遠場雷射功率分布測量器的製作方法

2023-09-17 03:15:50 4

專利名稱：遠場雷射功率分布測量器的製作方法
技術領域：
本發明屬於雷射參數測量的裝置，特別是一種遠場雷射功率分布測量器。
背景技術：
雷射技術是一新興技術，它已滲透到人們生活與生產的各個角落，而雷射眩目器 技術是雷射技術的重要分支之一。雷射眩目器及類似機關器的雷射功率強，若在檢測時稍 不注意會對人造成一定的傷害，這就需要一個高效安全的雷射測量設備用來解決對雷射參 數的評估，以提高測量效率。同時此種雷射脈衝寬度窄，這需要有高速信號處理能力的系統 與它相適應，減少雷射信息的損失以提高測量準確度。為了解決這一問題，許多研究人員做了相關努力，如北京光電技術研究所申請的 專利，將雷射照射在具有朗伯特性的漫反射靶上，將CCD成像模塊放置在漫反射靶的反射 光區之中用於對漫反射靶的漫反射光成像，通過數據線與採集裝置，輸入數據處理模塊，對 數據進行分析。漫反射靶對被測雷射進行漫反射，使其產生漫反射特性與入射光的特性相 同，在漫反射靶上開有小孔，靶背後有能量功率探頭接收通過漫反射靶雷射光束對其進行 測量，然後進行數據測量。同時也有一些文章選擇採集256路信號通過4-6線解碼器16片 十六選一模擬開關對信號進行採集，因為對雷射信號採集的數量有限，處理晶片選用單片 機，所以處理速度不理想，這使得測量信號的精度和準確度打折扣，對雷射的測量造成了誤 差。同時由於大氣對雷射的光強也有影響受大氣影響的光斑被接收這更加降低了測量的質 量，帶來不必要的損失。總之，現有的儀器有著功能不夠齊全，數據採集有限，數據計算誤差較大等缺點， 不能較好的適應高效率的檢測

發明內容
本發明的目的在於提供一種可靠性高、測量精確、功能齊全的遠場雷射功率分布 測量器。實現本發明目的的技術解決方案為一種遠場雷射功率分布測量器，包括靶子系 統和瞄準系統，靶子系統包括低反射靶板、探測器陣列、靶板中心指示器、瞄準望遠鏡、光學 裝置、數據採集系統、計算機處理系統；光學裝置均勻排列在低反射靶板上，構成探測器陣 列，靶板中心指示器設置在低反射靶板中心位置，瞄準望遠鏡設置在低反射靶板的正上方； 瞄準系統包括長焦鏡頭的CCD成像裝置，可拆卸的波長為532nm的濾光片，監視器，多維平 移臺；長焦鏡頭的CCD成像裝置設置在多維平移臺上方，可拆卸的波長為532nm的濾光片設 置在長焦鏡頭的(XD成像裝置前方。上述光學裝置包括可拆卸遮光筒、濾光片、衰減片、會聚透鏡、固定遮光筒、PIN探 測器，固定遮光筒的一端設置PIN探測器，固定遮光筒的另一端設置可拆卸遮光筒，在PIN 探測器和可拆卸遮光筒之間設置會聚透鏡，可拆卸遮光筒內靠近會聚透鏡的一端設置衰減 片，在可拆卸遮光筒的另一端設置濾光片。
上述數據採集系統包括線性衰減網絡、峰值保持電路、A/D轉換電路、緩衝器電路、 信號讀取單元、信號控制單元；線性衰減網絡接收探測器光學裝置輸出的光電轉化信號，並 將該信號進行選擇倍率衰減，峰值保持電路的輸入端與線性衰減網絡的輸出端相連接，接 收線性衰減網絡輸出的信號，並將該窄脈寬信號延時保持，A/D轉換電路的輸入端接峰值保 持電路的輸出端，將峰值保持電路輸出的模擬信號轉化為數位訊號，緩衝器電路的輸入端 接A/D轉換電路的輸出端，將轉化後的數位訊號進行儲存，信號讀取單元的輸入端接緩衝 器電路的輸出端，將存儲的信號進行讀取與控制；信號控制單元的輸入端接信號讀取單元 的輸出端，信號控制單元的輸出端接計算機處理系統的輸入端，控制信號讀取單元讀取信 號並將讀取的信號傳輸給計算機處理系統。本發明與現有技術相比，其顯著優點1)採用計算機等高速設備，可測量雷射束 在垂直平面上的強度分布，輻照量區間的百分率，遠場光斑的直徑，雷射總能量，透過率等 參數，測量的可靠性高，測量結果精確；2)採用雷射靶板接收信號，採集的數量龐大，給數 據處理提供了豐富的基礎；3)採用高性能數據處理系統，能夠精確測量雷射靶接收的龐大 數據信號。


