CN207133197U - 一种激光产品分析的激光能量检测电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种激光产品分析的激光能量检测电路，其中所述激光能量检测电路包括分光片、金属激光受热部件、热电阻板、检测放大电路、峰值检测电路、模数转换电路和激光能量调节器，所述激光能量调节器包括旋转平台、半波片和偏振分光棱镜，所述半波片和偏振分光棱镜均设置于所述旋转平台上。本实用新型通过采用金属激光受热部件和热电阻，实现激光器地激光能量快速检测，对于激光器的输出波长没有限制，应用范围十分广泛；通过激光能量调节器，可以手动根据上位机显示的激光能量数据进行激光能量的调节，保持光谱检测过程中激光数据的稳定，增强产品成分分析准确度；结构简单，应用方便，大大提升了用户体验。
Description
技术领域
本实用新型涉及激光检测技术领域，尤其涉及激光能量检测技术领域，具体是指一种激光产品分析的激光能量检测电路。
背景技术
激光诱导击穿光谱技术是将一束高能量的脉冲激光聚焦到某一待分析物质的表面产生高温等离子体，被激光剥离出来的少量物质在高温等离子体中被原子化和离子化，并发出原子或离子的特征光谱辐射，通过分析光谱强度可以实现对样品中元素成分的分析。该技术具有无需复杂的样品前处理过程、可以实现快速、工业在线和远距离分析等特点。
目前的激光设备生产企业为检测激光能量都是购买进口能量计，这种进口的检测激光能量的能量计主要由能量探头加控制电路组成。该进口能量计以其昂贵的价格使得一些中小企业望而生畏，由于激光设备在生产、检验、维修等诸多方面都要用到它，所以进口能量计昂贵的价格严重阻碍了企业的发展。同时，这种能量计体积大、结构复杂、不便于携带，使用不方便。
基于此，现有技术中激光能量检测的不便导致无法很好地检测用于激光产品分析的激光器的输出能量，无法实时监测激光器的工作状态，可能会因为激光器的输出能量不稳定而造成光谱检测不准确，进一步影响产品分析结果。
实用新型内容
本实用新型提供了一种激光产品分析的激光能量检测电路，其目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种快速监测激光器的激光能量检测电路，结构简单，应用方便，适用于大规模推广应用。
为了实现上述目的，本实用新型具有如下构成：
该激光产品分析的激光能量检测电路，其主要特点是，所述激光能量检测电路应用于产品成分分析仪中激光能量检测，所述产品成分分析仪包括脉冲激光器、光谱采集设备和光谱分析设备，所述脉冲激光器向待分析样品投射激光，所述光谱采集设备采集所述待分析样品处的透射光谱，所述光谱分析设备根据所述透射光谱分析得到待分析样品的成分组成；
所述激光能量检测电路包括分光片、金属激光受热部件、热电阻板、检测放大电路、峰值检测电路、模数转换电路和激光能量调节器，所述激光能量调节器设置于所述脉冲激光器的出光侧，所述分光片设置于所述激光能量调节器的出光侧，所述金属激光受热部件设置于所述分光片的出光侧，所述热电阻板与所述金属激光受热部件贴合，所述热电阻板依次通过所述检测放大电路、峰值检测电路和模数转换电路连接至上位机；
所述激光能量调节器包括旋转平台、半波片和偏振分光棱镜，所述半波片和偏振分光棱镜均设置于所述旋转平台上，所述脉冲激光器的输出激光依次经过所述半波片和所述偏振分光棱镜射入所述分光片。
可选地，所述检测放大电路包括滤波电路、积分电路和放大电路，所述峰值检测电路包括采样保持电路、采样电路和脉冲复位电路，所述热电阻板的输出端连接至所述滤波电路，所述滤波电路依次通过所述积分电路、放大电路、采样保持电路和采样电路相连接，所述采样电路的输出端与所述峰值检测电路的输入端相连接，所述脉冲复位电路与所述采样保持电路的受控端相连接。
