CN107003180B - 用于监测辐射的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种借助光学传感器监测辐射尤其是激光射线的方法，该光学传感器至少在遭遇辐射时产生影响该辐射的信号、尤其是关停信号，其特征是，采用具有暗电流脉冲的传感器，所述暗电流脉冲作为该传感器的功能能力信号被分析。

Description

用于监测辐射的方法

技术领域

本发明尤其涉及利用光学传感器监测辐射的方法，该传感器至少在遭遇辐射时产生影响该辐射的信号且尤其是关停信号。

背景技术

现代的高功率激光器被应用在用于材料加工的工业加工中。龙门式机器和机器人系统允许使用者最灵活地将激光射线引导向工件。如果激光能在光波导中被输送向加工位点，则该系统的动态仍被显著提高。为了保护身体和生命，围绕激光区域构建大多由金属构成的被动工作(吸收)的具有单重或多重前后设置的板的防护壁板，即所谓的防护罩。在防护壁板内，具有极高能量密度的激光射线照射。

工件加工还造成不可控的反射。直接或间接的激光射线且在最糟糕情况下是原辐射照射本身具有从外面保护人员免受辐射的任务的围壳。根据激光设备的工作方式不同，必须在一定时间t内保证所述保护，例如直到设备操作者能注意到故障并停机。高激光能和通常距防护壁板较小间距造成直至关停的时间越来越短，或者对防护罩的材料要求越来越苛求。因此，被动防护壁板仅有限地适用于人员防护。

专利公开出版物DE10017284C1、DE10325906A1、DE19629037C1纯粹涉及通过不同地设计壁板表面状况或空隙来实现的被动防护。不同的导热性能或反射能力被用来实现被动辐射安全。但在实践中，该防护壁板的表面已经在短暂时间后被油、污垢和灰尘弄脏，结果，不再有护装置的初始性能。

DE3638874C2描述了一种主动方法，其中朝向激光器的内壁类似于熔体防护件地配备有电活性导体。相比于在此所述的装置，在此只能在内壁的吸收性能准确与激光波长协调并且还包含电活性保险部件时才有可靠功能。为了能将该系统例如用于具有很小的射线直径的光纤激光，该电导体必须细密蜿蜒地被嵌埋在壁板中，这意味着高昂的结构支出和成本密集支出。

DE8908806描述了一种近似等同于上述情况的装置。

DE19940476A1描述了一种借助任意传感器识别光线的主动装置。但在此方法中防护壁板设计是功能的主要组成部分。在朝向激光器的壁板上采用热传感器根据壁板材料的导热性能要求相当可观数量的传感器用于可靠关停。所描述的内部具有光学传感器和带膜的孔板壁的变型又要求特殊设计的壁板件。

由EP-B-0321965公开了用于检测从工作区射出的激光射线的装置和方法。为此，该工作区被壁板包围，在壁板内设有探测器，借此测量通过照中壁板的激光射线产生的照明。为了检查该传感器，在包围内空部的壳体中设置发光件，其辐射被接收器接收以检查其功能。

从GB-A-2171513中知道了用于激光射线检查的安全系统。在此，激光射线借助接收器被检测。为了检查接收器的功能可靠性，设有红外光源，其辐射被接收器测定。

由DE102006026555A1公开了一种在防护罩的规定局部体积内检测光线如激光射线的方法。当激光射入时，用于关停激光器的信号被触发。

由EP1746334B1公开了一种用于屏蔽激光区的激光防护壁板。在壁板中设有多个传感器，它们对内壁上的“热点”做出反应并相应提供输出信号以停断激光射线。

这两份公开出版物的共同之处是，在待监测的壁板体积内也设有发出用于安全技术所需要的自我监测(传感器功能检查)的检查辐射的光源。

由DE102008016856A1公开了一种防辐射件，其中，传感器根据防辐射件壳罩的穿透检测位于舱室内的外界参考辐射源的光的入侵，并相应提供信号以关停激光器。不存在传感器的自我监测。

发明内容

本发明基于以下任务，采用光学传感装置用于尤其是主动激光防护壁板或防辐射件，在这里，其功能能力被检查，但不必采用利用在光学待检体积内的光源或辐射源的主动光学检查。

为此，本发明提出一种借助光学传感器监测辐射尤其是激光射线的方法，该光学传感器至少在遭遇辐射时产生影响该辐射的信号、尤其是关停信号，其特征是，采用具有暗电流脉冲的传感器，所述暗电流脉冲作为该传感器的功能能力信号被分析。

