一种激光治疗机功率/能量检测装置及方法与流程

本发明属于激光治疗机功率/能量检测技术领域，具体涉及一种激光治疗机功率/能量检测装置及方法。

背景技术：

在医用激光治疗机中，常规的开机自检是十分重要而且必要的，而自检项目中，对于连续型激光器和脉冲式激光器来说，激光器输出功率和能量大小的判断显得尤为重要，这是因为：首先，激光器输出功率/能量的大小代表着激光器是否工作正常，其次，激光器输出功率/能量的大小将直接影响着作用于人体皮肤上的能量，如果能量过大，将会对治疗的皮肤造成可能的伤害，增加治疗风险，而如果能量过小可能起不到治疗效果。

现有技术中，为了要实现激光治疗机输出的激光功率/能量实时检测，常规的设计一般考虑在机器中配备功率计或能量计，而由于功率计或能量计价格较高，使整体成本高。国外现有的同类产品目前在功率/能量检测主要存在两种情况，一种是在系统自检时仅使用激光器的额定功率/能量测试，来确认激光器的最大输出能力，然后在激光发射前，对设置的激光发射功率/能量做出检测，而激光发射时，不再对激光输出进行实时检测，而是靠非光功率/能量的方式来保证激光输出的稳定，如采用闭环激光电源的控制，这种检测方式不准确，不能确定激光实时功率/能量，存在检测误差。另一种情况是自检时的开机检测和出光时的实时检测分别使用了两套检测系统，增加了检测成本同时增加了激光器的终端损耗。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种激光治疗机功率/能量检测装置及方法，解决现有技术存在的成本高、存在检测误差以及增加了激光器终端损耗的问题。

为实现上述目的，本发明的一种激光治疗机功率/能量检测装置包括：

第一光路，所述第一光路包括依次设置的第一分光镜、第一光阑组件和漫反射体；

和第一光路光轴平行的第二光路，所述第二光路包括依次设置的漫反射光闸、第二光阑组件、第二分光镜和漫反射堆；

和所述第一光路、第二光路光轴垂直的第三光路，将入射到第三光路的激光转换为光辐射值；

以及微控制器，所述微控制器和第三光路、漫反射光闸以及激光治疗机中的激光器电连接；

漫反射光闸关闭时，激光治疗机中的激光器发出的激光经漫反射光闸反射后经第二光阑组件入射到第二分光镜，经第二分光镜反射的激光入射到第三光路，经第二分光镜透射的激光被漫反射堆吸收；漫反射光闸打开时，激光治疗机中的激光器发出的激光入射到第一分光镜，经第一分光镜透射的激光用于组织治疗，经第一分光镜反射的激光经第一光阑组件入射到漫反射体，经漫反射体反射后的激光入射到第二分光镜，经第二分光镜反射的激光被漫反射堆吸收，经第二分光镜透射的激光进入到第三光路。

所述检测装置还包括一个设置在第一分光镜一侧的瞄准光源，所述瞄准光源发射出的光束经第一分光镜反射的光束和激光器经第一分光镜透射的光束合束用于治疗，所述瞄准光源发射出的光束经第一分光镜透射的光束进入到第一光路；所述瞄准光源为红色或绿色可见光源。

所述第三光路包括第三光阑组件和依次设置在第三光阑组件中的均匀光束体、光探测器以及采样滤波电路，所述光探测器和所述采样滤波电路电连接，入射到第三光路的光线经均匀光束体后被光探测器接收，再经采样滤波电路转换为光辐射值；所述采样滤波电路和微控制器电连接。

所述光探测器为光敏元件或热电元件。

所述漫反射光闸包括旋转电磁铁和光闸片，所述光闸片固定在旋转电磁铁上，所述微控制器和旋转电磁铁电连接，控制旋转电磁铁上电或断电实现光闸片的打开或闭合。

所述第三光阑组件为一个内部带有中空路径的壳体，垂直于第三光路方向上的第一侧面上开有一个可调尺寸的可调节通孔，所述中空路径从相对于第一侧面平行的第二侧面延伸至壳体内部，所述第三光阑组件具有一个可拆卸的上盖，所述上盖通过固定螺栓固定在所述第三光阑组件上，和所述可调节通孔对应位置设置有调节可调节通孔孔径调节阀，所述均匀光束体、光探测器和采样滤波电路整体通过顶紧螺栓固定在壳体之中。

所述第一分光镜和第二分光镜材质相同并具有相同的反射率和透射率；所述光闸片、漫反射体和漫反射堆材质相同并具有相同的漫反射率，所述第一分光镜平行于闭合时的光闸片，所述漫反射体与第二分光镜之间平行放置。

