CN114498253B - 一种小型化分布式激光保障系统 - Google Patents

Abstract

本申请属于激光技术领域，具体公开一种小型化分布式激光保障系统，包括供电系统、电控系统、激光器恒流电源、激光器泵浦源、调Q开关驱动源以及环控系统，所述供电系统分别与环控系统和激光器恒流电源电连接，所述激光器恒流电源与激光器泵浦源电连接，所述电控系统分别与供电系统、调Q开关驱动源信号连接。其运行检测流程为：首先用外部电池模块检测电控系统是否正常运行，待电控系统正常运行后输入外部电压，利用电控系统检测供电系统是否正常运行，待供电系统正常运行后，利用电控系统检测环控系统、激光器恒流电源以及调Q开关驱动源是否正常运行。

Description

一种小型化分布式激光保障系统

技术领域

本申请属于激光技术领域，具体地说涉及一种小型化分布式激光保障系统。

背景技术

激光保障系统(通常又称为：驱动源系统)，主要为各类尾纤二极管泵浦的固体激光器提供电源、泵浦光源，液冷源，各种调制信号(包括脉冲模式下的调Q信号)等。现有激光保障系统结构较为复杂，通常为分离的状态，故障率高、体积庞大，在使用时无法保证激光保障系统自身的正常运行，进而导致发射的激光与预设的参数有所差别，影响生产和实验。

因此，现有技术还有待于进一步发展和改进。

发明内容

针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种小型化分布式激光保障系统。本申请提供如下技术方案：

一种小型化分布式激光保障系统，包括供电系统、电控系统、激光器恒流电源、激光器泵浦源、调Q开关驱动源以及环控系统，其中：

所述供电系统，用于将外部输入电压转换成相应电压，为整个系统供电；

所述电控系统，用于监测整个系统的运行；

所述激光器恒流电源，用于将供电系统提供的电压进行再次转换，在电控系统控制下转换成激光器泵浦源所需恒流电；

所述激光器泵浦源，用于将激光器恒流电源提供的恒流电转换成相应的二极管激光，并通过传输光纤将泵浦光传输至预定位置；

所述调Q开关驱动源，用于将供电系统提供的电压进行再次转换形成供调Q开关使用的高压脉冲信号，并通过射频线将脉冲调制信号传输至预定位置；

所述环控系统，用于为整个系统提供适宜的温度和流体压力条件；

所述供电系统分别与环控系统和激光器恒流电源电连接，所述激光器恒流电源与激光器泵浦源电连接，所述电控系统分别与供电系统、调Q开关驱动源信号连接。

进一步优选的，所述供电系统包括电压转化单元、整流滤波单元、稳压单元、输入监测单元和输出监测单元，所述输入监测单元一端与电控系统信号连接，另一端与电压转化单元信号连接，所述电压转化单元、整流滤波单元和稳压单元依次电连接，所述输出监测单元一端与电控系统信号连接，另一端与稳压单元信号连接。

进一步优选的，所述激光器恒流电源由恒压单元和恒流单元组成，所述供电系统输出端、恒压单元与恒流单元依次电连接。

进一步优选的，所述环控系统包括冷源以及与冷源热交换连接的换热单元，所述冷源输出端分别与激光器和供电系统热交换连接。

进一步优选的，所述冷源输出端与激光器之间还设置有流量计，冷源与流量计之间设置有温度探测头。

进一步优选的，所述冷源输入端设置有流体压力监测单元，所述流体压力监测单元与冷源之间设置有泄漏测试单元。

进一步优选的，其运行检测流程为：首先用外部电池模块检测电控系统是否正常运行，待电控系统正常运行后输入外部电压，利用电控系统检测供电系统是否正常运行，待供电系统正常运行后，利用电控系统检测环控系统、激光器恒流电源以及调Q开关驱动源是否正常运行。

