1  真空系統(tǒng)的構(gòu)成

        激光陀螺在生產(chǎn)中要求其真空系統(tǒng)具有較高的真空度，并且要求真空系統(tǒng)密封效果好、密封性可靠、可充入惰性氣體和啟動(dòng)快速。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，不同的廠家根據(jù)自己的能力和用戶的要求設(shè)計(jì)出了不同的真空系統(tǒng)。但總的來說，采用的設(shè)備大同小異。

        分子泵（次級(jí)泵）是這個(gè)真空系統(tǒng)的主要抽氣工具，但由于它不能單獨(dú)從大氣環(huán)境開始工作，因而在它前面要串聯(lián)一個(gè)能從大氣開始工作而能達(dá)到的真空度往往不高的機(jī)械泵（前級(jí)泵），并在分子泵和機(jī)械泵之間串聯(lián)一個(gè)油擴(kuò)散泵（增壓泵）。同時(shí)，為了在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到超高的真空度，本真空系統(tǒng)還使用了鈦升華泵作為輔助抽氣的無油泵。當(dāng)然，也有一些系統(tǒng)由于采用了性能較好的分子泵，省略了油擴(kuò)散泵，而最后一級(jí)也可以加入離子泵或鋯泵來提高真空系統(tǒng)的性能。

2、真空系統(tǒng)的主要設(shè)備

2.1、真空泵

2.1.1、前級(jí)泵

    早期的激光陀螺超高真空臺(tái)一般采用油封旋片機(jī)械泵作為前級(jí)泵。機(jī)械泵價(jià)格便宜，適合在粗真空和中真空中使用，因而被廣泛采用。但它也有明顯的缺點(diǎn)：首先，油封機(jī)械泵不是無油真空泵，雖然在次級(jí)加入冷阱和分子泵可基本消除油污染，但對(duì)于超高真空系統(tǒng)來說，仍然存在一定的污染隱患；其次，機(jī)械泵排水蒸氣能力較差，這對(duì)潮濕環(huán)境下的真空作業(yè)十分不利；另外，油封機(jī)械泵自身密封性較差，因此不利于抽除和傳輸含有放射性物質(zhì)的氣體。所以現(xiàn)在機(jī)械泵有被性能更優(yōu)越的干泵取代的趨勢(shì)。

   干泵分為薄膜式以及羅茨式干泵兩種。抽速?gòu)?0.9 米 3 / 小時(shí)到 50 米 3 / 小時(shí)，具有不產(chǎn)生油污和粉塵、排水蒸氣能力強(qiáng)、 低能耗，堅(jiān)固耐用，可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，另外應(yīng)用磁力傳動(dòng)電機(jī)技術(shù)的干泵還能夠使軸頭動(dòng)密封變成靜密封，外漏和內(nèi)漏做到了 “ 零 ” 泄漏。

2.1.2、增壓泵

    油擴(kuò)散泵是依靠泵底加熱器加熱油鍋中的泵油達(dá)沸騰溫度產(chǎn)生大量油蒸汽，經(jīng)導(dǎo)油管由各級(jí)噴嘴定向高速噴出將壓縮氣體分子排出。它作為分子泵和機(jī)械泵之間的增壓泵起到了壓力“傳遞者”的作用。特別是當(dāng)所使用的分子泵對(duì)氫氣壓縮比不高，而機(jī)械泵的所能達(dá)到的極限真空又不是很高的情況下，油擴(kuò)散泵確實(shí)對(duì)改善系統(tǒng)真空度能起到一定的作用。但是油蒸汽對(duì)真空裝置所造成的油污染是相當(dāng)嚴(yán)重的，同時(shí)油擴(kuò)散泵也不能抽除真空裝置內(nèi)原有的灰塵，啟動(dòng)和關(guān)閉時(shí)間較長(zhǎng)。隨著分子泵和機(jī)械泵性能的改善，很多系統(tǒng)已經(jīng)淘汰了油擴(kuò)散泵，采用了干泵加分子泵的無油機(jī)組來達(dá)到超高真空。