所述激光器为连续激光器或脉冲式激光器。

基于一种激光治疗机功率/能量检测装置的检测方法包括以下步骤：

步骤一：微控制器控制旋转电磁铁断电，漫反射光闸闭合，激光器发射出额定功率/能量的激光经光闸片反射后经第二光阑组件入射到第二分光镜，经第二分光镜反射的激光光束进入到第三光路，经第三光路的光探测器接收衰减后的光辐射信号，并传给采样滤波电路；

步骤二：采样滤波电路对步骤一中获得的光辐射信号进行采样，并将光辐射信号转换为光辐射值作为初始光辐射值l1，并输入到微控制器中；

步骤三：微控制器根据步骤一中激光器发出的激光的额定功率/能量对比预存在微控制器中的功率-辐射光数值或能量-辐射光数值对照表获得标准光辐射值l2，并输入到微控制器中；

步骤四：微控制器根据公式(一)判断步骤二中获得的初始光辐射值l1和步骤三中获得的标准光辐射值l2之间的误差率e1是否在-20％-20％之间，若是，执行步骤五，若否，微控制器进行报警处理，

e1＝(l1－l2)÷l2(一)；

步骤五：微控制器控制旋转电磁铁上电，漫反射光闸打开，激光器发出的激光入射到第一分光镜，经第一分光镜反射的激光经第一光阑组件入射到漫反射体，经漫反射体反射后的激光入射到第二分光镜，经第二分光镜透射的激光进入到第三光路，经第三光路的光探测器实时接收衰减后的光辐射信号，并传给采样滤波电路；

步骤六：采样滤波电路对步骤五中获得的光辐射信号进行采样，并将光辐射信号转换为光辐射值作为实际光辐射值l3，并输入到微控制器中；

步骤七：微控制器根据公式(二)判断步骤五中获得的实际光辐射值l3和步骤三中获得的标准光辐射值l2之间的误差率e2是否在-20％-20％之间，若是，激光器正常工作，若否，微控制器在100ms内关闭光闸片，并关闭激光器；

e2＝(l3－l2)÷l2(二)。

步骤二中所述的预存在微控制器中的功率-辐射光数值或能量-辐射光数值对照表通过以下方式获得：

打开漫反射光闸，激光依次经过第一分光镜、第一光阑组件、漫反射体、第二分光镜、第三可调光阑和均匀光束体后，光探测器接收到经上述元件衰减后的光辐射信号，采样滤波电路将光辐射信号转换为光辐射值并发送至微控制器；微控制器分别接收相同发射功率/能量下的多次测试所对应的光辐射值，每组相同发射功率/能量测试完毕后，微处理器计算出本组的平均光辐射值；按照上述方式，依次在存储器中写入不同发射功率/能量与平均光辐射值对照表；其中，所述发射功率/能量数值的确定通过外接标准功率计/能量计对照测量得出。

本发明的有益效果为：

1、本发明采用多个光学分光及衰减元器件，对激光器中发射出的高功率/能量激光按照一定比例进行衰减，确保了所检测的激光相对于检测元件是合适及有效的。

2、本发明将开机功率/能量自检及实时功率/能量检测两种功能于一体，与现有技术中需要采用昂贵的功率计/能量计及分光检测装置相比，具有成本低廉及结构简单等优点。

3、本发明的第一分光镜与第二分光镜具有相同的反射率，漫反射光闸中的光闸片、漫反射体、漫反射堆均为金属材料，这三者漫反射率相同，在激光输出功率相同的前提下，开机功率自检过程及实时功率检测过程中，激光所经过的衰减率是一致的，因此光探测器采集到的光辐射信号也是一致的，这样就可以使用同一套功率/能量—辐射光数值预存表格，因此在设计功率/能量—辐射光数值标定及终检检验中都会降低一定的工作量。

4、本发明采用的第一分光镜既起到了指示光与激光的合束镜作用，还为实时功率/能量检测提供了采样的作用，可以完全取代现有技术中采用功率计及分光检测的情况。

5、本发明采用了漫反射光闸，在开机自检完成后，进入正常出光程序时，如果由于整机的其他参数设置超出正常范围，最终体现为光辐射值的变化，光探测器检测到光辐射信号的变化，微控制器及时处理变化是否会存在安全风险，如果认为存在安全风险，微控制器将控制立即停止激光发射，并在100ms内关闭漫反射光闸，这时避免激光继续对治疗组织造成损害，保证了整个系统的安全可靠性。

