CN109752166A - 激光器作业监控方法、信号处理设备、系统及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明适用激光器技术领域，提供了一种激光器作业监控方法、信号处理设备、系统及存储介质，主要涉及：在获得激光器在指定时间段内作业时所产生的相对功率信号后，根据所述指定时间段及所述相对功率信号，得到相对能量信号，并基于所述相对能量信号，进行所述激光器作业的监控。这样，由于能量信号能全面、准确反映物质之间的相互作用过程，利用相对能量信号能对内部器件产生的温升过程进行有效监控，从而全面保障了光纤激光器的作业稳定性和可靠性。

Description

激光器作业监控方法、信号处理设备、系统及存储介质

技术领域

本发明属于激光器技术领域，尤其涉及一种激光器作业监控方法、信号处理设备、系统及存储介质。

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。光纤激光器应用范围非常广泛，包括：激光光纤通讯、激光空间远距通讯、工业造船、汽车制造、激光雕刻激光打标激光切割、印刷制辊、金属非金属钻孔/切割/焊接、军事国防安全、医疗器械仪器设备、大型基础建设、作为其他激光器的泵浦源等。

目前，光纤激光器在作业时，激光器内部会受到激光或者散射光影响，上述激光或散射光会作用于光纤激光器内部器件上，由于长时间作业，导致该些内部器件会出现明显的温升现象，如果温度升较高甚至达到内部器件着火点，可能会损毁光纤激光器。对此，现有技术提出了一种利用相对功率信号来进行光纤激光器作业监控的方案，主要涉及：对光纤激光器内部的散射光信号进行探测，并转换为相应的电流信号，进而得到相应的电压信号作为相对功率信号，然后，检测相对功率信号是否达到预设门限要求，如果相对功率信号超过预设门限，则表明温升超标，需要相应停止光纤激光器作业并报警，从而保障设备安全。

但是，现有技术的光纤激光器作业监控方案至少存在如下缺陷：

一种相对功率信号的波形如图1中曲线A所示，该相对功率信号反映出相应的散射光作用时间短但峰值较高，峰值超过了预设门限B，那么，该相对功率信号容易出现如下情形：散射光作用到光纤激光器上的时间不长，不能造成明显温升，并不需要光纤激光器停止作业并报警，但由于峰值超过预设门限B，产生了误操作，光纤激光器的作业稳定性得不到保障。

另一种相对功率信号的波形如图2中曲线C所示，该相对功率信号反映出相应的散射光作用时间长但峰值较低，峰值未达到预设门限B，那么，该相对功率信号容易出现如下情形：散射光作用到光纤激光器上的时间很长，可以在一定时间内造成明显温升，而需要光纤激光器停止作业并报警，但由于峰值未超过预设门限B，导致无法进行有效操作，光纤激光器内部器件容易因温升超标而出现损毁，可靠性得不到保障。

因此，现有的、利用相对功率信号来进行光纤激光器作业监控，仍无法全面地保障光纤激光器的作业稳定性和可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光器作业监控方法、信号处理设备、系统及存储介质，旨在至少解决上述背景技术所存在的技术问题之一。

一方面，本发明提供了一种激光器作业监控方法，所述方法包括：

获得激光器在指定时间段内作业时所产生的相对功率信号；

根据所述指定时间段及所述相对功率信号，得到相对能量信号；

基于所述相对能量信号，进行所述激光器作业的监控。

进一步的，基于所述相对能量信号，进行所述激光器作业的监控，具体包括：

基于所述指定时间段的调整，实时更新所述相对能量信号；

根据所述相对能量信号的更新情况，进行所述激光器作业的监控。

进一步的，根据所述相对能量信号的更新情况，进行所述激光器作业的监控，具体包括：

检测更新后的所述相对能量信号是否达到预设门限要求；

若是，则进行相应的激光器作业状态的调整。

进一步的，进行相应的激光器作业状态的调整，具体为：

触发所述激光器停止作业。

进一步的，进行相应的激光器作业状态的调整，具体为：

触发相应报警动作。

另一方面，本发明提供了一种信号处理设备，包括存储器及处理器，所述处理器执行所述存储器中存储的计算机程序时实现如上述方法中的步骤。

进一步的，所述设备还包括：

光电探测器，用于探测所述激光器内的散射光信号，得到相应的电流信号，以及，

采样电路，用于将所述电流信号转换为相应的电压信号作为所述相对功率信号。

进一步的，所述设备为光纤激光器。

另一方面，本发明还提供了一种信号处理系统，包括：

获取单元，用于获得激光器在指定时间段内作业时所产生的相对功率信号；

计算单元，用于根据所述指定时间段及所述相对功率信号，得到相对能量信号；以及，

处理单元，用于基于所述相对能量信号，进行所述激光器作业的监控。

另一方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述方法中的步骤。

本发明在获得激光器在指定时间段内作业时所产生的相对功率信号后，根据所述指定时间段及所述相对功率信号，得到相对能量信号，并基于所述相对能量信号，进行所述激光器作业的监控。这样，由于能量信号能全面、准确反映物质之间的相互作用过程，利用相对能量信号能对因激光或散射光作用到激光器内部器件而产生的温升过程进行有效监控，从而全面保障了光纤激光器的作业稳定性和可靠性。

