多波长激光功率检定仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种多波长激光功率检定仪，包括安传感器、仪器主机和光路锁定装置；所述光路锁定装置固定于待测激光源与传感器之间，所述传感器将待测激光源发射的激光功率信号转换为电信号，并传送至仪器主机。本实用新型集光机电一体化；操作方法简便，数字化显示，准确度高、稳定性好；小型化、轻量化适应野战快速检测激光器械和设备的功率。
【专利说明】多波长激光功率检定仪
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及激光技术基础领域，特别涉及一种多波长激光功率检定仪。
【背景技术】
[0002] 随着激光技术的不断进步，激光在武器装备、野战医疗设备等军事领域的应用日 趋广泛，为了确保激光设备的安全性、可靠性、稳定性，必须定期对其进行的质量检测。激光 功率作为激光器具重要的技术参数，其准确性是衡量激光设备质量性能的主要战技指标， 因此研究一种便携式、智能化、多波长激光功率检定仪显得尤为重要。
[0003] 国外很早就在激光功率检测方面做了大量的研究工作，而且随着近几年传感器技 术的发展，在数字化、智能化、高精度等方面已经取得了很好的成绩。而我国由于受材料工 业和传感器技术的制约，W及引进整套仪器设备高额费用的限制，与发达国家的水平还有 一定的差距。国外的大多数产品都是针对小功率的激光器械；在国内，开发和生产该类产品 的厂商较少，且准确度等级较低，特别是在军事领域的产品就更少。如该领域的主要生产厂 商美国MC公司，其产品在仪器外观、激光功率检定仪工艺上虽然有自己的独到之处，但所 能测试的功率比较小，范围也较窄，随着激光技术的不断进步，激光的应用功率也在不断增 大，许多大中功率的军事激光装备都难W进行检测，该在一定程度上限制了其适用的范围。 此外，激光发生物质种类较多，需要对多种不同波长的激光进行功率检测。 实用新型内容
[0004] 本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提出了一种功率检测 范围大，不仅可针对小功率激光器械，也适用于中功率激光设备，便携式、智能化、准确度等 级高、多波长激光功率检定仪。
[0005] 本实用新型为解决上述问题，具体采用W下技术方案：
[0006] 一种多波长激光功率检定仪，包括安传感器、仪器主机和光路锁定装置；
[0007] 所述光路锁定装置固定于待测激光源与传感器之间，所述传感器将待测激光源发 射的激光功率信号转换为电信号，并传送至仪器主机；
[0008] 所述光路锁定装置包括钢性底座、模拟光束发射器和H棱镜，所述钢性底座上设 置有定距滑动模块，所述模拟光束发射器、H棱镜和传感器固定在同一滑动模块上；H棱镜 的两个直角边分别垂直于模拟光束发射器和激光源发射的光束；
[0009] 所述仪器主机，由前置放大电路单元、V - F转换电路和数据处理单元组成；所述 前置放大电路单元接收传感器输出的电信号，进行滤波、放大，将信号输出至所述V - F转 换电路；所述V -F转换电路产生的规则脉冲信号输出至数据处理单元；
[0010] 所述数据处理单元，由模拟信号处理电路和主控CPU组成；
[0011] 其中，所述模拟信号处理电路，由程控放大单元、脉冲信号峰值保持电路、调理电 路和比较器构成；所述V - F转换电路产生的脉冲信号传送到程控放大单元，并通过CPU控 制可程控改变增益实现不同量程的转换；所述程控放大单元输出信号依次传送至脉冲信号 峰值保持电路和调理电路，经过处理的信号最后通过比较器输出至CPU中。
[0012] 所述传感器为插入式热电偶。
[0013] 所述程控放大单元由程控放大器和其级联的一级放大电路组成。
[0014] 所述程控放大器的参考端接入自动调零电路，通过CPU采集参考端信号实现电路 零点的自动调整。
[001引所述V - F转换电路由LM331集成电路构成。
