一種高能激光束雜散光能量測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種高能激光束雜散光能量測(cè)量系統(tǒng)，所述測(cè)量系統(tǒng)含有數(shù)個(gè)吸收光闌，熱電偶溫度傳感器，光闌固定支架，引線，溫度采集模塊，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，上位機(jī)。吸收光闌為硬鋁或紫銅制成的圓環(huán)形結(jié)構(gòu)，吸收光闌迎光面設(shè)置有環(huán)形的V型槽，表面為氧化鋁和氧化鈦混合物涂層。熱電偶溫度傳感器粘接于吸收光闌背光面設(shè)置的熱電偶溫度傳感器固定槽位中。熱電偶溫度傳感器采用串聯(lián)連接，并通過引線電連接至溫度采集模塊。溫度采集模塊、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、上位機(jī)通過網(wǎng)線組建成為分布式測(cè)量系統(tǒng)。本發(fā)明可有效實(shí)現(xiàn)高能激光束雜散光大范圍復(fù)雜分布的動(dòng)態(tài)測(cè)量，并顯著提高測(cè)量精度，標(biāo)準(zhǔn)化模塊設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性和可移植性。
【專利說明】一種高能激光束雜散光能量測(cè)量系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高能激光能量測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種高能激光束雜散光能量測(cè)量系統(tǒng)，適用于環(huán)形高能激光束雜散光能量測(cè)量。
【背景技術(shù)】
[0002]在高能激光傳輸過程中，通道內(nèi)激光束衍射、高階模、光學(xué)元件散射等高頻分量雜散光的存在，是引起激光傳輸效率降低、造成部分能量損失的重要因素。雜散光造成的能量損失會(huì)對(duì)光束傳輸產(chǎn)生重大影響，能量損失導(dǎo)致通道整體溫升，使內(nèi)通道的光束傳輸產(chǎn)生嚴(yán)重波前畸變和光束漂移，溫升導(dǎo)致內(nèi)通道及通道內(nèi)鏡架等結(jié)構(gòu)形變引起光束的漂移，嚴(yán)重時(shí)光束可能損壞內(nèi)通道甚至無法正常輸出。然而，目前尚無針對(duì)高能激光束雜散光能量測(cè)量的專用測(cè)試設(shè)備，其主要設(shè)計(jì)瓶頸在于:一方面，高能激光在近場(chǎng)傳輸距離較長(zhǎng)，通常達(dá)到數(shù)十米，雜散光造成的能量損失覆蓋整個(gè)傳輸路徑，并且雜散光與高能激光束在空間上高度重合，分布特性極其復(fù)雜，目前還沒有高能激光束雜散光分布特性方面的報(bào)道，這給雜散光能量測(cè)量造成極大的困難；另一方面，雜散光強(qiáng)度變化較大，部分信號(hào)信噪比較低，且現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，對(duì)系統(tǒng)的測(cè)量精度要求較高，如何獲得較大的信噪比和較高的測(cè)量精度也是需要重點(diǎn)解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了實(shí)現(xiàn)對(duì)高能激光束雜散光大范圍復(fù)雜分布的動(dòng)態(tài)測(cè)量，并提高能量測(cè)量的精度，本發(fā)明提供了一種高能激光束雜散光能量測(cè)量系統(tǒng)。
[0004]一種高能激光束雜散光能量測(cè)量系統(tǒng)，其特點(diǎn)是，所述的測(cè)量系統(tǒng)包括數(shù)個(gè)吸收光闌、熱電偶溫度傳感器、光闌固定支架、引線、溫度采集模塊、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、上位機(jī)；所述的吸收光闌為圓環(huán)形；其連接關(guān)系是，所述的吸收光闌通過螺紋與光闌固定支架連接；吸收光闌背光面設(shè)置有數(shù)組熱電偶溫度傳感器固定槽位，每組的熱電偶溫度傳感器固定槽位均設(shè)置在吸收光闌背光面對(duì)應(yīng)的同心圓圓周上；熱電偶溫度傳感器粘接于熱電偶溫度傳感器固定槽位中，熱電偶溫度傳感器通過引線與溫度采集模塊電連接；溫度采集模塊通過網(wǎng)線與網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)電連接；網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)通過網(wǎng)線與上位機(jī)電連接；數(shù)個(gè)吸收光闌設(shè)置于高能激光的傳輸路徑上。
