CN101858779A - 远场激光功率分布测量器 - Google Patents

Abstract

本发明的一种远场激光功率分布测量器，包括靶子系统和瞄准系统，靶子系统包括低反射靶板、探测器阵列、靶板中心指示器、瞄准望远镜、光学装置、数据采集系统、计算机处理系统；光学装置均匀排列在低反射靶板上，构成探测器阵列，靶板中心指示器设置在低反射靶板中心位置，瞄准望远镜设置在低反射靶板的正上方；瞄准系统包括长焦镜头的CCD成像装置，可拆卸的波长为532nm的滤光片，监视器，多维平移台；长焦镜头的CCD成像装置设置在多维平移台上方，可拆卸的波长为532nm的滤光片设置在长焦镜头的CCD成像装置前方。本发明的远场激光功率分布测量器可靠性高、测量精确、功能齐全、操作简便。

Description

远场激光功率分布测量器

技术领域

本发明属于激光参数测量的装置，特别是一种远场激光功率分布测量器。

背景技术

激光技术是一新兴技术，它已渗透到人们生活与生产的各个角落，而激光眩目器技术是激光技术的重要分支之一。激光眩目器及类似机关器的激光功率强，若在检测时稍不注意会对人造成一定的伤害，这就需要一个高效安全的激光测量设备用来解决对激光参数的评估，以提高测量效率。同时此种激光脉冲宽度窄，这需要有高速信号处理能力的系统与它相适应，减少激光信息的损失以提高测量准确度。

为了解决这一问题，许多研究人员做了相关努力，如北京光电技术研究所申请的专利，将激光照射在具有朗伯特性的漫反射靶上，将CCD成像模块放置在漫反射靶的反射光区之中用于对漫反射靶的漫反射光成像，通过数据线与采集装置，输入数据处理模块，对数据进行分析。漫反射靶对被测激光进行漫反射，使其产生漫反射特性与入射光的特性相同，在漫反射靶上开有小孔，靶背后有能量功率探头接收通过漫反射靶激光光束对其进行测量，然后进行数据测量。同时也有一些文章选择采集256路信号通过4-6线译码器16片十六选一模拟开关对信号进行采集，因为对激光信号采集的数量有限，处理芯片选用单片机，所以处理速度不理想，这使得测量信号的精度和准确度打折扣，对激光的测量造成了误差。同时由于大气对激光的光强也有影响受大气影响的光斑被接收这更加降低了测量的质量，带来不必要的损失。

总之，现有的仪器有着功能不够齐全，数据采集有限，数据计算误差较大等缺点，不能较好的适应高效率的检测

发明内容

本发明的目的在于提供一种可靠性高、测量精确、功能齐全的远场激光功率分布测量器。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种远场激光功率分布测量器，包括靶子系统和瞄准系统，靶子系统包括低反射靶板、探测器阵列、靶板中心指示器、瞄准望远镜、光学装置、数据采集系统、计算机处理系统；光学装置均匀排列在低反射靶板上，构成探测器阵列，靶板中心指示器设置在低反射靶板中心位置，瞄准望远镜设置在低反射靶板的正上方；瞄准系统包括长焦镜头的CCD成像装置，可拆卸的波长为532nm的滤光片，监视器，多维平移台；长焦镜头的CCD成像装置设置在多维平移台上方，可拆卸的波长为532nm的滤光片设置在长焦镜头的CCD成像装置前方。

上述光学装置包括可拆卸遮光筒、滤光片、衰减片、会聚透镜、固定遮光筒、PIN探测器，固定遮光筒的一端设置PIN探测器，固定遮光筒的另一端设置可拆卸遮光筒，在PIN探测器和可拆卸遮光筒之间设置会聚透镜，可拆卸遮光筒内靠近会聚透镜的一端设置衰减片，在可拆卸遮光筒的另一端设置滤光片。

