражающего материала, а промежуточный слой выполнен из алюминий-магниевого сплава АМг6.
Днище шкафа выполнено в виде пластины из алюминий-магниевого сплава АМг6 с возможностью жесткого крепления к виброизоляционной плите 7 через переходную пластину, что обеспечивает виброзащиту ввиду отсутствия прямого механического контакта шкафа с полом, а верхняя стенка шкафа выполнена с возможностью подачи внутрь шкафа по гибкой гофре потока воздуха от термоэлектрического охладителя 6, устанавливаемого на горизонтальную поверхность непосредственно над шкафом и не имеющего жесткого механического контакта со шкафом, что уменьшает передачу на шкаф вибрационных возмущений.
Дополнительно к указанному предусмотрена возможность подключения к находящемуся внутри шкафа оборудованию через отверстия в верхней стенке шкафа электрических кабелей, закрепленных над шкафом и висящих свободно, что также обеспечивает вибрационную устойчивость конструкции.
Полки для размещения оптических плит с лазерным и оптическим оборудованием могут быть выполнены из немагнитной коррозионностойкой стали 12Х18Н10Т толщиной 2 мм, размеры устанавливаемых на полки шкафа оптических плит с лазерным и оптическим оборудованием составляют 400×400 мм, полки для размещения оптических плит с лазерным и оптическим оборудованием выполнены регулируемыми по высоте с шагом 15 мм, защитные стенки шкафа могут иметь от 16 до 24 крестообразных прорезей размером 110×110 мм, предназначенных для возможности дополнительного подключения размещенных внутри шкафа оптических и лазерных компонентов к внешним устройствам, что внутренний теплоизолирующий слой защитных трехслойных стенок шкафа может быть изготовлен из вспененного фольгированного полиэтилена (пенофола) толщиной 5 мм, термоэлектрический охладитель соединяется обратной связью с датчиком температуры, установленным внутри шкафа, для автоматизированного контроля рабочей температуры внутри шкафа, шкаф оснащен системой двойной фильтрации воздуха, подаваемого во внутреннее пространство шкафа, имеющей в своем составе фильтрующие прокладки грубой и тонкой очистки, и системой осушения воздуха, подаваемого во внутреннее пространство шкафа, имеющей в своем составе адсорбирующий материал в виде силикагеля КСМГ.
Внутри шкафа поддерживается избыточное давление в диапазоне от 1 до 5 кПа, не допускающее попадания пыли внутрь шкафа, шкаф содержит 5 полок для размещения оптических плит с лазерным и оптическим оборудованием, высота шкафа составляет 1330 мм, размеры шкафа по ширине и длине составляют 433×467 мм, в качестве материала, которым покрывается пластиковый защитный корпус и защитные панели шкафа, используется универсальное экранирующее покрытие HNG100 толщиной 80 мкм с коэффициентом экранирования электромагнитного поля 100 дБ на частоте 1 ГГц.
Шкаф используется следующим образом.
На оптические плиты, установленные на полках шкафа, устанавливается лазерное и оптическое оборудование. Может производиться предварительная юстировка оборудования. При снятых передней, а при необходимости и других стенках производится подключение электрических кабелей а, при необходимости, также и соединение оборудования между собой при помощи волоконных световодов. После подключения оборудования и его окончательной юстировки производится герметизация шкафа. Устанавливаются четыре защитные трехслойные стенки, подключается и запускается активная виброизоляционная плита.
Виброизоляционная плита совместно с внешним звукоотражающим слоем защитных стенок обеспечивает демпфирование акустических колебаний в широком диапазоне частот от нескольких сотен до нескольких тысяч герц на величину порядка 10 дБ. Крепление шкафа к плите производится через его основание винтами М4 с потайными головками. Такими же винтами с обратной стороны крепится к основанию оптическая плита для размещения защищаемого оборудования, находящегося в нижнем отсеке шкафа. В верхний отсек шкафа устанавливается вспомогательный защитный корпус, предназначенный для размещения оборудования, чувствительного к внешним магнитным полям, например, вакуумный оптический спектроскоп. Пластиковый защитный корпус имеет форму прямоугольного параллелепипеда габаритами 400×450×365 мм со скругленными ребрами и углами, съемными передней и задней стенками и возможностью крепления четырьмя винтами М4 с потайными головками к верхней полке шкафа. Пластиковый защитный корпус и защитные панели шкафа покрываются с наружной стороны самоклеящимся материалом, экранирующим внешние магнитные поля.
После проведения вышеперечисленных действий производится пуск термоэлектрического охладителя, обеспечивающего поддерживание внутри шкафа рабочей температуры с точностью не хуже ±1°С при условии, что температура окружающей среды находится в пределах от 10 до 45°С. Поддержание необходимой температуры внутри шкафа обеспечивается автоматически при помощи промышленного преобразователя ПВТ100 с диапазоном измеряемой температуры от -40 до 80°С и передачей измеренных значений на термоэлектрический охладитель по интерфейсу RS-485.
Конструкция системы автоматического регулирования микроклимата предусматривает защиту внутреннего пространства шкафа от попадания конденсата, образующегося на холодной стороне термоэлектрического охладителя. Уплотнение стыков и герметизация конструкции производится при помощи ленты силиконовой самоклеящейся MATINS 200S толщиной 1,6 мм. Поток воздуха от термоэлектрического охладителя, поступающий внутрь шкафа, обеспечивает поддержание избыточного давления, контролируемого при помощи электромагнитного нормально замкнутого клапана и датчика.
Таким образом, благодаря тому, что боковые стенки шкафа представляют собой герметичные трехслойные панели, в которых внутренний слой выполнен из теплоизолирующего материала, внешний слой выполнен из звукоотражающего материала, а промежуточный слой выполнен из алюминий-магниевого сплава АМг6, днище шкафа выполнено в виде пластины из алюминий-магниевого сплава АМг6 с возможностью жесткого крепления к виброизоляционной плите через переходную пластину, повышается эффективность виброзащиты благодаря отсутствию прямого механического контакта шкафа с полом, а верхняя стенка шкафа выполнена с возможностью подачи внутрь шкафа по гибкой гофре потока воздуха от термоэлектрического охладителя, устанавливаемого на горизонтальную поверхность непосредственно над шкафом, не имеющего жесткого механического контакта со шкафом и не передающего на шкаф вибрационных возмущений, что также улучшает виброзащиту. Кроме того, предусмотрена возможность подключения к находящемуся внутри шкафа оборудованию через отверстия в верхней стенке шкафа электрических кабелей, закрепленных над шкафом и висящих свободно. Все это обеспечивает достижение требуемого технического результата, заключающегося в повышении эксплуатационной надежности устройства путем повышения защищенности от вибрационных и акустических воздействий.