6、本发明通过在微处理器中存储空间中预先功率—辐射光数值对照表格或能量—辐射光数值对照表格，微控制器通过读取该表格确定实际输出功率/能量对应的光辐射值与标准的输出功率/能量对应的光辐射值之间的误差率为依据，无需其它的中间参数转换，减少了由于中间参数转换而产生的误差，进而提高了本发明方法的准确率。

附图说明

图1为本发明的一种激光治疗机功率/能量检测装置整体结构示意图；

图2为本发明的一种激光治疗机功率/能量检测装置中第三光阑组件结构示意图；

图3为本发明的一种激光治疗机功率/能量检测装置中上盖结构示意图；

图4为本发明的一种激光治疗机功率/能量检测方法流程图；

其中：1、瞄准光源，2、第一分光镜，3、第一光阑组件，4、漫反射体，5、漫反射光闸，501、旋转电磁铁，502、光闸片，6、第二光阑组件，7、第二分光镜，8、漫反射堆，9、均匀光束体，10、光探测器，11、第三光阑组件，1101、可调节通孔，1102、中空路径，1103、调节阀，1104、固定螺栓，1105、顶紧螺栓，12、采样滤波电路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

参见附图1，本发明的一种激光治疗机功率/能量检测装置包括：

第一光路，所述第一光路包括依次设置的第一分光镜2、第一光阑组件3和漫反射体4；

和第一光路光轴平行的第二光路，所述第二光路包括依次设置的漫反射光闸5、第二光阑组件6、第二分光镜7和漫反射堆8；

和所述第一光路、第二光路光轴垂直的第三光路，所述第三光路包括第三光阑组件11和依次设置在第三光阑组件11中的均匀光束体9、光探测器10以及采样滤波电路12，所述光探测器和所述采样滤波电路12电连接，入射到第三光路的光线经均匀光束体9后被光探测器10接收，再经采样滤波电路12转换为光辐射值；所述采样滤波电路12和微控制器电连接；光探测器10可以为光电池等光敏元件，也可以为热电偶传感器、热电堆传感器等热电元件；均匀光束体9体现均匀作用，喇叭形结构，用于使激光在其内部发生多次反射，最终打出均匀光束，被光探测器10接收；均匀光束体9、光探测器10及采样滤波电路12整体可以采用型号为zytemp的元件；

设置在第一分光镜2一侧的瞄准光源1，所述瞄准光源1发射出的光束经第一分光镜2反射的光束和激光器经第一分光镜2透射的光束合束用于治疗，所述瞄准光源1发射出的光束经第一分光镜2透射的光束进入到第一光路；所述瞄准光源1为红色或绿色可见光源，发出的指示光用于指示激光光束传输，二者形成的合束光用于组织治疗；

以及微控制器，所述微控制器控制漫反射光闸5的开关，并根据第三光路获得的光辐射值以及激光治疗机中的激光器的额定辐射值判断误差率；

第二光路上的组件和第三光路上的组件构成开机功率/能量自检系统，在开机功率/能量自检系统中，微控制器通过对旋转电磁铁501进行断电，实现光闸片502的闭合，漫反射光闸5闭合，激光治疗机中的激光器发出的激光在漫反射光闸5内部发生漫反射，反射后激光光束沿多个方向进行传输，仅有一小部分沿水平方向继续传输经第二光阑组件6入射到第二分光镜7，仅有一小部分的激光经第二分光镜7反射的激光入射到第三光路，绝大部分激光光束经第二分光镜7透射的激光被漫反射堆8吸收；第二光阑组件6为中心带有通孔的金属屏障，其通孔尺寸可调，从第三光阑组件11中进入的激光束在均匀光束体9内部发生多次反射，最终被光探测器10接收，采样滤波电路12将光探测器10所采集到的光辐射信号转化为光辐射值，并将该光辐射值发送至微控制器；

第一光路上的组件和第三光路上的组件构成实时功率检测装置，实时功率/能量检测系统中，微控制器通过对旋转电磁铁501进行上电，实现光闸片502的打开，漫反射光闸5打开时，激光治疗机中的激光器发出的激光入射到第一分光镜2，经第一分光镜2透射的激光和瞄准光源1发出的瞄准光合束后用于组织治疗，小部分激光经第一分光镜2反射的激光经第一光阑组件3入射到漫反射体4，经漫反射体4反射后的激光入射到第二分光镜7，经第二分光镜7反射的激光被漫反射堆8吸收，经第二分光镜7透射的激光进入到第三光阑组件11，第一光阑组件3为中心带有通孔的金属屏障，其通孔尺寸可调，第三光阑组件11中激光束经均匀光束体9之中并发生多次反射，最终被光探测器10接收，采样滤波电路12将光探测器10所采集到的光辐射信号转化为光辐射值，并将该光辐射值发送至微控制器。

