CN102914422A - 头盔面板防护镜片的激光防护检测系统 - Google Patents

Abstract

头盔面板防护镜片的激光防护检测系统，属于激光检测技术领域，为了解决现有技术中检测系统复杂操作不便，本发明的提出实现头盔面板防护镜片的安装以及自动切换功能，本发明监测系统包括激光器、激光扩束系统、波长选择器、分光监控组件、头盔面板防护镜片安装组件、直测探测器组件和检测探测器组件；激光器发出的光先后经过激光扩束系统、波长选择器和分光监控组件，光经过分光监控组件后透射出的光经过被测激光防护眼镜后入射到直测探测器组件，光经过分光监控组件反射出的光入射到检测探测器组件；最终实现光密度测试、光密度非均匀性测试、不同入射角度光密度测试、不同偏振方向光密度测试以及非均匀性测试五项标准测试功能。

Description

头盔面板防护镜片的激光防护检测系统

技术领域

本发明涉及头盔面板防护镜片的激光防护检测系统，属于激光检测技术领域。

背景技术

头盔面板防护镜片可以保护人眼并对不同波长激光实现能量衰减，头盔面板防护镜片研制的性能效果直接影响人眼安全问题，针对于检测头盔面板防护镜片性能的好坏，测量系统评价就显得十分重要。目前，国内头盔面板防护镜片的检测方法虽然已经在GJB2408-1995中提出，但是在实际的装置研制中，只有很少的报道，国家激光器件质量监督检测中心的俞元淮提出了光楔分光式的双光路光束光密度检测装置以及军事医学科学院放射与辐射医学研究所的罗振坤提出的激光防护镜自动检定装置。

考虑到原有的头盔面板防护镜片检测系统中，采用光电二极管作为探测器接收能量，需要复杂的后续驱动电路以及信号转换运算。同时采用光楔分光，监测光路光轴的偏离原光路角度比较小，92%的透射能量的偏离角度仅在2.5°左右，这样会导致系统中其他元件的不易加入。对于具体头盔面板防护镜片的安装以及自动切换功能并未提出相应的解决方案。

发明内容

本发明针对于技术背景中所提出的问题，提出了针对于头盔面板防护镜片的激光防护检测系统，包括双波长激光器、激光扩束系统、波长选择器、分光监控组件、头盔面板防护镜片安装组件、直测探测器组件和监测探测器组件；双波长激光器发出的光先后经过激光扩束系统、波长选择器和分光监控组件，光经过分光监控组件后透射出的光经过被测头盔面板防护镜片安装组件后入射到直测探测器组件，光经过分光监控组件反射出的光入射到监测探测器组件。

本发明的有益效果：本发明检测系统中双波长激光器提供光源，光经过激光扩束系统扩束后，由波长选择器来确定不同偏振态的光，光再经过分光监控组件，分光监控组件为系统提供一个参考光路，一个测量光路；头盔面板防护镜片安装组件，实现了头盔面板防护镜片的固定，镜片的水平、竖直自动位移以及水平、俯仰高精度转动；探测器组件，实现透过头盔面板防护镜片的光束收集，并上传至功率计及计算机，为后续信号处理提供数据，最终实现光密度测试、光密度非均匀性测试、不同入射角度光密度测试、不同偏振方向光密度测试以及非均匀性测试五项标准测试功能。

附图说明

图1是头盔面板防护镜片的激光防护检测系统的示意图。

图中：1、双波长激光器，2、激光扩束系统，2-1、凹透镜，2-2、凸透镜，3、波长选择器，3-1、窄带滤光片，3-2、1/4波片，4、分光监控组件，4-1、限束光阑，4-2、分光镜，4-3、衰减片，4-4、格兰泰勒棱镜，5、头盔面板防护镜片安装组件， 5-1、头盔面板防护镜片，6、直测探测器组件，6-1、直测聚光镜，6-2、直测功率计，7、监测探测器组件，7-1、监测聚光镜，7-2、监测功率计。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，头盔面板防护镜片的激光防护检测系统包括双波长激光器1、激光扩束系统2、波长选择器3、分光监控组件4、头盔面板防护镜片安装组件5、直测探测器组件6和监测探测器组件7；双波长激光器1发出的光先后经过激光扩束系统2、波长选择器3和分光监控组件4，光经过分光监控组件4后透射出的光经过被测头盔面板防护眼镜后入射到直测探测器组件6，光经过分光监控组件4反射出的光入射到监测探测器组件7。激光扩束系统2从左到右包括凹透镜2-1和凸透镜2-2；波长选择器3从左到右包括窄带滤波片3-1和1/4波片3-2；分光监控组件4从左到右包括限束光阑4-1、分光镜4-2、衰减片4-3和格兰泰勒棱镜4-4；直测探测器组件6包括直测聚光镜6-1和直测功率计6-2；监测探测器组件7包括监测聚光镜7-1和监测功率计7-2；直测功率计6-2和监测功率计7-2分别与计算机相连接。

