專利名稱：脈沖激光能量測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及激光能量測(cè)量技術(shù)，特別涉及一種脈沖激光能量測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
脈沖激光包括一系列離散的激光能量脈沖，對(duì)于KHz重復(fù)頻率、納秒級(jí)的脈沖激光很難直接測(cè)出單個(gè)脈沖的激光能量?，F(xiàn)有的脈沖激光能量測(cè)量裝置，采用測(cè)量裝置分別測(cè)量激光輸出平均功率和脈沖頻率，然后通過公式E = P平均XT(其中，E為脈沖能量、P平均為平均功率、T為脈沖周期)計(jì)算得出單脈沖能量測(cè)量裝置和測(cè)量方法。現(xiàn)有的測(cè)量裝置需要多臺(tái)測(cè)試儀器組成測(cè)量裝置，測(cè)量裝置繁雜，誤差因素多，在測(cè)量高重復(fù)頻率、窄脈沖的脈沖激光時(shí)，難以保證測(cè)量精度。另外也有采用運(yùn)算放大器組成的積分電路進(jìn)行積分來測(cè)量脈沖激光能量的方法， 這種方法對(duì)運(yùn)算放大器要求高，電路峰值保持和清零狀態(tài)之間切換時(shí)難以平衡靜態(tài)工作點(diǎn)，導(dǎo)致測(cè)量誤差大，也很難精確測(cè)量出高重復(fù)頻率、窄脈沖激光的單脈沖激光能量。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提供了一種脈沖激光能量測(cè)量裝置，以提高測(cè)量單脈沖激光能量的精度。本實(shí)用新型提供的脈沖激光能量測(cè)量裝置，包括光探測(cè)器，用于將脈沖激光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)；積分電容，與所述光探測(cè)器串聯(lián)，用于積累光探測(cè)器輸出的電流信號(hào)中的電荷并輸出脈沖電壓信號(hào)；峰值保持電阻，與所述積分電容并聯(lián)，用于將所述脈沖電壓信號(hào)的峰值保持設(shè)定時(shí)間；運(yùn)算放大器，所述運(yùn)算放大器的第一輸入端與所述積分電容的輸出端相連，用于根據(jù)所述脈沖電壓信號(hào)的峰值保持時(shí)間和設(shè)定的放大倍數(shù)輸出相應(yīng)寬度和幅值的脈沖電壓信號(hào)；平衡電阻，與所述運(yùn)算放大器的第二輸入端相連，用于使所述運(yùn)算放大器的第一端輸入端的電壓和第二輸入端的電壓保持靜態(tài)平衡。如上所述的脈沖激光能量測(cè)量裝置，其中，所述平衡電阻與峰值保持電阻的阻值相等。如上所述的脈沖激光能量測(cè)量裝置，其中，所述運(yùn)算放大器為儀用放大器。如上所述的脈沖激光能量測(cè)量裝置，其中，還包括第一清零控制模塊和第二清零控制模塊，所述第一清零控制模塊與所述積分電容并聯(lián)，用于在接收到清零控制信號(hào)的狀態(tài)下對(duì)所述積分電容進(jìn)行放電以清除積分電容中的全部電荷；
3[0016]所述第二清零控制模塊與所述第一平衡電阻并聯(lián)，用于在接收到清零控制信號(hào)的狀態(tài)下接地。如上所述的脈沖激光能量測(cè)量裝置，其中，所述第一清零控制模塊包括第一電阻和第一開關(guān)，所述第一電阻和第一開關(guān)串聯(lián)接地；第二清零控制模塊包括第二電阻和第二開關(guān)，所述第二電阻和第二開關(guān)串聯(lián)接地。如上所述的脈沖激光能量測(cè)量裝置，其中，所述第一電阻和第二電阻的阻值相等， 且所述第一開關(guān)和第二開關(guān)均為電子開關(guān)。如上所述的脈沖激光能量測(cè)量裝置，其中，還包括模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，用于將運(yùn)算放大器輸出的所述相應(yīng)寬度和幅值的脈沖電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；運(yùn)算控制模塊，用于根據(jù)所述數(shù)字信號(hào)采集脈沖電壓峰值并根據(jù)設(shè)定方案得到脈沖激光能量值，且采集完成后發(fā)送清零控制信號(hào)；顯示模塊，用于顯示所述脈沖激光能量值。本實(shí)用新型提供的脈沖激光能量測(cè)量裝置，通過積分電容對(duì)脈沖激光電流信號(hào)中的電荷進(jìn)行積累實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的直接積分，實(shí)現(xiàn)脈沖激光信號(hào)向?qū)捗}沖電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換，該積分過程不需要設(shè)置復(fù)雜的電路，設(shè)計(jì)巧妙，轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)少，因此可靠性高，使采集到的脈沖電壓峰值更加精確，通過換算后即可得到更加精確的單脈沖激光能量。