CN109029715A - 一种大口径宽波段光功率测量装置及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大口径宽波段光功率测量装置，包括罐体，所述罐体在用以吸收光源的一侧表面设置有光波吸收层，所述罐体的内腔注有储热液体，所述罐体内腔设置有至少一个温度传感器，所述温度传感器的输出端连接有温度测量仪。本发明通过光波吸收层吸收光能，提高了对可见光和近红外入射光的吸收率，光能利用率高，同时该装置构造简单，成本低，测量量程大，可广泛应用于非相干强光、红外干扰机及激光等高功率光电设备的测量检测中。
Description
技术领域
本发明涉及光功率检测技术领域，具体为一种大口径宽波段光功率测量装置及其工作方法。
背景技术
高功率光电设备在研制和生产过程中，需要对光电设备的有效光功率进行准确测量，目前通常采用半导体光电检测或热转换型方式实现对光功率的测量，然而，常用的光功率测量装置主要用于光纤通信领域低功率微弱光信号下的光功率检测，其所能承受的最大功率在毫瓦量级，所能有效测量的入射光波段范围也较窄，不能满足大功率光电设备的大口径宽光谱高功率的实际测量要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大口径宽波段光功率测量装置及其工作方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种大口径宽波段光功率测量装置，包括罐体，所述罐体在用以吸收光源的一侧表面设置有光波吸收层，所述罐体的内腔注有储热液体，所述罐体内腔设置有至少一个温度传感器，所述温度传感器的输出端连接有温度测量仪。
所述罐体内腔设置有四个分别用以检测储热液体不同区域位置温度变化的温度传感器。
所述温度传感器在罐体内腔竖直方向等距布置，在罐体的内腔横向方向错列布置。
所述罐体的内壁上安装有用于搅拌储热液体的搅拌器。
所述罐体在除光波吸收层以外的表面设置有隔热层。
所述罐体内腔设置有四个分别用以检测储热液体不同区域位置温度变化的温度传感器，包括以下步骤：
步骤一，将罐体的光波吸收层朝向被测系统出光口；
步骤二，在被测系统未启动时，读取并计算温度测量仪测得的平均温度
其中，T1、T2、T3和T4分别是被测系统未启动时四路温度传感器所采集的温度；
步骤三，在被测系统开机一段时间后读取并计算温度测量仪测得的平均温度
其中T′1、T′2、T′3和T′4分别是被测系统启动一段时间后四路温度传感器所采集的温度；
步骤四，求得被测系统的绝对光功率为：
其中，Cp为储热液体的比热值，M为储热液体总质量，t1为被测系统启动时的时刻，t2为被测系统工作一段时间后的时刻。
由上述技术方案可知，本发明通过光波吸收层吸收光能，提高了对可见光和近红外入射光的吸收率，光能利用率高，同时该装置构造简单，成本低，测量量程大，可广泛应用于非相干强光、红外干扰机及激光等高功率光电设备的测量检测中。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明剖视图；
图3为本发明使用示意图。
图中：1光波吸收层、2罐体、3隔热层、4储热液体、5搅拌器、6温度传感器、7温度测量仪、8导线、9注液口、10高功率光能设备。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1-3所示的一种大口径宽波段光功率测量装置，包括罐体2，所述罐体2在用以吸收光源的一侧表面设置有光波吸收层1，所述光波吸收层1采用蜂窝结构,产生腔体效应，以增大对入射光的吸收率，本实施例采用的光波吸收层1为高吸收率的金属陶瓷材料W-Al2O3，该种金属陶瓷材料仅作为本实施例最优选，金属陶瓷材料W-Al2O3对可见光近红外波段的入射光的平均吸收率大于96％，一方面，高吸收率有利于光能向热能的转换，有效的提高能量的利用效率，有利于提高测量精度；另一方面，由于对高功率入射光的强吸收，反射回被测系统的光能就会较少，不会造成测量数据的不准，提高了精度；所述罐体2在除光波吸收层1以外的表面设置有隔热层3，所述隔热层3为纳米气凝胶毡，起到隔热保温的作用；所述罐体2的内腔注有储热液体4，常见的储热液体采用纯净水、盐水混合物以及润滑油，纯净水的比热Cp为4.2×103J/(kg·K)、密度ρ为1×10kg/m3，25％食盐水的比热Cp为3.39×103J/(kg·K)、密度ρ为1.189×10kg/m3，11号润滑油的比热Cp为2.236×103J/(kg·K)、密度ρ为846.2kg/m3)，由于纯净水是自然条件下比热最大、密度较大、无毒且较易获得的一种液体，本实施例采用纯净水为优选储热液体，更有利于对热量的传递，使得试验数据更精准，所述罐体2的内壁上安装有用于搅拌储热液体4的搅拌器5；所述罐体2内腔设置有至少一个温度传感器6，本实施例选用在罐体2内腔设置有四个温度传感器6作为优选，可以有效的检测到储热液体4内的不同区域位置的温度变化，且温度传感器6在罐体2内腔竖直方向等距布置，在罐体2的内腔横向方向错列布置，为获得更精确的测量数据可选用不多于8个的温度传感器6，并通过导线8连接温度测量仪7；所述温度测量仪7为SH-8型多点温度采集仪，该种仪器最多可采集八路温度数据，所述罐体2上开设有用于注入储热液体4的注液口9。
如图3所示，该装置在使用过程中将罐体2带有光波吸收层1的一面正面朝向高功率光能设备10，然后进行功率检测，并分别通过以下步骤进行检测，并得到最终测量数据；
步骤一，将罐体2的光波吸收层1朝向待测系统出光口；
步骤二，在被测系统未启动时，读取并计算温度测量仪7测得的平均温度
其中，T1、T2、T3和T4分别是被测系统未启动时四路温度传感器6所采集的温度；
步骤三，在被测系统开机一段时间后读取并计算温度测量仪7测得的平均温度
其中T′1、T′2、T′3和T′4分别是被测系统启动一段时间后四路温度传感器6所采集的温度；
步骤四，求得被测系统的绝对光功率为：
其中，Cp为储热液体4的比热值，M为储热液体4总质量，t1为被测系统启动时的时刻，t2为被测系统工作一段时间后的时刻。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (6)
1.一种大口径宽波段光功率测量装置，包括罐体，其特征在于：所述罐体在用以吸收光源的一侧表面设置有光波吸收层，所述罐体的内腔注有储热液体，所述罐体内腔设置有至少一个温度传感器，所述温度传感器的输出端连接有温度测量仪。
2.根据权利要求1所述的一种大口径宽波段光功率测量装置及其工作方法，其特征在于：所述罐体内腔设置有四个分别用以检测储热液体不同区域位置温度变化的温度传感器。
3.根据权利要求2所述的一种大口径宽波段光功率测量装置及其工作方法，其特征在于：所述温度传感器在罐体内腔竖直方向等距布置，在罐体的内腔横向方向错列布置。
4.根据权利要求1所述的一种大口径宽波段光功率测量装置及其工作方法，其特征在于：所述罐体的内壁上安装有用于搅拌储热液体的搅拌器。
5.根据权利要求1所述的一种大口径宽波段光功率测量装置及其工作方法，其特征在于：所述罐体在除光波吸收层以外的表面设置有隔热层。
6.一种基于权利要求1大口径宽波段光功率测量方法，所述罐体内腔设置有四个分别用以检测储热液体不同区域位置温度变化的温度传感器，包括以下步骤：
步骤一，将罐体的光波吸收层朝向被测系统出光口；
步骤二，在被测系统未启动时，读取并计算温度测量仪测得的平均温度
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