进一步优选的，待环控系统正常运行后，系统进入待机状态，系统实时获取与电控系统信号连接的外部上位机发送出光命令，待接收到出光命令后，系统监测激光器泵浦源的出光状态，若出光状态正常，则系统实时获取与电控系统信号连接的外部上位机发送停光命令，待接收到停光命令后，系统监测激光器泵浦源的停光状态。

进一步优选的，所述激光器泵浦源包括泵浦源以及设置于泵浦源和激光器之间的输出功率监测单元。

进一步优选的，所述电控系统包括核心控制器、输入输出传感器、ADC器件、DAC器件、数字IO口、PWM输出以及通讯接口，所述电控系统利用外部输入电源或独立电池模块供电。

有益效果：

1、通过设置供电系统的输入监测单元和输出监测单元，同时监测外部供电输入和内部整流滤波后的直流电压输出，确保电压在供电系统的输入端和输出端均能够被有效监督；

2、通过设置电控系统对电流经过的供电系统、激光器恒流电源、激光器泵浦源、调Q开关驱动源的启停和运行状态进行实时监测，确保整个激光保障系统运行状态可控，避免因激光保障系统故障影响激光器的正常使用；

3、通过设置环控系统确保激光保障系统内各部件的正常运行，避免高温环境影响设备；

4、通过设置流量计、泄漏测试单元以及压力测试单元等辅助模块，确保环控系统的健康运行；

5、通过外接电源按预定顺序逐步监测各部件的运行状态，确保激光保障系统的正常运行。

附图说明

图1是本申请具体实施例中一种小型化分布式激光保障系统结构示意图；

图2是本申请具体实施例中一种小型化分布式激光保障系统运行流程示意图；

图3是本申请具体实施例中激光器运行流程示意图。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本申请的技术方案，下面结合本申请的附图，对本申请的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本申请创造。

如图1所示，一种分布式的激光保障系统主要包括供电系统、电控系统、激光器恒流电源、激光器泵浦源、调Q开关驱动源以及环控系统。

供电系统包括电压转化单元、整流滤波单元、稳压单元、输入监测单元和输出监测单元组成。供电系统负责将外部输入电压转换成相应的电压，然后为电控系统、激光器恒流电源、调Q开关驱动源和环控系统供电。

电压转化单元主要功能是升降压操作，在输入监测单元的监测下进行相应的电压转化。

当输入的电压幅度超过输入监测单元设定的预定值时，电压转换单元进行降压操作。

当输入的电压幅度低于输入监测单元设定的预定值时，电压转换单元进行升压操作。

若外部输入电压是交流电压，则外部输入交流电压经过电压转换单元进行相应的电压转换后，经过整流滤波单元形成相应的直流电压，再经过稳压单元形成稳定直流电压，输出到电压母线上，供其余部分使用。

若外部输入电压是直流电压，则外部输入的直流电压经过电压转换单元进行相应的电压转换后，经过整流滤波单元形成符合输入监测单元规定范围的直流电压，再经过稳压单元形成稳定直流电压，输出到电压母线上，供其余部分使用。

电控系统：负责激光器整个系统运行的监测，主要包含核心控制器，输入输出传感器，ADC器件，DAC器件，数字IO口，PWM输出，通讯接口等。电控系统由单独的电池负责供电，负责激光器整个系统运行的监测，主要是对供电系统、激光器恒流电源、激光器泵浦源、调Q开关驱动源、调Q开关、激光器以及环控系统的实时运行监测。

在外部输入电源没有接入的情况下，由一个单独的电池模块进行供电，确保电控系统的独立可控监测运行。

具体的功能包括，

1)供电系统输入单元的功能，对外部供电输入形成有效的监测；

2)供电系统输出单元的功能，对整流滤波后的稳定直流电压形成有效的监测；

3)激光器恒流电源的启停控制和运行状态的监测；

4)激光器泵浦源的运行状态的监测；

5)调Q开关驱动源的启动控制和运行状态的监测；

6)调Q开关运行状态的监测；

7)环控系统启停控制和运行状态的监测；

8)与外部上位机的通讯功能。

激光器恒流电源：主要由恒流电路模块构成，在电控系统的控制输出满足激光器泵浦源需要的恒定的电流。激光器恒流电源负责将供电系统提供的电压进行再次转换，在电控系统的控制下转换成激光器泵浦源所需的恒流供电。