附图说明

图1是背景技术提供的一种相对功率信号的波形图；

图2是背景技术提供的另一种相对功率信号的波形图；

图3是本发明实施例一提供的激光器作业监控方法的流程图；

图4是本发明实施例一中相对功率信号及相对能量信号的示意图；

图5是本发明实施例二提供的激光器作业监控方法的流程图；

图6是本发明实施例三提供的激光器作业监控方法的流程图；

图7是本发明实施例四提供的信号处理设备的结构示意图；

图8是本发明一应用示例的信号处理设备的结构示意图；

图9是本发明实施例五提供的信号处理系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述：

实施例一：

图3示出了本实施例提供的激光器作业监控方法的实现流程，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分。

本实施例的激光器作业监控方法可由一信号处理系统来实现，信号处理系统可搭载于一处理芯片上；信号处理系统也可以是一信号处理设备，其包含相应的软件部分和硬件部分，硬件部分可以采用计算机硬件架构。

本实施例的激光器作业监控方法具体详述如下：

步骤S301，获得激光器在指定时间段内作业时所产生的相对功率信号。

具体的，相对功率信号可通过如下方案获得：在激光器中内置一光电探测器，以探测激光器作业时，在激光器内产生的散射光信号(即散射光)。光电探测器可将散射光信号转换为相应的电流信号。电流信号流经包含采样电阻的采样电路后，即可产生相应的电压信号作为相对功率信号。

相对功率信号是在指定时间段内持续记录的。例如：如图4所示，可在指定时间段T1内进行相对功率信号的持续记录，也可以继续在指定时间段T2内进行相对功率信号的持续记录。

相对功率信号作为上述信号处理系统的输入，信号处理系统将对该相对功率信号进行后续处理。

步骤S302，根据指定时间段及相对功率信号，得到相对能量信号。

具体的，例如：在指定时间段(从时间点t1至t2)内，对相对功率信号p(t)进行时间t的积分运算，从而得到相对能量信号w：

所得的相对能量信号w即如图4中阴影部分面积。

步骤S303，基于相对能量信号，进行激光器作业的监控。

具体的，基于所得的相对能量信号，可在相对能量信号满足某预设条件要求时，进行相应的动作，例如：当相对能量信号增幅超过某预设门限时，执行报警动作，以提示能量可能过高，导致温升过于剧烈的情况；或者，当相对能量信号及相对功率信号均以超过相应的预设门限的速度而增大时，对相对能量信号从当前到到达某预设阈值所花费时间进行估计，并对该花费时间进行提醒，从而在报警之前进行温升可能在某一时间段后超标进行预提醒等。

实施本实施例，不论对于何种相对功率信号，均能通过相对能量信号对因激光或散射光作用到激光器内部器件而产生的温升过程进行有效监控，不仅能避免因图1所示相对功率信号峰值超过预设门限B、温升达不到停止作业及报警要求而产生误操作的情形，也能避免因图2所示相对功率信号峰值未超过预设门限B、温升已经满足停止作业及报警要求而并未触发停止作业及报警的情形，从而全面保障了光纤激光器的作业稳定性和可靠性。

需要进一步说明的是：目前，行业中利用相对功率信号进行激光器作业监控已经是成熟技术，达到了相对较好的效果，而使得本领域技术人员在进行激光器作业监控时，不会再进一步想到在此基础上进行优化；另外，由于利用光电探测器进行探测，而进一步得到相对功率信号本身更为直接、高效，如果要再进一步得到相对能量信号，则运算将相对更为复杂，同时考虑到需要保障监控灵敏性，本领域技术人员因此而不会再在相对功率信号基础上作进一步挖掘。由此而言，本实施例的、采用相对能量信号进行监控，突破了在激光器作业监控技术中的常规认定，创新度更为显著。

实施例二：

本实施例在实施例一基础上，进一步提供了如下内容：

如图5所示，步骤S303具体包括：

步骤S501，基于指定时间段的调整，实时更新相对能量信号。

步骤S502，根据相对能量信号的更新情况，进行激光器作业的监控。

具体的，当在不同的指定时间段，获得相应的相对能量信号，则可对所记录的相对能量信号进行实时更新，尤其是利用本实施例的方法，对指定时间段进行累计性调整，例如：第一指定时间段为从时间点t1至t2，第二指定时间段为从时间点t1-t3，第二指定时间段包含第一指定时间段，那么，基于第二指定时间段所获得的第二相对能量信号W2包含基于第一指定时间段所获得的第一相对能量信号W1，第一相对能量信号W1可反映在时间点t2，能量到达的水平，也反映了此时因激光或散射光作用到激光器内部器件而产生的温升到达了何种程度，第二相对能量信号W2可反映出经过一定时间后，在时间点t3，能量累计到达的水平，也反映了此时因散射光作用到激光器内部器件而产生的温升累计到达了何种程度。