[0016] 所述V-F转换电路的输出频率Fwt由W下公式得出：
[0017] ^街= 2.:;;,.. . ;>'('，
[001引式中，F"t为V - F转换电路的输出脉冲信号的频率；Vh为V - F转换电路的输入 模拟电压化为LM331芯片的REF引脚与地之间的滑动变阻器的短路电阻值化为LM331芯 片的REF引脚与地之间的滑动变阻器的总电阻值；Rt为LM331芯片的R/C引脚与外接+12V 电源之间的电阻；Ct为LM331芯片的R/C引脚与地之间的电容。
[0019] 所述主控CPU还分别与图形点阵LCD和导电橡胶键盘阵列相连。
[0020] 本实用新型具有的优点和积极效果是：
[002。 1)在硬件上采用插入式热电偶技术，实现了光电转化，提高了信号的灵敏度和稳 定性。
[0022] 2)采用V-F转化电路和LM331集成电路，保证了电压的频率转化，使输出脉冲信 号的频率精确的正比于输入电压，提高了测量数据的准确性。
[0023] 3)设计了激光输出锁定装置，使得激光输出终端与测量仪器间相对位置可W调 整、固定，保证了光路的一致性，确保了检测的安全性和准确性；
[0024] 4)实现了对多种不同波长的激光进行功率检测。
【专利附图】
【附图说明】
[00巧]图1是本实用新型的整体结构框图；
[0026] 图2是本实用新型的仪器主机结构框图；
[0027] 图3是本实用新型的光路锁定装置示意图；
[0028] 图4是本实用新型的V-F转换电路图。
[0029] 其中，1、激光源；2、钢性底座；3、传感器；4、模拟光束发射器；5、H棱镜；6、滑动模 块。
【具体实施方式】
[0030] 如图1所示，一种多波长激光功率检定仪，包括安传感器、仪器主机和光路锁定装 置；
[0031] 所述光路锁定装置固定于待测激光源与传感器之间，所述传感器将待测激光源发 射的激光功率信号转换为电信号，并传送至仪器主机。
[0032] 如图2所示，所述仪器主机，由前置放大电路单元、V - F转换电路和数据处理单 元组成；所述前置放大电路单元接收传感器输出的电信号，进行滤波、放大，将信号输出至 所述V - F转换电路；所述V - F转换电路产生的规则脉冲信号输出至数据处理单元；
[0033] 所述数据处理单元，由模拟信号处理电路和主控CPU组成；
[0034] 其中，所述模拟信号处理电路，由程控放大单元、脉冲信号峰值保持电路、调理电 路和比较器构成；所述V - F转换电路产生的脉冲信号传送到程控放大单元，并通过CPU控 制可程控改变增益实现不同量程的转换；所述程控放大单元输出信号依次传送至脉冲信号 峰值保持电路和调理电路，经过处理的信号最后通过比较器输出至CPU中。
[00巧]所述程控放大单元由程控放大器和其级联的一级放大电路组成。
[0036] 所述程控放大器的参考端接入自动调零电路，通过CPU采集参考端信号实现电路 零点的自动调整。
[0037] 所述传感器为插入式热电偶，其原理为；利用吸收体将激光福射能转换为热能，再 将热信号转换为电信号；其具体工作过程为：当激光作用于激光功率检定仪接收表面时， 引起接收面局部温度升高，形成接收面与热沉之间的温度梯度，在接收面与热沉之间放置 热电偶，由于温度梯度的存在，在热电偶两端（冷端与热端）形成电势差，同时热流由温度 较高的接收面向温度较低的热沉流动，随着温度梯度的增加热流增大，当入射功率引起温 度升高的速率与传导引起的温度降低的速率达到平衡时，接收面与热沉之间的温度梯度保 持恒定，此时功率激光功率检定仪处于平衡状态，温度梯度正比于入射激光功率，因此通过 测量热电偶两端的电势差，既得到入射激光功率的定量描述。
[0038] 如图3所示，所述光路锁定装置包括钢性底座2、模拟光束发射器4和H棱镜5,所 述钢性底座2上设置有定距滑动模块6,所述模拟光束发射器4、H棱镜5和传感器3固定 在同一滑动模块6上；所述H棱镜5的两个直角边分别垂直于模拟光束发射器4和激光源 1发射的光束；
