CN111765967A - 一种激光能量在线监测与反馈控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光能量在线监测与反馈控制系统，包括在线监测装置、反馈控制装置和上位机。在线监测装置包括分束片和激光能量探头；分束片安装于原光路中，将原光路中分束为固定比例的主光路和副光路；激光能量探头对分束出来的副光路进行激光能量的检测；反馈控制装置包括恒温罩、铰接杆、凸轮、调节杆和复位机构，调节晶体的相位角调节；所述复位机构设置于恒温罩下方，为恒温罩提供压向凸轮的压力；上位机接收检测出的激光能量值，并发动驱动信号控制凸轮转动；本发明还公开了一种激光能量在线监测与反馈控制方法。本发明在不影响激光电离检测的同时获取激光能量值的实时变化。

Description

一种激光能量在线监测与反馈控制系统及方法

技术领域

本发明涉及激光能量监测技术领域，尤其是一种激光能量在线监测与反馈控制系统及方法。

背景技术

激光能量是二噁英在线监测系统的重要指标，其能量强度和稳定性的优劣直接决定了检测结果的准确性和可靠性。故为了可视化控制输出激光能量、提升整体激光系统能量输出的稳定性，需对产生激光的各波段能量进行实时监控。

当前，激光能量的监控是由能量探头直接接触激光，进而通过连接的表头读取激光能量。激光能量读取过程中，虽可以实时获取激光能量的变化波动，但二噁英在线监测系统的检测却不能进行，即激光能量检测和激光参与电离检测这两个过程不能同时进行，而在激光参与电离检测时的能量值变化是二噁英在线监测系统的关键技术指标，故如何在不阻碍激光参与电离检测的同时，获取激光能量值实时变化是目前亟待解决的难题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光能量在线监测与反馈控制系统及方法，在不影响激光电离检测的同时获取激光能量值的实时变化。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种激光能量在线监测与反馈控制系统，其特征在于，包括在线监测装置、反馈控制装置和上位机；

所述在线监测装置包括分束片和激光能量探头；所述分束片安装于原光路中，将原光路中分束为固定比例的主光路和副光路；所述激光能量探头安装于分束片的下方，对分束出来的副光路进行激光能量的检测；

所述反馈控制装置包括恒温罩、铰接杆、凸轮、调节杆和复位机构；所述恒温罩罩设于主光路上的晶体之外，为晶体提供恒温环境；所述铰接杆设置于恒温罩上；所述调节杆的第一端固定连接于恒温罩上，第二端与凸轮相抵接，凸轮的转动带动恒温罩绕铰接杆转动；所述复位机构设置于恒温罩下方，为恒温罩提供压向凸轮的压力；

所述上位机接收检测出的激光能量值，并发动驱动信号控制凸轮转动。

进一步的，还包括固定架，所述铰接杆固定于固定架上，所述复位机构设置于固定架与恒温罩之间。

进一步的，所述复位机构为弹簧。

进一步的，所述恒温罩包括底板、加热层、温度传感器、罩体和平面镜；所述加热层环绕在底板的周侧形成用于放置晶体的容纳腔；所述温度传感器设置于晶体上，检测晶体的实时温度；所述罩体罩射在加热层外侧；所述加热层两侧的相对位置上设置有第一通孔，所述罩体两侧的相对位置上设置有第二通孔，所述第一通孔与第二通孔在同一直线上，所述平面镜密封安装于第二通孔内。

一种激光能量在线监测与反馈控制方法，其特征在于，包括在线监测阶段和反馈控制阶段；所述在线监测阶段包括：

S1，将原光路中分束为固定比例的主光路和副光路；

S2，通过检测副光路计算出主光路的激光能量值；

所述反馈控制阶段包括：

S3，激光调试，调节原光路中分束前晶体的相位角，同时记录主光路的激光能量值，形成激光能量值随相位角变化的曲线图，记最大的激光能量值为最佳激光能量值，对应的相位角为最佳相位角；

