CN115628886A - 一种激光器激光均匀度测试设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光器激光均匀度测试设备，属于激光测试技术领域，其特征在于，包括激光电池阵系统和激光电池测试系统；所述激光电池阵系统包括L片激光电池；每片激光电池设置有独立的正负极引线端子；L为大于1的自然数；所述激光电池测试系统包括L个采样电阻、用于测量每个采样电阻两端电压的电压采集电路、用于接收每个电压采集电路输出信号的信号接收终端；其中：L片激光电池的正极引线端子连接；每片激光电池的负极引线端子和一个采样电阻连接组成采样回路；电压采集电路的输出端子与信号接收终端进行数据交互。本发明利用多片激光电池能够对激光的均匀度进行定量检测。
Description
技术领域
本发明属于激光测试技术领域，尤其是涉及一种激光器激光均匀度测试设备。
背景技术
激光具有单色性好、方向性强、亮度高等特点。激光技术在军事、国防、工业、医疗等行业有着举足轻重的作用。因此，对激光性能的测量分析显得日益重要。
光束的均匀度是激光的一个非常重要的特征参数，尤其对于大口径激光，激光口径内的每个点光强有很大差距，非常影响激光质量。因此需要通过实时反馈的激光均匀度数据调节激光器参数，保证激光的均匀度，而由于大口径高功率的激光器不能即开即关，因此调节过程中需要激光器持续照射测试设备。
太阳电池是通过光电转换将光转化为电能，与此相似，激光电池也是通过光电转换将特定波长的激光转化为电能，只是吸收特定光谱(指定激光波长)。由于电池存在效率，不能将激光完全转化为电能，绝大部分的能量转化为了热，而热量会对太阳电池产生影响。由于激光电池是半导体器件，热量越高，效率越低，体现在短路电流上升、开路电压下降，如图1所示，因此即使在相同的激光能量照射下，电池温度不同时测量的电池效率也是不同的，因此使用激光电池测量大口径激光器的均匀度需要对电池热量进行控制或补偿。
发明内容
针对以上的技术缺陷，本发明提供了一种激光器激光均匀度测试设备，利用多片激光电池对激光的均匀度进行定量检测。
为实现上述技术目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种激光器激光均匀度测试设备，包括激光电池阵系统和激光电池测试系统；所述激光电池阵系统包括L片激光电池；每片激光电池设置有独立的正负极引线端子；L为大于1的自然数；所述激光电池测试系统包括L个采样电阻、用于测量每个采样电阻两端电压的电压采集电路、用于接收每个电压采集电路输出信号的信号接收终端；其中：L片激光电池的正极引线端子连接；每片激光电池的负极引线端子和一个采样电阻连接组成采样回路；电压采集电路的输出端子与信号接收终端进行数据交互。
优选地：还包括温度控制系统，所述温度控制系统包括水冷平台、水冷散热器、大流量水冷泵台；所述水冷平台内设置有水循环管路，所述水冷散热器和大流量水冷泵台通过水循环管路连接。
优选地：所述水冷平台为导电金属材质制成，L片激光电池的正极引线端子焊接或粘接在水冷平台上。
优选地：所述水冷平台为铝制平台或铜制平台或其他金属制平台。
优选地：还包括温度补偿系统。
优选地：所述温度补偿系统包括面阵红外热像仪。
优选地：所述电压采集电路包括同步采样模数转换器。
本发明具有的优点和技术效果是：
本发明在激光器的光路上设置多片激光电池，通过检测每片激光电池的输出电压，进而能够对激光的均匀度进行定量检测和评估。
本发明利用温度控制系统，能够很好地保证激光电池工作的稳定性，保证测试结果的准确性。
本发明利用温度补偿系统，便于在激光电池温度与效率之间建立映射关系。
附图说明
图1是激光电池的不同温度下的电流、电压曲线图；
图2是本发明优选实施例的结构原理图；
图3是本发明优选实施例中电池阵的结构图；
图4是本发明优选实施例中温度补偿系统的结构图；
图5是本发明优选实施例中电压采集电路的电路图；
图6是本发明优选实施例中信号采样的原理图；
图7是本发明优选实施例中温度控制系统的结构图。
具体实施方式
为了使本发明的上述目的、设计的控制系及优点更加清楚明白，以下结合实施例，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。
请参阅图1至图7，一种激光器激光均匀度测试设备，包括激光电池阵系统1、温度控制系统、温度补偿系统和激光电池测试系统2；其中：
所述激光电池阵系统包括L片激光电池；每片激光电池设置有独立的正负极引线端子；L为大于1的自然数；所述激光电池测试系统包括L个采样电阻、用于测量每个采样电阻两端电压的电压采集电路、用于接收每个电压采集电路输出信号的信号接收终端；其中：L片激光电池的正极引线端子连接；每片激光电池的负极引线端子和一个采样电阻连接组成采样回路；电压采集电路的输出端子与信号接收终端进行数据交互。
所述温度控制系统包括水冷平台5、水冷散热器8、大流量水冷泵台7；所述水冷平台内设置有水循环管路6，所述水冷散热器和大流量水冷泵台通过水循环管路连接。
所述水冷平台为导电金属材质制成，L片激光电池的正极引线端子焊接或粘接在水冷平台上。
所述电压采集电路包括同步采样模数转换器。
本发明的技术方案主要包含四个系统，分别为：激光电池阵系统、温度控制系统、温度补偿系统、激光电池效率电测系统；其中：