双波长激光器1、激光扩束系统2、波长选择器3组成激光束发射组件，激光器1选用半导体倍频激光器，一般在倍频激光器中，两个波长同时受激发射且为线偏振光，因此，要获得单一的、圆偏振光波长，需要添加由窄带滤光片3-1和1/4波片3-2组成的波长选择器3来实现将激光光束的双波长滤光以及圆偏振态的转换，在后续的测量中实现不同偏振态的测试功能，在激光束发射组件中加入可以实现偏振光转换的格兰泰勒棱镜。由于激光器所出射的光斑口径仅2mm，而要求测试的光斑口径在4-7mm范围内可调，因此需要加入激光扩束系统2将光斑口径扩大，采用倒置伽利略式望远结构，负正光焦度透镜组合，负透镜2-1采用高折射率、高色散的LaK4玻璃，实现将光束发散，正透镜2-2采用低折射率、低色散实现会聚效果，负透镜2-1的像方焦点和正透镜2-2的物方焦点重合，实现无焦系统。

分光监控组件4由限束光阑4-1、分光镜4-2、衰减片4-3、格兰泰勒棱镜4-4组成，限束光阑4-1主要通过改变光阑大小从而改变经激光扩束系统2后的有效光束口径，得到头盔面板防护镜片检测中期望的测试面积大小。分光镜4-2将光束分为监测光路系统和直测光路系统两路，分光比对于532nm和1064nm两个波段略有不同，需要进行分别的标定。为保证系统测试的动态范围，系统根据待测样品的预估光密度值选择了几款衰减片4-3，并同时进行了衰减片4-3在532nm和1064nm两个波段的标定。在偏振态功能测量中，考虑到前面的激光束发射组件已经将激光器发出的光线变化为圆偏振光，因此，可以利用格兰泰勒棱镜4-4实现532nm和1064nm两个波段的不同线偏振态的转变，同时要求对两种波长的消光比小于5×10^-6。

头盔面板防护镜片安装组件5由平移台、转台、卡具组成，卡具实现头盔面板防护镜片5-1的固定，位移台实现头盔面板防护镜片5-1的上下左右移动，转台实现头盔面板防护镜片5-1的转动，位移台和转台的配合实现了头盔面板防护镜片5-1的垂直测试功能。

直测探测器组件6由直测聚光镜6-1和直测功率计6-2组成，由于激光发射的功率在毫瓦量级，经过头盔面板防护镜片5-1后的功率会在纳瓦量级，因此，直测功率计6-2功率选用50nW-50mW，功率分辨率达到1nw。为了能将光线全部接收，需要在直测功率计6-2之前加入直测聚光镜6-1，将经过头盔面板防护镜片5-1的光全部会聚到直测功率计6-2的有效探测尺寸之内。直测聚光镜6-1的光学镜片材料采用K9玻璃，实现大角度范围内光束的收集，并使直测探测器6-2像面上的光斑小于10mm。

监测探测器组件7由监测聚光镜7-1和监测功率计7-2组成，其结构实施和器件的选择与直测探测器组件6相同。

直测功率计6-2和监测功率计7-2均与计算机相连，通过计算机对采集的数据进行处理，进而实现激光头盔面板防护镜片5-1的检测。

1、光密度测试

光密度是激光头盔面板防护镜片检定及防护性能测试评价的主要性能参数，也是头盔面板防护镜片研制、生产和使用过程中需要首先确定和重点保证的主要技术指标，它表征激光防护镜对特定波长激光的衰减程度。在特定激光波长上防护镜的最低光密度值。必须依据激光防护标准中所规定的人眼激光照射限值及人眼所允许的最大激光辐照量或辐照度确定。

