CN111928941A - 一种光纤激光器的光路故障检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光纤激光器光路故障检测装置及检测方法，所述检测装置主要由光传感模块、电源模块和主控芯片组成。主控芯片内内置光检测判断程序，其中光传感模块的主体为一个绝缘密封盒，盒中包含有感光材料，此感光材料具有曝光前电导率极低，曝光后电导率瞬时升高的特点。电源模块为光传感模块施加电信号，并同时将光传感模块的两根电极之间的电平信号传输给主控芯片，主控芯片通过读取的该电平判断光传感模块的状态，进而判断光路是否发生异常。本装置有助于在不破坏光纤激光器整体结构的情况下对光路故障位置作出迅速判断，进而对光路故障原因进行准确定位。

Description

一种光纤激光器的光路故障检测装置及检测方法

技术领域

本发明属于光纤及激光技术领域，特别是涉及一种光纤激光器的光路故障检测装置及检测方法。

背景技术

光纤激光器是应用广泛的新一代高能量光源，光纤激光器的输出功率日益提高，同时越来越高的输出功率使光路系统所承受的压力及风险也与日俱增。特别是激光器本身的老化，恶劣的应用环境等内、外因的存在，更加增大了激光器光路故障的风险。因此，对于激光器光路系统而言，迅速抓取故障信息有助于最大程度上保护激光器光路，减小对光路的破坏；而对于已出现故障的激光器光路系统而言，精确的定位故障位置，有助于更加快速、准确的分析故障原因，为激光器的维修指明方向。

光纤激光器中光路的光纤烧毁一般分为两种情况，一种是光纤整体仍然保持相对完整，但纤芯会沿着光传输的反方向被传输光逆向破坏，被称为光纤熔化现象；另外一种情况是光纤完全“烧断”，整根光纤沿着光传输的反方向被传输光不断燃烧。

目前光纤激光器中通用的光路保护装置普遍基于半导体光电探测器实现，该装置在光路中一般置于最后段，通过光电探测器探测光纤中传输激光的强弱来判断光路是否出现故障，在光纤烧断或者出现光纤熔化现象时，由于光电探测器对激光非常敏感，有时光电探测器仍然可以探测到激光，从而出现对光路故障的漏判、误判、延判等情况，这些装置存在两个主要缺陷：(1)光路故障位置无法准确定位；(2)激光功率或光纤漏光稍有波动容易使检测系统发生误判。

基于光纤激光器光路烧毁时会伴生高强度可见光的特点，本发明提出了一种光纤激光器的光路故障检测装置及检测方法，利用激光器中光纤烧毁时产生的强可见光来判断光路故障，可以更加准确、及时的判断激光器光路故障，降低故障漏判、误判、延判的概率，更有效的保护光纤激光器光路。

发明内容

为了解决光纤激光器光路发生故障时光路故障位置无法准确定位和激光功率或光纤漏光稍有波动容易使检测系统发生误判等技术问题，本发明提供一种光纤激光器的光路故障检测装置及检测方法，所述装置是一种能够快速抓取光纤激光器光路故障信息，并具有记忆功能，能对故障光路进行迅速故障定位的装置。

一种光纤激光器的光路故障检测装置，所述检测装置包括光传感模块、电源模块和主控芯片，所述电源模块与光传感模块成对设置，电源模块对光传感模块施加电信号同时将光传感模块的电平信号传输给主控芯片，主控芯片内内置光检测判断程序，所述光传感模块内设置感光材料，设置传感器盒体，感光材料被避光密封于传感器盒体内，所述感光材料曝光前电导率极低、曝光后电导率瞬时升高，多个光传感模块在激光光路中分布式安装于关键易烧毁的光纤或焊点之上。

进一步地，所述光传感模块还设置有电线、走线孔和电极，所述传感器盒体两侧分别设置一个走线孔，电线分别穿过对应的走线孔与紧密固定于感光材料之中的两根电极分别连接，所述传感器盒体为具有避光作用的绝缘密封装置。

进一步地，所述的主控芯片上设置微控制器，所述微控制器具有定位故障位置和保存信息功能。

进一步地，所述感光材料为卤化银所形成的感光乳剂、感光胶或薄膜。

进一步地，所述电源模块由直流5v电源、电阻R1、电阻R2、可调电位器R3和比较器U1组成，直流5v电源分别与电阻R1的一端、电阻R2的一端和比较器U1的4脚相连接，电阻R1的另一端分别与光传感模块的一根电极和比较器U1的1脚负输入端相连接；电阻R2的另一端与可调电位器R3的一端相连接，可调电位器R3的另一端与GND相连接，可调电位器R3的抽头端与比较器U1的2脚正输入端相连接，比较器U1的3脚输出端与主控芯片的1脚相连接。

