CN106862760B - 一种可自动切换光路的激光传输系统 - Google Patents

一种可自动切换光路的激光传输系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可自动切换光路的激光传输系统，包括激光器（1）、光路切换组件（2）、光纤耦合头（3）、传输系统45度全反镜（4）、光纤线组（5）、光纤检测装置（6）、控制电路板（7）、壳体（8），其中，所述光路切换组件（2）及光纤耦合头（3）的个数分别根据实际需要设定，所述光纤线组（5）及所述光纤检测装置（6）的个数均与所述光纤耦合头（3）的个数相同，所述激光器（1）、光路切换组件（2）、光纤耦合头（3）、传输系统45度全反镜（4）、控制电路板（7）固定在壳体（8）上。本发明的控制系统根据光纤检测装置检测光纤的激光传输状态对激光器激光束的传输光路进行自动切换，从而保证激光传输光路的正常工作。

Description

一种可自动切换光路的激光传输系统
技术领域
本发明属于激光器技术，尤其涉及对激光器输出系统的改进。
背景技术
中国发明专利申请公布说明CN103056518A公开了一种激光器异路传输激光的控制系统和方法，该发明克服能量分光技术无法满足高功率输出的不足，结合分时分光技术优点的基础上，实现把原来的单光路输出系统变成多光路输出系统，并通过实时控制，使其在保证一定功率下，便捷、准确地把光束切换至不同输出端输出。
但是，此控制系统若要实现把原来的单光路输出系统变成多光路输出，需要根据输出需求进行人为的操控；此外，该系统的结构设计未对经高频振动后高功率激光传输光路的稳定性提出要求和改进措施。
为此，有必要对上述激光传输控制系统进行改进，使得能够实时检测光纤的激光传输状态并给控制电路送出故障信息，从而实现对激光束的传输光路进行自动切换，且满足经高频振动后高功率激光的稳定输出、控制其偏心误差的要求。
发明内容
本发明的目的：发明一种可自动切换光路的激光传输系统，使得控制系统能检测光纤的激光传输状态并对激光器激光束的传输光路进行自动切换，且提高经高频振动后高功率激光的输出稳定性，从而确保在高危环境下的激光传输系统的正常工作，提高工作效率和安全性。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种可自动切换光路的激光传输系统，包括激光器1、光路切换组件2、光纤耦合头3、传输系统45度全反镜4、光纤线组5、光纤检测装置6、控制电路板7、壳体8，其中，所述光路切换组件2及光纤耦合头3的个数分别根据实际需要设定，所述光纤线组5及所述光纤检测装置6的个数均与所述光纤耦合头3的个数相同，所述激光器1、光路切换组件2、光纤耦合头3、传输系统45度全反镜4、控制电路板7固定在壳体8上。
所述光路切换组件2包括第一电磁铁901、第一电磁铁支架1001、第一弹簧1101、第二电磁铁902、第二电磁铁支架1002、第二弹簧1102、转接件22、导轨23、切换组件45度全反镜24、托架25、挡块26、挡片27、光电开关电路板28、光电开关支架29等组件，其中，所述第一电磁铁支架1001、第二电磁铁支架1002、导轨23、挡块26和光电开关支架29固定在所述壳体8上；所述托架25的下表面与导轨23相连接，托架25上方与切换组件45度全反镜24相连接，以实现切换组件45度全反镜24沿导轨23滑行；所述第一电磁铁901、第一电磁铁支架1001和第一弹簧1101组合在一起，所述转接件22分别与第一电磁铁901和托架25相连接，以实现第一电磁铁901拖动托架25沿导轨23滑行；所述第二电磁铁902、第二电磁铁支架1002和第二弹簧1102组合在一起，第二电磁铁902的磁芯可插入托架25侧面的固定孔，以实现保持切换组件45度全反镜24处于或退出激光传输光路的状态；所述光电开关电路板28与光电开关支架29相连接，所述挡片27固定在托架25上表面，且挡片27可完全隔断偶数光电开关电路板28上的槽型光电开头的光路，以实现对切换组件45度全反镜24处于或退出激光传输光路位置的检测；所述挡块26设置在导轨23滑行的前方，以实现定位切换组件45度全反镜24处于反射传输激光的光路上；所述光路切换组件2的设计方式还可以采用步进电机驱动齿轮齿条结构进而带动托架切入或退出光路，此类思想也在本专利保护范围。