优选地，该传感器以有源传感器或无源传感器形式构成。

优选地，作为传感器，采用单光子雪崩二极管(SPAD)或雪光光电二极管(APD)。

优选地，该传感器的脉冲率被监测以发现最小脉冲率和最大脉冲率，其中当低于最小脉冲率时和当高于最大脉冲率时，将由该传感器探测的辐射受到影响且尤其被关停。

优选地，该脉冲率的分析按照不同的分析路径进行两次。

优选地，该传感器设置在防护罩内和/或在内侧安置在防辐射壁板、尤其是被动防辐射壁板上。

优选地，容纳该传感器的空间可控地通过可封闭的开口承受尤其并非待监测辐射的辐射。

具体实施方式

作为应用，尤其应该有替代的主动激光防护壁板传感器、主动激光防护壁板、主动激光防护壁板件(和还有其在被动防护壁板前的超前变型)和主动激光防护舱。

本发明的出发点可以是已知地监测空腔是否有入侵的辐射如激光射线，就像从前述现有技术中知道的那样。

为了完成该任务而最好规定，采用具有暗电流脉冲的传感器，所述暗电流脉冲作为传感器的功能能力信号被分析。

尤其采用SPAD(单光子雪崩二极管)作为传感器。

这些传感器被用于检测甚至单独的光子，因而是极其敏感的。

这些传感器的特点是，它们就在击穿之前不久与其截止方向相反地承受相应高的电压。入射光于是产生自由载流子，其然后通过雪崩击穿用于在SPAD的截止方向上的电流。

如果电流被中断(或者电压降低至低于击穿电压)，则电流减小，且所述SPAD处于其截止状态并可随后承受电压。利用入射光，于是再次引发电流脉冲，结果，与入射光相关地得到一连串的电流脉冲。

但SPAD二极管的特点还在于，因为所加的“高”电压，故也由热决定地已经出现雪崩击穿，进而在没有光入射情况下也出现与温度相关的电流脉冲率。因此，所获得的SPAD模块也通常用帕贴尔元件被主动冷却，以便能将其保持在恒定温度，进而考虑恒定的“暗电流脉冲率”。

本发明也考虑按照“盖革模式”工作的APD(雪崩光电二极管)作为互感器。

本发明恰恰利用“暗电流脉冲”作为传感器的功能能力信号，因为

-如果未发生所述脉冲，则该传感器出故障。

-如果二极管长久接通，则许多光照中二极管，从而二极管无法再转入截止状态或二极管具有内部短路。

-如果出现其中一种所述情况，则必须产生一个信号如关停信号，以考虑到影响如光源如工作激光源的关停。

如果二极管高于由温度决定的单位时间的电流脉冲的极限(即在暗电流脉冲率之上)，则从光入射至二极管开始，进而出现例如激光防护壁板件或激光防护壁板的击穿，从而必然产生用于工作激光源关停的关停信号。这是处于其在主动激光防护壁板中应用时的二极管的正常“防护情况”。

二极管的布线可以如已知那样只能纯无源地设计成具有前置电阻(被动熄灭)以产生所述脉冲状况。但无源布线有以下缺点，SPAD的“恢复时间”较长，结果，也可以伴随发现电流脉冲而主动降低电压并接着又提高以获得缩短的恢复时间(主动熄灭)。“恢复时间”同时是传感器的盲相，因为在此时间内无法探测到光子。因此，必须根据应用将其选择短的盲相。

即，根据本发明的方法分析一个或多个主动或被动脉冲光传感器或辐射传感器的电流脉冲或电压脉冲，在这里，该传感器在黑暗情况下也在闭合体积内还稳定地产生电流脉冲或电压脉冲。

所述脉冲被转换为频率或计数速率。所述频率或脉冲率的最小脉冲率被监测。如果低于最小脉冲率，则产生关停信号，这例如导致激光射线停断。

另外，所述频率或脉冲率的最大脉冲率被监测。如果高于最大脉冲率，则同样最好产生关停信号，这导致如激光射线的停断。

为了针对安全的监测，在不同的分析路径中进行两次脉冲分析。

另外，被如此监测的防护壁板件或双壁防护罩的体积可以具有可关闭的多个开口。通过开口的打开，同样可以实现借助入射光的传感器测试，例如用于在板件制造后的封闭测试或者定期测试，当无法排除在闭合件内的传感器的脏污时。

与脉冲计数率方法无关地，用于传感器测试的主动防护壁板也可以在最简单情况下具有自动操作的盖用于封闭传感器测试用开口。

或者，所述开口也可以通过光学开关件被封闭，其或许也可开关地只透过传感器接收光谱的一部分。通过自动启闭的开口，光可以从外面进入壁板并且必然用于传感器做出相应响应。如果未发生所述响应，则产生关停信号，这导致激光射线的停断。

总体即尤其在说明书中所公开的特征中的一些特征单独地以及在可能的组合方式中被认定为是有创造性的。

Claims (6)

1.一种借助光学传感器监测辐射的方法，该光学传感器至少在遭遇辐射时产生影响该辐射的信号，其特征是，采用具有暗电流脉冲的传感器，所述暗电流脉冲作为该传感器的功能能力信号被分析，其中，该传感器的脉冲率被监测以发现最小脉冲率和最大脉冲率，其中当低于最小脉冲率时和当高于最大脉冲率时，将由该传感器探测的辐射被停断。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，该传感器以有源传感器或无源传感器形式构成。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是，作为传感器，采用单光子雪崩二极管(SPAD)或雪光光电二极管(APD)。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，该脉冲率的分析按照不同的分析路径进行两次。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征是，该传感器设置在防护罩内和/或在内侧安置在防辐射壁板上。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征是，容纳该传感器的空间可控地通过可封闭的开口承受并非待监测辐射的辐射。