进一步地，主控芯片的3脚GND与GND相连接，主控芯片U2的4脚VDD与直流电源5V相连接；光传感模块11中的另一电极与GND相连接。

一种光纤激光器的光路故障检测方法，所述检测方法为：

步骤1、主控芯片内的光检测判断程序启动，检测判断激光器开光信号是否使能，当激光器开光信号未使能时，检测程序一直处于检测激光器开光信号是否使能中，当检测到激光器开光信号使能时，进入步骤2；

步骤2、光检测判断程序控制经过一段时间延时，所述光检测判断程序中的光检信号程序启动，光传感模块不断将采集的光检信号传递给主控芯片，上位机获取主控芯片采集的光检信号，启动判断光检信号是否正常程序，若光检信号正常，进入步骤1，若光检信号异常，主控芯片通过光检测判断程序关闭激光器使能并保存告警信息，同时自动退出光检测判断程序。

有益效果：本发明提供一种能够快速抓取光纤激光器光路故障信息，并具有记忆功能，能对故障光路进行迅速故障定位的装置。具体来说，本发明提供的光纤激光器光路故障检测装置，通过对装置中光传感模块施加电信号，实时监测光传感模块电导率的变化，并反馈给主控芯片，以便光路故障时电控系统迅速关闭激光器供电，减小对光路的破坏。而对于已出现故障的激光器，本装置所具有的故障记忆功能，能对激光器的故障位置进行准确快速的定位，以便对故障原因进行分析，并对故障的排除指明方向。

光路发生故障烧毁后，可借助光传感模块的分布式布局方式，结合光传感模块所用感光材料所具备的曝光后电导率不可逆升高的特点，使用上位机对易烧毁光纤及光纤焊点中的故障位置进行准确定位；系统通过检测光路烧断后产生的“可见光”判断为故障，可避免漏报警或误报警。

附图说明

图1为本发明提供的光纤激光器光路故障检测装置的系统示意图；

图2为图1中光传感模块的结构示意图；

图3为图1中光传感模块的安装示意图；

图4为电源模块连接示意图；

图5为光路故障检测程序流程图。

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，以下结合附图与实施例，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用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。

如图1所示，本发明提供的光纤激光器光路故障检测装置由光传感模块11、电源模块12和主控芯片13组成。电源模块12与光传感模块11成对设置，该装置中采用电源模块12对光传感模块11施加电信号，并同时将光传感模块11两根电极之间的电平信号传输给主控芯片13，主控芯片内内置光路检测判断程序，当光传感模块11电导率发生瞬时变化时，主控芯片13将检测到一个由电源模块12发出的电平下降沿或上升沿，通过主控程序给出故障判断并通过报故障的光传感模块11与主控芯片13端口之间的对应关系定位故障位置并保存相关信息，主控芯片内内置光检测判断程序中。

如图2所示，本发明提供光纤激光器光路故障检测装置的光传感模块的主体包括具备曝光前电导率极低、曝光后电导率瞬时升高的感光材料21，传感器盒体22，第一电线25和第二电线26分别通过第一走线孔23和第二走线孔24与紧密固定于感光材料之中的第一电极27和第二电极28相连接，并将探测到的电信号实时发送给电控系统。所述的传感器盒体22为具有避光作用的绝缘密封装置，所述的感光材料21为卤化银所形成的感光乳剂、感光胶或薄膜，其特性为：曝光前电导率极低、曝光后电导率瞬时升高。

如图3所示，本发明提供的光纤激光器光路故障检测装置的光传感模块11在光路中安置于关键易烧毁的光纤或焊点31之上，光传感模块11通过第一电线25和第二26与上一级系统相连。

如图4所示，本发明提供的光纤激光器光路故障检测装置的电源模块12由直流5v电源、电阻R1、电阻R2、可调电位器R3和比较器U1组成，其中直流5v电源分别与电阻R1的一端、R2的一端、比较器U1的4脚相连接；R1的另一端分别与光模块11的一根电极、比较器U1的1脚负输入端相连接；R2的另一端与可调电位器R3的一端相连接；可调电位器R3的另一端与GND相连接；可调电位器R3的抽头端与比较器U1的2脚正输入端相连接；比较器U1的3脚输出端与主控芯片U2的1脚相连接；主控芯片U2的3脚GND与GND相连接，主控芯片U2的4脚VDD与直流电源5V相连接；光传感模块11中的另一电极与GND相连接。当光传感模块11曝光后电导率瞬时升高此时比较器U1的1脚电压快速下降，当下降到比较器U1的2脚设定的门槛电压以下后，比较器U1的3脚输出高电平信号给主控芯片13，主控芯片13捕捉到高电平信号后关闭激光器使能并保存告警信息。