2.1.3、次級(jí)泵

    要達(dá)到超高真空，大家所熟悉的分子泵當(dāng)然是必不可少的。它由交流逆變變頻電源驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子與靜葉輪相對(duì)運(yùn)動(dòng)抽除、拖動(dòng)、傳輸氣體分子排出。分子泵是無油泵，抽速大，關(guān)閉啟動(dòng)迅速，使用范圍在 6Pa 至 10 -8 Pa ，是達(dá)到超高真空理想的主抽泵

2.1.4、其他輔助泵

    要使激光陀螺快速得達(dá)到超高真空并加以維持，我們還需要各類輔助抽氣泵。之所以稱它們?yōu)檩o助泵，主要是因?yàn)樗鼈儗?duì)所抽除的氣體具有一定的選擇性，即只對(duì)特定氣體如對(duì)分子泵難以抽除的 H 2 、 H 2 O 等活性氣體分子形成有效抽速，而幾乎不抽除陀螺內(nèi)的工作氣體，如 He 、 Ne 等惰性氣體。這樣即能使整個(gè)系統(tǒng)的真空度得到提高，又可以起到提純工作氣體的作用。另外，這些泵主要依賴物理化學(xué)作用工作，使用壽命比主抽泵短，因而只能扮演輔助泵的角色。這里我們介紹現(xiàn)在在激光陀螺超高真空排氣臺(tái)中常用的幾種輔助泵。

a)  鈦升華泵

    當(dāng)鈦蒸發(fā)器被通電加熱后，鈦就大量升華，新鮮鈦沉積在器壁四周，并與碰撞到器壁鈦膜上的活性氣體原子形成穩(wěn)定的固態(tài)化合物。氣體通常以分子形式撞到鈦膜上，如 H 2 O 或 N 2 等。對(duì)氣體分子的捕集形成對(duì)氣體的抽速。這就是鈦升華泵的工作原理。鈦升華泵的工作范圍在 10 -2 至 10 -9 Pa ，對(duì)活性氣體的抽速特別是對(duì)氫氣的抽速極快，可快速幫助系統(tǒng)達(dá)到超高真空。

b)  濺射離子泵

    在正交的電場(chǎng)及磁場(chǎng)作用下，稀薄狀態(tài)氣體會(huì)產(chǎn)生放電，稱為潘寧放電。應(yīng)用這一原理，將陽(yáng)極分割成若干筒型小室，陰極采用鈦板制成。放電產(chǎn)生的氣體陽(yáng)離子在電場(chǎng)作用下加速飛向陰極，氣體離子射入陰極與鈦形成鈦化合物而被固定抽除。另一方面，氣體離子在陰極板上引起濺射，濺射出的活性金屬鈦在陽(yáng)極筒及泵壁上形成新鮮鈦膜，活潑氣體分子（如氧、氮等）會(huì)被新鮮鈦膜吸附而被抽除。這就是濺射離子泵的工作原理。濺射離子泵的工作范圍為 10 -4 Pa 至 10 -8 Pa ，它具有清潔無油、真空度高、無噪聲、無振動(dòng)、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。

c)  鋯鋁吸氣泵

    鋯鋁吸氣泵是一種吸氣劑泵。它 用鋯鋁壓帶制成，在 400 0 C 下工作，只抽除活性氣體，工作范圍 10 -3 Pa 至 10 -9 Pa ，它的最大優(yōu)點(diǎn)是對(duì)氫及氫的同位素氘、氚等的抽速很大。

    總之，生產(chǎn)激光陀螺的真空臺(tái)使用的真空泵應(yīng)根據(jù)自身的需要合理配置。采用低配置可以是機(jī)械泵＋擴(kuò)散泵＋分子泵＋鈦升華泵的組合，它的成本比較低，如果嚴(yán)格按照生產(chǎn)工藝操作，仍然可以獲得比較理想的真空度。當(dāng)然，也可采用更加高級(jí)的配置，按照真空度由低到高的順序可以是機(jī)械泵（干泵）＋分子泵＋離子泵＋鈦泵＋鋯泵的組合。這樣的系統(tǒng)近乎完美，可以達(dá)到 10 -8 Pa 的極限真空，滿足生產(chǎn)高精度激光陀螺的要求。當(dāng)然，這樣的系統(tǒng)價(jià)格昂貴，而且對(duì)管道和閥門的密封性也提出了更高的要求。