圖1是本發明的遠場雷射功率分布測量器整體結構圖。圖2是本發明的遠場雷射功率分布測量器中探測器光學系統結構示意圖。圖3是本發明的遠場雷射功率分布測量器中數據採樣系統原理圖。圖4是本發明的遠場雷射功率分布測量器中探測器陣列結構圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。結合圖1，本發明的遠場雷射功率分布測量器，包括靶子系統22和瞄準系統23，靶 子系統包括低反射靶板15、探測器陣列18、靶板中心指示器16、瞄準望遠鏡17、光學裝置 27、數據採集系統、計算機處理系統；光學裝置27均勻排列在低反射靶板15上，構成探測器 陣列18，靶板中心指示器16設置在低反射靶板15中心位置，瞄準望遠鏡17設置在低反射 靶板15的正上方；瞄準系統23包括長焦鏡頭的(XD成像裝置19，可拆卸的波長為532nm 的濾光片21，監視器20，多維平移臺24 ；長焦鏡頭的(XD成像裝置19設置在多維平移臺24 上方，可拆卸的波長為532nm的濾光片21設置在長焦鏡頭的(XD成像裝置19前方。靶子 系統22上設置可拆卸的反光布26。探測器陣列18由40X40個均勻排布的光學裝置27固定在低反射靶15上組成， 該探測器陣列18採用模塊化結構，每個模塊包括均勻分布的16個光學裝置27。每個模塊 由一個FPGA控制，共有100個FPGA。整個探測器陣列由1600個光學裝置27模塊組成，每 個模塊具有單獨的信號採用和處理功能。靶子系統22下方設置位置可調節的專用支架25。結合圖2，本發明的遠場雷射功率分布測量器的光學裝置27包括可拆卸遮光筒1、 濾光片2、衰減片3、會聚透鏡4、固定遮光筒5、PIN探測器6，固定遮光筒5的一端設置PIN 探測器6，固定遮光筒5的另一端設置可拆卸遮光筒1，在PIN探測器6和可拆卸遮光筒1
4之間設置會聚透鏡4，可拆卸遮光筒1內靠近會聚透鏡4的一端設置衰減片3，在可拆卸遮 光筒1的另一端設置濾光片2。結合圖3，本發明的遠場雷射功率分布測量器的數據採集系統包括線性衰減網絡 8、峰值保持電路9、A/D轉換電路10、緩衝器電路11、信號讀取單元12、信號控制單元13 ；線 性衰減網絡8接收探測器光學裝置輸出的光電轉化信號，並將該信號進行選擇倍率衰減， 判斷此信號是否在預定的範圍內，選擇不同的電阻實現不同的倍率衰減，選擇好倍率的信 號進入下一級處理電路，峰值保持電路9的輸入端與線性衰減網絡8的輸出端相連接，接收 線性衰減網絡8輸出的信號，並將該窄脈寬信號延時保持，A/D轉換電路10的輸入端接峰 值保持電路9的輸出端，將峰值保持電路9輸出的模擬信號轉化為數位訊號，緩衝器電路11 的輸入端接A/D轉換電路10的輸出端，將轉化後的數位訊號進行儲存，信號讀取單元12的 輸入端接緩衝器電路11的輸出端，將存儲的信號進行讀取與控制；信號控制單元13的輸 入端接信號讀取單元12的輸出端，信號控制單元13的輸出端接計算機處理系統14的輸入 端，控制信號讀取單元12讀取信號並將讀取的信號傳輸給計算機處理系統14。信號讀取單元12接收緩衝器電路的信號，該單元包括100個FPGA，分別讀取100 個模塊輸出的信號。並等待信號控制單元13發出接收信號指令，當收到信號接收指令的時 候，再次接收緩衝器電路11輸出的信號。該單元還將讀取到的信號輸入給信號控制單元 13。信號讀取單元12所控制的信號均已符合要求後，將所測信號存入自帶或外置的RAM中， 同時根據下次到來的信號進行數據的刷新。信號控制單元13將接收到信號讀取單元12中100路信號傳輸給計算機處理系統 14，當傳輸完畢後向信號讀取單元12發送接收信號指令。計算機控制系統14採用工控機，能夠介入各種數據卡以及與信號讀取單元連結， 測試結果可以在顯示器上顯示出來，界面內容包括工作狀態、被測項目、顯示方式、選擇等， 測量結果用圖表文字方式顯示。