所述的光纤线组5包括传输光纤81、检测光纤82和光纤保护管83，所述传输光纤81、检测光纤82包裹在所述光纤保护管83内，以实现对所述传输光纤81和检测光纤82的保护；所述检测光纤82也可以替代为信号线，使用信号线是在激光传输未端用光电二极管将光信息转化为电信号传回所述控制电路板7，而使用检测光纤时是将激光信号传回壳体后再用光电二极管将光信号转化为电信号传回控制电路板7；所述传输系统45度全反镜4反射的激光光路与所述光纤耦合头3轴向重合，以实现经光纤耦合头3将激光耦合到所述光纤线组5里的传输光纤81；所述光纤线组5与光纤耦合头3相连接，以实现激光的传输；所述光纤检测装置6与光纤线组5末端相连接，以实现对传输激光的状态检测。
所述控制电路板7为激光传输的电路控制系统，该电路控制系统包括光电开关信号处理模块701，单片机系统702、光路切换控制模块703、报警模块704和光纤状态信号处理模块705，所述光电开关信号处理模块701与单片机系统702相连接，以实现对切换组件45度全反镜24处于或退出激光传输光路的判断；所述光路切换控制模块703与单片机系统702相连接，以实现对光路切换组件2中第一电磁铁901和第二电磁铁902的控制；所述光纤状态信号处理模块705与单片机系统702相连接，以实现对光纤检测装置返回的光纤传输状态信号的处理。
本发明的有益效果：本发明的控制系统根据光纤检测装置检测光纤的激光传输状态对激光器激光束的传输光路进行自动切换，从而保证激光传输光路的正常工作；此外，本发明也可通过更换全反镜为分光透镜实现高功率激光的多光路输出，能确保在高危环境下的激光传输系统的正常工作，提高了工作效率和安全性。
附图说明
图1为本发明提出的可自动切换光路的激光传输系统的结构布局示意图；
图2为本发明中的光路切换组件结构示意图；
图3为本发明中的托架的结构示意图；
图4为本发明中的光纤线组结构组成示意图；
图5为本发明提出的可自动切换光路的激光传输系统的工作流程框图；
图6为本发明中的光路切换组件初始化流程图；
图7为本发明中的光路切换组件切入光路流程框图。
其中：
1.激光器、201.第一光路切换组件、202.第二光路切换组件、301.第一光纤耦合头、302.第二光纤耦合头、303.第三光纤耦合头、4.传输系统45度全反镜、501.第一光纤线组、502.第二光纤线组、503.第三光纤线组、601.第一光纤检测装置、602.第二光纤检测装置、603.第三光纤检测装置、7.控制电路板、8.壳体、901.第一电磁铁、1001.第一电磁铁支架、1101.第一弹簧、902.第二电磁铁、1002.第二电磁铁支架、1102.第二弹簧、22.转接件、23.导轨、24.切换组件45度全反镜、25.托架、26.挡块、27.挡片、28.光电开关电路板、29.光电开关支架、81.传输光纤、82.检测光纤、83.光纤保护管、2501.托架第一定位孔、2502.托架第二定位孔。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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。