激光器泵浦源：负责将激光器恒流电源所提供的电能转换成相应的二极管激光，通过传输光纤，将泵浦光传输至需要的位置。

调Q开关驱动源：负责将供电系统提供的电压进行再次转换，然后在电控系统的相应设置下，形成一种一定频率输出的高压脉冲信号，提供给调Q开关使用。

温度环控系统：主要由冷源、换热单元构成，辅助单元为流体压力监测单元、泄漏测试单元、温度探头、流量计。在电控系统的控制下，供电系统、电控系统、激光器恒流电源、激光器泵浦源、调Q开关驱动源、调Q开关、激光器所产生的的废热通过冷源进行热交换，然后通过换热单元再次将废热排出到保障系统的外部。

温度环控系统负责给供电系统、电控系统、激光器恒流电源、激光器泵浦源、调Q开关驱动源、激光器的冷却。在环控系统的运行流程中，需要在关键部位设置相应的温度探头来实现对保障系统温度的闭环控制。

通过设置流量计、泄漏测试单元和压力测试单元这些辅助部件能够有效的保证环控系统的健康运行。

如图2所示，系统运行的总体流程为：外部输入上电后，进行相应的电压转化，电压母线工作正常后，各分系统上电正常，系统正常运行。具体过程如下所述：

1)将单独的电池模块供电单元接入系统，电控系统正常运行后，通过通讯模块发送一个自检通过的指令给上位机单元进行闭环自检。若没有自检通过的指令发送到上位机单元，则电控系统出现故障，需要进行相应的电控系统故障检查。

2)电控系统正常工作后，当外部输入电压接入后，在外部电压输入监测单元的监测下，外部电压可以正常的工作时，电控系统的供电转换到电压母线线路。

3)激光保障系统的外部供电正常工作后，首先电控系统对环控系统、激光器恒流电源、调Q开关驱动源进行参数检测。以上参数如出现异常，则要进行相应的检测，进行故障定位。若以上参数均工作正常，则激光保障系统进行到下一步。

具体的参数为：环控系统的流体压力监测单元、泄漏测试单元、温度探头、流量计等是否工作正常；激光器恒流电源是否工作正常；调Q开关驱动源是否工作正常。

4)在没有新的环控系统的工作流程设定的情况下，电控系统按照环控系统预设定的工作流程进行工作；若外部上位机通过通讯协议更新了环控系统的工作流程，电控系统则设定新的环控系统工作参数，设定成功后环控系统按照新的参数工作。

5)环控系统正常工作后，激光保障系统进入到待机状态。具体的工作流程如图3所示：

待环控系统正常运行后，激光保障系统进入待机状态，激光保障系统实时获取与电控系统信号连接的外部上位机发送出光命令，待接收到出光命令后，激光保障系统监测激光器泵浦源的出光状态，若出光状态正常，则激光保障系统实时获取与电控系统信号连接的外部上位机发送系统正常命令，若出光状态异常，则停机进行相应的故障检查，待接收到停光命令后，激光保障系统监测激光器泵浦源的停光状态，若停光状态异常，则停机进行相应的故障检查。

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请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申请。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，本申请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申请内。

以上已将本申请做一详细说明，以上所述，仅为本申请之较佳实施例而已，当不能限定本申请实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本申请涵盖范围内。

Claims (9)