當雷射信號到達探測陣列時，首先由觸發器電路中的PIN管探測器6接收雷射信 號，由採樣電路轉換成數位訊號，信號控制單元13向信號讀取單元12發出控制信號，準備 由探測器陣列接收下一個光脈衝信號進行採樣，然後信號控制單元13向計算機控制系統 14發出請求信號，當所有信號控制單元13全向計算機控制系統14發出請求後計算機向信 號控制單元13發出數據接收指令，信號控制單元13將控制信號傳輸給信號讀取單元12，信 號讀取單元12開始讀取信號，並將採樣數據通過信號控制單元13依次傳入計算機。使用本發明的遠場雷射功率分布測量器時，首先將被測產品與靶子系統22對準， 遠場雷射功率分布測量器中設置了雙向對準方式，在被測產品端採用支架，其上面安裝了 多維移動平臺24，可實現前後左右兩維移動。靶子系統22包括一個專用支架25，專用支架 25與低反射靶板15採用可分離方式。在靶板中心安裝瞄準指示器16，它採用一個大功率 紅色指示燈，作為產品瞄準基點，在瞄準結束後，可以將其移開。低反射靶板15上安裝瞄準 望遠鏡17，用來瞄準被測產品，確保靶平面與雷射束的光軸垂直。瞄準望遠鏡使用完成後 可以拆卸。雷射器和望遠鏡的光軸存在偏差，這將導致測量時雷射束不在靶板的中心或脫 靶。為此，系統中中採用CCD實現對雷射光斑位置的校準。在靶板前放置反光布26，其尺 寸稍大於靶板。瞄準後可拆卸。在被測產品一端設置一套帶長焦鏡頭的C⑶成像裝置19。 為了減少外界可見光對CCD攝像頭的幹擾，在鏡頭前安裝可拆卸的波長為532nm的濾光片21 一個。移動平臺是一維可移動平臺，平移範圍大於120mm，具有仰臥和左右旋轉功能，能 夠對靶板位置驚醒調節；安裝支架是與產品配合的機械接口用以產品間的相互連接；貓準 標誌紅白標杆，上帶有紅綠指示燈，用於靶的方向瞄準；支撐架用來支撐整個產品系統；專 用車輛放置系統設備，測量過程中調節測量的距離。然後利用長焦鏡頭的(XD成像裝置19向靶板前的反光布26瞄準，使反光布26位 於監視器的視場中心，此時，在CCD前安裝濾光片21，當雷射器向靶板發射雷射時，利用帶 長焦鏡頭的C⑶成像裝置19向靶板瞄準，則反光布26反射的雷射信號被(XD接收。在監 視器20上觀察雷射光斑的位置，同時根據光斑位置調節多維平移臺24直至光斑接近反光 布26的中心的位置。由於測試一般是在外場進行的，需要自備電源方案中初步計劃採用便 攜式發電機，在靶板處採用山葉汽油發電機EF2600(2.0KVA)。同時系統中包括許多實驗 設備，另外在試驗過程中需要不斷改變靶板與被測產品的相對距離。為此，配置專用車輛一 臺，用於放置實驗儀器，並在試驗過程中配合靶板進行移動車輛選用南京汽車製造廠生產 的依維柯，型號為得意A40 (NJ6606SFF611-17座)。由於雷射功率可能超出人眼安全範圍，為此需要特別注意安全防護，首先必須提 供完整的安全指示，其次需要配置必要的安全設施，如測試人員需要配置防雷射眼鏡。在靶 板的兩側用軟性材料拉防護欄，計算機系統與靶板必須具有足夠的安全距離。第三，有效的 雷射吸收措施，以防止無用的雷射對周圍人員造成傷害。第四，必須具有方便的通訊手段， 只有在雙方確認後，才可以進行測試工作，包括發射雷射脈衝、進行數據測試等。
權利要求
一種遠場雷射功率分布測量器，其特徵在於包括靶子系統[22]和瞄準系統[23]，靶子系統包括低反射靶板[15]、探測器陣列[18]、靶板中心指示器[16]、瞄準望遠鏡[17]、光學裝置[27]、數據採集系統、計算機處理系統；光學裝置[27]均勻排列在低反射靶板[15]上，構成探測器陣列[18]，靶板中心指示器[16]設置在低反射靶板[15]中心位置，瞄準望遠鏡[17]設置在低反射靶板[15]的正上方；瞄準系統[23]包括長焦鏡頭的CCD成像裝置[19]，可拆卸的波長為532nm的濾光片[21]，監視器[20]，多維平移臺[24]；長焦鏡頭的CCD成像裝置[19]設置在多維平移臺[24]上方，可拆卸的波長為532nm的濾光片[21]設置在長焦鏡頭的CCD成像裝置[19]前方。
