CN110911955B - 激光器功率监控系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种激光器功率监控系统及控制方法。所述激光器功率监控系统通过所述光电转换器采集出口处的泄漏激光。所述光电转换器用于将所述激光转换为检测电信号。所述对数放大器对所述检测电信号进行对数放大。所述中央处理器将所述对数放大后的所述检测电信号传输给所述上位机。所述上位机根据所述检测数字信号和所述预设比例系数输出所述激光器的功率。所述激光器功率监控系统实现了对所述激光器出光效率的实时监控。此外，所述激光器功率监控系统采用所述对数放大器，提高了对小功率激光的检测灵敏度。避免了直线放大器对测量范围的限制，提高了功率的测量范围。

Description

激光器功率监控系统及控制方法

技术领域

本申请涉及检测技术领域，特别是涉及一种激光器功率监控系统及控制方法。

背景技术

光纤激光器是采用光纤作为激光介质的激光器，通过在光纤基质材料中掺杂不同的稀土离子，获得所对应波长的激光输出。激光器在发射出口前端设置隔离器，避免激光折射，提高出光效率。

激光器在工作过程中，受到外部环境的影响，激光器的输出功率发生变化。怎样才能实时监控激光器的功率是亟待解决的问题。

发明内容

基于此，有必要针对怎样才能实时监控激光器的功率的问题，提供一种激光器功率监控系统及控制方法。

一种激光器功率监控系统包括光电转换器、对数放大器、中央处理器和上位机。

所述光电转换器用于设置于隔离器入口。所述光电转换器包括采光口和光电输出口。所述采光口用于采集所述光纤侧壁泄露的激光。所述光电转换器用于将所述激光转换为检测电信号。

所述对数放大器包括对数输入口和对数输出口。所述对数输入口与所述光电输出口电连接。所述对数放大器用于将所述检测电信号进行对数放大。

所述中央处理器包括第一输入口和第一输出口。所述第一输入口与所述对数输出口连接。所述中央处理器用于对放大后的所述检测电信号进行模数转换，得到检测数字信号。

所述上位机包括信号输入口。所述信号输入口与所述第一输出口连接。所述中央处理器用于将所述检测数字信号传输给所述上位机。所述上位机包括预设比例系数。所述上位机用于根据所述检测数字信号和所述预设比例系数输出所述激光器的功率。

在一个实施例中，所述激光器功率监控系统还包括遮光盒。所述遮光盒用于套设于所述光纤。所述遮光盒包括第一开口。所述光电转换器设置于所述第一开口，且所述采光口朝向所述光纤的侧壁。

在一个实施例中，所述激光器功率监控系统还包括反向器。所述反向器连接于所述对数输出口与所述第一输入口之间。所述反向器用于将对对数放大后的所述检测电信号的电压反向处理。

在一个实施例中，所述中央处理器包括数据处理模块。所述数据处理模块与所述对数输出口连接，用于对放大后的所述检测电信号进行模数转换，形成所述检测数字信号。

在一个实施例中，所述中央处理器包括电源模块。所述电源模块与所述数据处理模块连接，用于为所述数据处理模块供电。

在一个实施例中，所述中央处理器还包括滤波模块。所述滤波模块与所述电源模块连接。

在一个实施例中，所述中央处理器还包括时钟模块。所述时钟模块与所述数据处理模块连接。

一种如上述任意一个实施例所述的激光器功率监控系统的控制方法，包括：

获取所述光纤侧壁泄露的激光，并将所述激光转换为所述检测电信号。

对所述检测电信号进行对数放大处理。

对放大后的所述检测电信号进行模数转换，形成所述检测数字信号。

获取所述预设比例系数，并根据所述检测数字信号和所述预设比例系数得到所述激光器的功率。

在一个实施例中，获取所述预设比例系数包括：

获取标准功率，根据所述标准功率和所述对数放大后的所述检测电信号得到所述预设比例系数。

在一个实施例中，对所述检测电信号进行对数放大处理的步骤包括：

获取参考电信号，根据对数公式对所述检测电信号进行对数放大处理。

在一个实施例中，所述对数公式为：

V₁＝n×lg(I₁/I₂)