可选地，所述采样保持电路包括第一采样保持器和第二采样保持器，所述第一采样保持器的输入端与所述放大电路的输出端相连接，所述第二采样保持器的输入端与所述放大电路的输出端相连接，所述采样电路包括第一比较器、锯齿波发生器、第二比较器和第三采样保持器，所述第一比较器的两个输入端分别连接所述第一采样保持器和第二采样保持器的输出端，所述锯齿波发生器的输入端与所述第一比较器的输出端相连接，所述第二比较器的两个输入端分别连接至所述锯齿波发生器的输出端和一预设参考电压，所述第三采样保持器的输入端连接至所述放大电路的输出端，所述第三采样保持器的受控端与所述第二比较器的输出端相连接，所述第一采样保持器和第二采样保持器的受控端分别输入一时序不同的脉冲信号。
可选地，所述第一采样保持器包括第一开关和第一电容，所述第一开关的第一端和第二端分别连接至所述放大电路的输出端和所述第一比较器的第一输入端，所述第一开关的受控端输入一第一脉冲信号，所述第一电容连接于所述第一开关的第二端与接地端之间；
所述第二采样保持器包括第二开关和第二电容，所述第二开关的第一端和第二端分别连接于所述放大电路的输出端和所述第一比较器的第二输入端，所述第二开关的受控端输入一第二脉冲信号，所述第二电容连接于所述第二开关的第二端与接地端之间；
所述第三采样保持器包括第三开关和第三电容，所述第三开关的第一端和第二端分别连接于所述放大电路的输出端和所述模数转换电路，所述第三开关的受控端连接至所述第二比较器的输出端，所述第三电容连接于所述第三开关的第二端与接地端之间。
可选地，所述锯齿波发生器包括电流源、第四开关和第四电容，所述第四开关的第一端和第二端分别连接至所述电流源的输出端和第二比较器的第一输入端，所述第四开关的受控端连接至所述第一比较器的输出端，所述第四电容连接于所述第四开关的第一端和接地端之间。
可选地，所述热电阻板上设置有多个串联的热敏电阻，所述金属激光受热部件为氧化铝板。
可选地，所述分光片与所述激光能量调节器之间还设置有一光束准直器，所述光束准直器包括焦点重合的两个透镜。
可选地，所述上位机还连接至一显示设备或一投影设备，所述热电阻板还连接至一第三比较器，所述第三比较器的第一输入端连接至所述热电阻板的输出端，所述第三比较器的第二输入端输入一参考信号，所述第三比较器的输出端连接至一报警器，所述报警器还连接至所述上位机。
采用了该实用新型中的激光产品分析的激光能量检测电路，通过采用金属激光受热部件和热电阻，实现激光器地激光能量快速检测，对于激光器的输出波长没有限制，应用范围十分广泛；通过激光能量调节器，可以手动根据上位机显示的激光能量数据进行激光能量的调节，保持光谱检测过程中激光数据的稳定，增强产品成分分析准确度；结构简单，应用方便，大大提升了用户体验。
附图说明
图1为本实用新型的激光能量检测电路的结构示意图；
图2为本实用新型的检测放大电路和峰值检测电路的结构示意图；
图3为本实用新型的锯齿波发生器的结构示意图；
图4为本实用新型的报警回路的结构示意图。
附图标记：
1脉冲激光器
11待分析样品
12样品平台
2光谱采集设备
3光谱分析设备
41分光片
42金属激光受热部件
43热电阻板
44检测放大电路
441第一采样保持器
442第二采样保持器
45峰值检测电路
451第一比较器
452锯齿波发生器
4521电流源
4522第四开关
4523第四电容
453第二比较器
454第三采样保持器
46模数转换电路
47激光能量调节器
48第三比较器
49报警器
50上位机
ref1预设参考电压
ref2参考信号
ref3放大电路的输出信号
ref4第一采样保持器的时序信号
ref5第二采样保持器的时序信号
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本实用新型的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
如图1所示，本实用新型提供了一种激光产品分析的激光能量检测电路，所述激光能量检测电路应用于产品成分分析仪中激光能量检测，所述产品成分分析仪包括脉冲激光器1、光谱采集设备2和光谱分析设备3，所述脉冲激光器1向待分析样品投射激光，所述光谱采集设备2采集所述待分析样品处的透射光谱，所述光谱分析设备3根据所述透射光谱分析得到待分析样品的成分组成；其中，光谱采集设备2和光谱分析设备3均可以采用现有技术中已有的光谱采集设备和光谱分析设备，光谱采集设备2采集样品平台12上待分析样品11的透射光谱，光谱分析设备3根据待分析样品11的透射光谱分析得到其产品成分，具体产品成分分析方法可以采用现有技术中不同产品的方法，不属于本实用新型的保护范围之内。
