CN105318968A - 光纤激光器的光功率采集器及基于其的老化测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种光纤激光器的光功率采集器及基于其的老化测试装置，其中，光功率采集器包括：一球形腔、安装在所述球形腔外表面的散热片、开设在所述球形腔上的入光孔和出光孔以及安装在所述出光孔处的光电二极管；所述光电二极管位于所述球形腔内；所述球形腔，用于对所述光纤激光器输出的激光进行衰减；所述光电二极管，用于采集所述衰减后的激光并生成脉冲信号；所述散热片，用于将产生的热量散出。本发明实施例使用球形腔反射吸收衰减方式将较大的激光光功率衰减到光电二极管可以承受的功率范围内，同时将激光限制在球形腔内不断反射吸收，防止了激光外泄造成安全隐患。

Description

光纤激光器的光功率采集器及基于其的老化测试装置

技术领域

本发明涉及激光器的老化测试领域，尤其涉及一种光纤激光器的光功率采集器及基于其的老化测试装置。

背景技术

目前，公知的光纤激光器老化测试过程中都是通过光功率计对激光器的光功率数据进行采集。但现有的光功率计容易造成激光外泄等问题，因而安全性低且测量的准确性较低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种光纤激光器的老化测试装置，以解决现有技术中使用光功率计安全性、准确性低的问题。

为实现上述目的，本发明一方面提供一种光纤激光器的光功率采集器，包括：一球形腔、安装在所述球形腔外表面的散热片、开设在所述球形腔上的入光孔和出光孔以及安装在所述出光孔处的光电二极管；所述光电二极管位于所述球形腔内；

所述球形腔，用于对所述光纤激光器输出的激光进行衰减；

所述光电二极管，用于采集所述衰减后的激光并生成脉冲信号；

所述散热片，用于将产生的热量散出。

优选的，所述球形腔外壳为6061铝合金；

和/或；

所述球形腔内表面为粗糙面；

和/或；

所述光功率采集器还包括位于所述光电二极管与所述球形腔之间的绝热材料。

本发明另一方面还提供了一种光纤激光器的老化测试装置，其特征在于，包括老化数据采集板、计算机、至少一个老化监控板以及上述的光功率采集器；所述光功率采集器与所述老化监控板相对应；其中，

所述光功率采集器，用于在所述光纤激光器出光后产生对应的光功率数据并发送至所述老化监控板；

所述老化监控板，用于控制对应的光纤激光器，对所述光纤激光器的参数进行设置，根据所述老化数据采集板的功率读取指令从所述光功率采集器获取所述光功率数据；

所述老化数据采集板，用于将从所述计算机获取的所述功率读取指令发送至所述老化监控板，读取所述老化监控板返回的光功率数据并发送至所述计算机；

所述计算机，用于发送所述功率读取指令至所述老化数据采集板并对接收的所述光功率数据进行处理和存储。

优选的，所述老化数据采集板通过广播发送方式将所述功率读取指令发送至所述老化监控板；所述功率读取指令包括一个字节的地址信息。

优选的，所述老化监控板包括微处理器、旋转编码器、OLED显示模块以及无线收发模块；

所述旋转编码器，用于输入参数设置指令至所述微处理器；

所述OLED显示模块，用于对所述光纤激光器的状态进行显示；

所述微处理器，用于根据所述参数设置指令对所述光纤激光器的参数进行设置，将获取的光纤激光器的状态数据发送至所述OLED显示模块并将所述脉冲信号转换为所述光功率值后通过所述无线收发模块发送至所述老化数据采集板。

优选的，所述微处理器为ATMEGA16A-AU微控制器；

所述无线收发模块为CC1101无线收发器；

所述光功率采集模块通过双绞线与所述微控制器的模拟数字转换接口相连；所述旋转编码器连接至所述微处理器的第一组通用输入/输出接口；所述OLED显示模块连接至所述微处理器的第二组通用输入/输出接口；

所述无线收发模块连接至所述微处理器的第三组通用输入/输出接口；

所述微处理器通过DB25接口与所述光纤激光器相连；

所述参数设置指令为激光器出光/关光指令、激光器功率设置指令、激光器重复频率设置指令、低功率保护值设置指令、定时停机时间设置指令、通信地址设置指令、定频自动开关使能/禁能设置指令、定频自动开关频率设置指令中的至少一个指令。