S4，在监测过程中，先确定晶体的相位角是否处于最佳相位角，若未处于最佳相位角，则先将相位角调整至最佳相位角，然后进入S5；否则直接进入S5；

S5，判断激光能量值是否达到最佳激光能量值，若是，持续监测激光能量；否则进行相位角的调整，重新确定最佳相位角，并将晶体调整至最佳相位角。

进一步的，所述S1中的固定比例由S0确定，

S0，对原光路进行分束，对分束出来的主光路和副光路的激光能量值进行检测，主光路的激光能量值与副光路的激光能量值的比值即为所述固定比例。

进一步的，所述S5中，重新确定最佳相位角的方法为：在相位角的调节范围内，晶体以单位相位角的幅度，从最小相位角向最大相位角实时转动，同时记录下对应的激光能量值，形成新的激光能量值随相位角变化的曲线图，选取激光能量值最大处对应的相位角为最佳相位角。

进一步的，所述相位角的调整由连接于晶体上的机械马达实现。

进一步的，所述晶体以单位相位角的幅度进行转动的实现方法如下：

S51，设定单位相位角；

S52，在晶体的最小相位角开始，机械马达带动晶体以所述单位间隔的幅度转动，同时记录下马达的转动位置，形成晶体相位角与机械马达转动位置的对应关系；

S53，根据所述对应关系，使机械马达依次转动对应的角度，晶体即以单位相位角的幅度转动。

进一步的，所述单位相位角为1°。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过分束后检测副光路的激光能量值，进而计算主光路的激光能量值，在不影响激光电离检测的同时获取激光能量值的实时变化；同时根据检测的激光能量值，反馈控制装置可自动调整晶体的相位角。

附图说明

图1为本发明一实施例的整体结构示意图。

图2为本发明一实施例的在线监测装置立体图。

图3为本发明一实施例的反馈控制装置立体图。

图4为本发明一实施例的反馈控制装置剖视图。

图5为本发明一实施例的反馈控制装置另一角度剖视图。

图6为本发明一实施例的恒温罩结构示意图。

图中：1、在线监测装置；11、分束片；12、激光能量探头；13、底座；14、连接杆；反馈控制装置；21、恒温罩；211、铰接孔；22、铰接杆；23、凸轮；24、调节杆；25、复位机构；26、固定架；27、机械马达；3、上位机；41、底板；411、折边；42、加热层；421、第一通孔；43、温度传感器；44、罩体；441、第二通孔；45、平面镜；46、翅片；47、晶体。

具体实施方式

下面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。

实施例一：

请参阅图1，本实施例提供一种激光能量在线监测与反馈控制系统，包括在线监测装置1、反馈控制装置2和上位机3。

所述在线监测装置1包括分束片11和激光能量探头12。所述分束片11安装于原光路中，将原光路中分束为固定比例的主光路和副光路；所述激光能量探头12安装于分束片11的下方，对分束出来的副光路进行激光能量的检测。具体的，所述分束片可透射98％～99％的激光，即主光路的激光能量占原光路的98％～99％，副光路的激光能量占原光路的1％～2％。如一实施例中，主光路的激光能量占原光路的98％，副光路的激光能量占原光路的2％。则上述固定比例则为49，激光能量探头12检测到的副光路的激光能量乘以该固定比例49即为主光路的激光能量。当在线监测装置1设置好之后，该相对比例不变，因此该固定比例的具体值可在正式激光电离之前，通过分别检测主光路与副光路的激光能量值而求得。

请参照图2，为了实现分束片11与激光能量探头12的安装，还包括底座13和连接杆14，所述激光能量探头12与连接杆14固定安装于底座13上，分束片11固定安装于连接杆14的顶部，分束片11与激光能量探头12的相对位置使得副光路正好被激光能量探头12检测到。

请参照图1和图3，所述反馈控制装置2包括恒温罩21、铰接杆22、凸轮23、调节杆24和复位机构25。所述恒温罩21罩设于主光路上的晶体47之外，为晶体47提供恒温环境。所述铰接杆22设置于恒温罩21上，恒温罩21可绕铰接杆22所在直线转动。所述调节杆24的第一端固定连接于恒温罩21上，第二端与凸轮23相抵接，凸轮23的转动带动恒温罩21绕铰接杆22转动，从而实现晶体47的相位角调节，从而实现晶体47输出激光能量值的调节。所述复位机构25设置于恒温罩21下方，为恒温罩21提供压向凸轮23的压力，实现恒温罩21角度的复位调节。所述凸轮23由机械马达27驱动转动。值得一提的是，所述晶体47特指LBO晶体，LBO晶体的能量转化效率高、相位角调谐范围较广、单位相位角引起的能量变化较大，存在最佳相位角使其能量输出达到最佳。

