CN106451047B - 一种智能自检光纤激光器及其开机自检方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种智能自检光纤激光器，包括激光发生器以及稀土类元素掺杂光纤，还包括：一设置在靠近稀土类元素掺杂光纤的输入端的位置的光电传感器；一设置在靠近稀土类元素掺杂光纤的输出端的位置的第一反射光传感器；一设置在靠近激光发生器的激光腔的位置的第二反射光传感器；以及一分别与光电传感器、第一反射光传感器以及第二反射光传感器连接的控制处理单元。本发明利用光电传感器、第一、第二反射光传感器对光纤激光器进行全方位实时监控，当任一传感器检测到非正常状态时，都会被记录并反馈给控制处理单元，控制处理单元根据传感器反馈的信号对光纤激光器进行控制，有效地提高了光纤激光器的可靠性和使用寿命。

Description

一种智能自检光纤激光器及其开机自检方法

技术领域

本发明涉及光纤激光器技术领域，尤其涉及一种智能自检光纤激光器及其开机自检方法。

背景技术

光纤激光器(Fiber Laser)是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，光纤激光器可在光纤放大器的基础上开发出来的。在泵浦光的作用下光纤内极易形成高功率密度，造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”，当适当加入正反馈回路(构成谐振腔)便可形成激光振荡输出。

随着光纤激光器的性能提高及价格下降，光纤激光器正在逐步取代二氧化碳激光器的传统地位而被广泛应用于各种金属板材加工领域。光纤激光器的广泛应用也对其可靠性提出了更高的要求，光纤激光器的光学器件的常见故障包括放射导致的光纤或者光纤零部件的损失、二极体的损坏或者功率衰减等。目前绝大部分的光纤激光器带有反射监控传感器，在反射过高时自动关闭激光器并报错通知用户或者技术人员。但现有的光纤激光器采用的是一种被动的反应式保护，即只有在激光输出功率有明显衰减时或放射超过阈值时才会关机保护，而且不能避免用户重复开机对激光器造成进一步的损坏。

为此，申请人进行了有益的探索和尝试，找到了解决上述问题的办法，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一在于：针对现有技术的不足而提供一种可靠性高、使用寿命长、主动反应式保护、避免处于故障情况下用户重复开机造成进一步损坏的智能自检光纤激光器。

本发明所要解决的技术问题之二在于：提供一种上述智能自检光纤激光器的开机自检方法。

作为本发明第一方面的一种智能自检光纤激光器，包括激光发生器以及对所述激光发生器输出的信号光进行放大并输出的稀土类元素掺杂光纤，其特征在于，还包括：

一设置在靠近所述稀土类元素掺杂光纤的输入端的位置的用于通过检测包层中的散射进行监控激光器发生器的输出功率的光电传感器；

一设置在靠近所述稀土类元素掺杂光纤的输出端的位置的用于监控激光与加工物相互作用产生的反射光的第一反射光传感器；

一设置在靠近所述激光发生器的激光腔的位置的用于监控激光器光腔的非正常情况的第二反射光传感器；以及

一分别与所述光电传感器、第一反射光传感器以及第二反射光传感器连接的控制处理单元，当所述光电传感器、第一反射光传感器以及第二反射光传感器中任一传感器监控到故障时，所述控制处理单元控制所述激光发生器停止工作。

在本发明的一个优选实施例中，还包括若干分别与所述光纤激光器中的每一二极体呈一一对应关系的二极体温度传感器，每一二极体温度传感器分别与所述控制处理单元连接且用于实时监控与其相对应的二极体的工作温度；当任意一二极体温度传感器监控到二极体的工作温度超出正常阈值时，所述控制处理单元控制所述激光发生器停止工作并报错。

在本发明的一个优选实施例中，还包括若干分别与所述光纤激光器中的每一二极体驱动电路呈一一对应关系的二极体驱动电路温度传感器，每一二极体驱动电路温度传感器分别与所述控制处理单元连接且用于实时监控与其相对应的二极体驱动电路板的工作温度；当任意一二极体驱动电路温度传感器监控到二极体驱动电路板的工作温度超出正常阈值时，所述控制处理单元控制所述激光发生器停止工作并报错。

