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脈沖激光能量測(cè)量裝置的制作方法

文檔序號(hào):5915153閱讀:159來(lái)源:國(guó)知局
專利名稱:脈沖激光能量測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本實(shí)用新型涉及激光能量測(cè)量技術(shù),特別涉及一種脈沖激光能量測(cè)量裝置。
背景技術(shù)
脈沖激光包括一系列離散的激光能量脈沖,對(duì)于KHz重復(fù)頻率、納秒級(jí)的脈沖激光很難直接測(cè)出單個(gè)脈沖的激光能量?,F(xiàn)有的脈沖激光能量測(cè)量裝置,采用測(cè)量裝置分別測(cè)量激光輸出平均功率和脈沖頻率,然后通過(guò)公式E = P平均XT(其中,E為脈沖能量、P平均為平均功率、T為脈沖周期)計(jì)算得出單脈沖能量測(cè)量裝置和測(cè)量方法?,F(xiàn)有的測(cè)量裝置需要多臺(tái)測(cè)試儀器組成測(cè)量裝置,測(cè)量裝置繁雜,誤差因素多,在測(cè)量高重復(fù)頻率、窄脈沖的脈沖激光時(shí),難以保證測(cè)量精度。另外也有采用運(yùn)算放大器組成的積分電路進(jìn)行積分來(lái)測(cè)量脈沖激光能量的方法, 這種方法對(duì)運(yùn)算放大器要求高,電路峰值保持和清零狀態(tài)之間切換時(shí)難以平衡靜態(tài)工作點(diǎn),導(dǎo)致測(cè)量誤差大,也很難精確測(cè)量出高重復(fù)頻率、窄脈沖激光的單脈沖激光能量。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提供了一種脈沖激光能量測(cè)量裝置,以提高測(cè)量單脈沖激光能量的精度。本實(shí)用新型提供的脈沖激光能量測(cè)量裝置,包括光探測(cè)器,用于將脈沖激光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào);積分電容,與所述光探測(cè)器串聯(lián),用于積累光探測(cè)器輸出的電流信號(hào)中的電荷并輸出脈沖電壓信號(hào);峰值保持電阻,與所述積分電容并聯(lián),用于將所述脈沖電壓信號(hào)的峰值保持設(shè)定時(shí)間;運(yùn)算放大器,所述運(yùn)算放大器的第一輸入端與所述積分電容的輸出端相連,用于根據(jù)所述脈沖電壓信號(hào)的峰值保持時(shí)間和設(shè)定的放大倍數(shù)輸出相應(yīng)寬度和幅值的脈沖電壓信號(hào);平衡電阻,與所述運(yùn)算放大器的第二輸入端相連,用于使所述運(yùn)算放大器的第一端輸入端的電壓和第二輸入端的電壓保持靜態(tài)平衡。如上所述的脈沖激光能量測(cè)量裝置,其中,所述平衡電阻與峰值保持電阻的阻值相等。如上所述的脈沖激光能量測(cè)量裝置,其中,所述運(yùn)算放大器為儀用放大器。如上所述的脈沖激光能量測(cè)量裝置,其中,還包括第一清零控制模塊和第二清零控制模塊,所述第一清零控制模塊與所述積分電容并聯(lián),用于在接收到清零控制信號(hào)的狀態(tài)下對(duì)所述積分電容進(jìn)行放電以清除積分電容中的全部電荷;
3[0016]所述第二清零控制模塊與所述第一平衡電阻并聯(lián),用于在接收到清零控制信號(hào)的狀態(tài)下接地。如上所述的脈沖激光能量測(cè)量裝置,其中,所述第一清零控制模塊包括第一電阻和第一開關(guān),所述第一電阻和第一開關(guān)串聯(lián)接地;第二清零控制模塊包括第二電阻和第二開關(guān),所述第二電阻和第二開關(guān)串聯(lián)接地。如上所述的脈沖激光能量測(cè)量裝置,其中,所述第一電阻和第二電阻的阻值相等, 且所述第一開關(guān)和第二開關(guān)均為電子開關(guān)。如上所述的脈沖激光能量測(cè)量裝置,其中,還包括模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊,用于將運(yùn)算放大器輸出的所述相應(yīng)寬度和幅值的脈沖電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào);運(yùn)算控制模塊,用于根據(jù)所述數(shù)字信號(hào)采集脈沖電壓峰值并根據(jù)設(shè)定方案得到脈沖激光能量值,且采集完成后發(fā)送清零控制信號(hào);顯示模塊,用于顯示所述脈沖激光能量值。