本实例提供了一种可自动切换光路的激光传输系统，如图1所示，包括激光器1、第一光路切换组件201、第二光路切换组件202、传输系统45度全反镜4、第三光纤耦合头303、第二光纤耦合头302、第一光纤耦合头301、第一光纤线组501、第二光纤线组502、第三光纤线组503、第一光纤检测装置601、第二光纤检测装置602、第三光纤检测装置603、控制电路板7、壳体8，其中，激光器1、第一光路切换组件201、第二光路切换组件202、第一光纤耦合头301、第二光纤耦合头302、第三光纤耦合头303、传输系统45度全反镜4、控制电路板7固定在壳体8上；第一光路切换组件201、第二光路切换组件202和传输系统45度全反镜4处于激光传输的光路上。
每一组所述光路切换组件2结构组成如图2所示，包括第一电磁铁901、第一电磁铁支架1001、第一弹簧1101、第二电磁铁902、第二电磁铁支架1002、第二弹簧1102、转接件22、导轨23、切换组件45度全反镜24、托架25、挡块26、挡片27、光电开关电路板28、光电开关支架29，其中，第一电磁铁支架1001、第二电磁铁支架1002、导轨23、挡块26和光电开关支架29固定在壳体8上；托架25下表面与导轨23相连接，托架25上表面与切换组件45度全反镜24相连接；第一电磁铁901、第一电磁铁支架1001和第一弹簧1101组合在一起；转接件22分别与第一电磁铁901和托架25相连接；第二电磁铁902、第二电磁铁支架1002和第二弹簧1102组合在一起；光电开关电路板28与光电开关支架29相连接；挡片27固定在托架25上表面；挡块26设置在导轨23滑行的前方；光路切换组件2可根据实际需要进行多组布置，本实例中设置了两组光路切换组件，分别为第一光路切换组件201和第二光路切换组件202；第一光路切换组件201上的切换组件45度全反镜24反射的激光光路与第一光纤耦合头301轴向重合；第二光路切换组件202上的切换组件45度全反镜24反射的激光光路与第二光纤耦合头302轴向重合；传输系统45度全反镜4反射的激光光路与第三光纤耦合头303轴向重合。
托架的结构如图3所示，所述托架25侧面的定位孔与每一组所述光路切换组件2中的第二电磁铁902的磁芯轴向重合。
每一个所述光纤线组5结构组成如图4所示，包括传输光纤81、检测光纤（或信号线）82和光纤保护管83；光纤线组5中的传输光纤81与光纤耦合头轴向重合。本实例中，第三光纤线组503与第三光纤耦合头303连接，第二光纤线组502与第二光纤耦合头302连接，第一光纤线组501与第三光纤耦合头301连接。
所述光纤检测装置6与光纤线组5末端相连接，本实例中，第三光纤线组503与第三光纤检测装置603连接，第二光纤线组502与第二光纤检测装置602连接，第一光纤线组501与第一光纤检测装置601连接。
所述控制电路板7为激光传输的电路控制系统，该电路控制系统包括光电开关信号处理模块701，单片机系统702、光路切换控制模块703、报警模块704和光纤状态信号处理模块705，所述光电开关信号处理模块701与单片机系统702相连接，以实现对切换组件45度全反镜24处于或退出激光传输光路的判断；所述光路切换控制模块703与单片机系统702相连接，以实现对光路切换组件2中第一电磁铁901和第二电磁铁902的控制；所述光纤状态信号处理模块705与单片机系统702相连接，以实现对光纤检测装置返回的光纤传输状态信号的处理。
本实施例还提供了一种可自动切换光路的激光传输系统的具体工作流程，如图5所示。
当系统开始上电之后，光路切换控制模块703先对光路切换组件中两组电磁铁的初始位置进行初始化，其控制流程如图6所示，第二电磁铁902上电吸合磁芯，使磁芯退出托架25的定位孔2502；延时几毫秒，第一电磁铁901上电吸合磁芯，使磁芯拖动托架25使切换组件45度全反镜24退出激光传输光路，同时挡片27退出光电开关的光路；延时几毫秒，光电开关信号处理模块701检测挡片27是否退出光电开关的光路；若检测挡片27成功退出，光电开关信号处理模块701将信号返回到单片机系统702，单片机系统702控制光路切换控制模块703使第二电磁铁902断电，第二弹簧1102弹出磁芯，使磁芯插入托架25的第一定位孔2501，从而锁住托架25；延时几毫秒，第一电磁铁901断电； 因为第二电磁铁902的磁芯锁住了托架25，第一弹簧1101即使处于压缩状态，切换组件45度全反镜24仍可保持退出激光传输光路的状态。至此，系统完成了第一光路切换组件201和第二光路切换组件202的初始化工作。若检测挡片27退出失败，光电开关信号处理模块701将信号返回到单片机系统702，单片机系统702控制报警模块704发出警告信号，提示光路切换组件发生故障需要检修。
