【更新】Light Conversion飞秒激光器冷水机的使用注意与维护

        Light Conversion飞秒固体激光器的绝大部分型号采用TERMOTEK或SMC品牌的冷水机（或称水冷机）进行散热和控温。要确保激光器处于最佳的工作状态，冷水机的运行环境和日常运行状态也是值得注意的一个方面。根据多年客户现场的安装经验，小编在上一版《Light Conversion飞秒激光器冷水机的维护》基础上，对冷水机使用的相关要素总结更新如下，供用户参考。

一、运行环境的要求

        1）温度：冷水机安装环境的温度要全年保持在20-30℃之间，最好的情况是环境温度与冷水机的设定水温相同。冷水机的设定水温通常在22-24℃之间（每台激光器不同）。过高或过低的环境温度不利于冷水机快速到达设定温度，影响激光器的运行。如果环境温度低于15℃，TERMOTEK的冷水机有时可能难于启动或需要预热很长时间；环境温度高于35℃时，冷水机的排风系统散热困难，难于达到制冷的温度。

        2）相对湿度：根据指标规定，环境湿度需小于80%（非冷凝）。不仅激光器的运行需要避免冷凝（结露），冷水机也是如此。如果环境温湿度都很高，制冷后的水温会使水管外部以及冷水机内部结露。比如，根据露点表（Dewpoint Table），30℃+80%相对湿度下，温度降到26.2℃将会结露，而通常冷水机制冷后的水温小于24℃，因此，需要避免在此环境温湿度下运行。

图1.露点表：不同温湿度条件下的结露温度

        3）隔间。冷水机最好放置在隔间，避免与激光器在同一房间内。这一方面是因为冷水机的排风会比较大，排出的热风会影响激光器实验室的温度，激起的空气湍流会影响激光器后续设备如光参量放大器（OPA）的运行稳定性；另一方面，有的冷水机如TERMOTEK的噪音会比较明显（<70dB）。

二、运行注意事项

        1）独立电源。需要220V10A的独立电源（墙插）接入。尽管冷水机和激光器标明的总功率并非很高，但是根据Light Conversion的经验和安装要求，为了确保激光器的稳定，冷水机应避免与激光器使用同一个220V10A的电源。如果二者使用同一个220V10A电源，即使功率没有超过电源的额定功率，有时也会因电源问题影响激光器的稳定性。下图显示了在某实验室的测试情况，冷水机与激光器共用同一个220V10A电源与二者使用两个独立的220V10A电源时激光器功率稳定性的对比，可以看到，当共用同一个220V10A电源时，有时激光器的输出功率需要很长时间才能达到最佳稳定状态。

图2.激光器功率稳定性：冷水机与激光器共用220V10A电源 vs分别使用单独的220V10A电源

        2）水质。为了使冷水机的内循环水长时间使用不变质，建议采用蒸馏水（如屈臣氏蒸馏水）。冷水机禁止使用除藻剂，蒸馏水可以在水质变差堵塞滤芯之前坚持更长的时间，保证流速和激光器的稳定运行。尽管II型及更低级的去离子水（电阻率<18 MΩ•cm）也可以使用，但经验显示通常只需要较短时间滤芯就会明显变色和堵塞而需要更换。因此，建议使用屈臣氏类蒸馏水。

        3）水位。冷水机有标注最小（min）和最大（max）水位。当水位偏低，冷水机或远程控制的激光器会提示警告（level low）；水位超过max水位，则不会有警告，但仍需要避免如此，因为如果运行时的水位超过max，当激光器和冷水机停止运行时，水管中的水会部分回流到冷水机水箱而导致水位升高，很可能使水从冷水机中溢出。

        4）进水口的塞子或盖子。进水口的塞子（TERMOTEK）或盖子（SMC）应避免拧太紧，因为当激光器和冷水机停止运行时，水管中的水会部分回流到冷水机水箱而导致内部压力升高。塞子或盖子保持适当的松弛可以减缓回流水压对内部元件的冲击，降低水箱和内部连接水管开裂的风险。

图3.TERMOTEK和SMC冷水机进水口的塞子或盖子

        5）设定的水温。出厂或维修后设定的水温通常不要改变。Light Conversion的每台飞秒激光器的冷水机都在测试时根据激光器的校准和优化进行了水温的设定， 在不同的水温下运行可能会导致输出光束的性能改变，因此，通常不建议在安装时修改厂家设好的温度。

        6）流速与共用。通常冷水机的流速是激光器出厂时调好的，而如果另外接了除激光器之外的其它设备如OPA，流速会有改变。为保证激光器正常工作与安全，冷水机的流速通常在3-5L/min。流速过低可能导致激光器内制冷不足；而当流速过高时，内部水管可能有漏水的风险。通常不建议与Light Conversion之外的设备共用一台冷水机，避免因冷水机制冷能力不足而影响激光器的正常运行。

        7）不能提前关停冷水机。通常Light Conversion通过激光器app远程控制冷水机的运行，确保冷水机在激光器启动时运行，并在激光器关闭后自动关停冷水机，保证激光器的安全。新版的Pharos-PH2和Carbide-CB3软件的advanced部分有单独的冷水机（Chiller）开关，方便用户更早一些开启冷水机，避免因与环境温差大造成激光器启动时水温不能及时达到指定温度而报错的问题；但记得不要在激光器运行时手动关闭冷水机——冷水机也会在激光器运行停止后自动关停。对于个别需要手动启动的冷水机，切记要提前启动冷水机，并在激光器完全关闭后再关停冷水机。