[0005]所述的每組的熱電偶溫度傳感器固定槽位等距離的設(shè)置在一個(gè)同心圓圓周上。
[0006]所述的吸收光闌迎光面設(shè)置有環(huán)形的V型槽，數(shù)個(gè)V型槽的槽底構(gòu)成一組圓環(huán)，圓環(huán)的圓心與吸收光闌的圓心重合。
[0007]所述的V型槽夾角α的范圍為20°?60° ;所述的V型槽的深度小于等于吸收光闌厚度的0.5倍。
[0008]所述的吸收光闌的內(nèi)徑為被測(cè)激光束外徑的1.05?1.1倍，吸收光闌的外徑大于等于被測(cè)激光束外徑的2倍。
[0009]所述的熱電偶溫度傳感器的工作端為露端型。[0010]所述的熱電偶溫度傳感器的工作端嵌入吸收光闌背光面設(shè)置的熱電偶溫度傳感器固定槽位中；每個(gè)吸收光闌上粘接有數(shù)組結(jié)構(gòu)相同的熱電偶溫度傳感器，每組的熱電偶溫度傳感器對(duì)應(yīng)粘接在熱電偶溫度傳感器固定槽位中；每組的熱電偶溫度傳感器采用串聯(lián)連接，并通過弓I線與溫度采集模塊電連接。
[0011]所述的吸收光闌采用的材料為硬鋁或紫銅，吸收光闌迎光面的表面為經(jīng)過高溫等離子噴涂氧化鋁和氧化鈦混合物的涂層。
[0012]為了實(shí)現(xiàn)對(duì)高能激光束雜散光大范圍復(fù)雜分布的動(dòng)態(tài)測(cè)量，本發(fā)明中吸收光闌、溫度采集模塊均采用標(biāo)準(zhǔn)模塊化設(shè)計(jì)，并采用分布式系統(tǒng)布局，多個(gè)獨(dú)立設(shè)計(jì)的吸收光闌設(shè)置于高能激光的傳輸路徑上，利用多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模塊化設(shè)計(jì)的溫度采集模塊及網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、上位機(jī)組建分布式測(cè)量系統(tǒng)。上位機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)發(fā)送上層控制命令至各個(gè)溫度采集模塊，各溫度采集模塊接收到命令后解析轉(zhuǎn)換為底層采集硬件電路控制命令，實(shí)現(xiàn)同步采集控制，并將采集后的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)發(fā)送至上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與顯示。
[0013]為了實(shí)現(xiàn)高精度的能量測(cè)量，本發(fā)明采取了四項(xiàng)技術(shù)措施:一是提高吸收光闌表面對(duì)高能激光束雜散光的吸收效率，吸收光闌迎光面表面為經(jīng)過高溫等離子噴涂氧化鋁和氧化鈦混合物的涂層，使得吸收光闌單次吸收效率達(dá)到80%，在吸收光闌迎光面增加環(huán)形的V型槽設(shè)計(jì)，從而增大吸收光闌的迎光面表面積，并且使得高能激光雜散光在V型槽內(nèi)部發(fā)生多次漫反射；二是降低熱損失，吸收光闌通過螺紋與光闌固定支架連接，且螺紋之間增加聚四氟乙烯隔熱墊，從而減少吸收光闌與固定支架間的熱傳導(dǎo)，有效抑制熱傳導(dǎo)造成的能量損失；三是確保溫度傳感器測(cè)量準(zhǔn)確與快速，熱電偶溫度傳感器工作端設(shè)置為露端型，從而縮短響應(yīng)時(shí)間，安裝時(shí)其工作端緊密貼近吸收光闌背光面熱電偶溫度傳感器固定槽位的底部，以保證最大限度的貼近吸收光闌迎光面；四是提高信噪比，每個(gè)吸收光闌背光面均安裝有數(shù)組結(jié)構(gòu)相同的熱電偶溫度傳感器，每組的熱電偶溫度傳感器對(duì)應(yīng)粘接在位于吸收光闌背光面的一個(gè)同心圓圓周上的熱電偶溫度傳感器固定槽位中，每組的熱電偶溫度傳感器采用串聯(lián)連接，從而提高信號(hào)的信噪比。