如图5所示，本发明提供的光纤激光器光路故障检测装置的主控芯片13的光路故障检测程序流程图，当激光器开光信号使能后，程序经过延时，启动光检信号判断。当光检信号异常时，主控芯片13关闭激光器使能并保存告警信息。具体检测方法为：

步骤1、主控芯片内的光检测判断程序启动，检测判断激光器开光信号是否使能，当激光器开光信号未使能时，检测程序一直处于检测激光器开光信号是否使能中，当检测到激光器开光信号使能时，进入步骤2；

步骤2、光检测判断程序控制经过一段时间延时，所述光检测判断程序中的光检信号程序启动，光传感模块不断将采集的光检信号传递给主控芯片，上位机获取主控芯片采集的光检信号，启动判断光检信号是否正常程序，若光检信号正常，进入步骤1，若光检信号异常，主控芯片通过光检测判断程序关闭激光器使能并保存告警信息，同时自动退出光检测判断程序。

当某处光路烧断出现故障时，本专利提出的故障检测装置工作过程详述如下：假设位于光传感模块11之下的某光纤或光纤焊点烧毁时，由于高能量密度激光与光纤材料之间的相互作用，该处光纤将发出高强度的可见光。光传感模块之中的感光材料吸收强可见光，将会迅速被曝光，同时发生化学反应，致使感光材料成分变化，进而导致感光材料电导率瞬时不可逆升高，此时，安插于光传感模块中的电极之间的电阻降低，阻值变化超过设定阈值并被上位机主控芯片所探知，进而做出光路故障的判断，并关闭激光器电源以保护光路。同时，因所用感光材料曝光后电导率改变的不可逆性，光路故障得以被故障位置处的光传感模块所“记忆”。当激光器再次上电时，可通过上位机软件查询主控芯片中所记录的光传感模块编号，并按照激光器组装时光传感模块编号与探测位置的对应关系找出其光路烧毁位置，实现对故障位置的准确定位。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种光纤激光器的光路故障检测装置，其特征在于，所述检测装置包括光传感模块、电源模块和主控芯片，所述电源模块与光传感模块成对设置，电源模块对光传感模块施加电信号同时将光传感模块的电平信号传输给主控芯片，主控芯片内内置光检测判断程序，所述光传感模块内设置感光材料，设置传感器盒体，感光材料被避光密封于传感器盒体内，所述感光材料曝光前电导率极低、曝光后电导率瞬时升高，多个光传感模块在激光光路中分布式安装于关键易烧毁的光纤或焊点之上。

2.根据权利要求1所述的一种光纤激光器的光路故障检测装置，其特征在于：所述光传感模块还设置有电线、走线孔和电极，所述传感器盒体两侧分别设置一个走线孔，电线分别穿过对应的走线孔与紧密固定于感光材料之中的两根电极分别连接，所述传感器盒体为具有避光作用的绝缘密封装置。

3.根据权利要求1所述的一种光纤激光器的光路故障检测装置，其特征在于：所述的主控芯片上设置微控制器，所述微控制器具有定位故障位置和保存信息功能。

4.根据权利要求1所述的一种光纤激光器的光路故障检测装置，其特征在于：所述感光材料为卤化银所形成的感光乳剂、感光胶或薄膜。

5.根据权利要求1所述的一种光纤激光器的光路故障检测装置，其特征在于：所述电源模块由直流5v电源、电阻R1、电阻R2、可调电位器R3和比较器U1组成，直流5v电源分别与电阻R1的一端、电阻R2的一端和比较器U1的4脚相连接，电阻R1的另一端分别与光传感模块的一根电极和比较器U1的1脚负输入端相连接；电阻R2的另一端与可调电位器R3的一端相连接，可调电位器R3的另一端与GND相连接，可调电位器R3的抽头端与比较器U1的2脚正输入端相连接，比较器U1的3脚输出端与主控芯片的1脚相连接。

6.根据权利要求5所述的一种光纤激光器的光路故障检测装置，其特征在于，主控芯片的3脚GND与GND相连接，主控芯片U2的4脚VDD与直流电源5V相连接；光传感模块11中的另一电极与GND相连接。

7.采用权利要求1-6之一所述的一种光纤激光器的光路故障检测装置的检测方法，其特征在于，所述检测方法为：

步骤1、主控芯片内的光检测判断程序启动，检测判断激光器开光信号是否使能，当激光器开光信号未使能时，检测程序一直处于检测激光器开光信号是否使能中，当检测到激光器开光信号使能时，进入步骤2；

步骤2、光检测判断程序控制经过一段时间延时，所述光检测判断程序中的光检信号程序启动，光传感模块不断将采集的光检信号传递给主控芯片，上位机获取主控芯片采集的光检信号，启动判断光检信号是否正常程序，若光检信号正常，进入步骤1，若光检信号异常，主控芯片通过光检测判断程序关闭激光器使能并保存告警信息，同时自动退出光检测判断程序。

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