本實(shí)用新型提供的脈沖激光能量測(cè)量裝置,通過(guò)積分電容對(duì)脈沖激光電流信號(hào)中的電荷進(jìn)行積累實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的直接積分,實(shí)現(xiàn)脈沖激光信號(hào)向?qū)捗}沖電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換,該積分過(guò)程不需要設(shè)置復(fù)雜的電路,設(shè)計(jì)巧妙,轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)少,因此可靠性高,使采集到的脈沖電壓峰值更加精確,通過(guò)換算后即可得到更加精確的單脈沖激光能量。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的脈沖激光能量測(cè)量裝置部分電路原理圖;圖2為本實(shí)用新型另一實(shí)施例所提供的脈沖激光能量測(cè)量裝置部分電路原理圖;圖3為本實(shí)用新型又一實(shí)施例所提供的脈沖激光能量測(cè)量裝置的方框圖;圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的脈沖激光能量測(cè)量方法的流程圖。附圖標(biāo)記[0029]G-光探測(cè)器;Cl-光探測(cè)器中電容;C2--積分電容;[0030]Rl-峰值保持電阻;R2-平衡電阻;A-運(yùn)算放大器;[0031]R3-第一電阻;R4-第二電阻;Ql--第一開關(guān);[0032]Q2-第二開關(guān);11-模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊;12--運(yùn)算控制模塊[0033]13-顯示模塊。
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚,下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖,對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實(shí)施例是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例,都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種脈沖激光能量測(cè)量裝置,用于將脈沖激光信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖電壓信號(hào),以利用該脈沖電壓信號(hào)得到脈沖激光能量。圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的脈沖激光能量測(cè)量裝置的部分電路原理圖,如圖1所示,該脈沖激光能量測(cè)量裝置包括光探測(cè)器G、積分電容C2、峰值保持電阻R1、運(yùn)算放大器A和平衡電阻R2。通過(guò)光探測(cè)器將脈沖激光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào),光電探測(cè)器用于接收被測(cè)激光光源發(fā)出的脈沖激光信號(hào),并轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)。積分電容與光探測(cè)器串聯(lián),以將光探測(cè)器輸出的脈沖激光的電流信號(hào)進(jìn)行積分并輸出脈沖電壓信號(hào)。對(duì)于積分電容的電容值的大小根據(jù)峰值保持時(shí)間和將積分電容放電所需的時(shí)間綜合考量進(jìn)行選擇,由于峰值保持時(shí)間越長(zhǎng)所需的電容值越大,而電容值越大放電時(shí)間越長(zhǎng),因此應(yīng)綜合上述的兩個(gè)因素進(jìn)行選擇,即保證使峰值平頂下掉在允許范圍之內(nèi),并使積分電容的放電時(shí)間在合理范圍之內(nèi),不影響下一脈沖的采集。峰值保持電阻Rl與積分電容C2并聯(lián),用于將脈沖電壓信號(hào)的峰值保持設(shè)定時(shí)間。由于脈沖電壓的脈沖寬度通常很窄,因此,脈沖電壓的峰值很難采集,需要通過(guò)峰值保持電阻將脈沖電壓的峰值保持設(shè)定時(shí)間,使脈沖電壓的脈沖寬度展寬到一定寬度,以輸出脈沖寬度較寬的電壓信號(hào),此后可通過(guò)采集裝置采集脈沖電壓的峰值,因此該設(shè)定時(shí)間為自輸出該脈沖電壓信號(hào)至完成脈沖電壓峰值采集的間隔時(shí)間,與采集裝置的處理速度相關(guān),通常為幾個(gè)毫秒??赏ㄟ^(guò)反復(fù)試驗(yàn)及計(jì)算設(shè)置合適的峰值保持電阻阻值的大小以將脈沖電壓的峰值保持設(shè)定時(shí)間,使脈沖電壓的脈沖寬度展寬到一定寬度。運(yùn)算放大器A的第一輸入端1與積分電容C2的輸出端相連,用于根據(jù)脈沖電壓信號(hào)的峰值保持時(shí)間和設(shè)定的放大倍數(shù)輸出相應(yīng)寬度和幅值的脈沖電壓信號(hào)??