上述数据采集系统包括线性衰减网络、峰值保持电路、A/D转换电路、缓冲器电路、信号读取单元、信号控制单元；线性衰减网络接收探测器光学装置输出的光电转化信号，并将该信号进行选择倍率衰减，峰值保持电路的输入端与线性衰减网络的输出端相连接，接收线性衰减网络输出的信号，并将该窄脉宽信号延时保持，A/D转换电路的输入端接峰值保持电路的输出端，将峰值保持电路输出的模拟信号转化为数字信号，缓冲器电路的输入端接A/D转换电路的输出端，将转化后的数字信号进行储存，信号读取单元的输入端接缓冲器电路的输出端，将存储的信号进行读取与控制；信号控制单元的输入端接信号读取单元的输出端，信号控制单元的输出端接计算机处理系统的输入端，控制信号读取单元读取信号并将读取的信号传输给计算机处理系统。

本发明与现有技术相比，其显著优点：1)采用计算机等高速设备，可测量激光束在垂直平面上的强度分布，辐照量区间的百分率，远场光斑的直径，激光总能量，透过率等参数，测量的可靠性高，测量结果精确；2)采用激光靶板接收信号，采集的数量庞大，给数据处理提供了丰富的基础；3)采用高性能数据处理系统，能够精确测量激光靶接收的庞大数据信号。

附图说明

图1是本发明的远场激光功率分布测量器整体结构图。

图2是本发明的远场激光功率分布测量器中探测器光学系统结构示意图。

图3是本发明的远场激光功率分布测量器中数据采样系统原理图。

图4是本发明的远场激光功率分布测量器中探测器阵列结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1，本发明的远场激光功率分布测量器，包括靶子系统22和瞄准系统23，靶子系统包括低反射靶板15、探测器阵列18、靶板中心指示器16、瞄准望远镜17、光学装置27、数据采集系统、计算机处理系统；光学装置27均匀排列在低反射靶板15上，构成探测器阵列18，靶板中心指示器16设置在低反射靶板15中心位置，瞄准望远镜17设置在低反射靶板15的正上方；瞄准系统23包括长焦镜头的CCD成像装置19，可拆卸的波长为532nm的滤光片21，监视器20，多维平移台24；长焦镜头的CCD成像装置19设置在多维平移台24上方，可拆卸的波长为532nm的滤光片21设置在长焦镜头的CCD成像装置19前方。靶子系统22上设置可拆卸的反光布26。

探测器阵列18由40×40个均匀排布的光学装置27固定在低反射靶15上组成，该探测器阵列18采用模块化结构，每个模块包括均匀分布的16个光学装置27。每个模块由一个FPGA控制，共有100个FPGA。整个探测器阵列由1600个光学装置27模块组成，每个模块具有单独的信号采用和处理功能。

靶子系统22下方设置位置可调节的专用支架25。

结合图2，本发明的远场激光功率分布测量器的光学装置27包括可拆卸遮光筒1、滤光片2、衰减片3、会聚透镜4、固定遮光筒5、PIN探测器6，固定遮光筒5的一端设置PIN探测器6，固定遮光筒5的另一端设置可拆卸遮光筒1，在PIN探测器6和可拆卸遮光筒1之间设置会聚透镜4，可拆卸遮光筒1内靠近会聚透镜4的一端设置衰减片3，在可拆卸遮光筒1的另一端设置滤光片2。

结合图3，本发明的远场激光功率分布测量器的数据采集系统包括线性衰减网络8、峰值保持电路9、A/D转换电路10、缓冲器电路11、信号读取单元12、信号控制单元13；线性衰减网络8接收探测器光学装置输出的光电转化信号，并将该信号进行选择倍率衰减，判断此信号是否在预定的范围内，选择不同的电阻实现不同的倍率衰减，选择好倍率的信号进入下一级处理电路，峰值保持电路9的输入端与线性衰减网络8的输出端相连接，接收线性衰减网络8输出的信号，并将该窄脉宽信号延时保持，A/D转换电路10的输入端接峰值保持电路9的输出端，将峰值保持电路9输出的模拟信号转化为数字信号，缓冲器电路11的输入端接A/D转换电路10的输出端，将转化后的数字信号进行储存，信号读取单元12的输入端接缓冲器电路11的输出端，将存储的信号进行读取与控制；信号控制单元13的输入端接信号读取单元12的输出端，信号控制单元13的输出端接计算机处理系统14的输入端，控制信号读取单元12读取信号并将读取的信号传输给计算机处理系统14。