防护镜光密度测试分两步：

第1步，测量分束比。在系统光路中，调整和固定各光学元件，使光路准直，根据测试波长选择激光器1，根据头盔面板防护镜片5-1的具体情况，通过调节衰减片4-3，选定合适的激光照射能量和光强比例，调节限束光阑4-1选择合适的光束口径，测量光密度时，移去格兰泰勒棱镜4-4，设置测量仪器参数。利用计算机软件进行程序控制和自动数据采集处理，记录直测功率计6-2的入射激光辐照度值E_直i和监测功率计7-2的激光辐照度值E_直i，测量读数n次（最少重复6次）。

分束比标准偏差为：

取平均值为实时监视测量分束比值，

。

第2步，测防护样品。样品放置于直测光路，通过计算机测控与数据自动采集处理系统．记录直测功率计6-2的入射激光辐照度值E＇_直i和监测功率计7-2的激光辐照度值E＇_监i。测量读数m次（最少重复6次）。入射光辐照度E＇_直i与透射光辐照度E＇_监i之比的对数值即为光密度

。

加入样品后的标准偏差为：

衰减比平均值：

衰减比平均标准偏差：

光密度平均值：

光密度平均值标准偏差：

2、光密度非均匀性测试

参照光密度测试．以头盔面板防护镜片5-1的几何中心为圆心，以其内切圆半径为直径的同心圆上4个等距离点为测试位置，对镜片中心和4个象限的中心位置点进行测量，每点的测量不少于6次，取算术平均值为该点的测试结果，再计算出中心与4个象限的光密度平均值

和标准偏差S，根据式(6)计算光密度非均匀性ΔD：

3、不同入射角度光密度测试

参照光密度测试．对头盔面板防护镜片5-1进行不同入射角的光密度测试。按规定的视野范围，．改变激光照射光束的入射角，在0°的正负方向，每隔10°为一个测试点，每点的测量读数不少于6次，取算术平均值为该点的测试结果，测量获得头盔面板防护镜片5-1在不同角度激光照射条件下的光密度值，再与激光0°入射头盔面板防护镜片5-1的光密度值进行比较，得出相对偏差。

4、不同偏振方向光密度测试

该检定装置激光源输出为线偏振光。在对头盔面板防护镜片5-1不同偏振态下的光密度测试时，可将激光束照射头盔面板防护镜片5-1的中心位置，主要分两步来进行：

第1步，在激光入射面与偏振面正交条件下，调整激光入射角度，每隔10°为一个测试点，每点的测量读数不少于6 次。取算术平均值为该点的测试结果，测量获得头盔面板防护镜片5-1在不同角度激光照射条件下的光密度值；

第2步，在激光入射面与偏振面平行条件下，按上述相同测试方法、测试点位和入射角度，测量获得头盔面板防护镜片5-1的光密度值，然后，将正交和平行两种偏振状态相应入射角度激光照射所测得的光密度值进行比较．得出相对偏差。测量时，两种偏振状态之间的旋转镜片来控制。

5、非对称性测试

对同一付头盔面板防护镜片5-1的左、右眼镜片，按光密度测试方法，分别测试两镜片的光密度值，激光照射光束垂直入射镜片中心位置．每组测量读数不少于6次，分别求出算术平均值，并将两镜片光密度值进行比较，计算得出相对偏差。

Claims (3)

1.头盔面板防护镜片的激光防护检测系统，其特征是，包括双波长激光器（1）、激光扩束系统（2）、波长选择器（3）、分光监控组件（4）、头盔面板防护镜片安装组件（5）、直测探测器组件（6）和监测探测器组件（7）；双波长激光器（1）发出的光先后经过激光扩束系统（2）、波长选择器（3）和分光监控组件（4），光经过分光监控组件（4）后透射出的光经过被测头盔面板防护镜片安装组件（5）后入射到直测探测器组件（6），光经过分光监控组件（4）反射出的光入射到监测探测器组件（7）。

2.根据权利要求1所述的头盔面板防护镜片的激光防护检测系统，其特征在于，激光扩束系统（2）从左到右包括凹透镜（2-1）和凸透镜（2-2）；

波长选择器（3）从左到右包括窄带滤波片（3-1）和1/4波片（3-2）；

分光监控组件（4）从左到右包括限束光阑（4-1）、分光镜（4-2）、衰减片（4-3）和格兰泰勒棱镜（4-4）；

直测探测器组件（6）包括直测聚光镜（6-1）和直测功率计（6-2）；

监测探测器组件（7）包括监测聚光镜（7-1）和监测功率计（7-2）。

3.根据权利要求2所述的头盔面板防护镜片的激光防护检测系统，其特征在于，所述直测功率计（6-2）和监测功率计（7-2）分别与计算机相连接。

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