赏ㄟ^(guò)運(yùn)算放大器A的輸出端3輸出脈沖電壓信號(hào)。經(jīng)過(guò)峰值保持電阻將脈沖電壓信號(hào)的峰值保持一定時(shí)間后,運(yùn)算放大器根據(jù)峰值保持的時(shí)間輸出相應(yīng)寬度的脈沖電壓信號(hào),峰值保持時(shí)間越長(zhǎng),脈沖電壓信號(hào)的脈沖寬度越寬。并且設(shè)置合適的放大倍數(shù),以對(duì)脈沖電壓信號(hào)的幅值進(jìn)行放大,便于后續(xù)對(duì)電壓峰值進(jìn)行采集??筛鶕?jù)需要選擇合適型號(hào)的運(yùn)算放大器,并設(shè)定放大倍數(shù),該設(shè)定的放大倍數(shù)可以是十倍、一百倍等,通常為整數(shù)倍,該放大倍數(shù)的設(shè)定是經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)得到的,與脈沖激光的強(qiáng)度相關(guān),通常脈沖激光的強(qiáng)度越大,脈沖電壓信號(hào)的峰值越大,此時(shí)可設(shè)定較小的放大倍數(shù),不限于本實(shí)施的限定,可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)定。該運(yùn)算放大器優(yōu)選的是采用儀用放大器,儀用放大器具有高輸入阻抗,由于儀用放大器與峰值保持電阻相連后構(gòu)成與峰值保持電阻的并聯(lián)電阻,因此為防止積分電容上電荷的泄放,采用高輸入阻抗的儀用放大器,同時(shí),由于儀用放大器具有高輸入阻抗,可實(shí)現(xiàn)輸入側(cè)與輸出側(cè)電路的隔離,避免輸入側(cè)與輸出側(cè)電路互相干擾。平衡電阻R2與運(yùn)算放大器A的第二輸入端2相連,用于使運(yùn)算放大器A的第一輸入端1的電壓和第二輸入端2的電壓保持靜態(tài)平衡,也就是保證在運(yùn)算放大電路沒有輸入的情況下,靜態(tài)輸出電壓保持在零點(diǎn)??刹捎萌鐖D1所示的方式,將峰值保持電阻Rl與積分電容C2并聯(lián)后接地,平衡電阻R2的一端與運(yùn)算放大器的第二輸入端2相連,另一端接地,因此,運(yùn)算放大器A的第一輸入端1的電壓即為峰值保持電阻Rl相對(duì)于地的電壓,運(yùn)算放大器A的第二輸入端2的電壓即為平衡電阻R2相對(duì)于地的電壓,可將平衡電阻R2的阻值設(shè)置成與峰值保持電阻Rl的電 阻值接近的電阻值,即可使運(yùn)算放大器兩輸入端的電壓保持靜態(tài)平衡。也可設(shè)置一電壓參考點(diǎn),將峰值保持電阻的一端和平衡電阻的一端分別與該電壓 參考點(diǎn)相連,并使峰值保持電阻的阻值與平衡電阻的阻值接近,也可使運(yùn)算放大器第一輸 入端電壓和第二輸入端電壓保持靜態(tài)平衡,并不限于本實(shí)施例圖示提供的連接方式。下面介紹該脈沖激光能量測(cè)量裝置的工作過(guò)程。光電探測(cè)器位于最前端用于接收被測(cè)激光光源發(fā)出的脈沖激光信號(hào),并轉(zhuǎn)換成電 流信號(hào),輸出的電流信號(hào)傳送于積分電容,由于該電流信號(hào)中包含大量電荷,通過(guò)積分電容 將該電荷進(jìn)行積累,也就是對(duì)電流進(jìn)行積分,將電荷積累后輸出脈沖電壓信號(hào),通過(guò)峰值保 持電阻對(duì)積分電容輸出的脈沖電壓信號(hào)中的峰值保持設(shè)定時(shí)間,使脈沖電壓的峰值展寬到 一定寬度,進(jìn)而通過(guò)運(yùn)算放大器輸出寬脈沖的脈沖電壓信號(hào)。輸出該脈沖電壓信號(hào)后可通過(guò)采集裝置采集該脈沖電壓的峰值,進(jìn)而通過(guò)換算得 到脈沖激光能量值。脈沖激光能量值與脈沖電壓峰值成正比關(guān)系,其推導(dǎo)的過(guò)程如下激光照射到光探測(cè)器上產(chǎn)生脈沖激光信號(hào),通過(guò)光電探測(cè)器將脈沖激光信號(hào)轉(zhuǎn)換 為電流信號(hào)。電流與激光功率的關(guān)系為I = K1*P,其中P為激光功率,Kl為將脈沖激光信號(hào)轉(zhuǎn) 換為電流信號(hào)的轉(zhuǎn)換系數(shù),也就是光探測(cè)中光電管的轉(zhuǎn)換系數(shù),I為電流。對(duì)電流的積分為/ Idt = Kl / Pdt,又由于電荷為Q :Q = / Idt,激光能量為E :E = / Pdt,由此,得出 Q = Kl. E。由于積分電容與光電探測(cè)器串聯(lián),積分電容與光探測(cè)器中的電容構(gòu)成串聯(lián)關(guān)系, 因此總電容為