信号读取单元12接收缓冲器电路的信号，该单元包括100个FPGA，分别读取100个模块输出的信号。并等待信号控制单元13发出接收信号指令，当收到信号接收指令的时候，再次接收缓冲器电路11输出的信号。该单元还将读取到的信号输入给信号控制单元13。信号读取单元12所控制的信号均已符合要求后，将所测信号存入自带或外置的RAM中，同时根据下次到来的信号进行数据的刷新。

信号控制单元13将接收到信号读取单元12中100路信号传输给计算机处理系统14，当传输完毕后向信号读取单元12发送接收信号指令。

计算机控制系统14采用工控机，能够介入各种数据卡以及与信号读取单元链接，测试结果可以在显示器上显示出来，界面内容包括工作状态、被测项目、显示方式、选择等，测量结果用图表文字方式显示。

当激光信号到达探测阵列时，首先由触发器电路中的PIN管探测器6接收激光信号，由采样电路转换成数字信号，信号控制单元13向信号读取单元12发出控制信号，准备由探测器阵列接收下一个光脉冲信号进行采样，然后信号控制单元13向计算机控制系统14发出请求信号，当所有信号控制单元13全向计算机控制系统14发出请求后计算机向信号控制单元13发出数据接收指令，信号控制单元13将控制信号传输给信号读取单元12，信号读取单元12开始读取信号，并将采样数据通过信号控制单元13依次传入计算机。

使用本发明的远场激光功率分布测量器时，首先将被测产品与靶子系统22对准，远场激光功率分布测量器中设置了双向对准方式，在被测产品端采用支架，其上面安装了多维移动平台24，可实现前后左右两维移动。靶子系统22包括一个专用支架25，专用支架25与低反射靶板15采用可分离方式。在靶板中心安装瞄准指示器16，它采用一个大功率红色指示灯，作为产品瞄准基点，在瞄准结束后，可以将其移开。低反射靶板15上安装瞄准望远镜17，用来瞄准被测产品，确保靶平面与激光束的光轴垂直。瞄准望远镜使用完成后可以拆卸。激光器和望远镜的光轴存在偏差，这将导致测量时激光束不在靶板的中心或脱靶。为此，系统中中采用CCD实现对激光光斑位置的校准。在靶板前放置反光布26，其尺寸稍大于靶板。瞄准后可拆卸。在被测产品一端设置一套带长焦镜头的CCD成像装置19。为了减少外界可见光对CCD摄像头的干扰，在镜头前安装可拆卸的波长为532nm的滤光片21一个。

移动平台是一维可移动平台，平移范围大于120mm，具有仰卧和左右旋转功能，能够对靶板位置惊醒调节；安装支架是与产品配合的机械接口用以产品间的相互连接；瞄准标志红白标杆，上带有红绿指示灯，用于靶的方向瞄准；支撑架用来支撑整个产品系统；专用车辆放置系统设备，测量过程中调节测量的距离。

然后利用长焦镜头的CCD成像装置19向靶板前的反光布26瞄准，使反光布26位于监视器的视场中心，此时，在CCD前安装滤光片21，当激光器向靶板发射激光时，利用带长焦镜头的CCD成像装置19向靶板瞄准，则反光布26反射的激光信号被CCD接收。在监视器20上观察激光光斑的位置，同时根据光斑位置调节多维平移台24直至光斑接近反光布26的中心的位置。由于测试一般是在外场进行的，需要自备电源方案中初步计划采用便携式发电机，在靶板处采用雅马哈汽油发电机EF2600(2.0KVA)。同时系统中包括许多实验设备，另外在试验过程中需要不断改变靶板与被测产品的相对距离。为此，配置专用车辆一台，用于放置实验仪器，并在试验过程中配合靶板进行移动车辆选用南京汽车制造厂生产的依维柯，型号为得意A40(NJ6606SFF611-17座)。

由于激光功率可能超出人眼安全范围，为此需要特别注意安全防护，首先必须提供完整的安全指示，其次需要配置必要的安全设施，如测试人员需要配置防激光眼镜。在靶板的两侧用软性材料拉防护栏，计算机系统与靶板必须具有足够的安全距离。第三，有效的激光吸收措施，以防止无用的激光对周围人员造成伤害。第四，必须具有方便的通讯手段，只有在双方确认后，才可以进行测试工作，包括发射激光脉冲、进行数据测试等。

