CN212059134U - 一种测量激光脉冲能量的装置及电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种测量激光脉冲能量的装置，用于对激光脉冲能量进行检测，包括：采样保持模块，用于对激光脉冲进行采样；处理模块，用于确定待测激光脉冲的当前激光脉冲能量值；对比模块，包括具有激光脉冲能量的模拟信号，用于接收所述当前激光脉冲能量值并将其与所述模拟信号的激光脉冲能量进行对比，以确定待测激光脉冲的激光脉冲能量级。本实用新型还提供了一种光能量检测电路。本实用新型的一种测量激光脉冲能量的装置，体积小、低功耗且使用灵活，能够对脉冲持续时间为1ns～1ms的短脉冲信号进行检测；本实用新型的一种测量激光脉冲能量的电路，实现了对激光脉冲能量的实时检测。
Description
技术领域
本实用新型属于激光医疗设备技术领域，具体涉及一种测量激光脉冲能量的装置及电路。
背景技术
激光类医疗器械是通过激光器所产生的激光对疾病展开治疗的设备。根据辐射波长、功率及对人体组织器官作用的不同，激光治疗机可用于不同的医疗领域。例如激光刀广泛应用于神经外科、泌尿外科等手术种；激光技术与光敏药物结合除可对恶性肿瘤进行诊断和治疗外，还可对一些难治的良性疾病进行治疗，如鲜红斑痣、类风湿关节炎、黄斑变性等；将激光的选择性光热效应应用于皮肤美容等；弱激光血液照射疗法常用于治疗“三高”症、心脑血管疾病、糖尿病等。目前国产激光医疗设备与进口设备相比，存在激光实际输出值与设定值之间的偏差较大、稳定性(复现性)不好等问题。光电探测模块作为激光类医疗器械的重要组成部分，相关的设计也显得尤为重要。光电探测模块主要由光电探测器和信号放大电路组成。光电探测模块的放大增益、信噪比、噪声、功耗、体积等参数又对光纤通信和光纤传感装置的影响非常大。现有技术的光电检测电路一般是对连续的脉冲进行功率的检测或脉宽较宽的脉冲进行检测，如申请号为CN201110447230.9的中国专利公开的一种实验室辐照度计，其虽然解决了现有检测方法中采用光电池检测易受检测环境温度变化影响而导致测量不准的问题，但其针对的仍然是连续的脉冲激光进行瞬间的能量检测。为适应现代光纤通信和光纤传感装置在光信号探测方面更进一步高效益、低噪声的要求，同时实现设备小体积、低功耗、使用灵活的需要，就需要对光电探测的信号放大模块进行进一步的创新设计。
实用新型内容
针对上述现有技术中存在的没有针对短脉冲级别的激光进行瞬间的能量检测装置以及现有技术中的能量检测装置体积大、功耗高以及使用不方便的缺陷，本实用新型提出一种测量激光脉冲能量的装置及电路。
为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：
一种测量激光脉冲能量的装置，用于对激光脉冲能量进行检测，其特征在于，包括：
采样保持模块，用于对激光脉冲进行采样；
处理模块，用于确定待测激光脉冲的当前激光脉冲能量值；
对比模块，包括具有激光脉冲能量的模拟信号，用于接收所述当前激光脉冲能量值并将其与所述模拟信号的激光脉冲能量进行对比，以确定待测激光脉冲的激光脉冲能量级。
其优选的技术方案为：
如上所述的一种测量激光脉冲能量的装置，还包括与采样保持模块依次耦合的增益模块与滤波模块，所述增益模块用于放大代表激光脉冲能级的信号，所述滤波模块用于对放大后的信号滤波，滤波后的信号输送至处理模块。
如上所述的一种测量激光脉冲能量的装置，所述待测激光脉冲为持续时间为1ns～1ms、展宽为10us以上的短脉冲激光束。
一般来说，上述能量测量装置光辐射到采样保持模块上的能量水平是变化的，以涵盖从一些低能量水平到一些高能量水平的范围值。采样保持模块上入射的能量水平可由外部校准的能量计在对应于入射辐射的每个能量水平上单独测量。相应的结果值(或计数由ADC168生成。ADC 168产生的结果值及其相应的能量级(由外部能量计确定)用于确定能量级与ADC 168输出值之间的关系(可由线性方程表示)。应该注意的是，一般来说，能量测量装置必须根据不同的治疗应用类型分别进行校准，因为不同治疗应用所使用的相应能量范围往往不同。
本实用新型还提供了一种光能量检测电路，包括依次电路连接的光信号检测模块、电压保持放大模块、信号滤波放大模块、信号收集转换模块以及能量计；