当然，更新可以是指得到初始的相对能量信号，也可以是在前一相对能量信号基础上进行后一相对能量信号的更新。

实施本实施例，进一步的，可通过相对能量信号对因散射光作用到激光器内部器件而产生的温升过程进行有效、实时监控，从而保证了监控的实时高效。

实施例三：

本实施例在实施例二基础上，进一步提供了如下内容：

如图6所示，步骤S502具体包括：

步骤S601，检测更新后的相对能量信号是否达到预设门限要求，若是，则执行步骤S602，否则循环执行S601。

步骤S602，进行相应的激光器作业状态的调整。

具体的，预设门限可对应于指示因激光或散射光作用到激光器内部器件而产生的温升达到停止作业及报警要求的情形，如果更新后的相对能量信号达到预设门限要求，那么相应可触发激光器停止作业和/或触发相应报警动作。

当然，在其他实施例中，预设门限还可以根据其他情况进行定义，例如：可参考实施例一中相应的示例进行定义。

实施例四：

图7示出了本发明实施例四提供的信号处理设备的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

本发明实施例的信号处理设备包括处理器701及存储器702，处理器701执行存储器702中存储的计算机程序703时实现上述各方法实施例中的步骤，例如：图3所示的步骤S301至S303。

本实施例的信号处理设备可以为光纤激光器或其他激光器，还可以为相应的处理芯片、电路模组或物理设备等。该信号处理设备中处理器701执行计算机程序703时实现上述各方法时实现的步骤，可参考前述方法实施例的描述，在此不再赘述。

为获得相对功率信号，如图8所示，在一应用示例中，信号处理设备中还可以包括相应的：

光电探测器801，用于探测激光器内的散射光信号，得到相应的电流信号，以及，

采样电路802，用于将电流信号转换为相应的电压信号作为相对功率信号。

实施例五：

图9示出了本实施例五提供的信号处理系统的结构，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分。

本实施例的信号处理系统包括：

获取单元901，用于获得激光器在指定时间段内作业时所产生的相对功率信号；

计算单元902，用于根据指定时间段及相对功率信号，得到相对能量信号；以及，

处理单元903，用于基于相对能量信号，进行激光器作业的监控。

在本实施例中，信号处理系统的各单元可由相应的硬件或软件单元实现，各单元可以为独立的软、硬件单元，也可以集成为一个软、硬件单元，该些说明在此不用以限制本发明。

实施例六：

在本发明实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤，例如，图3所示的步骤S301至S303。或者，该计算机程序被处理器执行时实现上述系统实施例中各单元的功能，例如图9所示单元901至903的功能。

本发明实施例的计算机可读存储介质可以包括能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质，例如，ROM/RAM、磁盘、光盘、闪存等存储器。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光器作业监控方法，其特征在于，所述方法包括：

获得激光器在指定时间段内作业时所产生的相对功率信号；

根据所述指定时间段及所述相对功率信号，得到相对能量信号；

基于所述相对能量信号，进行所述激光器作业的监控。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述相对能量信号，进行所述激光器作业的监控，具体包括：

基于所述指定时间段的调整，实时更新所述相对能量信号；

根据所述相对能量信号的更新情况，进行所述激光器作业的监控。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述相对能量信号的更新情况，进行所述激光器作业的监控，具体包括：

检测更新后的所述相对能量信号是否达到预设门限要求；

若是，则进行相应的激光器作业状态的调整。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进行相应的激光器作业状态的调整，具体为：

触发所述激光器停止作业。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进行相应的激光器作业状态的调整，具体为：

触发相应报警动作。

6.一种信号处理设备，包括存储器及处理器，其特征在于，所述处理器执行所述存储器中存储的计算机程序时实现如权利要求1至5任一项所述方法中的步骤。

7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：

光电探测器，用于探测所述激光器内的散射光信号，得到相应的电流信号，以及，

采样电路，用于将所述电流信号转换为相应的电压信号作为所述相对功率信号。

8.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述设备为光纤激光器。

9.一种信号处理系统，其特征在于，包括：

获取单元，用于获得激光器在指定时间段内作业时所产生的相对功率信号；

计算单元，用于根据所述指定时间段及所述相对功率信号，得到相对能量信号；以及，

处理单元，用于基于所述相对能量信号，进行所述激光器作业的监控。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述方法中的步骤。