系统完成光路切换组件的初始化工作后，激光器1开始出光，激光由传输系统45度全反镜4反射到第三光纤耦合头303后耦合到第三光纤线组503中的传输光纤81，激光的传输状态最终由第三光纤检测装置603的检测光纤（或信号线）82传回光纤状态信号处理模块705。若第三光纤检测装置603检测传输光纤81的状态正常，激光器1继续出光，直到激光器1出光超时，单片机系统702将激光器1关闭，系统处于待机状态，等待下一次激光出光任务。若第三光纤检测装置603检测传输光纤81的状态不正常，单片机系统702将激光器1关闭，光路切换控制模块703将控制第一光路切换组件201切换到激光传输光路中，第一光路切换组件201切入光路流程如图7所示。
第一电磁铁901上电吸合磁芯，使磁芯拉住第一弹簧1101保持压缩状态，从而释放压在第二电磁铁902磁芯上的压力；延时几毫秒，第二电磁铁902上电吸合磁芯，使磁芯退出托架25的第一定位孔2501；延时几毫秒，第一电磁铁901断电第一弹簧1101弹出磁芯，弹簧1101释放的弹力带动托架25上的切换组件45度全反镜24沿导轨方向切入激光传输光路；托架25的前侧面贴在挡块26的后侧面确保切换组件45度全反镜24反射的激光光路与第三光纤耦合头303轴向重合；此时，弹簧1101仍处于压缩状态，未释放的弹力压住托架25确保切换组件45度全反镜24保持处于激光传输光路的状态。延时几毫秒，光电开关信号处理模块701检测挡片27是否完全遮住光电开关的光路；若检测挡片27成功遮住光电开关的光路，光电开关信号处理模块701将信号返回到单片机系统702，单片机系统702控制光路切换控制模块703使第二电磁铁902断电、第二弹簧1102弹出磁芯，使磁芯插入托架25的第二定位孔2502，从而锁住托架25。延时几毫秒，第一电磁铁901断电。至此，系统完成了第一光路切换组件201切入激光传输光路的工作，激光器1可以出光。若检测挡片27遮挡光电开关的光路失败，光电开关信号处理模块701将信号返回到单片机系统702，单片机系统702控制报警模块704发出警告信号，提示第一光路切换组件201发生故障需要检修。若第一光纤检测装置601检测传输光纤81的状态不正常，单片机系统702将激光器1关闭。光路切换控制模块703将控制第二光路切换组件202切换到激光传输光路中，第二光路切换组件202切入光路流程与第一光路切换组件201相同。
当第二光纤检测装置602检测传输光纤81的状态不正常且没有可切换的光路切换组件时，单片机系统702控制报警模块704发出警告信号，提示系统需要检修并更换光纤线组。当激光传输系统更换光纤线组并检修完毕后，重新上电初始化，系统即可正常工作。
本发明激光传输系统中含有光纤检测装置，通过该装置实时检测光纤的激光传输状态，如果光纤损坏或光纤传输的能量不足，光纤检测装置会给控制电路送出故障信息，从而激光传输控制系统实现对激光束的传输光路进行自动控制。本发明的结构设计能够满足经高频振动后高功率激光的稳定输出。经测试，本系统经高频振动后，激光传输光路的对中度不超过0.05mm。