优选的，所述光纤激光器的输出端固定在所述光功率采集器的夹具内。

优选的，所述老化监控板，还用于在检测到所述光功率低于预设阈值时，关闭所述光纤激光器；

和/或；

所述老化监控板，还用于读取所述光纤激光器DB25接口的状态脚的信号，当检测到所述状态脚的信号发生变化时，关闭所述光纤激光器。

优选的，所述老化监控板在检测到所述光功率低于预设阈值和/或测到所述状态脚的信号发生变化时显示报警信息。

优选的，所述老化监控板还包括定时器；

所述微处理器，用于根据所述定时器的计时，在检测到设置的定时停机时间到达时，关闭所述光纤激光器。

本发明实施例使用球形腔反射吸收衰减方式将较大的激光光功率衰减到光电二极管可以承受的功率范围内，同时将激光限制在球形腔内不断反射吸收，防止了激光外泄造成安全隐患。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明光功率采集模板外形图；

图2是本发明装置结构图；

图3是本发明老化监控板结构图；

图4是本发明老化监控板外形图；

图5是本发明装置工作流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明旨在提供一种光功率采集器，以对光纤激光器的光功率进行采集。如图1所示，该光功率采集器包括：一球形腔21以及安装在球形腔内的光电二极管。使用球形腔反射吸收衰减方式将较大的激光光功率衰减到光电二极管可以承受的功率范围内。球形腔外壳材料为6061铝合金，球形腔上开有一个入光孔22，一个出光孔，球形腔内表面保持加工后的粗糙面，使照射在其上的激光产生漫反射，利用6061铝合金对激光有一定吸收率的特性使入射激光光功率衰减，衰减率与铝合金对激光的吸收率、反射次数及出光孔孔径相关。光电二极管安装在出光孔上，位于球形腔的内表面，用于采集衰减后的激光并生成脉冲信号。光电二极管与球形腔之间使用绝热材料隔离，以避免球形腔被激光照射后光电二极管温度升高参数漂移造成测量功率误差。球形腔外表面安装有散热片，可将吸收光功率后产生的热量散出。

本发明另一方面还提供了一种光纤激光器的老化测试装置，如图2所示，包括：

多个老化监控板11、与老化监控板11对应的光功率采集器12、老化数据采集板13以及计算机(即上位机)14。其中，

光功率采集器12，用于在光纤激光器15出光后产生对应的光功率数据并发送至老化监控板11。光纤激光器的输出端放入光功率采集器的夹具内固定。光功率采集器12与老化监控板11通过双绞线连接。

老化监控板11，用于控制对应的光纤激光器15，对光纤激光器15的参数进行设置，根据老化数据采集板13的功率读取指令从光功率采集器12获取光功率数据。

具体的，老化监控板11用于控制激光器的开关、功率设置、重复频率设置、脉宽读写、状态显示、定时停机等功能。老化监控板11替代了传统老化测试方法中打标卡的功能与光功率计的部分功能。

脉宽读写是通过老化监控板25针接口中的三个PIN脚，通过SPI协议对光纤激光器写入或从光纤激光器读出。

定时停机功能是老化监控板上的功能，为实现此功能使用了ATMEGA16A-AU微控制器的定时器，通过对定时器初始化，程序每10ms进一次定时中断：

程序中设置了多个用于计时的全局变量，其中：

变量t0_10ms每次进入定时中断+1；

变量t0_1sec每当t0_10ms计数到100后+1，同时变量t0_10ms清零；

变量t0_1min每当t0_1sec计数到60后+1，同时变量t0_1sec清零；

变量t0_1hour每当t0_1min计数到60后+1，同事变量t0_1min清零；

另有三个用于记录定时设置值的全局变量t_set_sec,t_set_min,t_set_hour，此三个设置值可通过旋转编码器进行设置：

t_set_set最小为0，最大59；

t_set_min最小为0，最大59；

t_set_hour最小为0，最大8760；

程序开始执行后，通过设置使激光器出光后，计时用的全局变量(t0_10ms,t0_1sec,t0_1min,t0_1hour)便开始按上述a)步骤开始进行计数，当此计时全局变量值与记录定时设置值的全局变量完全相等(t_set_sec等于t0_1sec，t_set_min等于t0_1min，t_set_hour等于t0_1hour)后，程序自动将激光器关闭。

光纤激光器15与老化监控板11通过DB25电缆连接。

老化数据采集板13，用于将从计算机14的功率读取指令发送至老化监控板11，读取老化监控板11返回的光功率数据并发送至计算机14。

具体的，老化数据采集板13通过串口将数据上传到计算机上进行处理与存储。

计算机14，用于发送功率读取指令至老化数据采集板13并对接收的光功率数据进行处理和存储。

老化数据采集板13通过广播发送方式将功率读取指令发送至老化监控板11；功率读取指令包括一个字节的地址信息。老化数据采集板13发送指令时为广播发送方式，所有同频段下工作的老化监控板11都会收到此指令，指令中包含一个字节的地址信息，老化监控板11收到指令后，先比较此地址是否与操作人员设定的通信地址一致，若不一致，则忽略此指令。若一致，则执行指令对应程序。因地址0与255均为广播地址，因此，同一频段下，一块老化数据采集板13最多可以采集254个老化监控板11的数据。表明本申请可以同时远程监控老化多达254台光纤激光器。