所述激光能量检测电路包括分光片41、金属激光受热部件42、热电阻板43、检测放大电路44、峰值检测电路45、模数转换电路46和激光能量调节器47，所述激光能量调节器47设置于所述脉冲激光器1的出光侧，所述分光片41设置于所述激光能量调节器47的出光侧，所述金属激光受热部件42设置于所述分光片41的出光侧，所述热电阻板43与所述金属激光受热部件42贴合，所述热电阻板43依次通过所述检测放大电路44、峰值检测电路45和模数转换电路46连接至上位机；
所述激光能量调节器47包括旋转平台、半波片和偏振分光棱镜，所述半波片和偏振分光棱镜均设置于所述旋转平台上，所述脉冲激光器1的输出激光依次经过所述半波片和所述偏振分光棱镜射入所述分光片41。本实用新型在获知当前激光能量后，可以将激光光束通过由旋转台驱动旋转的半波片后改变偏振方向，之后再控制激光光束通过偏振分光棱镜，实现调节能量。
本实用新型的测量原理为：激光经光学处理后，产生热量，产生温升，能量的大小就转化为温升大小，温升再转化为电信号的变化。通过检测电信号就可以反应出激光能量的大小。
在一种优选的实施方式中，所述检测放大电路44包括滤波电路、积分电路和放大电路，所述峰值检测电路45包括采样保持电路、采样电路和脉冲复位电路，所述热电阻板43的输出端连接至所述滤波电路，所述滤波电路依次通过所述积分电路、放大电路、采样保持电路和采样电路相连接，所述采样电路的输出端与所述峰值检测电路45的输入端相连接，所述脉冲复位电路与所述采样保持电路的受控端相连接。本实用新型的峰值检测电路45获取放大电路的电信号输出，经积分电路积分，并经放大电路放大微弱信号，送入采样保持电路，保持峰值直到采样电路对其采样检测到峰值后，脉冲复位电路即刻送出复位脉冲信号对其复位，以避免输出的叠加影响检测的准确度。
如图2所示，在一种优选的实施方式中，所述采样保持电路包括第一采样保持器441和第二采样保持器442，所述第一采样保持器441的输入端与所述放大电路的输出端相连接，所述第二采样保持器442的输入端与所述放大电路的输出端相连接，所述采样电路包括第一比较器451、锯齿波发生器452、第二比较器453和第三采样保持器454，所述第一比较器451 的两个输入端分别连接所述第一采样保持器441和第二采样保持器442的输出端，所述锯齿波发生器452的输入端与所述第一比较器451的输出端相连接，所述第二比较器453的两个输入端分别连接至所述锯齿波发生器452的输出端和一预设参考电压ref1，所述第三采样保持器454的输入端连接至所述放大电路的输出端，所述第三采样保持器454的受控端与所述第二比较器453的输出端相连接，所述第一采样保持器441和第二采样保持器442的受控端分别输入一时序不同的脉冲信号ref4和ref5，所述脉冲复位电路可以连接至所述第一比较器 451的受控端，所述第三采样保持器443的输出端连接至所述模数转换电路46的输入端。
在一种优选的实施方式中，所述第一采样保持器441包括第一开关和第一电容，所述第一开关的第一端和第二端分别连接至所述放大电路的输出端和所述第一比较器451的第一输入端，所述第一开关的受控端输入一第一脉冲信号，所述第一电容连接于所述第一开关的第二端与接地端之间；
所述第二采样保持器442包括第二开关和第二电容，所述第二开关的第一端和第二端分别连接于所述放大电路的输出端和所述第一比较器451的第二输入端，所述第二开关的受控端输入一第二脉冲信号，所述第二电容连接于所述第二开关的第二端与接地端之间；
所述第三采样保持器454包括第三开关和第三电容，所述第三开关的第一端和第二端分别连接于所述放大电路的输出端和所述模数转换电路46，所述第三开关的受控端连接至所述第二比较器453的输出端，所述第三电容连接于所述第三开关的第二端与接地端之间。