所述漫反射光闸5包括旋转电磁铁501和光闸片502，所述光闸片502固定在旋转电磁铁501上，旋转电磁铁501内部包含一个弹簧，用于控制光闸片502的打开和闭合，所述微控制器和旋转电磁铁501电连接，控制旋转电磁铁501上电或断电实现光闸片502的打开或闭合。

参见附图2和附图3，所述第三光阑组件11为一个内部带有中空路径1102的壳体，垂直于第三光路方向上的第一侧面上开有一个可调尺寸的可调节通孔1101，所述中空路径1102从相对于第一侧面平行的第二侧面延伸至壳体内部，所述第三光阑组件11具有一个可拆卸的上盖，所述上盖通过固定螺栓1104固定在所述第三光阑组件11上，和所述可调节通孔1101对应位置设置有调节可调节通孔1101孔径调节阀1103，顶紧螺栓1105穿过上盖将所述均匀光束体9、光探测器10和采样滤波电路12顶紧在壳体之中。

所述第一分光镜2和第二分光镜7材质相同并具有相同的反射率和透射率；所述光闸片502、漫反射体4和漫反射堆8材质相同并具有相同的漫反射率，所述第一分光镜2平行于闭合时的光闸片502，所述漫反射体4与第二分光镜7之间平行放置。

所述激光器为连续激光器或脉冲式激光器。

参见附图4，基于一种激光治疗机功率/能量检测装置的检测方法包括以下步骤：

步骤一：微控制器控制旋转电磁铁501断电，漫反射光闸5闭合，激光器发射出额定功率/能量的激光经光闸片502反射后经第二光阑组件6入射到第二分光镜7，经第二分光镜7反射的激光光束进入到第三光路，经第三光路的光探测器10接收衰减后的光辐射信号，并传给采样滤波电路12；

步骤二：采样滤波电路12对步骤一中获得的光辐射信号进行采样，并将光辐射信号转换为光辐射值作为初始光辐射值l1，并输入到微控制器中；

步骤三：微控制器根据步骤一中激光器发出的激光的额定功率/能量对比预存在微控制器中的功率-辐射光数值或能量-辐射光数值对照表获得标准光辐射值l2，并输入到微控制器中；

步骤四：微控制器根据公式(一)判断步骤二中获得的初始光辐射值l1和步骤三中获得的标准光辐射值l2之间的误差率e1是否在-20％-20％之间，若是，执行步骤五，若否，微控制器进行报警处理，

e1＝(l1－l2)÷l2(一)；

步骤五：微控制器控制旋转电磁铁501上电，漫反射光闸5打开，激光器发出的激光入射到第一分光镜2，经第一分光镜2反射的激光经第一光阑组件3入射到漫反射体4，经漫反射体4反射后的激光入射到第二分光镜7，经第二分光镜7透射的激光进入到第三光路，经第三光路的光探测器10实时接收衰减后的光辐射信号，并传给采样滤波电路12；

步骤六：采样滤波电路12对步骤五中获得的光辐射信号进行采样，并将光辐射信号转换为光辐射值作为实际光辐射值l3，并输入到微控制器中；

步骤七：微控制器根据公式(二)判断步骤五中获得的实际光辐射值l3和步骤三中获得的标准光辐射值l2之间的误差率e2是否在-20％-20％之间，若是，激光器正常工作，若否，微控制器在100ms内关闭光闸片502，并关闭激光器；

e2＝(l3－l2)÷l2(二)。

步骤二中所述的预存在微控制器中的功率-辐射光数值或能量-辐射光数值对照表通过以下方式获得：

打开漫反射光闸5，激光依次经过第一分光镜2、第一光阑组件3、漫反射体4、第二分光镜7、第三可调光阑和均匀光束体9后，光探测器10接收到经上述元件衰减后的光辐射信号，采样滤波电路12将光辐射信号转换为光辐射值并发送至微控制器；微控制器分别接收相同发射功率/能量下的多次测试所对应的光辐射值，每组相同发射功率/能量测试完毕后，微处理器计算出本组的平均光辐射值；按照上述方式，依次在存储器中写入不同发射功率/能量与平均光辐射值对照表；其中，所述发射功率/能量数值的确定通过外接标准功率计/能量计对照测量得出。

本发明的一种激光治疗机功率/能量检测装置具备开机自检和工作过程实时检测两个功能，位于第二光路上的组件和位于第三光路上的组件构成开机自检系统，位于第一光路上的组件和位于第三光路上的组件构成实时检测系统，同时实现开机自检和工作实时检测的功能。