老化监控板程序中有光功率校正算法，老化测试前先通过功率计测量出光纤激光器的实际功率，测试开始后将之前测得的实际功率与光电二极管采集到的数值输入老化监控板，完成对光功率的校正。这样，通过标定，取样球形腔完成了对于待测激光的衰减、取样、测量、散热等功能。

老化监控板原理框图见图3，包括旋转编码器111、OLED显示模块112、无线收发模块113以及微处理器114。该微处理器114可选用ATMEL公司megaAVR系列的ATMEGA16A-AU微控制器，无线收发模块可选用TI公司的CC1101无线收发器。

其中，旋转编码器111，用于输入参数设置指令至微处理器114。

OLED显示模块112，用于对光纤激光器的状态进行显示。

具体的，OLED显示模块可用来显示操作界面，参数的设置是通过用户对旋转编码器的顺时针转动、逆时针转动及点击操作实现的，可以实现对以下参数的设置：激光器出光/关光；激光器功率设置；激光器重复频率设置；低功率保护值设置；定时停机时间设置；通信地址设置；定频自动开关使能/禁能设置；定频自动开关频率设置。

微处理器114，用于根据参数设置指令对光纤激光器的参数进行设置，将获取的光纤激光器的状态数据发送至OLED显示模块112并将脉冲信号转换为光功率值后通过无线收发模块113发送至老化数据采集板。

光功率采集器的光电二极管通过双绞线连接到微处理器114，激光器出光后，光电二极管上将产生对应的脉冲信号，电老化监控板上的滤波电路将光纤激光器输出的脉冲信号转换为稳定的电压信号送入微处理器的ADC输入端，通过ADC将电压信号转换为可以处理的数字量。微处理器程序中有对采样数据求平均的算法以降低数据受噪声影响造成的抖动，然后通过光功率转换算法将电压数字量转换为与激光器输出光功率对应的光功率值。当收到老化数据采集板发来的读取功率指令后，此光功率值通过SPI接口送入无线收发模块，回传到老化数据采集板，完成一次光功率采集。

上述旋转编码器111连接至微处理器的第一组通用输入/输出接口，OLED显示模块112连接至微处理器的第二组通用输入/输出接口，无线收发模块113连接至微处理器的第三组通用输入/输出接口，微处理器114通过DB25接口与光纤激光器相连。

旋转编码器有5个引脚，除了两个GND连接到老化监控板的公共地以外，剩余3个引脚连接到微处理器的3个通用输入/输出接口上。

OLED显示模块共有6个引脚，除了一个VCC连接到老化监控板上的5V电源正极，一个GND连接到老化监控板公共地，剩余4个引脚分别连接到微处理器的4个通用输入/输出接口上。

无线收发模块共有8个引脚，除了一个3.3V引脚连接到老化监控板上的3.3V电源正极，一个GND连接到老化监控板公共地，剩余6个引脚分别连接到微处理器的6个通用输入/输出接口上。

在老化测试进行过程中，可以设定一个保护阈值，当老化监控板采集到的光纤激光器输出功率低于保护(预设)阈值时，老化监控板自动关闭激光器出光，并在OLED显示模块上显示出相应的报警信息。除了光功率保护，老化监控板也在不断读取激光器DB25接口上的几个状态脚的信号，当激光器出现异常状态脚信号发生变化时，老化监控板也将关闭激光器出光并显示出对应的报警信息。

图4示出了老化监控板的外形图。

基于上述装置，对光纤激光器的进行老化测试的流程如图5所示，包括如下步骤：

S11、系统上电后转入步骤S12；

S12、老化监控板初始化、老化数据采集板初始化、上位机程序初始化，之后转入步骤S13；

S13、设定老化参数、设定老化监控板通信地址，之后转入步骤S14；

S14、选择上位机数据库文件名、选中老化监控板通信地址对应通道，之后转入步骤S15；

S15、开启激光器，之后转入步骤S16；

S16、启动上位机程序、启动老化监控板光功率保护功能，之后转入步骤S17、S18；

S17、如判断到激光器功率过低，转入步骤S171；

S18、上位机通过串口向老化数据采集板发送功率读取指令，之后转入步骤S19；

S19、老化数据采集板通过CC1101无线收发模块向老化监控板发送功率读取指令，之后转入步骤S20；

S20、判断指令中包含的地址与老化监控板地址是否一致，如不一致，转入步骤S21，若一致，转入步骤S22；

S21、忽略此条指令；

S22、将当前最新的一个功率值通过CC1101无线收发模块发送到老化数据采集板，之后转入步骤S23；

S23、老化数据采集板将回传的功率数据通过串口发送回上位机，之后转入步骤S24；

S24、上位机将功率数据存储到数据库,之后转入步骤S18；

S171、若是，则关闭激光器，显示报警信息。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光纤激光器的光功率采集器，其特征在于，所述光功率采集器包括：一球形腔、安装在所述球形腔外表面的散热片、开设在所述球形腔上的入光孔和出光孔以及安装在所述出光孔处的光电二极管；所述光电二极管位于所述球形腔内；