在本发明的一个优选实施例中，还包括一设置在所述光纤激光器的冷却液入口处且与所述控制处理单元连接的用于监控冷却液温度的冷却液入口温度传感器和一设置在所述光纤激光器的冷却液出口处且与所述控制处理单元连接的用于监控冷却液温度的冷却液出口温度传感器；当所述冷却液入口温度传感器或者冷却液出口温度传感器检测到冷却液温度超出正常阈值时，所述控制处理单元控制所述激光发生器停止工作并报错。

在本发明的一个优选实施例中，还包括设置在所述光纤激光器内且与所述控制处理单元连接的用于监控所述光纤激光器的内部环境湿度的环境湿度传感；当所述环境湿度传感检测到光纤激光器的内部环境湿度超出正常阈值时，所述控制处理单元控制所述激光发生器停止工作并报错。

在本发明的一个优选实施例中，还包括设置在所述光纤激光器内且与所述控制处理单元连接的用于监控所述光纤激光器的内部环境温度的环境温度传感；当所述环境温度传感检测到光纤激光器的内部环境温度超出正常阈值时，所述控制处理单元控制所述激光发生器停止工作并报错。

在本发明的一个优选实施例中，还包括设置在所述光纤激光器内且与所述控制处理单元连接的用于记录所有传感器采集到的信号数据的数据存储器，所述数据存储器将记录到的所有信号数据通过无线方式发送至远程数据服务器，所述远程服务器对数据存储器发送过来的所有信号数据进行分析，进而了解光纤激光器的使用状况，便于及时安排预防或维护。

作为本发明第二方面的一种上述智能自检光纤激光器的开机自检方法，包括以下步骤：

步骤S1，光纤激光器关闭所有输出通道和关闭主电源，光纤激光器内的光电传感器检测位于激光发生器的激光腔头端的红光二极体所产生的红光信号是否大于预设阈值，若判定为是，则开启光纤激光器的主电源，进入步骤S2，否则进入步骤S3；

步骤S2，调整光纤激光器的输出功率低于正常输出功率，光纤激光器内的所有二极体依次逐个进行通电，光纤激光器内的光电传感器依次对每一二极体输出的泵浦光能量进行检测，当检测到某一二极体输出的泵浦光能量低于预先校准的阈值时，光纤激光器主动关闭该二极体；

步骤S3，光纤激光器关闭电源并结束自检。

由于采用了如上的技术方案，本发明的有益效果在于：本发明利用光电传感器、第一、第二反射光传感器以及多个温度传感器对光纤激光器进行全方位实时监控，当任一传感器检测到非正常状态时，都会被记录并反馈给控制处理单元，控制处理单元根据传感器反馈的信号对光纤激光器进行控制，启动相应的反应机制，有效地提高了光纤激光器的可靠性和使用寿命。

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，下面描述中的附图仅仅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是本发明的光电传感器的安装位置示意图。

图2是本发明的所有传感器的工作示意图。

图3是本发明的开机自检的工作流程图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

本发明的一种智能自检光纤激光器，包括激光发生器以及对激光发生器输出的信号光进行放大并输出的稀土类元素掺杂光纤。参见图2，还包括光电传感器110、第一反射光传感器120、第二反射光传感器130、若干二极体温度传感器140、若干二极体驱动电路温度传感器150、冷却液入口温度传感器160a、冷却液出口温度传感器160b、环境湿度传感170、环境温度传感180以及控制处理单元，控制处理单元分别与光电传感器110、第一反射光传感器120、第二反射光传感器130、每一二极体温度传感器140、每一二极体驱动电路温度传感器150、冷却液入口温度传感器160a、冷却液出口温度传感器160b、环境湿度传感170以及环境温度传感180连接。

光电传感器110设置在靠近稀土类元素掺杂光纤10的输入端11的位置，具体地，光电传感器110设置在靠近稀土类元素掺杂光纤10与输出连接光纤20之间的焊接点上，如图1所示，稀土类元素掺杂光纤10通过输出连接光纤20与激光发生器形成连接。光电传感器110通过检测在包层中的散射进行监控激光器发生器的输出功率。为了保护光电传感器110不受从输出光缆接受到的反射光的影响，可以将高消光比的包层模激光剥除器安置在光电传感器110的前方。当光电传感器110检测到包层中的散射超出正常阈值时，锁定故障并报错通知用户，控制处理单元控制激光发生器停止工作，或者关闭光纤激光器的主电源。