所述上位机3与激光能量探头12、机械马达27电性连接。上位机3接收激光能量探头12检测出的激光能量值，并根据所述固定比例计算出主光路的激光能量值，并根据用户的实际需求发动驱动信号控制凸轮23转动，调节最终输出的主光路的激光能量值，具体控制方法请参照下文的激光能量在线监测与反馈控制方法。

请参照图3和图4，为了实现反馈控制装置2上各部件的安装，还包括固定架26，所述铰接杆22固定于固定架26的竖直部，恒温罩21上对应铰接杆22的位置开设有用于铰接杆22穿入的铰接孔211，实现了恒温罩21绕铰接杆22转动的功能。所述复位机构25为弹簧，设置于固定架26的底部与恒温罩21的底部之间，为恒温罩21提供向上的压力，使其调节杆24时刻与凸轮23紧密接触。

请参照图5和图6，所述恒温罩包括底板41、加热层42、温度传感器43、罩体44和平面镜45。

所述加热层42环绕在底板41的周侧形成用于放置晶体47的容纳腔。加热层42为温度可控的电热板，可用于对容纳腔内的晶体47进行加热。

所述温度传感器43设置于晶体47上，检测晶体47的实时温度；在温度传感器43检测到晶体47的温度降低时，则提高加热层42的功率，反之，则降低加热层42的功率或停止加热层42工作，从而起到保持晶体47温度恒定的效果，保证激光的性能参数。

所述罩体44罩射在加热层42的外侧，将加热层42、晶体47与外界隔离，使晶体处于相对稳定的恒温恒湿的内部环境中。于本实施例，为了增强密封性，所述底板41沿水平向外延伸形成折边411，罩体44的下沿与折边411相贴合。值得一提的是，所述底板41和罩体44采用绝热材料制成，尽可能避免与外接的热交换。

为了便于激光通过，所述加热层42两侧的相对位置上设置有第一通孔421，所述罩体44两侧的相对位置上设置有第二通孔441，所述第一通孔421与第二通孔441在同一直线上，形成用于激光通过的通道，值得一提的是，所述晶体47处于该直线上。同时，所述平面镜45安装于第二通孔441内，起到了密封效果。

还包括翅片46，所述翅片46均匀设置于加热层42内侧除第一通孔421以外的位置上。本实施例中，加热层42的厚度较小，导热系数较大，保证加热层与翅片之间无热量损失，翅片46的分布均匀且温度也相同，以实现对晶体47均匀加热。

实施例二：

本实施例提供一种激光能量在线监测与反馈控制方法，包括在线监测阶段和反馈控制阶段；所述在线监测阶段包括：

S1，将原光路中分束为固定比例的主光路和副光路；所述固定比例由以下方法确定：对原光路进行分束，对分束出来的主光路和副光路的激光能量值进行检测，主光路的激光能量值与副光路的激光能量值的比值即为所述固定比例。

S2，通过检测副光路计算出主光路的激光能量值；

所述反馈控制阶段包括：

S3，激光调试，调节原光路中分束前晶体的相位角，同时记录主光路的激光能量值，形成激光能量值随相位角变化的曲线图，记最大的激光能量值为最佳激光能量值，对应的相位角为最佳相位角；

S4，在监测过程中，先确定晶体的相位角是否处于最佳相位角，若未处于最佳相位角，则先将相位角调整至最佳相位角，然后进入S5；否则直接进入S5；

S5，判断激光能量值是否达到最佳激光能量值，若是，持续监测激光能量；否则通过机械马达进行相位角的调整，重新确定最佳相位角，并将晶体调整至最佳相位角。

本步骤中，重新确定最佳相位角的方法为：在相位角的调节范围内，晶体以单位相位角(如1°)的幅度，从最小相位角向最大相位角实时转动，同时记录下对应的激光能量值，形成新的激光能量值随相位角变化的曲线图，选取激光能量值最大处对应的相位角为最佳相位角。

晶体以单位相位角的幅度进行转动的实现方法如下：

S51，设定单位相位角；

S52，在晶体的最小相位角开始，机械马达带动晶体以所述单位间隔的幅度转动，同时记录下马达的转动位置，形成晶体相位角与机械马达转动位置的对应关系；

S53，根据所述对应关系，使机械马达依次转动对应的角度，晶体即以单位相位角的幅度转动。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (10)