所述球形腔，用于对所述光纤激光器输出的激光进行衰减；

所述光电二极管，用于采集所述衰减后的激光并生成脉冲信号；

所述散热片，用于将产生的热量散出。

2.如权利要求1所述的光纤激光器的光功率采集器，其特征在于，所述球形腔外壳为6061铝合金；

和/或；

所述球形腔内表面为粗糙面；

和/或；

所述光功率采集器还包括位于所述光电二极管与所述球形腔之间的绝热材料。

3.一种光纤激光器的老化测试装置，其特征在于，所述老化测试装置包括老化数据采集板、计算机、至少一个老化监控板以及如权利要求1-2中的任一项所述的光功率采集器；所述光功率采集器与所述老化监控板相对应；其中，

所述光功率采集器，用于在所述光纤激光器出光后产生对应的光功率数据并发送至所述老化监控板；

所述老化监控板，用于控制对应的光纤激光器，对所述光纤激光器的参数进行设置，根据所述老化数据采集板的功率读取指令从所述光功率采集器获取所述光功率数据；

所述老化数据采集板，用于将从所述计算机获取的所述功率读取指令发送至所述老化监控板，读取所述老化监控板返回的光功率数据并发送至所述计算机；

所述计算机，用于发送所述功率读取指令至所述老化数据采集板并对接收的所述光功率数据进行处理和存储。

4.如权利要求3所述的光纤激光器的老化测试装置，其特征在于，所述老化数据采集板通过广播发送方式将所述功率读取指令发送至所述老化监控板；所述功率读取指令包括一个字节的地址信息。

5.如权利要求3所述的光纤激光器的老化测试装置，其特征在于，所述老化监控板包括微处理器、旋转编码器、OLED显示模块以及无线收发模块；

所述旋转编码器，用于输入参数设置指令至所述微处理器；

所述OLED显示模块，用于对所述光纤激光器的状态进行显示；

所述微处理器，用于根据所述参数设置指令对所述光纤激光器的参数进行设置，将获取的光纤激光器的状态数据发送至所述OLED显示模块并将所述脉冲信号转换为所述光功率值后通过所述无线收发模块发送至所述老化数据采集板。

6.如权利要求5所述的光纤激光器的老化测试装置，其特征在于，所述微处理器为ATMEGA16A-AU微控制器；

所述无线收发模块为CC1101无线收发器；

所述光功率采集模块通过双绞线与所述微控制器的模拟数字转换接口相连；所述旋转编码器连接至所述微处理器的第一组通用输入/输出接口；所述OLED显示模块连接至所述微处理器的第二组通用输入/输出接口；

所述无线收发模块连接至所述微处理器的第三组通用输入/输出接口；

所述微处理器通过DB25接口与所述光纤激光器相连；

所述参数设置指令为激光器出光/关光指令、激光器功率设置指令、激光器重复频率设置指令、低功率保护值设置指令、定时停机时间设置指令、通信地址设置指令、定频自动开关使能/禁能设置指令、定频自动开关频率设置指令中的至少一个指令。

7.如权利要求3所述的光纤激光器的老化测试装置，其特征在于，所述光纤激光器的输出端固定在所述光功率采集器的夹具内。

8.如权利要求3所述的光纤激光器的老化测试装置，其特征在于，所述老化监控板，还用于在检测到所述光功率低于预设阈值时，关闭所述光纤激光器；

和/或；

所述老化监控板，还用于读取所述光纤激光器DB25接口的状态脚的信号，当检测到所述状态脚的信号发生变化时，关闭所述光纤激光器。

9.如权利要求8所述的光纤激光器的老化测试装置，其特征在于，所述老化监控板在检测到所述光功率低于预设阈值和/或测到所述状态脚的信号发生变化时显示报警信息。

10.如权利要求6所述的光纤激光器的老化测试装置，其特征在于，所述老化监控板还包括定时器；

所述微处理器，用于根据所述定时器的计时，在检测到设置的定时停机时间到达时，关闭所述光纤激光器。