其中，V₁为对数放大后的所述检测电信号，I₁为所述检测电信号，I₂为参考电信号。

本申请实施例提供的所述激光器功率监控系统通过所述光电转换器采集出口处的泄漏激光。所述光电转换器用于将所述激光转换为检测电信号。所述对数放大器对所述检测电信号进行对数放大。所述中央处理器将所述对数放大后的所述检测电信号传输给所述上位机。所述上位机根据所述检测数字信号和所述预设比例系数输出所述激光器的功率。所述激光器功率监控系统实现了对所述激光器出光效率的实时监控。此外，所述激光器功率监控系统采用所述对数放大器，提高了对小功率激光的检测灵敏度。避免了直线放大器对测量范围的限制，提高了功率的测量范围。

附图说明

图1为本申请一个实施例中提供的所述激光器功率监控系统的电气连接示意图；

图2为本申请一个实施例中提供的所述遮光盒的结构示意图；

图3为本申请一个实施例中提供的所述激光器功率监控系统的电路图。

附图标号：

激光器功率监控系统10

激光器100

出口101

激光光源110

隔离器120

光纤130

光电转换器20

采光口201

光电输出口202

对数放大器30

对数输入口301

对数输出口302

中央处理器40

第一输入口401

第一输出口402

数据处理模块410

电源模块420

滤波模块430

时钟模块440

上位机50

信号输入口510

遮光盒60

第一开口603

第二开口601

第三开口602

反向器70

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

请参见图1，本申请实施例提供一种激光器功率监控系统10包括光电转换器20、对数放大器30、中央处理器40和上位机50。

所述光电转换器20用于设置于隔离器120入口130。所述光电转换器20包括采光口201和光电输出口202。所述采光口201用于采集所述光纤130侧壁泄露的激光。所述光电转换器20用于将所述激光转换为检测电信号。所述对数放大器30包括对数输入口301和对数输出口302。所述对数输入口301与所述光电输出口202电连接。所述对数放大器30用于将所述检测电信号进行对数放大。

所述中央处理器40包括第一输入口401和第一输出口402。所述第一输入口401与所述对数输出口302连接。所述中央处理器40用于对放大后的所述检测电信号进行模数转换，得到检测数字信号。所述上位机50包括信号输入口510。所述信号输入口510与所述第一输出口402连接。所述中央处理器40用于将所述检测数字信号传输给所述上位机50。所述上位机50包括预设比例系数。所述上位机50用于根据所述检测数字信号和所述预设比例系数输出所述激光器110的功率。

一个实施例中，所述中央处理器40对所述检测数字信号进行协议处理，再将协议处理后的所述检测数字信号传输给所述上位机50。

请一并参见图2，所述激光器100包括激光光源110、光纤130和设置在激光器100的出口101的隔离器120。激光由所述激光光源110发出，经过所述隔离器120发射。所述光纤130设置于所述隔离器120的进口附近的光纤130附近。所述隔离器120的作用防止激光反射回到光纤。

所述光电转换器20用于将光信号转变为电信号。所述采光口201用于采集所述光纤130侧壁泄露的激光。当所述光纤130侧壁泄露的激光到所述采光口201时，所述光电转换器20将所述激光转变为所述检测电信号。

在一个实施例中，所述对数放大器30可以为log112。

在一个实施例中，所述对数放大器30包含第一放大电路。所述第一电路用于对所述检测电信号进行对数放大。信号放大的倍数符合对数公式。所述对数公式为：

V₁＝n×lg(I₁/I₂)

其中，V₁为对数放大后的所述监测电信号，I₁为所述监测电信号，I₂为参考监测电信号。n为系数。V₁为电压信号，I₁和I₂均为电流信号。

I₂为外界输入给所述对数放大器30的所述参考检测电信号。

在所述I₁/I₂为较小的数值时，相对于线性放大器，所述对数放大器30的放大比例较大。所述对数放大器30所述激光检测报警系统10对小功率激光检测的灵敏度，进而提高了安全性。

当I₁/I₂为较大数值时，所述对数放大器30呈现收敛性，拓宽了相关器件的使用范围。

在一个实施例中，I₂小于I₁，lg(I₁/I₂)为正值。

在一个实施例中，所述对数放大器30还包括第二放大电路，所述第二放大电路用于对对数放大后的所述监测电信号进行再次放大。所述第二放大电路的放大公式为：

V₂＝m×V₁

V₂为第二次放大后的所述监测电信号，m为放大系数。

所述中央处理器40用于与外界电源连接，并为整体电路供电。

在一个实施例中，所述中央处理器40通过有线通讯的方式将放大后的所述检测电信号传输给所述上位机50。

在一个实施例中，所述中央处理器40也可以通过无线通讯的方式将放大后的所述检测电信号传输给所述上位机50。

为了获取所述预设比例系数，在一个实施例中，采用标准功率计对所述激光器100的出光功率进行测量，得到标准功率。所述上位机50采集所述标准功率。所述上位机50根据所述标准功率和所述放大后的所述检测电信号，得到所述预设比例系数。

