CN110470388A - 一种用于脉冲激光平均功率准实时监测的高速采集电路 - Google Patents

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周海峰
肖刚
陈坚
吴周令
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Hefei Livermore Instrument Technology Co Ltd
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Hefei Livermore Instrument Technology Co Ltd
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44—Electric circuits
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Abstract

本发明公开了一种用于脉冲激光平均功率准实时监测的高速采集电路，包括有光电二极管D1、可变电阻器R1、运算放大器U1、RMS‑DC转换器U2和微控制器U3，光电二极管D1的阴极与直流电源正极连接，光电二极管D1的阳极、可变电阻器R1的可调端均与运算放大器U1的反相输入端连接，运算放大器U1的输出端与RMS‑DC转换器U2输入端连接，RMS‑DC转换器U2的输出端与微控制器U3的ADC模块连接。本发明利用运算放大器实现电信号的稳定传输，利用RMS‑DC转换器把激光脉冲的波动转换成直流信号利用微控制器对输入的功率信号进行高速采样，实现在光电检测过程中对激光平均功率的准实时监测、控制、纠正和标定。

Description

一种用于脉冲激光平均功率准实时监测的高速采集电路
技术领域
本发明涉及光电检测领域，具体是一种用于脉冲激光平均功率准实时监测的高速采集电路。
背景技术
随着光电检测技术种类越来越多样化，激光的应用也越来越广泛，激光功率稳定性是影响光电检测效果的一个重要因素。本发明公开了一种新型电路设计，用于实时监测脉冲激光平均功率，可以在光电检测过程中对激光平均功率进行准实时监测、控制、纠正和标定。
常用激光功率测量按照传感器的类型可以简单地分为两大类：
第一类采用热电堆传感器。热电堆传感器灵敏度较低，响应速度较慢，在实际应用中无法快速与相关光电检测手段实现同步检测。
第二类采用非热电堆传感器(如光电探测器)。这类基于非热电堆传感器的功率测试方法一般采用积分保持电路来实现脉冲激光峰值功率的采集，这类积分电路的积分时间对激光脉冲的重复频率输入有一定要求，需要跟随激光脉冲频率的变化而变化，电路复杂，成本较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于脉冲激光平均功率准实时监测的高速采集电路，能够准实时检测激光平均功率，从而在光电检测过程中对激光平均功率进行准实时监测、控制、纠正和标定。
本发明的技术方案为：
本发明的优点：
(1)、本发明采用可变电阻器设置电流信号转换为电压信号的比值，从而使本电路能适应不同功率大小的激光器输出能量；
(2)、本发明将光电二极管的电流输入信号经过运算放大器，增加了电流输入信号的抗干扰能力，降低微弱电流输入信号的损耗，保证电流输入信号不失真；
(3)、本发明采用RMS-DC转换器将交流变化的信号(如脉冲信号、方波信号、三角波信号等)通过求和平均化处理，转换为单位时间内有效值，从而将输入的激光脉冲的波动转换成直流信号，减小了激光脉冲能量波动对平均功率测量的影响；
(4)、本发明采用微控制器对输入的功率信号进行高速采样，进一步稳定平均功率数值，并及时计算出平均功率数值大小，从而可以实现在光电检测过程中对激光平均功率进行准实时监测、控制、纠正和标定。
附图说明
图1是本发明的结构框图。
图2是本发明的电路图。
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。
见图1和图2，一种用于脉冲激光平均功率准实时监测的高速采集电路，包括有光电二极管D1、可变电阻器R1、运算放大器U1、RMS-DC转换器U2和连接有晶振电路的微控制器U3，光电二极管D1的阴极与直流电源正极连接，光电二极管D1的阴极通过并联的滤波电容C1和去耦电容C5后与直流电源负极连接，光电二极管D1的阳极、可变电阻器R1的可调端均与运算放大器U1的反相输入端连接，可变电阻器R1的一固定端与直流电源负极连接，可变电阻器R1的另一固定端悬空，运算放大器U1的同相输入端和输出端均通过电阻R2与RMS-DC转换器U2输入端连接，RMS-DC转换器U2的输出端与微控制器U3的ADC模块连接，RMS-DC转换器U2的输出端通过滤波电容C4后与直流电源负极连接。
本发明的工作原理：
光电二极管D1将光信号转换为电流信号，电流信号通过可变电阻器R1的调节后转换为电压信号，再通过运算放大器U1将电压信号进行电压跟随处理，增大输入阻抗，降低信号损耗，至此，完成输入信号的稳定接收工作；RMS-DC转换器U2将输入的交流变化的信号转换成直流信号，微控制单元U3首先通过ADC模块将输入的电压模拟信号转换为数字信号，再对实时输入的数字信号进行一定频率的采样，并通过算法对输入的数字信号进行相关处理，最终计算出稳定的平均功率数值。
最终的激光功率数值为：
其中，Max(P1：P100)为微控制器U3采样得出的100个数值中的最大值：
Pi＝RMS(Vi)＝RMS(IiR)＝SQRT((IiR-Ii-1R)2)；
其中，i＝1...100，Vin为微控制器U3采样得到的数字信号值，I为输入电流信号，R为可变电阻器R1的当前阻值。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种用于脉冲激光平均功率准实时监测的高速采集电路，其特征在于：包括有光电二极管D1、可变电阻器R1、运算放大器U1、RMS-DC转换器U2和微控制器U3，所述的光电二极管D1的阴极与直流电源正极连接，光电二极管D1的阳极、可变电阻器R1的可调端均与运算放大器U1的反相输入端连接，可变电阻器R1的一固定端与直流电源负极连接，可变电阻器R1的另一固定端悬空，运算放大器U1的同相输入端和输出端均与RMS-DC转换器U2输入端连接，RMS-DC转换器U2的输出端与微控制器U3的ADC模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于脉冲激光平均功率准实时监测的高速采集电路，其特征在于：所述的光电二极管D1的阴极通过并联的滤波电容C1和去耦电容C5后与直流电源负极连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于脉冲激光平均功率准实时监测的高速采集电路，其特征在于：所述的运算放大器U1的同相输入端和输出端均通过电阻R2与RMS-DC转换器U2输入端连接。
4.根据权利要求1所述的一种用于脉冲激光平均功率准实时监测的高速采集电路，其特征在于：所述的RMS-DC转换器U2的输出端通过滤波电容C4后与直流电源负极连接。
5.根据权利要求1所述的一种用于脉冲激光平均功率准实时监测的高速采集电路，其特征在于：所述的微控制器U3上连接有晶振电路。
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