1.一种激光能量在线监测与反馈控制系统，其特征在于，包括在线监测装置、反馈控制装置和上位机；

所述在线监测装置包括分束片和激光能量探头；所述分束片安装于原光路中，将原光路中分束为固定比例的主光路和副光路；所述激光能量探头安装于分束片的下方，对分束出来的副光路进行激光能量的检测；

所述反馈控制装置包括恒温罩、铰接杆、凸轮、调节杆和复位机构；所述恒温罩罩设于主光路上的晶体之外，为晶体提供恒温环境；所述铰接杆设置于恒温罩上；所述调节杆的第一端固定连接于恒温罩上，第二端与凸轮相抵接，凸轮的转动带动恒温罩绕铰接杆转动；所述复位机构设置于恒温罩下方，为恒温罩提供压向凸轮的压力；

所述上位机接收检测出的激光能量值，并发动驱动信号控制凸轮转动。

2.根据权利要求1所述的激光能量在线监测与反馈控制系统，其特征在于，还包括固定架，所述铰接杆固定于固定架上，所述复位机构设置于固定架与恒温罩之间。

3.根据权利要求1或2所述的激光能量在线监测与反馈控制系统，其特征在于，所述复位机构为弹簧。

4.根据权利要求1所述的激光能量在线监测与反馈控制系统，其特征在于，所述恒温罩包括底板、加热层、温度传感器、罩体和平面镜；所述加热层环绕在底板的周侧形成用于放置晶体的容纳腔；所述温度传感器设置于晶体上，检测晶体的实时温度；所述罩体罩射在加热层外侧；所述加热层两侧的相对位置上设置有第一通孔，所述罩体两侧的相对位置上设置有第二通孔，所述第一通孔与第二通孔在同一直线上，所述平面镜密封安装于第二通孔内。

5.一种激光能量在线监测与反馈控制方法，其特征在于，包括在线监测阶段和反馈控制阶段；所述在线监测阶段包括：

S1，将原光路中分束为固定比例的主光路和副光路；

S2，通过检测副光路计算出主光路的激光能量值；

所述反馈控制阶段包括：

S3，激光调试，调节原光路中分束前晶体的相位角，同时记录主光路的激光能量值，形成激光能量值随相位角变化的曲线图，记最大的激光能量值为最佳激光能量值，对应的相位角为最佳相位角；

S4，在监测过程中，先确定晶体的相位角是否处于最佳相位角，若未处于最佳相位角，则先将相位角调整至最佳相位角，然后进入S5；否则直接进入S5；

S5，判断激光能量值是否达到最佳激光能量值，若是，持续监测激光能量；否则进行相位角的调整，重新确定最佳相位角，并将晶体调整至最佳相位角。

6.根据权利要求5所述的激光能量在线监测与反馈控制方法，其特征在于，所述S1中的固定比例由S0确定，

S0，对原光路进行分束，对分束出来的主光路和副光路的激光能量值进行检测，主光路的激光能量值与副光路的激光能量值的比值即为所述固定比例。

7.根据权利要求5所述的激光能量在线监测与反馈控制方法，其特征在于，所述S5中，重新确定最佳相位角的方法为：在相位角的调节范围内，晶体以单位相位角的幅度，从最小相位角向最大相位角实时转动，同时记录下对应的激光能量值，形成新的激光能量值随相位角变化的曲线图，选取激光能量值最大处对应的相位角为最佳相位角。

8.根据权利要求7所述的激光能量在线监测与反馈控制方法，其特征在于，所述相位角的调整由连接于晶体上的机械马达实现。

9.根据权利要求8所述的激光能量在线监测与反馈控制方法，其特征在于，所述晶体以单位相位角的幅度进行转动的实现方法如下：

S51，设定单位相位角；

S52，在晶体的最小相位角开始，机械马达带动晶体以所述单位间隔的幅度转动，同时记录下马达的转动位置，形成晶体相位角与机械马达转动位置的对应关系；

S53，根据所述对应关系，使机械马达依次转动对应的角度，晶体即以单位相位角的幅度转动。

10.根据权利要求9所述的激光能量在线监测与反馈控制方法，其特征在于，所述单位相位角为1°。

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