[0014]本發(fā)明采用分布式系統(tǒng)布局實(shí)現(xiàn)對(duì)高能激光束雜散光大范圍復(fù)雜分布的動(dòng)態(tài)測(cè)量，通過提高吸收光闌表面對(duì)雜散光的吸收效率、降低熱傳導(dǎo)造成的能量損失、提高熱電偶溫度傳感器響應(yīng)速度及測(cè)溫準(zhǔn)確性、提高信號(hào)的信噪比等技術(shù)措施以提升能量測(cè)量的精度。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)對(duì)高能激光束雜散光能量及分布特性的有效測(cè)量，并顯著提高系統(tǒng)能量測(cè)量精度，標(biāo)準(zhǔn)模塊化設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)展性和可移植性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的高能激光束雜散光能量測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2(a)為本發(fā)明中的吸收光闌結(jié)構(gòu)示意圖，(b)為吸收光闌AA處的剖面示意圖，(C)為吸收光闌I處的局部放大圖；
圖3為本發(fā)明中的熱電偶溫度傳感器安裝布局示意圖；
圖4為本發(fā)明中的熱電偶溫度傳感器串聯(lián)連接示意圖；
圖中，1.吸收光闌 2.熱電偶溫度傳感器 3.光闌固定支架 4.引線
5.溫度采集模塊 6.網(wǎng)絡(luò)交換機(jī) 7.上位機(jī) 8.熱電偶溫度傳感器固定槽位?！揪唧w實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0017]實(shí)施例1
圖1為本發(fā)明的高能激光束雜散光能量測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，圖2(a)為本發(fā)明中的吸收光闌結(jié)構(gòu)不意圖，(b)為吸收光闌AA處的剖面不意圖，(c)為吸收光闌I處的局部放大圖，圖3為本發(fā)明中的熱電偶溫度傳感器安裝布局示意圖，圖4為本發(fā)明中的熱電偶溫度傳感器串聯(lián)連接示意圖。在圖1?圖4中，本發(fā)明的高能激光束雜散光能量測(cè)量系統(tǒng)包括數(shù)個(gè)吸收光闌、熱電偶溫度傳感器2、光闌固定支架3、引線4、溫度采集模塊5、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)6、上位機(jī)7 ;所述的吸收光闌I為圓環(huán)形；其連接關(guān)系是，所述的吸收光闌I通過螺紋與光闌固定支架3連接；吸收光闌I背光面設(shè)置有數(shù)組熱電偶溫度傳感器固定槽位8，每組的熱電偶溫度傳感器固定槽位8均設(shè)置在吸收光闌I背光面對(duì)應(yīng)的同心圓圓周上；熱電偶溫度傳感器2粘接于熱電偶溫度傳感器固定槽位8中，熱電偶溫度傳感器2通過引線4與溫度采集模塊5電連接；溫度采集模塊5通過網(wǎng)線與網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)6電連接；網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)6通過網(wǎng)線與上位機(jī)7電連接；數(shù)個(gè)吸收光闌設(shè)置于高能激光的傳輸路徑上。
[0018]所述的每組的熱電偶溫度傳感器固定槽位8等距離的設(shè)置在一個(gè)同心圓圓周上，每一個(gè)同心圓圓周上的熱電偶溫度傳感器固定槽位的數(shù)量是相等的。
[0019]所述的吸收光闌I迎光面設(shè)置有環(huán)形的V型槽，數(shù)個(gè)V型槽的槽底構(gòu)成一組圓環(huán)，圓環(huán)的圓心與吸收光闌I的圓心重合。
[0020]本實(shí)施例中，所述的V型槽夾角α為20。;所述的V型槽的深度等于吸收光闌I厚度的0.5倍。所述的吸收光闌I的內(nèi)徑為被測(cè)激光束外徑的1.05倍，吸收光闌I的外徑等于被測(cè)激光束外徑的2倍。
[0021]輸入的環(huán)形高能激光主光束從本發(fā)明中的吸收光闌I中心圓孔穿過,主光束外圍存在的高頻分量雜散光被吸收光闌I的圓環(huán)遮擋并吸收，使得雜散光能量測(cè)量系統(tǒng)不會(huì)對(duì)主激光束的傳輸產(chǎn)生影響；吸收光闌I通過螺紋與光闌固定支架3連接，為了減少吸收光闌I與外界之間的熱傳導(dǎo)，在螺紋之間增加了聚四氟乙烯隔熱墊；在吸收光闌I背光面設(shè)置有熱電偶溫度傳感器固定槽位8，熱電偶溫度傳感器2的工作端嵌入其中，并用高溫導(dǎo)熱膠粘接固定；熱電偶溫度傳感器2通過引線4與溫度采集模塊5電連接；由于高能激光傳輸路徑較長(zhǎng)，要獲得不同位置處雜散光能量及分布特性需要在光路上設(shè)置多個(gè)測(cè)點(diǎn)，為了解決分布在一個(gè)較大空間范圍內(nèi)多個(gè)測(cè)試點(diǎn)同步采集控制及高精度溫度測(cè)量問題，本系統(tǒng)采用分布式系統(tǒng)布局，將溫度采集模塊5設(shè)計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)化模塊，具備命令接收與解析、溫度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于傳輸功能；溫度采集模塊5通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)6接收來自上位機(jī)7發(fā)送的上層控制命令后，解析轉(zhuǎn)換為底層采集硬件電路控制命令實(shí)現(xiàn)多通道同步采集。