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种可自动切换光路的激光传输系统，其特征在于，包括激光器(1)、光路切换组件(2)、光纤耦合头(3)、传输系统45度全反镜(4)、光纤线组(5)、光纤检测装置(6)、控制电路板(7)、壳体(8)，其中，所述光路切换组件(2)及光纤耦合头(3)的个数分别根据实际需要设定，所述光纤线组(5)及所述光纤检测装置(6)的个数均与所述光纤耦合头(3)的个数相同，所述激光器(1)、光路切换组件(2)、光纤耦合头(3)、传输系统45度全反镜(4)、控制电路板(7)固定在壳体(8)上，所述光路切换组件(2)包括第一电磁铁(901)、第一电磁铁支架(1001)、第一弹簧(1101)、第二电磁铁(902)、第二电磁铁支架(1002)、第二弹簧(1102)、转接件(22)、导轨(23)、切换组件45度全反镜(24)、托架(25)、挡块(26)、挡片(27)、光电开关电路板(28)、光电开关支架(29)，其中，所述第一电磁铁支架(1001)、第二电磁铁支架(1002)、导轨(23)、挡块(26)和光电开关支架(29)固定在所述壳体(8)上；所述托架(25)的下表面与导轨(23)相连接，托架(25)上方与切换组件45度全反镜(24)相连接，以实现切换组件45度全反镜(24)沿导轨(23)滑行；所述第一电磁铁(901)、第一电磁铁支架(1001)和第一弹簧(1101)组合在一起，所述转接件(22)分别与第一电磁铁(901)和托架(25)相连接，以实现第一电磁铁(901)拖动托架(25)沿导轨(23)滑行；所述第二电磁铁(902)、第二电磁铁支架(1002)和第二弹簧(1102)组合在一起，第二电磁铁(902)的磁芯可插入托架(25)侧面的固定孔，以实现保持切换组件45度全反镜(24)处于或退出激光传输光路的状态；所述光电开关电路板(28)与光电开关支架(29)相连接，所述挡片(27)固定在托架(25)上表面，且挡片(27)可完全隔断光电开关电路板(28)上的槽型光电开头的光路，以实现对切换组件45度全反镜(24)处于或退出激光传输光路位置的检测；所述挡块(26)设置在导轨(23)滑行的前方，以实现定位切换组件45度全反镜(24)处于反射传输激光的光路上。
2.根据权利要求1所述的可自动切换光路的激光传输系统，其特征在于，所述光路切换组件(2)采用步进电机驱动齿轮齿条结构进而带动托架切入或退出光路。
3.根据权利要求1所述的可自动切换光路的激光传输系统，其特征在于，所述的光纤线组(5)包括传输光纤(81)、检测光纤(82)和光纤保护管(83)，所述传输光纤(81)、检测光纤(82)包裹在所述光纤保护管(83)内，以实现对所述传输光纤(81)和检测光纤(82)的保护；使用检测光纤时是将激光信号传回壳体后再用光电二极管将光信号转化为电信号传回控制电路板(7)；所述传输系统45度全反镜(4)反射的激光光路与所述光纤耦合头(3)轴向重合，以实现经光纤耦合头(3)将激光耦合到所述光纤线组(5)里的传输光纤(81)；所述光纤线组(5)与光纤耦合头(3)相连接，以实现激光的传输；所述光纤检测装置(6)与光纤线组(5)末端相连接，以实现对传输激光的状态检测。
4.根据权利要求3所述的可自动切换光路的激光传输系统，其特征在于，所述检测光纤(82)替代为信号线，使用信号线是在激光传输未端用光电二极管将光信息转化为电信号传回所述控制电路板(7)。
5.根据权利要求1所述的可自动切换光路的激光传输系统，其特征在于，所述控制电路板(7)为激光传输的电路控制系统，该电路控制系统包括光电开关信号处理模块(701)、单片机系统(702)、光路切换控制模块(703)、报警模块(704)和光纤状态信号处理模块(705)，所述光电开关信号处理模块(701)与单片机系统(702)相连接，以实现对切换组件45度全反镜(24)处于或退出激光传输光路的判断；所述光路切换控制模块(703)与单片机系统(702)相连接，以实现对光路切换组件(2)中第一电磁铁(901)和第二电磁铁(902)的控制；所述光纤状态信号处理模块(705)与单片机系统(702)相连接，以实现对光纤检测装置返回的光纤传输状态信号的处理。
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