第一反射光传感器120设置在靠近稀土类元素掺杂光纤的输出端，其用于监控激光与加工物相互作用产生的反射光。当第一反射光传感器120捕捉到超出正常范围的反射光，控制处理单元将会自动启动反射保护机制，即锁定故障并报错通知用户，控制处理单元控制激光发生器停止工作，或者关闭光纤激光器的主电源。其中，超出正常范围的超强反射可能是来自于切割头或准直镜，或者是没有优化好的切割参数，或者脏了的光学镜头，或其他非正常情况。不论在何种情况下，第一反射光传感器120的目的就是监测各种非正常的反射信号，并反馈到控制处理单元进行合适的反射保护处理。

第二反射光传感器130设置在靠近激光发生器的激光腔，其用于监控激光器光腔的非正常情况。当第二反射光传感器130捕捉到超出正常范围的反射光，控制处理单元将会自动启动反射保护机制，即锁定故障并报错通知用户，控制处理单元控制激光发生器停止工作，或者关闭光纤激光器的主电源。非正常激光器光腔事件包括衍生激光，拉曼散射等非线性光学现象，零部件故障如纤维断裂、纤维熔断器、光栅、合成器或其他部件故障，这些非正常事件会产生超出正常范围的反射光。

若干二极体温度传感器140与光纤激光器中的每一二极体呈一一对应关系，其用于实时监控与其相对应的二极体的工作温度。当任意一二极体温度传感器140监控到二极体的工作温度大于或等于正常阈值时，控制处理单元控制激光发生器停止工作并报错；当任意一二极体温度传感器140监控到二极体的工作温度介于90％正常阈值与正常阈值之间时，提示二极体超温报警；当任意一二极体温度传感器140监控到二极体的工作温度低于90％正常阈值时，该二级体超温解除，控制处理单元启动主电源，光纤激光器进入工作就绪状态。

若干二极体驱动电路温度传感器150与光纤激光器中的每一二极体驱动电路呈一一对应关系，其用于实时监控与其相对应的二极体驱动电路板的工作温度。当任意一二极体驱动电路温度传感器150监控到二极体驱动电路板的工作温度超出正常阈值时，控制处理单元控制激光发生器停止工作并报错；当任意一二极体驱动电路温度传感器150监控到二极体驱动电路板的工作温度介于90％正常阈值与正常阈值之间时，提示二极体驱动电路板超温报警；当任意一二极体驱动电路温度传感器150监控到二极体驱动电路板的工作温度低于90％正常阈值时，该二极体驱动电路板超温解除，控制处理单元启动主电源，光纤激光器进入工作就绪状态。

冷却液入口温度传感器160a设置在光纤激光器的冷却液入口处，其用于监控冷却液温度。冷却液出口温度传感器160b设置在光纤激光器的冷却液出口处，其也用于监控冷却液温度。当冷却液入口温度传感器160a或者冷却液出口温度传感器160b检测到冷却液温度超出正常阈值时，控制处理单元控制激光发生器停止工作并报错；当冷却液入口温度传感器160a或者冷却液出口温度传感器160b检测到冷却液温度介于90％正常阈值与正常阈值之间时，提示冷却液超温报警；当冷却液入口温度传感器160a或者冷却液出口温度传感器160b检测到冷却液温度低于90％正常阈值时，该冷却液超温解除，控制处理单元启动主电源，光纤激光器进入工作就绪状态。

环境湿度传感170设置在光纤激光器内，其用于监控光纤激光器的内部环境湿度。当环境湿度传感170检测到光纤激光器的内部环境湿度超出正常阈值时，控制处理单元控制激光发生器停止工作并报错；当环境湿度传感170检测到光纤激光器的内部环境湿度介于90％正常阈值与正常阈值之间时，提示光纤激光器的内部环境湿度超限报警；当环境湿度传感170检测到光纤激光器的内部环境湿度低于90％正常阈值时，该光纤激光器的内部环境湿度超限解除，控制处理单元启动主电源，光纤激光器进入工作就绪状态。