如图3所示，在一种优选的实施方式中，所述锯齿波发生器452包括电流源4521、第四开关4522和第四电容4523，所述第四开关4522的第一端和第二端分别连接至所述电流源4521的输出端和第二比较器453的第一输入端，所述第四开关4522的受控端连接至所述第一比较器451的输出端，所述第四电容4523连接于所述第四开关4522的第一端和接地端之间。
本实用新型通过采用对应的第一采样保持器441和第二采样保持器442分别对输入信号进行采样保持，获得的两组信号通过第一比较器451比较后输出第一控制信号，该第一控制信号通常为高频脉冲信号；第一比较器451输出的第一控制信号控制锯齿波发生器452产生频率、脉宽与该第一控制信号相同的锯齿波信号；在输入信号的峰值处，输入信号由单调上升转为单调下降，在该转换过程中，第一比较器451产生的第一控制信号的脉宽较其他时间点增大，也即第一比较器451的输出端会产生一个较大脉宽的脉冲信号，对应地，锯齿波发生器452产生的锯齿波信号的幅值高于非峰值处对应的锯齿波信号的幅值；第二比较器453 将锯齿波发生器452产生的锯齿波信号与预设的参考电压比较，得到体现该输入信号峰值位置的第二控制信号，该第二控制信号通常为窄脉冲信号；之后，利用该体现输入信号峰值位置的窄脉冲信号来控制第三采样保持器454中的第四开关4522导通，以获取输入信号的峰值。
在一种优选的实施方式中，所述热电阻板43上设置有多个串联的热敏电阻，所述金属激光受热部件42为氧化铝板。
在一种优选的实施方式中，所述分光片41与所述激光能量调节器47之间还设置有一光束准直器，所述光束准直器包括焦点重合的两个透镜。
如图4所示，在一种优选的实施方式中，所述上位机还连接至一显示设备或一投影设备，所述热电阻板43还连接至一第三比较器48，所述第三比较器48的第一输入端连接至所述热电阻板43的输出端，所述第三比较器48的第二输入端输入一参考信号ref2，所述第三比较器48的输出端连接至一报警器49，所述报警器49还连接至所述上位机。
通过单独设置第三比较器48，而不是从采样电路获取采样结果，可以更加快速地获得热电阻板43的检测数据，通过热电阻板43的检测数据判断金属激光受热部件42的温度，温度过高时及时进行报警，避免因为温度过高而造成金属激光受热部件42的损坏。
本实用新型的激光产品分析的激光能量检测电路中的各个电子元器件或功能模块均可以采用现有技术中已有的产品，因此，本实用新型不需要任何辅助控制软件即可实现。
采用了该实用新型中的激光产品分析的激光能量检测电路，通过采用金属激光受热部件和热电阻，实现激光器地激光能量快速检测，对于激光器的输出波长没有限制，应用范围十分广泛；通过激光能量调节器，可以手动根据上位机显示的激光能量数据进行激光能量的调节，保持光谱检测过程中激光数据的稳定，增强产品成分分析准确度；结构简单，应用方便，大大提升了用户体验。
在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本实用新型的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
Claims (8)
1.一种激光产品分析的激光能量检测电路，其特征在于，所述激光能量检测电路应用于产品成分分析仪中激光能量检测，所述产品成分分析仪包括脉冲激光器、光谱采集设备和光谱分析设备，所述脉冲激光器向待分析样品投射激光，所述光谱采集设备采集所述待分析样品处的透射光谱，所述光谱分析设备根据所述透射光谱分析得到待分析样品的成分组成；
所述激光能量检测电路包括分光片、金属激光受热部件、热电阻板、检测放大电路、峰值检测电路、模数转换电路和激光能量调节器，所述激光能量调节器设置于所述脉冲激光器的出光侧，所述分光片设置于所述激光能量调节器的出光侧，所述金属激光受热部件设置于所述分光片的出光侧，所述热电阻板与所述金属激光受热部件贴合，所述热电阻板依次通过所述检测放大电路、峰值检测电路和模数转换电路连接至上位机；