在一个实施例中，所述上位机50得到所述预设比例系数后，还进行多次测量，并反馈修正所述预设比例系数。直至计算得到的功率值与所述标准功率计测量得到的标准功率的差值小于功率差值设定值。

本申请实施例提供的所述激光器功率监控系统10通过所述光电转换器20采集出口处的泄漏激光。所述光电转换器20用于将所述激光转换为检测电信号。所述对数放大器30对所述检测电信号进行对数放大。所述中央处理器40将所述对数放大后的所述检测电信号传输给所述上位机50。所述上位机50根据所述检测数字信号和所述预设比例系数输出所述激光器110的功率。所述激光器功率监控系统10实现了对所述激光器出光效率的实时监控。此外，所述激光器功率监控系统10采用所述对数放大器30，提高了对小功率激光的检测灵敏度。避免了直线放大器对测量范围的限制，提高了功率的测量范围。

在一个实施例中，所述激光器功率监控系统10还包括遮光盒60。所述遮光盒60用于套设于所述光纤130。所述遮光盒60包括第一开口603。所述光电转换器20设置于所述第一开口603，且所述采光口201朝向所述光纤130的侧壁。

所述遮光盒60还包括相对设置的第二开口601和第三开口602。

所述光纤130通过所述第二开口601和所述第三开口602穿过所述遮光盒60。所述遮光盒60用于遮蔽自然光，减小所述光电转换器20的测量误差。

在一个实施例中，I₂大于I₁，lg(I₁/I₂)为负值。所述激光器功率监控系统10还包括反向器70。所述反向器70连接于所述对数输出口302与所述第一输入口401之间。所述反向器70用于将对对数放大后的所述检测电信号的电压反向处理，以保证所述检测电信号的电压为正值。

请一并参见图3，在一个实施例中，所述中央处理器40包括数据处理模块410。所述数据处理模块410与所述对数输出口302连接，用于对放大后的所述检测电信号进行模数转换，形成所述检测数字信号。

在一个实施例中，所述中央处理器40包括电源模块420。所述电源模块420与所述数据处理模块410连接，用于为所述数据处理模块410供电。

在一个实施例中，所述中央处理器40还包括滤波模块430。所述滤波模块430与所述电源模块420连接。所述滤波模块430用于稳压。

在一个实施例中，所述中央处理器40还包括时钟模块440。所述时钟模块440与所述数据处理模块410连接。

在一个实施例中，所述激光器功率监控系统10还可作为功率计，实时检测所述激光器100的功率。所述激光器功率监控系统10还可用于功率的反馈调节。

本申请实施例提供一种如上述任意一个实施例所述的激光器功率监控系统10的控制方法，包括：

S100，获取所述光纤130侧壁泄露的激光，并将所述激光转换为所述检测电信号。

S200，对所述检测电信号进行对数放大处理。

S300，对放大后的所述检测电信号进行模数转换，形成所述检测数字信号。

S400，获取所述预设比例系数，并根据所述检测数字信号和所述预设比例系数得到所述激光器110的功率。

在所述预设比例系数可以为经验值或计算值。为了获取所述预设比例系数，在一个实施例中，采用标准功率计对所述激光器100的出光功率进行测量，得到标准功率。所述上位机50采集所述标准功率。所述上位机50根据所述标准功率和所述放大后的所述检测电信号，得到所述预设比例系数。

在一个实施例中，所述上位机50得到所述预设比例系数后，还进行多次测量，并反馈修正所述预设比例系数。直至计算得到的功率值与所述标准功率计测量得到的标准功率的差值小于功率差值设定值。

本申请实施例提供的所述的激光器功率监控系统10的控制方法包括获取所述光纤130侧壁泄露的激光，并将所述激光转换为所述检测电信号。对所述检测电信号进行对数放大处理。对放大后的所述检测电信号进行模数转换，形成所述检测数字信号。获取所述预设比例系数，并根据所述检测数字信号和所述预设比例系数得到所述激光器110的功率。所述的激光器功率监控系统10的控制方法实现了对所述激光器出光效率的实时监控。此外，所述的激光器功率监控系统10的控制方法对所述检测电信号进行对数放大处理，提高了对小功率激光的检测灵敏度。避免了直线放大器对测量范围的限制，提高了功率的测量范围。

