激光器异常放电的监测方法及装置

本公开涉及激光，尤其涉及一种激光器异常放电的监测方法及装置。

背景技术：

1、横向激励大气压co2激光器(tea co2激光器)是常见的脉冲气体激光器，具有高峰值功率、窄脉冲宽度等优点，被广泛应用于遥感探测、激光加工等领域。

2、tea co2激光器是以均匀辉光放电作为工作基础，因此放电状态直接影响能量的注入过程和工作气体的泵浦过程，从而影响激光脉冲的输出稳定性。一台实际的tea co2激光器的放电状态一般包含如下四种，分别是：预电离装置和主电极均未放电、仅预电离装置放电、预电离放电而主电极放电起弧以及预电离放电且主电极辉光放电正常。弧光放电相比辉光放电是一个更大电流的振荡泄放过程，对设备的电气线路可能造成损伤，以及在主放电区的电极或者预电离装置等位置留下烧蚀点，缩短了器件的使用寿命。

3、现有的监测放电的方法，除了在放电腔体上设置观察窗粗略判断放电工作状态，还有通过环绕高压馈入线缆设置感应线圈，通过监测放电工作时感应线圈内的电流的变化来判断是否出现放电异常，若电流峰值异常升高且出现大幅度振荡，说明激光器起弧严重，此时通过反馈机制对高压电源完成切断，以实现对设备安全的保护。然而弧光放电可能存在于主放电电极之间，也有可能存在于腔内高压绝缘装置被击穿、局部高压对地泄放等特殊位置。因此，现有的这两种方法只能确定弧光放电的产生，但对弧光放电的位置难以准确定位，对于辉光放电伴随局部弧光这类临界不稳定的放电状态，也难以准确有效地实施评估。且观察法无法自动快速响应，仅适用于试验及调试阶段。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本公开提供了一种激光器异常放电的监测方法及装置，以解决现有观察法无法快速响应、临界状态无法准确评估以及无法准确定位异常弧光放电的位置的问题。

2、本公开的第一方面提供了一种激光器异常放电的监测方法，所述激光器设有放电腔，所述放电腔内部设有主放电电极，所述主放电电极两侧设有预电离单元，所述监测方法包括：

3、在所述放电腔内部的所述主放电电极和所述预电离单元的外侧，放置至少三个探测器；

4、利用所述至少三个探测器获取所述主放电电极与所述预电离单元放电时产生的光信号；

5、基于所述光信号，监测所述激光器是否存在放电异常的情况。

6、根据本公开的实施例，所述基于所述光信号，监测所述激光器是否存在放电异常的情况包括：

7、对所述光信号进行采样；

8、对采样得到的所述光信号进行处理，得到所述光信号的幅值；

9、将所述光信号的幅值与预设阈值进行比对，若所述光信号的幅值小于等于预设阈值，确认所述激光器正常放电。

10、根据本公开的实施例，所述监测方法还包括：

11、若所述光信号的幅值大于预设阈值，确认所述激光器异常放电；

12、切断所述主放电电极和所述预电离单元的供电。

13、根据本公开的实施例，当所述激光器异常放电时，产生的光信号为弧光信号，所述监测方法还包括：

14、分别获取所述弧光信号到达所述至少三个探测器的时间；

15、基于所述时间，分别获得所述弧光信号到达所述至少三个探测器之间的距离差值；

16、基于所述距离差值，确定至少两条所述弧光信号的位置曲线；

17、基于所述位置曲线，确定所述激光器发生异常放电的位置。

18、根据本公开的实施例，所述激光器发生异常放电的位置为所述位置曲线的交点。

19、根据本公开的实施例，所述探测器的类型为光敏元件，所述探测器至少包括光电探测器。

20、根据本公开的实施例，所述至少三个探测器与所述主放电电极、所述预电离单元均设置于同一水平高度上。

21、本公开的第二方面提供了一种激光器异常放电的监测装置，所述激光器设有放电腔，所述放电腔内部设有主放电电极，所述主放电电极两侧设有预电离单元，所述监测装置包括：

22、至少三个探测器，用于获取所述主放电电极与所述预电离单元放电时产生的光信号，所述至少三个探测器，设置于所述激光器放电腔内部的所述主放电电极和所述预电离单元的外侧；

23、监测模块，用于基于所述光信号，监测所述激光器是否存在放电异常的情况。

24、根据本公开的实施例，所述监测模块还包括：

25、信号采集单元，用于对所述光信号进行采样，所述信号采集单元与所述至少三个探测器连接，设置于所述激光器放电腔外部或所述激光器放电腔内部；

26、信号处理单元，用于对采样得到的所述光信号进行处理，得到所述光信号的幅值，以及，将所述光信号的幅值与预设阈值进行比对，若所述光信号的幅值小于等于预设阈值，确认所述激光器正常放电，所述信号处理单元与所述信号采集单元连接，设置于所述激光器放电腔外部。

27、根据本公开的实施例，所述监测模块，还包括：

28、高压脉冲单元，用于当监测到所述激光器放电异常时，切断所述主放电电极和所述预电离单元的供电，所述高压脉冲单元与所述信号处理单元连接，设置于所述激光器放电腔外部。

29、本公开基于异常弧光放电和正常辉光放电的光信号差异，采用多个探测器等感光元件对放电工作状态实现监测，且通过多个探测器之间接收的光信号延时来实现对激光器放电工作故障的定位，具有灵敏度高，定位准确的优势。

技术特征：

1.一种激光器异常放电的监测方法，其特征在于，所述激光器设有放电腔，所述放电腔内部设有主放电电极，所述主放电电极两侧设有预电离单元，所述监测方法包括：

2.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，所述基于所述光信号，监测所述激光器是否存在放电异常的情况包括：

3.根据权利要求2所述的监测方法，其特征在于，所述监测方法还包括：

4.根据权利要求3所述的监测方法，其特征在于，当所述激光器异常放电时，产生的光信号为弧光信号，所述监测方法还包括：

5.根据权利要求4所述的监测方法，其特征在于，所述激光器发生异常放电的位置为所述位置曲线的交点。

6.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，所述探测器的类型为光敏元件，所述探测器至少包括光电探测器。

7.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，所述至少三个探测器与所述主放电电极、所述预电离单元均设置于同一水平高度上。

8.一种激光器异常放电的监测装置，其特征在于，所述激光器设有放电腔，所述放电腔内部设有主放电电极，所述主放电电极两侧设有预电离单元，所述监测装置包括：

9.根据权利要求8所述的监测装置，其特征在于，所述监测模块还包括：

10.根据权利要求9所述的监测装置，其特征在于，所述监测模块还包括：

技术总结
本公开提供了一种激光器异常放电的监测方法，应用于激光技术领域。该激光器设有放电腔，放电腔内部设有主放电电极，主放电电极两侧设有预电离单元，该监测方法包括：在放电腔内部的主放电电极和预电离单元的外侧，放置至少三个探测器；利用至少三个探测器获取主放电电极与预电离单元放电时产生的光信号；基于该光信号，监测激光器是否存在放电异常的情况。本公开基于异常弧光放电和正常辉光放电的光信号差异，采用多个探测器等感光元件对放电工作状态实现监测，且通过多个探测器之间接收的光信号延时来实现对激光器放电工作故障的定位，具有灵敏度高，定位准确的优势。本公开还提供了一种激光器异常放电的监测装置。

技术研发人员：朱子任,郑义军,谭荣清,叶静涵,刘羽,白进周,杨银辉,黄文武,付景静,李辉,宁方晋
受保护的技术使用者：中国科学院空天信息创新研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16