所述光信号检测模块具体可为光电二极管，光照时，光电二极管反向电流迅速增大到几十微安，光的强度越大，反向电流也越大；光的变化引起光电二极管电流变化，不同的光照产生不同的反向电流；所述光信号检测模块将待测激光脉冲信号转换为电信号后，所述电压保持放大模块将该电信号放大，放大后的电信号经信号滤波放大模块低通滤波，再经信号收集转换模块转换为数字信号，最后由能量计在对应于入射激光脉冲的每个能量水平上单独测量，得到激光脉冲能量值。
其优选的技术方案为：
如上所述的一种光能量检测电路，所述光信号检测模块包括光电二极管D1和电容器C13，所述电容器C13的一端接地，另一端与光电二极管D1光电二极管D1的端口3连接，所述光电二极管D1接收光信号并产生相应电流，电流从光电二极管D1流出并存储在电容器C13上。
如上所述的一种光能量检测电路，所述电压保持放大模块包括运算放大器U5A、电阻R11和电阻R12，所述运算放大器U5A的正向输入端口3与光信号检测模块相连接，所述电阻R11和所述电阻R12串联，二者位于运算放大器U5A的输出端口1与负输入端口2之间，形成负反馈电路。
如上所述的一种光能量检测电路，所述信号滤波放大模块包括运算放大器U5B、滑动电阻器RW1以及相串联的电阻R13和电阻R14，所述滑动电阻器RW1、所述电阻R14和所述电阻R13位于运算放大器U5B的输入端到输出端之间，形成负反馈电路，运算放大器U5B的增益通过滑动电阻器RW1进行控制，可将运算放大器调整为在0～4V范围内的值，在一定范围内，电阻减小信号的放大电压会增大，同时也会改变信号的脉宽。
如上所述的一种光能量检测电路，还包括电容器C15，电容器C15与滑动电阻器RW1并联，用于滤除待测激光脉冲信号中的干扰信号。
如上任一项所述的一种光能量检测电路，还包括信号收集转换模块，所述信号收集转换模块包括A/D转换芯片U6，所述A/D转换芯片U6与信号滤波放大模块输出端连接，将信号滤波放大模块输出的电信号转换为数字信号。
有益效果：
(1)本实用新型的一种测量激光脉冲能量的装置，通过采样保持模块对激光脉冲采样，经过处理模块确定待测激光脉冲的激光脉冲能量值，利用对比模块判断待测激光脉冲的能量级别，能够针对纳秒级别的激光进行能量检测，与现有技术的的能量检测装置相比，装置体积小、低功耗且使用灵活，可以放入激光医疗设备中测量光脉冲，实现能量的自动检测；
(2)本实用新型的一种光能量检测电路，光信号检测模块将光信号进行光电转化将光信号检测模块测出的电信号分别经过不同放大倍率的运算放大器采样保持放大后连接到单片机，通过单片机进行能量的读取，进而能够对脉冲持续时间为1ns～1ms的短脉冲信号进行检测。
附图说明
图1为本实用新型的一种光能量检测电路的电路示意图；
其中，1-光信号检测模块，2-电压保持放大模块，3-信号滤波放大模块，4-信号收集转换模块。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
一种测量激光脉冲能量的装置，用于对激光脉冲能量进行检测，包括：
采样保持模块，用于对激光脉冲进行采样；
处理模块，用于确定待测激光脉冲的当前激光脉冲能量值；
对比模块，包括具有激光脉冲能量的模拟信号，用于接收所述当前激光脉冲能量值并将其与所述模拟信号的激光脉冲能量进行对比，以确定待测激光脉冲的激光脉冲能量级；
与采样保持模块耦合的增益模块与滤波模块，所述增益模块用于放大代表激光脉冲能级的信号，所述滤波模块用于对放大后的信号滤波，滤波后的信号输送至处理模块；
所述待测激光脉冲为持续时间为1ns～1ms、展宽为10us以上的短脉冲激光束。
本实用新型还提供了一种测量激光脉冲能量的方法，包括：
(1)通过采样保持模块对激光脉冲进行采样，得到待测激光脉冲信号；
(2)处理模块对采样得到的待测激光脉冲信号放大、滤波后模数转换，测量得到待测激光脉冲信号的激光脉冲能量值；
对比模块接收测量得到的激光脉冲能量值，并将该激光脉冲能量值与模拟信号的激光脉冲能量进行对比，确定待测激光脉冲的激光脉冲能量级。
本实用新型还提供了一种用于上述测量激光脉冲能量的装置的光能量检测电路，如图1所示，包括依次电路连接的光信号检测模块(1)、电压保持放大模块(2)、信号滤波放大模块(3)、信号收集转换模块(4)以及能量计；
所述光信号检测模块1包括光电二极管D1和电容器C13，所述电容器C13的一端接地，另一端与光电二极管D1光电二极管D1的端口3连接，所述光电二极管D1接收光信号并产生相应电流，电流从光电二极管D1流出并存储在电容器C13上；
所述电压保持放大模块2包括运算放大器U5A、电阻R11和电阻R12，所述运算放大器U5A的正向输入端口3与光信号检测模块1相连接，所述电阻R11和所述电阻R12串联，二者位于运算放大器U5A的输出端口1与负输入端口2之间，形成负反馈电路；