在一个实施例中，S400中获取所述预设比例系数包括：

S401，获取标准功率，根据所述标准功率和所述对数放大后的所述检测电信号得到所述预设比例系数。

在一个实施例中，S200包括：

S201，获取参考电信号，根据对数公式对所述检测电信号进行对数放大处理。在一个实施例中，所述参考电信号为上次检测输出的对数放大后的所述检测电信号，以使I₁与I₂相差不大。

在一个实施例中，所述对数公式为：

V₁＝n×lg(I₁/I₂)

其中，V₁为对数放大后的所述检测电信号，I₁为所述检测电信号，I₂为参考电信号。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种激光器功率监控系统，其特征在于，包括：

遮光盒(60)，所述遮光盒(60)用于套设于光纤(130)，所述遮光盒(60)包括第一开口(603)；

光电转换器(20)，用于设置于隔离器(120)的入口(130)，所述光电转换器(20)包括采光口(201)和光电输出口(202)，所述光电转换器(20)设置于所述第一开口(603)，且所述采光口(201)朝向所述光纤(130)的侧壁，所述采光口(201)用于采集光纤(130)的侧壁泄露的激光，所述光电转换器(20)用于将所述激光转换为检测电信号；

对数放大器(30)，包括对数输入口(301)和对数输出口(302)，所述对数输入口(301)与所述光电输出口(202)电连接，所述对数放大器(30)用于将所述检测电信号进行对数放大；

中央处理器(40)，包括第一输入口(401)和第一输出口(402)，所述第一输入口(401)与所述对数输出口(302)连接，所述中央处理器(40)用于对放大后的所述检测电信号进行模数转换，得到检测数字信号；

上位机(50)，包括信号输入口(510)，所述信号输入口(510)与所述第一输出口(402)连接，所述中央处理器(40)用于将所述检测数字信号传输给所述上位机(50)，所述上位机(50)包括预设比例系数，所述上位机(50)用于根据所述检测数字信号和所述预设比例系数输出激光器(100)的功率。

2.如权利要求1所述的激光器功率监控系统，其特征在于，还包括：

反向器(70)，连接于所述对数输出口(302)与所述第一输入口(401)之间，所述反向器(70)用于将对对数放大后的所述检测电信号的电压反向处理。

3.如权利要求1所述的激光器功率监控系统，其特征在于，所述中央处理器(40)包括：

数据处理模块(410)，所述数据处理模块(410)与所述对数输出口(302)连接，用于对放大后的所述检测电信号进行模数转换，形成所述检测数字信号。

4.如权利要求3所述的激光器功率监控系统，其特征在于，所述中央处理器(40)包括：

电源模块(420)，与所述数据处理模块(410)连接，用于为所述数据处理模块(410)供电。

5.如权利要求4所述的激光器功率监控系统，其特征在于，所述中央处理器(40)还包括：

滤波模块(430)，与所述电源模块(420)连接。

6.如权利要求4所述的激光器功率监控系统，其特征在于，所述中央处理器(40)还包括：

时钟模块(440)，与所述数据处理模块(410)连接。

7.一种如权利要求1所述的激光器功率监控系统的控制方法，其特征在于，包括：

获取所述光纤(130)侧壁泄露的激光，并将所述激光转换为所述检测电信号；

对所述检测电信号进行对数放大处理；

对放大后的所述检测电信号进行模数转换，形成所述检测数字信号；

获取所述预设比例系数，并根据所述检测数字信号和所述预设比例系数得到所述激光器(100)的功率。

8.如权利要求7所述的激光器功率监控系统的控制方法，其特征在于，获取所述预设比例系数包括：

获取标准功率，根据所述标准功率和所述对数放大后的所述检测电信号得到所述预设比例系数。

9.如权利要求8所述的激光器功率监控系统的控制方法，其特征在于，对所述检测电信号进行对数放大处理的步骤包括：

获取参考电信号，根据对数公式对所述检测电信号进行对数放大处理。

10.如权利要求9所述的激光器功率监控系统的控制方法，其特征在于，所述对数公式为：

V₁＝n×lg(I₁/I₂)

其中，V₁为对数放大后的所述检测电信号，I₁为所述检测电信号，I₂为参考电信号。

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