所述激光能量调节器包括旋转平台、半波片和偏振分光棱镜，所述半波片和偏振分光棱镜均设置于所述旋转平台上，所述脉冲激光器的输出激光依次经过所述半波片和所述偏振分光棱镜射入所述分光片。
2.根据权利要求1所述的激光产品分析的激光能量检测电路，其特征在于，所述检测放大电路包括滤波电路、积分电路和放大电路，所述峰值检测电路包括采样保持电路、采样电路和脉冲复位电路，所述热电阻板的输出端连接至所述滤波电路，所述滤波电路依次通过所述积分电路、放大电路、采样保持电路和采样电路相连接，所述采样电路的输出端与所述峰值检测电路的输入端相连接，所述脉冲复位电路与所述采样保持电路的受控端相连接。
3.根据权利要求2所述的激光产品分析的激光能量检测电路，其特征在于，所述采样保持电路包括第一采样保持器和第二采样保持器，所述第一采样保持器的输入端与所述放大电路的输出端相连接，所述第二采样保持器的输入端与所述放大电路的输出端相连接，所述采样电路包括第一比较器、锯齿波发生器、第二比较器和第三采样保持器，所述第一比较器的两个输入端分别连接所述第一采样保持器和第二采样保持器的输出端，所述锯齿波发生器的输入端与所述第一比较器的输出端相连接，所述第二比较器的两个输入端分别连接至所述锯齿波发生器的输出端和一预设参考电压，所述第三采样保持器的输入端连接至所述放大电路的输出端，所述第三采样保持器的受控端与所述第二比较器的输出端相连接，所述第一采样保持器和第二采样保持器的受控端分别输入一时序不同的脉冲信号，所述第三采样保持器的输出端连接至所述模数转换电路。
4.根据权利要求3所述的激光产品分析的激光能量检测电路，其特征在于，所述第一采样保持器包括第一开关和第一电容，所述第一开关的第一端和第二端分别连接至所述放大电路的输出端和所述第一比较器的第一输入端，所述第一开关的受控端输入一第一脉冲信号，所述第一电容连接于所述第一开关的第二端与接地端之间；
所述第二采样保持器包括第二开关和第二电容，所述第二开关的第一端和第二端分别连接于所述放大电路的输出端和所述第一比较器的第二输入端，所述第二开关的受控端输入一第二脉冲信号，所述第二电容连接于所述第二开关的第二端与接地端之间；
所述第三采样保持器包括第三开关和第三电容，所述第三开关的第一端和第二端分别连接于所述放大电路的输出端和所述模数转换电路，所述第三开关的受控端连接至所述第二比较器的输出端，所述第三电容连接于所述第三开关的第二端与接地端之间。
5.根据权利要求3所述的激光产品分析的激光能量检测电路，其特征在于，所述锯齿波发生器包括电流源、第四开关和第四电容，所述第四开关的第一端和第二端分别连接至所述电流源的输出端和第二比较器的第一输入端，所述第四开关的受控端连接至所述第一比较器的输出端，所述第四电容连接于所述第四开关的第一端和接地端之间。
6.根据权利要求1所述的激光产品分析的激光能量检测电路，其特征在于，所述热电阻板上设置有多个串联的热敏电阻，所述金属激光受热部件为氧化铝板。
7.根据权利要求1所述的激光产品分析的激光能量检测电路，其特征在于，所述分光片与所述激光能量调节器之间还设置有一光束准直器，所述光束准直器包括焦点重合的两个透镜。
8.根据权利要求1所述的激光产品分析的激光能量检测电路，其特征在于，所述上位机还连接至一显示设备或一投影设备，所述热电阻板还连接至一第三比较器，所述第三比较器的第一输入端连接至所述热电阻板的输出端，所述第三比较器的第二输入端输入一参考信号，所述第三比较器的输出端连接至一报警器，所述报警器还连接至所述上位机。
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| CN117293641A (zh) * | 2023-11-27 | 2023-12-26 | 深圳市通甪科技有限公司 | 一种激光能量反馈电路、激光能量反馈装置及激光消融仪 |
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