激光电池阵系统：将光能转化为电能，根据转换效率，每片电池通过独立通道采样电输出；以激光口径0.2m为例，由于激光发散，需要测量范围1m的各点激光强度，因此可以将1m圆形区域内均匀布置激光电池，并将每片激光电池的正负极单独引出，进行每片电池性能的独立测量。可以将该范围分割为很多个5mm×5cm的小方格，每个小方格内布置一片太阳电池，(可以根据激光测试均匀度点数进行调整电池数量，若需要测量点数多，则方格尺寸减小即可，或一个方格内布置多片电池)。如图3为布置电池方式，中心区域0.2m内每个5×5cm方格内布置2片电池，外区域同尺寸方格内布置1片电池。激光电池分为正负两极，电池的正极在电池背面，正极为铺满电池背面的Ag，因此可以通过导电的基板将所有电池背面形成电连接，达到了所有电池共阳极的设计；每片电池负极通过导线独立引出，引出到电测系统。
温度控制系统：由于电池输出效率受温度影响，因此需要温度控制系统，保证电池在激光照射下温度均匀，包含水冷平台、水冷散热器、大流量水冷泵台等；由于电池转化效率的存在(约30％～50％转化为电能)，激光绝大部分能量变成热，往往激光调整需要10分钟以上时间，热量的堆积足以烧毁电池。本温度控制系统包含一个大型水冷平台(如上例可以设计为1m直径)，典型材料为铝制或铜制，为了能更好的散热，将每片电池的背面(正极)锡焊到水冷平台上(也可选择导电胶粘接，但导电胶粘接的导热能力远低于锡焊)。包含水冷机将水冷平台中的水冷却，(也可接流动自来水)，但需要保证水冷流量。
温度补偿系统：即使采用了水冷，但激光强度大的地方热量也会更高，因此设计了太阳电池温度补偿系统，将温度高、低的电池通过算法拉到统一的起跑线上；每个点激光的均匀度不同，因此每片电池上的热量也不相同，因此需要补偿每片电池的热量对电池性能的影响。采用面阵红外热像仪3(CCD)监控每片激光电池的温度，在电控系统需要温度数据时，通知红外热像仪拍照，并将面温度数据上传给电控系统，电控系统4将每片电池的热量提取出来，如图4所示。在形成系统前，将电池温度与效率建立映射关系，即在不同温度下测量电池的效率，而将这个曲线输入到机器中，将电池发电性能均转化为25℃下的性能。
举例：如上述面阵的A、B两片电池，A电池检测到为60℃，B电池检测到95℃，若A、B电池定点电流均为220mA(IV曲线中平特性段)，而可以通过映射关系，反算出A电池定点电流应为210mA(25℃折算)，而B电池定点电流应为200mA(25℃折算)，电控系统以此计算出电池的实际效率(核算发电量)。
激光电池测试系统：简称电测系统，激光电池独立对外输出，根据初步设计共需约300片电池，本测试系统能够完成300片电池的同步采样，形成数据包报送上位机。
(1)与激光电池阵系统交互：每片电池共阳极引出系统，每个电池负极引线引入到每个测量端口，每个端口接入1个相同阻值的采样电阻，电阻与电池形成回路，电控系统测量每个采样电阻两端电压，反应每片电池的状态，如图5所示。举例中如上述阵共接入304路采样电阻，测量电阻上的电压。
(2)温度控制系统交互：可以开启、关闭水冷供给。
(3)温度补偿系统交互：在需要获取时通知CCD拍照，获取面阵的温度数据，并计算出每个电池的温度，并通过上述电池的温度与性能的映射进行补偿算法，将各个电池测试数据拉到统一温度起跑线上。
在与其他系统间的交互外，本系统主体由同步采样模数转换器构成(ADC)，显然，由于激光瞬时万变，因此最佳在ms级内完成数据采样。如上例，需要对其进行304路的ADC同步采样，由于同步采样芯片往往最多支持8路，如亚德诺的24位同步采样芯片AD7768仅支持8路，因此设计38片AD7768完成系统，如图6所示，微控芯片(MCU)从准备阶段一致对各个ADC进行同步采样，并将同一时刻的数据建立列向量，在上位机需要MCU获得数据时，发送命令让MCU将该列向量传递给上位机，以此获得上述所有电池的性能表现。上位机通过上述温度补偿算法反算各点的激光能量，整体归一化得到面能量矩阵则为光斑激光均匀度。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种激光器激光均匀度测试设备，其特征在于，包括激光电池阵系统和激光电池测试系统；所述激光电池阵系统包括L片激光电池；每片激光电池设置有独立的正负极引线端子；L为大于1的自然数；所述激光电池测试系统包括L个采样电阻、用于测量每个采样电阻两端电压的电压采集电路、用于接收每个电压采集电路输出信号的信号接收终端；其中：L片激光电池的正极引线端子连接；每片激光电池的负极引线端子和一个采样电阻连接组成采样回路；电压采集电路的输出端子与信号接收终端进行数据交互。
2.根据权利要求1所述的激光器激光均匀度测试设备，其特征在于：还包括温度控制系统，所述温度控制系统包括水冷平台、水冷散热器、大流量水冷泵台；所述水冷平台内设置有水循环管路，所述水冷散热器和大流量水冷泵台通过水循环管路连接。
3.根据权利要求2所述的激光器激光均匀度测试设备，其特征在于：所述水冷平台为导电金属材质制成，L片激光电池的正极引线端子焊接或粘接在水冷平台上。
4.根据权利要求3所述的激光器激光均匀度测试设备，其特征在于：所述水冷平台为铝制平台或铜制平台。
5.根据权利要求1所述的激光器激光均匀度测试设备，其特征在于：还包括温度补偿系统。
6.根据权利要求5所述的激光器激光均匀度测试设备，其特征在于：所述温度补偿系统包括面阵红外热像仪。
7.根据权利要求1所述的激光器激光均匀度测试设备，其特征在于：所述电压采集电路包括同步采样模数转换器。
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