2.根據權利要求1所述的遠場雷射功率分布測量器，其特徵在於靶子系統[22]上設 置可拆卸的反光布[26]。
3.根據權利要求1或2所述的遠場雷射功率分布測量器其特徵在於探測器陣列[18] 由40X40個均勻排布的光學裝置[27]固定在低反射靶[15]上組成，該探測器陣列[18] 採用模塊化結構，每個模塊包括均勻分布的16個光學裝置[27]。
4.根據權利要求1或2所述的遠場雷射功率分布測量器，其特徵在於光學裝置[27] 包括可拆卸遮光筒[1]、濾光片[2]、衰減片[3]、會聚透鏡[4]、固定遮光筒[5]、PIN探測 器[6]，固定遮光筒[5]的一端設置PIN探測器[6]，固定遮光筒[5]的另一端設置可拆卸 遮光筒[1]，在PIN探測器[6]和可拆卸遮光筒[1]之間設置會聚透鏡[4]，可拆卸遮光筒[1]內靠近會聚透鏡[4]的一端設置衰減片[3]，在可拆卸遮光筒[1]的另一端設置濾光片[2]。
5.根據權利要求3所述的遠場雷射功率分布測量器，其特徵在於光學裝置[27]包括 可拆卸遮光筒[1]、濾光片[2]、衰減片[3]、會聚透鏡[4]、固定遮光筒[5]、PIN探測器[6]， 固定遮光筒[5]的一端設置PIN探測器[6]，固定遮光筒[5]的另一端設置可拆卸遮光筒 [1]，在PIN探測器[6]和可拆卸遮光筒[1]之間設置會聚透鏡[4]，可拆卸遮光筒[1]內靠 近會聚透鏡[4]的一端設置衰減片[3]，在可拆卸遮光筒[1]的另一端設置濾光片[2]。
6.根據權利要求1所述的遠場雷射功率分布測量器，其特徵在於數據採集系統包括 線性衰減網絡[8]、峰值保持電路[9]、A/D轉換電路[10]、緩衝器電路[11]、信號讀取單元 [12]、信號控制單元[13]；線性衰減網絡[8]接收探測器光學裝置輸出的光電轉化信號， 並將此信號按強弱進行衰減達到可測的範圍，峰值保持電路[9]的輸入端與線性衰減網絡 [8]的輸出端相連接，接收線性衰減網絡[8]輸出的信號，並將該窄脈寬信號延時保持，A/D 轉換電路[10]的輸入端接峰值保持電路[9]的輸出端，將峰值保持電路[9]輸出的模擬信 號轉化為數位訊號，緩衝器電路[11]的輸入端接A/D轉換電路[10]的輸出端，將轉化後的 數位訊號進行儲存，信號讀取單元[12]的輸入端接緩衝器電路[11]的輸出端，將存儲的信 號進行讀取與控制；信號控制單元[13]的輸入端接信號讀取單元[12]的輸出端，信號控制 單元[13]的輸出端接計算機處理系統[14]的輸入端，控制信號讀取單元[12]讀取信號並 將讀取的信號傳輸給計算機處理系統[14]。
7.根據權利要求1或2所述的遠場雷射功率分布測量器，其特徵在於靶子系統[22] 下方設置位置可調節的專用支架[25]。
全文摘要
本發明的一種遠場雷射功率分布測量器，包括靶子系統和瞄準系統，靶子系統包括低反射靶板、探測器陣列、靶板中心指示器、瞄準望遠鏡、光學裝置、數據採集系統、計算機處理系統；光學裝置均勻排列在低反射靶板上，構成探測器陣列，靶板中心指示器設置在低反射靶板中心位置，瞄準望遠鏡設置在低反射靶板的正上方；瞄準系統包括長焦鏡頭的CCD成像裝置，可拆卸的波長為532nm的濾光片，監視器，多維平移臺；長焦鏡頭的CCD成像裝置設置在多維平移臺上方，可拆卸的波長為532nm的濾光片設置在長焦鏡頭的CCD成像裝置前方。本發明的遠場雷射功率分布測量器可靠性高、測量精確、功能齊全、操作簡便。
文檔編號G01J1/04GK101858779SQ200910029360
公開日2010年10月13日 申請日期2009年4月10日 優先權日2009年4月10日
發明者孫斌, 富容國, 常本康, 徐登高, 詹啟海, 邱亞峰, 錢芸生, 魏殿修 申請人:南京理工大學