所述信号滤波放大模块3包括运算放大器U5B、滑动电阻器RW1、相串联的电阻R13和电阻R14以及电容器C15，所述滑动电阻器RW1、所述电阻R14和所述电阻R13位于运算放大器U5B的输入端到输出端之间，形成负反馈电路进行二次放大，电容器C15与滑动电阻器RW1并联，用于滤除待测激光脉冲信号中的干扰信号；
所述信号收集转换模块4包括A/D转换芯片U6，型号为IC芯片AD7476ABKS，所述A/D转换芯片U6与信号滤波放大模块3输出端连接，将信号滤波放大模块3输出的电信号转换为数字信号；
所述光信号检测模块(1)将待测激光脉冲信号转换为电信号后，所述电压保持放大模块(2)将该电信号放大，放大后的电信号经信号滤波放大模块(3)低通滤波，再经信号收集转换模块(4)转换为数字信号，最后由能量计在对应于入射激光脉冲的每个能量水平上单独测量，得到激光脉冲能量值。
在一些可选的实施例中，由于本实施例中待测激光脉冲的展宽均在10us以上，可不需要信号收集转换模块4，直接由STM32等系列芯片对待测激光脉冲的激光脉冲能量进行测量。
Claims (9)
1.一种测量激光脉冲能量的装置，用于对激光脉冲能量进行检测，其特征在于，包括：
采样保持模块，用于对激光脉冲进行采样；
处理模块，用于确定待测激光脉冲的当前激光脉冲能量值；
对比模块，包括具有激光脉冲能量的模拟信号，用于接收所述当前激光脉冲能量值并将其与所述模拟信号的激光脉冲能量进行对比，以确定待测激光脉冲的激光脉冲能量级。
2.根据权利要求1所述的一种测量激光脉冲能量的装置，其特征在于，还包括与采样保持模块依次耦合的增益模块与滤波模块，所述增益模块用于放大代表激光脉冲能级的信号，所述滤波模块用于对放大后的信号滤波，滤波后的信号输送至处理模块。
3.根据权利要求1所述的一种测量激光脉冲能量的装置，其特征在于，所述待测激光脉冲为持续时间为1ns～1ms、展宽为10us以上的短脉冲激光束。
4.一种激光脉冲能量检测电路，其特征在于，包括依次电路连接的光信号检测模块(1)、电压保持放大模块(2)、信号滤波放大模块(3)、信号收集转换模块(4)以及能量计；
所述光信号检测模块(1)将待测激光脉冲信号转换为电信号后，所述电压保持放大模块(2)将该电信号放大，放大后的电信号经信号滤波放大模块(3)低通滤波，再经信号收集转换模块(4)转换为数字信号，最后由能量计在对应于入射激光脉冲的每个能量水平上单独测量，得到激光脉冲能量值。
5.根据权利要求4所述的一种激光脉冲能量检测电路，其特征在于，所述光信号检测模块(1)包括光电二极管D1和电容器C13，所述电容器C13的一端接地，另一端与光电二极管D1光电二极管D1的端口3连接，所述光电二极管D1接收光信号并产生相应电流，电流从光电二极管D1流出并存储在电容器C13上。
6.根据权利要求4所述的一种激光脉冲能量检测电路，其特征在于，所述电压保持放大模块(2)包括运算放大器U5A、电阻R11和电阻R12，所述运算放大器U5A的正向输入端口3与光信号检测模块(1)相连接，所述电阻R11和所述电阻R12串联，二者位于运算放大器U5A的输出端口1与负输入端口2之间，形成负反馈电路。
7.根据权利要求4所述的一种激光脉冲能量检测电路，其特征在于，所述信号滤波放大模块(3)包括运算放大器U5B、滑动电阻器RW1以及相串联的电阻R13和电阻R14，所述滑动电阻器RW1、所述电阻R14和所述电阻R13位于运算放大器U5B的输入端到输出端之间，形成负反馈电路。
8.根据权利要求7所述的一种激光脉冲能量检测电路，其特征在于，还包括电容器C15，电容器C15与滑动电阻器RW1并联，用于滤除待测激光脉冲信号中的干扰信号。
9.根据权利要求4所述的一种激光脉冲能量检测电路，其特征在于，所述信号收集转换模块(4)包括A/D转换芯片U6，所述A/D转换芯片U6与信号滤波放大模块(3)输出端连接，将信号滤波放大模块(3)输出的电信号转换为数字信号。
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| CN113884753A (zh) * | 2021-08-17 | 2022-01-04 | 之江实验室 | 一种激光器输出功率测量电路 |
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