1.一种小型化分布式激光保障系统，其特征在于，包括供电系统、电控系统、激光器恒流电源、激光器泵浦源、调Q开关驱动源以及环控系统，其中：

所述供电系统，用于将外部输入电压转换成相应电压，为整个系统供电；

所述电控系统，用于监测整个系统的运行；

所述激光器恒流电源，用于将供电系统提供的电压进行再次转换，在电控系统控制下转换成激光器泵浦源所需恒流电；

所述激光器泵浦源，用于将激光器恒流电源提供的恒流电转换成相应的二极管激光，并通过传输光纤将泵浦光传输至预定位置；

所述调Q开关驱动源，用于将供电系统提供的电压进行再次转换形成供调Q开关使用的高压脉冲信号，并通过射频线将脉冲调制信号传输至预定位置；

所述环控系统，用于为整个系统提供适宜的温度和流体压力条件；

所述供电系统分别与环控系统和激光器恒流电源电连接，所述激光器恒流电源与激光器泵浦源电连接，所述电控系统分别与供电系统、调Q开关驱动源信号连接；

所述供电系统包括电压转化单元、整流滤波单元、稳压单元、输入监测单元和输出监测单元，所述输入监测单元一端与电控系统信号连接，另一端与电压转化单元信号连接，所述电压转化单元、整流滤波单元和稳压单元依次电连接，所述输出监测单元一端与电控系统信号连接，另一端与稳压单元信号连接；

电压转化单元功能是升降压操作，在输入监测单元的监测下进行相应的电压转化；当输入的电压幅度超过输入监测单元设定的预定值时，电压转换单元进行降压操作；当输入的电压幅度低于输入监测单元设定的预定值时，电压转换单元进行升压操作；若外部输入电压是交流电压，则外部输入交流电压经过电压转换单元进行相应的电压转换后，经过整流滤波单元形成相应的直流电压，再经过稳压单元形成稳定直流电压，输出到电压母线上，供其余部分使用；若外部输入电压是直流电压，则外部输入的直流电压经过电压转换单元进行相应的电压转换后，经过整流滤波单元形成符合输入监测单元规定范围的直流电压，再经过稳压单元形成稳定直流电压，输出到电压母线上，供其余部分使用。

2.根据权利要求1所述的一种小型化分布式激光保障系统，其特征在于，所述激光器恒流电源由恒压单元和恒流单元组成，所述供电系统输出端、恒压单元与恒流单元依次电连接。

3.根据权利要求1所述的一种小型化分布式激光保障系统，其特征在于，所述环控系统包括冷源以及与冷源热交换连接的换热单元，所述冷源输出端分别与激光器和供电系统热交换连接。

4.根据权利要求3所述的一种小型化分布式激光保障系统，其特征在于，所述冷源输出端与激光器之间还设置有流量计，冷源与流量计之间设置有温度探测头。

5.根据权利要求3所述的一种小型化分布式激光保障系统，其特征在于，所述冷源输入端设置有流体压力监测单元，所述流体压力监测单元与冷源之间设置有泄漏测试单元。

6.根据权利要求1所述的一种小型化分布式激光保障系统，其特征在于，其运行检测流程为：首先用外部电池模块检测电控系统是否正常运行，待电控系统正常运行后输入外部电压，利用电控系统检测供电系统是否正常运行，待供电系统正常运行后，利用电控系统检测环控系统、激光器恒流电源以及调Q开关驱动源是否正常运行。

7.根据权利要求6所述的一种小型化分布式激光保障系统，其特征在于，待环控系统正常运行后，系统进入待机状态，系统实时获取与电控系统信号连接的外部上位机发送出光命令，待接收到出光命令后，系统监测激光器泵浦源的出光状态，若出光状态正常，则系统实时获取与电控系统信号连接的外部上位机发送停光命令，待接收到停光命令后，系统监测激光器泵浦源的停光状态。

8.根据权利要求1所述的一种小型化分布式激光保障系统，其特征在于，所述激光器泵浦源包括泵浦源以及设置于泵浦源和激光器之间的输出功率监测单元。

9.根据权利要求1所述的一种小型化分布式激光保障系统，其特征在于，所述电控系统包括核心控制器、输入输出传感器、ADC器件、DAC器件、数字IO口、PWM输出以及通讯接口，所述电控系统利用外部输入电源或独立电池模块供电。