1  真空系統的構成

        激光陀螺在生產中要求其真空系統具有較高的真空度，并且要求真空系統密封效果好、密封性可靠、可充入惰性氣體和啟動快速。要實現這一目標，不同的廠家根據自己的能力和用戶的要求設計出了不同的真空系統。但總的來說，采用的設備大同小異。

        分子泵（次級泵）是這個真空系統的主要抽氣工具，但由于它不能單獨從大氣環境開始工作，因而在它前面要串聯一個能從大氣開始工作而能達到的真空度往往不高的機械泵（前級泵），并在分子泵和機械泵之間串聯一個油擴散泵（增壓泵）。同時，為了在較短的時間內達到超高的真空度，本真空系統還使用了鈦升華泵作為輔助抽氣的無油泵。當然，也有一些系統由于采用了性能較好的分子泵，省略了油擴散泵，而最后一級也可以加入離子泵或鋯泵來提高真空系統的性能。

2、真空系統的主要設備

2.1、真空泵

2.1.1、前級泵

    早期的激光陀螺超高真空臺一般采用油封旋片機械泵作為前級泵。機械泵價格便宜，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：首先，油封機械泵不是無油真空泵，雖然在次級加入冷阱和分子泵可基本消除油污染，但對于超高真空系統來說，仍然存在一定的污染隱患；其次，機械泵排水蒸氣能力較差，這對潮濕環境下的真空作業十分不利；另外，油封機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的氣體。所以現在機械泵有被性能更優越的干泵取代的趨勢。

   干泵分為薄膜式以及羅茨式干泵兩種。抽速從 0.9 米 3 / 小時到 50 米 3 / 小時，具有不產生油污和粉塵、排水蒸氣能力強、 低能耗，堅固耐用，可靠性高的優點，另外應用磁力傳動電機技術的干泵還能夠使軸頭動密封變成靜密封，外漏和內漏做到了 “ 零 ” 泄漏。

2.1.2、增壓泵

    油擴散泵是依靠泵底加熱器加熱油鍋中的泵油達沸騰溫度產生大量油蒸汽，經導油管由各級噴嘴定向高速噴出將壓縮氣體分子排出。它作為分子泵和機械泵之間的增壓泵起到了壓力“傳遞者”的作用。特別是當所使用的分子泵對氫氣壓縮比不高，而機械泵的所能達到的極限真空又不是很高的情況下，油擴散泵確實對改善系統真空度能起到一定的作用。但是油蒸汽對真空裝置所造成的油污染是相當嚴重的，同時油擴散泵也不能抽除真空裝置內原有的灰塵，啟動和關閉時間較長。隨著分子泵和機械泵性能的改善，很多系統已經淘汰了油擴散泵，采用了干泵加分子泵的無油機組來達到超高真空。

2.1.3、次級泵

    要達到超高真空，大家所熟悉的分子泵當然是必不可少的。它由交流逆變變頻電源驅動電機轉子與靜葉輪相對運動抽除、拖動、傳輸氣體分子排出。分子泵是無油泵，抽速大，關閉啟動迅速，使用范圍在 6Pa 至 10 -8 Pa ，是達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。之所以稱它們為輔助泵，主要是因為它們對所抽除的氣體具有一定的選擇性，即只對特定氣體如對分子泵難以抽除的 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的工作氣體，如 He 、 Ne 等惰性氣體。這樣即能使整個系統的真空度得到提高，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。這里我們介紹現在在激光陀螺超高真空排氣臺中常用的幾種輔助泵。

a)  鈦升華泵

    當鈦蒸發器被通電加熱后，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定的固態化合物。氣體通常以分子形式撞到鈦膜上，如 H 2 O 或 N 2 等。對氣體分子的捕集形成對氣體的抽速。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 ，對活性氣體的抽速特別是對氫氣的抽速極快，可快速幫助系統達到超高真空。

b)  濺射離子泵

    在正交的電場及磁場作用下，稀薄狀態氣體會產生放電，稱為潘寧放電。應用這一原理，將陽極分割成若干筒型小室，陰極采用鈦板制成。放電產生的氣體陽離子在電場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極筒及泵壁上形成新鮮鈦膜，活潑氣體分子（如氧、氮等）會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、操作方便等優點。

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 ，它的最大優點是對氫及氫的同位素氘、氚等的抽速很大。

    總之，生產激光陀螺的真空臺使用的真空泵應根據自身的需要合理配置。采用低配置可以是機械泵＋擴散泵＋分子泵＋鈦升華泵的組合，它的成本比較低，如果嚴格按照生產工藝操作，仍然可以獲得比較理想的真空度。當然，也可采用更加高級的配置，按照真空度由低到高的順序可以是機械泵（干泵）＋分子泵＋離子泵＋鈦泵＋鋯泵的組合。這樣的系統近乎完美，可以達到 10 -8 Pa 的極限真空，滿足生產高精度激光陀螺的要求。當然，這樣的系統價格昂貴，而且對管道和閥門的密封性也提出了更高的要求。