三、日常维护

        1）加水。建议每天或每两天观察水位是否下降，避免激光器因水位低而报警。通常可以让水位保持在略低于max的位置。

        2）适当微调流速。对于TERMOTEK冷水机，运行两个月后，流速可能会因滤芯部分堵塞而降低。可以通过按前面板的Roll/info按键切换温度和流速显示。如果流速明显降低，可以提高流速到原来的水平（初始设定通常在3-4L/min之间）。如果激光器在使用大能量preset模式时报错，可以适当提高流速（不要超过5L/min）。TERMOTEK流速调节旋钮在冷水机前面板下方标注Bypass value的位置，顺时针旋转旋钮增大流速（可能需要松开外圈的锁紧螺环），逆时针旋转减小流速。

        3）换水和换滤芯。为了防止微生物或藻类的形成导致流速过慢以及报错，定期更换内循环水和滤芯很重要。一般建议3-6个月更换一次内循环水，6-12个月更换一次滤芯。如果冷水机所处环境的温度较高或者滤芯颜色较深，可以提高更换的频率。换水和换滤芯的操作见下文。

四、换水和换滤芯

        下面分别介绍TERMOTEK和SMC冷水机换水和更换滤芯的操作。

1.TERMOTEK冷水机

图4.TERMOTEK P300系列冷水机

操作步骤：

        1）通过软件关停激光器，拔掉冷水机电源线。

        2）排水。排水方法有三种：（1）从冷水机前面板的右下角底部排水;（2）从后面板右下方的回水口排水；（3）配置了便携底托的冷水机，可以通过底托的可伸缩水管排水。

        当选择方法（1）时，需要将冷水机放到高位，底部放水桶，用六角扳手或M6内六角扳手拧开底部螺丝排水。排空水后，重新拧上底部螺丝。底部螺丝不要用内六角扳手拧太紧，避免橡胶垫片失效而缓慢漏水。

图5，排水方法（1）：底部排水展示

        当选择方法（2）时，需要先按压连接水管的气动接头的弹片（下图黄色箭头），再拔水管（下图蓝色箭头）。通常，回水水管通过气动接头预留一段水管做排水使用。接水的盆子尽可能矮，便于排水。

图6.排水方法（2）：回水口与气动接头展示

        当选择方法（3）时，黑色水管的接头为较小的公制气动接头（PU），便于拔插。拔插方法与方法（2）相同。接水的盆尽可能矮，便于排水。

图7.排水方法（3）：带底托时的排水口

        3）水箱排水后，激光器水管中的水也尽可能排出。然后，重新插回水管。确认水管插紧，以防运行时漏水。

        4）更换滤芯和过滤器清理。滤芯使用久了，会由白变灰甚至变成绿色。

图8.新的滤芯 vs老旧的滤芯

        先顺时针旋转取下过滤器（如下图所示），排出里面的水，去除旧滤芯并清洁过滤器。清洁好后，更换新滤芯，装好过滤器。过滤器用手拧紧即可，不需要使用工具过度用力，防止过紧导致防水垫片漏水。

图9.取下过滤器的操作演示

        5）加水。打开前面板加水口的盖子，将水加到max。为了更好地排气，可以将排气帽（pump bleeding）拔出（气动接头，拔出方法与上面相同）。加好水后，盖上盖子，并记得排气帽插回。

图10.排气帽（红色）：切勿在没有安装好排气帽的情况下运行冷水机

        6）启动冷水机与补水。更换好冷却水和滤芯后，接通冷水机电源线，并启动冷水机。冷水机可以通过激光器软件、手动启动或者启动激光器远程触发冷水机等方式启动。冷水机启动后，水位会快速下降甚至报警，需要立刻补水。如果冷水机因水位低报警而停止运行，要在激光器停止运行的情况下拔插冷水机电源线，重新启动冷水机并补充水位，直至水位接近max并不再下降。

        如果换水后冷水机无法启动并没有流速，很可能是因为气阻导致，冷水机需要排气。排气的方法：

        首先，关停激光器和冷水机。

        第二步，拔出排气帽（方法见上文），取20-30cm的6mm水管插入泵放气帽的管孔，水管的另一端对准加水口。

        第三步，拔插冷水机电源线，重启冷水机，使排气口的水通过6mm水管排入进水口约30秒至1分钟。此时水管中的空气基本排完，再按上述方法停止冷水机的运行。

        最后，将排气帽和加水口的塞子还原，重新启动冷水机。

        7）最后确认。运行冷水机几分钟使水中的微气泡排出，水位稳定。确认水温可以达到设定温度，流速显示在正常范围。加上进水口的塞子，无需拧很紧，保持轻松拔出的状态。

2.SMC冷水机

图11.SMC冷水机的前面板

        SMC冷水机换水和换滤芯的操作与TERMOTEK冷水机相似。步骤如下：

        1）通过软件关闭激光器并使冷水机也停止运行。

        2）排水。机身前下方的“DRAIN”标记处为排水口。用6mm或8mm的水管插入排水口即可排水。

        3）更换滤芯并清理过滤器。SMC的过滤器和滤芯与TERMOTEK相同，更换和清洁方法也相同。

图12.SMC冷水机的后面板

        4）加水。SMC加水口在前面板左上方（图11）。通过加水口下方的半透明竖条查看水位，水位要超过竖条的下端并且不超过竖条的上端。

        5）启动冷水机和补水。换好水和滤芯后，启动冷水机并补水，直到水位不再下降且接近最大位置为止。

        6）最后确认。运行冷水机几分钟使水中气泡排出，水位稳定。确认水温可以达到设定温度。拧上加水口的盖子，无需拧得很紧。

        以上就是本期全部内容。希望您的冷水机始终处于最佳的运行状态，为激光器的稳定运行保驾护航。如有相关的任何疑问，光量科技随时欢迎您与我们取得联系。

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