采集后的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)6發(fā)送至上位機(jī)7進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與顯示，如圖1所示。
[0022]圖2中，吸收光闌I材料為硬鋁；吸收光闌I迎光面表面為經(jīng)過高溫等離子噴涂氧化鋁和氧化鈦混合物的涂層，使得材料表面對(duì)激光雜散光的單次吸收率達(dá)到80%，且涂層具有優(yōu)異的附著力可與吸收光闌I表面緊密結(jié)合；為了減少多個(gè)測(cè)點(diǎn)吸收光闌I之間相互干擾引入的測(cè)量誤差，吸收光闌I背光面采用黑色陽(yáng)極氧化工藝處理；吸收光闌I迎光面上均勻的設(shè)置有環(huán)形的V型槽，V型槽的設(shè)置能夠增大吸收光闌I迎光面的表面積，并且使得高能激光雜散光在V型槽內(nèi)部發(fā)生多次漫反射，從而提升吸收光闌I迎光面對(duì)雜散光的吸收效率。
[0023]在圖3中，所述的熱電偶溫度傳感器2的工作端嵌入吸收光闌I背光面設(shè)置的熱電偶溫度傳感器固定槽位8中，熱電偶溫度傳感器與熱電偶溫度傳感器固定槽位對(duì)應(yīng)設(shè)置。為了使得熱電偶溫度傳感器2溫度測(cè)量的響應(yīng)更迅速、測(cè)量更準(zhǔn)確，熱電偶溫度傳感器2的工作端為露端型，從而縮短熱電偶溫度傳感器響應(yīng)時(shí)間，安裝時(shí)其工作端要緊密貼近熱電偶溫度傳感器固定槽位8的底部，以保證最大限度的貼近吸收光闌I迎光面使得測(cè)量更準(zhǔn)確，并用高溫導(dǎo)熱膠粘接使其與吸收光闌I之間穩(wěn)固連接；根據(jù)高能激光束雜散光產(chǎn)生機(jī)理及特性，雜散光照射在吸收光闌I靠近外徑的概率遠(yuǎn)小于靠近內(nèi)徑的概率，若采用完全獨(dú)立的熱電偶溫度傳感器布局，則會(huì)造成靠近吸收光闌I外徑的熱電偶溫度傳感器2產(chǎn)生的熱電勢(shì)較小，極易淹沒于溫度采集模塊5的系統(tǒng)噪聲中，同時(shí)，還會(huì)造成溫度采集模塊5的通道數(shù)成數(shù)倍的增長(zhǎng)，故每個(gè)吸收光闌I上粘接有三十二支結(jié)構(gòu)相同的熱電偶溫度傳感器，熱電偶溫度傳感器分為四組，每組的八支熱電偶溫度傳感器對(duì)應(yīng)粘接在位于吸收光闌I背光面的一個(gè)同心圓圓周上的熱電偶溫度傳感器固定槽位中；每組的熱電偶溫度傳感器采用串聯(lián)連接，并通過弓I線與溫度采集模塊電連接。
[0024]圖4中，八支熱電偶溫度傳感器采用串聯(lián)的連接方式焊接。這種連接方式可以獲得較高的信噪比，并且在測(cè)量雜散光能量的同時(shí)也可以通過計(jì)算獲得雜散光在吸收光闌I上的功率密度分布特性。
[0025]實(shí)施例2
實(shí)施例2與實(shí)施例1結(jié)構(gòu)基本相同，不同之處是，本實(shí)施例中吸收光闌的內(nèi)徑為被測(cè)激光束外徑的1.1倍，吸收光闌迎光面設(shè)置的環(huán)形的V型槽夾角α為45°，每個(gè)吸收光闌上粘接有六十四支結(jié)構(gòu)相同的熱電偶溫度傳感器，熱電偶溫度傳感器分為四組，每組的十六支熱電偶溫度傳感器對(duì)應(yīng)粘接在位于吸收光闌背光面的一個(gè)同心圓圓周上的熱電偶溫度傳感器固定槽位中，吸收光闌材料為紫銅。
[0026]實(shí)施例3
實(shí)施例3與實(shí)施例1結(jié)構(gòu)基本相同，不同之處是，本實(shí)施例中吸收光闌迎光面設(shè)置的環(huán)形的V型槽夾角α為60°，每個(gè)吸收光闌上粘接有四十支結(jié)構(gòu)相同的熱電偶溫度傳感器，熱電偶溫度傳感器分為五組，每組的八支熱電偶溫度傳感器對(duì)應(yīng)粘接在位于吸收光闌背光面的一個(gè)同心圓圓周上的熱電偶溫度傳感器固定槽位中。
【權(quán)利要求】