權(quán)利要求1.一種脈沖激光能量測(cè)量裝置,其特征在于,包括 光探測(cè)器,用于將脈沖激光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào);積分電容,與所述光探測(cè)器串聯(lián),用于積累光探測(cè)器輸出的電流信號(hào)中的電荷并輸出脈沖電壓信號(hào);峰值保持電阻,與所述積分電容并聯(lián),用于將所述脈沖電壓信號(hào)的峰值保持設(shè)定時(shí)間;運(yùn)算放大器,所述運(yùn)算放大器的第一輸入端與所述積分電容的輸出端相連,用于根據(jù)所述脈沖電壓信號(hào)的峰值保持時(shí)間和設(shè)定的放大倍數(shù)輸出相應(yīng)寬度和幅值的脈沖電壓信號(hào);平衡電阻,與所述運(yùn)算放大器的第二輸入端相連,用于使所述運(yùn)算放大器的第一端輸入端的電壓和第二輸入端的電壓保持靜態(tài)平衡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖激光能量測(cè)量裝置,其特征在于 所述平衡電阻與峰值保持電阻的阻值相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的脈沖激光能量測(cè)量裝置,其特征在于 所述運(yùn)算放大器為儀用放大器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的脈沖激光能量測(cè)量裝置,其特征在于,還包括第一清零控制模塊和第二清零控制模塊,所述第一清零控制模塊與所述積分電容并聯(lián),用于在接收到清零控制信號(hào)的狀態(tài)下對(duì)所述積分電容進(jìn)行放電以清除積分電容中的全部電荷;所述第二清零控制模塊與所述第一平衡電阻并聯(lián),用于在接收到清零控制信號(hào)的狀態(tài)下接地。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的脈沖激光能量測(cè)量裝置,其特征在于,所述第一清零控制模塊包括第一電阻和第一開關(guān),所述第一電阻和第一開關(guān)串聯(lián)接地;第二清零控制模塊包括第二電阻和第二開關(guān),所述第二電阻和第二開關(guān)串聯(lián)接地。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的脈沖激光能量測(cè)量裝置,其特征在于,所述第一電阻和第二電阻的阻值相等,且所述第一開關(guān)和第二開關(guān)均為電子開關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的脈沖激光能量測(cè)量裝置,其特征在于,還包括模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊,用于將運(yùn)算放大器輸出的所述相應(yīng)寬度和幅值的脈沖電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào);運(yùn)算控制模塊,用于根據(jù)所述數(shù)字信號(hào)采集脈沖電壓峰值并根據(jù)設(shè)定方案得到脈沖激光能量值,且采集完成后發(fā)送清零控制信號(hào); 顯示模塊,用于顯示所述脈沖激光能量值。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種脈沖激光能量測(cè)量裝置,該測(cè)量裝置包括光探測(cè)器、積分電容、峰值保持電阻、運(yùn)算放大器和平衡電阻,積分電容與光探測(cè)器串聯(lián),用于積累光探測(cè)器輸出的電流信號(hào)中的電荷并輸出脈沖電壓信號(hào),峰值保持電阻與積分電容并聯(lián),運(yùn)算放大器的第一輸入端與積分電容的輸出端相連,平衡電阻與運(yùn)算放大器的第二輸入端相連。該測(cè)量裝置通過(guò)積分電容對(duì)脈沖激光電流信號(hào)中的電荷進(jìn)行積累實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的直接積分,實(shí)現(xiàn)脈沖激光信號(hào)向?qū)捗}沖電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換,該積分過(guò)程不需要設(shè)置復(fù)雜的電路,設(shè)計(jì)巧妙,轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)少,因此可靠性高,使采集到的脈沖電壓峰值更加精確,通過(guò)換算后即可得到更加精確的單脈沖激光能量。
文檔編號(hào)G01J1/46GK202092776SQ20112018296
公開日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月1日
發(fā)明者江一平, 祝敏, 陸耀東 申請(qǐng)人:北京光電技術(shù)研究所
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