Claims (7)

1.一种远场激光功率分布测量器，其特征在于：包括靶子系统[22]和瞄准系统[23]，靶子系统包括低反射靶板[15]、探测器阵列[18]、靶板中心指示器[16]、瞄准望远镜[17]、光学装置[27]、数据采集系统、计算机处理系统；光学装置[27]均匀排列在低反射靶板[15]上，构成探测器阵列[18]，靶板中心指示器[16]设置在低反射靶板[15]中心位置，瞄准望远镜[17]设置在低反射靶板[15]的正上方；瞄准系统[23]包括长焦镜头的CCD成像装置[19]，可拆卸的波长为532nm的滤光片[21]，监视器[20]，多维平移台[24]；长焦镜头的CCD成像装置[19]设置在多维平移台[24]上方，可拆卸的波长为532nm的滤光片[21]设置在长焦镜头的CCD成像装置[19]前方。

2.根据权利要求1所述的远场激光功率分布测量器，其特征在于：靶子系统[22]上设置可拆卸的反光布[26]。

3.根据权利要求1或2所述的远场激光功率分布测量器其特征在于：探测器阵列[18]由40×40个均匀排布的光学装置[27]固定在低反射靶[15]上组成，该探测器阵列[18]采用模块化结构，每个模块包括均匀分布的16个光学装置[27]。

4.根据权利要求1或2所述的远场激光功率分布测量器，其特征在于：光学装置[27]包括可拆卸遮光筒[1]、滤光片[2]、衰减片[3]、会聚透镜[4]、固定遮光筒[5]、PIN探测器[6]，固定遮光筒[5]的一端设置PIN探测器[6]，固定遮光筒[5]的另一端设置可拆卸遮光筒[1]，在PIN探测器[6]和可拆卸遮光筒[1]之间设置会聚透镜[4]，可拆卸遮光筒[1]内靠近会聚透镜[4]的一端设置衰减片[3]，在可拆卸遮光筒[1]的另一端设置滤光片[2]。

5.根据权利要求3所述的远场激光功率分布测量器，其特征在于：光学装置[27]包括可拆卸遮光筒[1]、滤光片[2]、衰减片[3]、会聚透镜[4]、固定遮光筒[5]、PIN探测器[6]，固定遮光筒[5]的一端设置PIN探测器[6]，固定遮光筒[5]的另一端设置可拆卸遮光筒[1]，在PIN探测器[6]和可拆卸遮光筒[1]之间设置会聚透镜[4]，可拆卸遮光筒[1]内靠近会聚透镜[4]的一端设置衰减片[3]，在可拆卸遮光筒[1]的另一端设置滤光片[2]。

6.根据权利要求1所述的远场激光功率分布测量器，其特征在于：数据采集系统包括线性衰减网络[8]、峰值保持电路[9]、A/D转换电路[10]、缓冲器电路[11]、信号读取单元[12]、信号控制单元[13]；线性衰减网络[8]接收探测器光学装置输出的光电转化信号，并将此信号按强弱进行衰减达到可测的范围，峰值保持电路[9]的输入端与线性衰减网络[8]的输出端相连接，接收线性衰减网络[8]输出的信号，并将该窄脉宽信号延时保持，A/D转换电路[10]的输入端接峰值保持电路[9]的输出端，将峰值保持电路[9]输出的模拟信号转化为数字信号，缓冲器电路[11]的输入端接A/D转换电路[10]的输出端，将转化后的数字信号进行储存，信号读取单元[12]的输入端接缓冲器电路[11]的输出端，将存储的信号进行读取与控制；信号控制单元[13]的输入端接信号读取单元[12]的输出端，信号控制单元[13]的输出端接计算机处理系统[14]的输入端，控制信号读取单元[12]读取信号并将读取的信号传输给计算机处理系统[14]。

7.根据权利要求1或2所述的远场激光功率分布测量器，其特征在于：靶子系统[22]下方设置位置可调节的专用支架[25]。

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