[0039] 所述光路锁定装置原理是；通过模拟激光束来判断激光输出终端与激光功率检定 仪之间相对位置，由于被测激光设备不会发射模拟光束，模拟光束发射器也不可能与激光 设备输出终端的位置完全重合，必然带来位移误差；因此，利用光路的可逆性，从激光功率 检定仪端发出模拟光束，然后调整激光功率检定仪位置，若模拟光束射在激光设备的输出 端口上，那么从激光设备输出终端射出的激光必然也会照射在激光功率检定仪上。
[0040] 所述主控CPU还分别于图形点阵LCD和导电橡胶键盘阵列相连，分别用来显示简 单图形不同字体的文本和通过键盘菜单选择控制整个仪表；
[0041] 所述主控CPU采用化ilips公司的P89C51畑2,该单片机兼容通用的8051系列单 片机，并在片内集成了 64陆EPROM和768字节RAM,从而优化了外围电路结构，提高了系统的 集成度和可靠性。
[004引如图4所示，所述V - F转换电路由LM331集成电路构成，保证了电压的频率转化， 使输出脉冲信号的频率精确的正比于输入电压，提高了测量数据的准确性。
[0043] 所述V - F转换电路的输出频率Fwt由W下公式得出：
[0044]
【权利要求】
1. 一种多波长激光功率检定仪，其特征在于，包括安传感器、仪器主机和光路锁定装 置； 所述光路锁定装置固定于待测激光源与传感器之间，所述传感器将待测激光源发射的 激光功率信号转换为电信号，并传送至仪器主机； 所述光路锁定装置包括钢性底座、模拟光束发射器和三棱镜，所述钢性底座上设置有 定距滑动模块，所述模拟光束发射器、三棱镜和传感器固定在同一滑动模块上；三棱镜的两 个直角边分别垂直于模拟光束发射器和激光源发射的光束； 所述仪器主机，由前置放大电路单元、V - F转换电路和数据处理单元组成；所述前置 放大电路单元接收传感器输出的电信号，进行滤波、放大，将信号输出至所述V - F转换电 路；所述V - F转换电路产生的规则脉冲信号输出至数据处理单元； 所述数据处理单元，由模拟信号处理电路和主控CPU组成； 其中，所述模拟信号处理电路，由程控放大单元、脉冲信号峰值保持电路、调理电路和 比较器构成；所述V - F转换电路产生的脉冲信号传送到程控放大单元，并通过CPU控制可 程控改变增益实现不同量程的转换；所述程控放大单元输出信号依次传送至脉冲信号峰值 保持电路和调理电路，经过处理的信号最后通过比较器输出至CPU中。
2. 根据权利要求1所述的一种多波长激光功率检定仪，其特征在于，所述传感器为插 入式热电偶。
3. 根据权利要求1所述的一种多波长激光功率检定仪，其特征在于，所述程控放大单 元由程控放大器和其级联的一级放大电路组成。
4. 根据权利要求1所述的一种多波长激光功率检定仪，其特征在于，所述程控放大器 的参考端接入自动调零电路，通过CPU采集参考端信号实现电路零点的自动调整。
5. 根据权利要求1所述的一种多波长激光功率检定仪，其特征在于，所述V - F转换电 路由LM331集成电路构成。
6. 根据权利要求1所述的一种多波长激光功率检定仪，其特征在于，所述V - F转换电 路的输出频率由以下公式得出：
式中，为V - F转换电路的输出脉冲信号的频率；Vin为V - F转换电路的输入模拟 电压；Rs为LM331芯片的REF引脚与地之间的滑动变阻器的短路电阻值；氏为LM331芯片的 REF引脚与地之间的滑动变阻器的总电阻值；Rt为LM331芯片的R/C引脚与外接+12V电源 之间的电阻；Ct为LM331芯片的R/C引脚与地之间的电容。
7. 根据权利要求1所述的一种多波长激光功率检定仪，其特征在于，所述主控CPU还分 别与图形点阵LCD和导电橡胶键盘阵列相连。
【文档编号】G01J1/42GK204154386SQ201420597503
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年10月15日 优先权日:2014年10月15日
【发明者】江玉柱, 井赛, 孙旭, 吴洋, 崔友军, 张拓, 张康, 李兴东 申请人:江玉柱