环境温度传感180设置在光纤激光器内，其用于监控光纤激光器的内部环境温度。当环境温度传感180检测到光纤激光器的内部环境温度超出正常阈值时，控制处理单元控制激光发生器停止工作并报错；当环境温度传感180检测到光纤激光器的内部环境温度介于90％正常阈值与正常阈值之间时，提示光纤激光器的内部环境温度超限报警；当环境温度传感180检测到光纤激光器的内部环境温度低于90％正常阈值时，该光纤激光器的内部环境温度超限解除，控制处理单元启动主电源，光纤激光器进入工作就绪状态。

此外，本发明还包括设置在光纤激光器内且与控制处理单元连接的用于记录所有传感器采集到的信号数据的数据存储器，数据存储器将记录到的所有信号数据通过无线方式发送至远程数据服务器，远程服务器对数据存储器发送过来的所有信号数据进行分析，进而了解光纤激光器的使用状况，便于及时安排预防或维护。

本发明的智能自检光纤激光器的开机自检方法，包括以下步骤：

步骤1，光纤激光器关闭所有输出通道和关闭主电源；

步骤2，开启定位指示灯；

步骤3，光纤激光器内的光电传感器检测位于激光发生器的激光腔头端的红光二极体所产生的红光信号是否大于预设阈值，若判定为是，则开启光纤激光器的主电源，进入步骤4，否则进入步骤9；

步骤4，提示定位指示灯正常；

步骤5，开启光纤激光器的主电源；

步骤6，打开第1路二极体，同时调整光纤激光器的输出功率为正常输出功率的10％；

步骤7，光纤激光器内的光电传感器对第1路二极体输出的泵浦光能量进行检测是否低于预先校准的阈值，若判定为是，则提示第1路二级体正常，否则提示第1路二极体故障；

步骤8，根据步骤7的操作依次对其他各路二极体进行故障判定，全部二极体判定完毕后，进入步骤10；

步骤9，提示定位指示灯故障；

步骤10，关闭光纤激光器的主电源，光路自检结束。

本发明的智能自检光纤激光器的开机自检方法包括光纤光路自检和二极体自检。

其中，光纤光路自检利用光电传感器检测红光二极体的红光信息，以判断光纤是否存在断开或者漏光现象。即校准后的光电传感器探测到的红光信号低于阈值，意味着红光二极体和光电传感器之间有光纤断点，光纤激光器接收到光电传感器的反馈信号后将中断自检过程，切断激光器动力电源，防止激光器再次开机导致更坏的损伤，同时报警提示用户和操作员。

如果光纤光路自检通过，SMAT激光器自动进入二极体自检。每个二极体将会依次逐个进入二极体自检以评估二极体的工作状态。如果光电传感器检测到某个二极体输出的泵浦光能量低于预先校准的阈值，意味着这个二极体工作不正常，SMAT激光器在收到反馈后将启动预设的保护程序，主动关掉这个二极体并提示给用户和操作员，同时在系统日志进行记录，在条件允许的时候将信息上传到光惠的专用服务器。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种智能自检光纤激光器，包括激光发生器以及对所述激光发生器输出的信号光进行放大并输出的稀土类元素掺杂光纤，其特征在于，还包括：

一设置在靠近所述稀土类元素掺杂光纤与输出连接光纤之间的焊接点上的用于通过检测包层中的散射进行监控激光器发生器的输出功率的光电传感器；当光电传感器检测到包层中的散射超出正常阈值时，锁定故障并报错通知用户，控制处理单元控制激光发生器停止工作，或者关闭光纤激光器的主电源；在所述光电传感器的前方安置高消光比的包层模激光剥除器；

一设置在靠近所述稀土类元素掺杂光纤的输出端的位置的用于监控激光与加工物相互作用产生的反射光的第一反射光传感器；当第一反射光传感器捕捉到超出正常范围的反射光，控制处理单元将会自动启动反射保护机制，即锁定故障并报错通知用户，控制处理单元控制激光发生器停止工作，或者关闭光纤激光器的主电源；其中，超出正常范围的超强反射是来自于切割头或准直镜，或者是没有优化好的切割参数，或者脏了的光学镜头；

一设置在靠近所述激光发生器的激光腔的位置的用于监控激光器光腔的非正常情况的第二反射光传感器；当第二反射光传感器捕捉到超出正常范围的反射光，控制处理单元将会自动启动反射保护机制，即锁定故障并报错通知用户，控制处理单元控制激光发生器停止工作，或者关闭光纤激光器的主电源；非正常激光器光腔事件包括衍生激光或拉曼散射的非线性光学现象，或者纤维断裂、纤维熔断器、光栅、合成器的零部件故障；以及