1.一種高能激光束雜散光能量測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述的測(cè)量系統(tǒng)包括數(shù)個(gè)吸收光闌、熱電偶溫度傳感器(2)、光闌固定支架(3)、引線(4)、溫度采集模塊(5)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)(6)、上位機(jī)(7);所述的吸收光闌(I)為圓環(huán)形；其連接關(guān)系是，所述的吸收光闌(I)通過螺紋與光闌固定支架(3)連接；吸收光闌(I)背光面設(shè)置有數(shù)組熱電偶溫度傳感器固定槽位(8)，每組的熱電偶溫度傳感器固定槽位(8)均設(shè)置在吸收光闌(I)背光面對(duì)應(yīng)的同心圓圓周上；熱電偶溫度傳感器(2)粘接于熱電偶溫度傳感器固定槽位(8)中，熱電偶溫度傳感器(2)通過引線(4)與溫度采集模塊(5)電連接；溫度采集模塊(5)通過網(wǎng)線與網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)(6)電連接；網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)(6)通過網(wǎng)線與上位機(jī)(7)電連接；數(shù)個(gè)吸收光闌設(shè)置于高能激光的傳輸路徑上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高能激光束雜散光能量測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述的每組的熱電偶溫度傳感器固定槽位(8)等距離的設(shè)置在同心圓圓周上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高能激光束雜散光能量測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述的吸收光闌(I)迎光面設(shè)置有環(huán)形 的V型槽，數(shù)個(gè)V型槽的槽底構(gòu)成一組圓環(huán)，圓環(huán)的圓心與吸收光闌(I)的圓心重合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高能激光束雜散光能量測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述的V型槽夾角α的范圍為20°~60° ;所述的V型槽的深度小于等于吸收光闌(I)厚度的0.5倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高能激光束雜散光能量測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述的吸收光闌(I)的內(nèi)徑為被測(cè)激光束外徑的1.05~1.1倍，吸收光闌(I)的外徑大于等于被測(cè)激光束外徑的2倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高能激光束雜散光能量測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述的熱電偶溫度傳感器(2)的工作端為露端型。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高能激光束雜散光能量測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述的熱電偶溫度傳感器(2)的工作端嵌入吸收光闌(I)背光面設(shè)置的熱電偶溫度傳感器固定槽位(8)中；每個(gè)吸收光闌(I)上粘接有數(shù)組結(jié)構(gòu)相同的熱電偶溫度傳感器，每組的熱電偶溫度傳感器對(duì)應(yīng)粘接在熱電偶溫度傳感器固定槽位中；每組的熱電偶溫度傳感器采用串聯(lián)連接，并通過引線與溫度采集模塊電連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高能激光束雜散光能量測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述的吸收光闌(I)采用的材料為硬鋁或紫銅，吸收光闌(I)迎光面的表面為經(jīng)過高溫等離子噴涂氧化鋁和氧化鈦混合物的涂層。
【文檔編號(hào)】G01K7/04GK103604495SQ201310582846
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月20日
【發(fā)明者】范國(guó)濱, 張衛(wèi), 常艷, 魏繼鋒, 周山, 周文超, 彭勇, 田英華, 黃德權(quán), 沙子杰, 蔣志雄, 胡曉陽(yáng) 申請(qǐng)人:中國(guó)工程物理研究院應(yīng)用電子學(xué)研究所