一分别与所述光电传感器、第一反射光传感器以及第二反射光传感器连接的控制处理单元，当所述光电传感器、第一反射光传感器以及第二反射光传感器中任一传感器监控到故障时，所述控制处理单元控制所述激光发生器停止工作；

还包括若干分别与所述光纤激光器中的每一二极体呈一一对应关系的二极体温度传感器，每一二极体温度传感器分别与所述控制处理单元连接且用于实时监控与其相对应的二极体的工作温度；当任意一二极体温度传感器监控到二极体的工作温度超出正常阈值时，所述控制处理单元控制所述激光发生器停止工作并报错；

还包括若干分别与所述光纤激光器中的每一二极体驱动电路呈一一对应关系的二极体驱动电路温度传感器，每一二极体驱动电路温度传感器分别与所述控制处理单元连接且用于实时监控与其相对应的二极体驱动电路板的工作温度；当任意一二极体驱动电路温度传感器监控到二极体驱动电路板的工作温度超出正常阈值时，所述控制处理单元控制所述激光发生器停止工作并报错；

还包括一设置在所述光纤激光器的冷却液入口处且与所述控制处理单元连接的用于监控冷却液温度的冷却液入口温度传感器和一设置在所述光纤激光器的冷却液出口处且与所述控制处理单元连接的用于监控冷却液温度的冷却液出口温度传感器；当所述冷却液入口温度传感器或者冷却液出口温度传感器检测到冷却液温度超出正常阈值时，所述控制处理单元控制所述激光发生器停止工作并报错；

还包括设置在所述光纤激光器内且与所述控制处理单元连接的用于监控所述光纤激光器的内部环境湿度的环境湿度传感；当所述环境湿度传感检测到光纤激光器的内部环境湿度超出正常阈值时，所述控制处理单元控制所述激光发生器停止工作并报错；

还包括设置在所述光纤激光器内且与所述控制处理单元连接的用于监控所述光纤激光器的内部环境温度的环境温度传感；当所述环境温度传感检测到光纤激光器的内部环境温度超出正常阈值时，所述控制处理单元控制所述激光发生器停止工作并报错。

2.如权利要求1所述的智能自检光纤激光器，其特征在于，还包括设置在所述光纤激光器内且与所述控制处理单元连接的用于记录所有传感器采集到的信号数据的数据存储器，所述数据存储器将记录到的所有信号数据通过无线方式发送至远程数据服务器，所述远程服务器对数据存储器发送过来的所有信号数据进行分析，进而了解光纤激光器的使用状况，便于及时安排预防或维护。

3.一种如权利要求1或2所述的智能自检光纤激光器的开机自检方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，光纤激光器关闭所有输出通道和关闭主电源，光纤激光器内的光电传感器检测位于激光发生器的激光腔头端的红光二极体所产生的红光信号是否大于预设阈值，若判定为是，则开启光纤激光器的主电源，进入步骤S2，否则进入步骤S3；

步骤S2，调整光纤激光器的输出功率低于正常输出功率，光纤激光器内的所有二极体依次逐个进行通电，光纤激光器内的光电传感器依次对每一二极体输出的泵浦光能量进行检测，当检测到某一二极体输出的泵浦光能量低于预先校准的阈值时，光纤激光器主动关闭该二极体；

步骤S3，光纤激光器关闭电源并结束自检；

其中，光纤光路自检利用光电传感器检测红光二极体的红光信息，以判断光纤是否存在断开或者漏光现象，即校准后的光电传感器探测到的红光信号低于阈值，意味着红光二极体和光电传感器之间有光纤断点，光纤激光器接收到光电传感器的反馈信号后将中断自检过程，切断激光器动力电源，防止激光器再次开机导致更坏的损伤，同时报警提示用户和操作员；

如果光纤光路自检通过，SMAT激光器自动进入二极体自检； 每个二极体将会依次逐个进入二极体自检以评估二极体的工作状态，如果光电传感器检测到某个二极体输出的泵浦光能量低于预先校准的阈值，意味着这个二极体工作不正常，SMAT激光器在收到反馈后将启动预设的保护程序，主动关掉这个二极体并提示给用户和操作员，同时在系统日志进行记录。

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