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的脈沖激光能量測(cè)量裝置部分電路原理圖；圖2為本實(shí)用新型另一實(shí)施例所提供的脈沖激光能量測(cè)量裝置部分電路原理圖；圖3為本實(shí)用新型又一實(shí)施例所提供的脈沖激光能量測(cè)量裝置的方框圖；圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的脈沖激光能量測(cè)量方法的流程圖。附圖標(biāo)記[0029]G-光探測(cè)器；Cl-光探測(cè)器中電容；C2--積分電容；[0030]Rl-峰值保持電阻；R2-平衡電阻；A-運(yùn)算放大器；[0031]R3-第一電阻；R4-第二電阻；Ql--第一開關(guān)；[0032]Q2-第二開關(guān)；11-模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊；12--運(yùn)算控制模塊[0033]13-顯示模塊。
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種脈沖激光能量測(cè)量裝置，用于將脈沖激光信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖電壓信號(hào)，以利用該脈沖電壓信號(hào)得到脈沖激光能量。圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的脈沖激光能量測(cè)量裝置的部分電路原理圖，如圖1所示，該脈沖激光能量測(cè)量裝置包括光探測(cè)器G、積分電容C2、峰值保持電阻R1、運(yùn)算放大器A和平衡電阻R2。通過光探測(cè)器將脈沖激光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，光電探測(cè)器用于接收被測(cè)激光光源發(fā)出的脈沖激光信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)。積分電容與光探測(cè)器串聯(lián)，以將光探測(cè)器輸出的脈沖激光的電流信號(hào)進(jìn)行積分并輸出脈沖電壓信號(hào)。對(duì)于積分電容的電容值的大小根據(jù)峰值保持時(shí)間和將積分電容放電所需的時(shí)間綜合考量進(jìn)行選擇，由于峰值保持時(shí)間越長(zhǎng)所需的電容值越大，而電容值越大放電時(shí)間越長(zhǎng)，因此應(yīng)綜合上述的兩個(gè)因素進(jìn)行選擇，即保證使峰值平頂下掉在允許范圍之內(nèi)，并使積分電容的放電時(shí)間在合理范圍之內(nèi)，不影響下一脈沖的采集。峰值保持電阻Rl與積分電容C2并聯(lián)，用于將脈沖電壓信號(hào)的峰值保持設(shè)定時(shí)間。由于脈沖電壓的脈沖寬度通常很窄，因此，脈沖電壓的峰值很難采集，需要通過峰值保持電阻將脈沖電壓的峰值保持設(shè)定時(shí)間，使脈沖電壓的脈沖寬度展寬到一定寬度，以輸出脈沖寬度較寬的電壓信號(hào)，此后可通過采集裝置采集脈沖電壓的峰值，因此該設(shè)定時(shí)間為自輸出該脈沖電壓信號(hào)至完成脈沖電壓峰值采集的間隔時(shí)間，與采集裝置的處理速度相關(guān)，通常為幾個(gè)毫秒?？赏ㄟ^反復(fù)試驗(yàn)及計(jì)算設(shè)置合適的峰值保持電阻阻值的大小以將脈沖電壓的峰值保持設(shè)定時(shí)間，使脈沖電壓的脈沖寬度展寬到一定寬度。運(yùn)算放大器A的第一輸入端1與積分電容C2的輸出端相連，用于根據(jù)脈沖電壓信號(hào)的峰值保持時(shí)間和設(shè)定的放大倍數(shù)輸出相應(yīng)寬度和幅值的脈沖電壓信號(hào)。可通過運(yùn)算放大器A的輸出端3輸出脈沖電壓信號(hào)。經(jīng)過峰值保持電阻將脈沖電壓信號(hào)的峰值保持一定時(shí)間后，運(yùn)算放大器根據(jù)峰值保持的時(shí)間輸出相應(yīng)寬度的脈沖電壓信號(hào)，峰值保持時(shí)間越長(zhǎng)，脈沖電壓信號(hào)的脈沖寬度越寬。并且設(shè)置合適的放大倍數(shù)，以對(duì)脈沖電壓信號(hào)的幅值進(jìn)行放大，便于后續(xù)對(duì)電壓峰值進(jìn)行采集?？筛鶕?jù)需要選擇合適型號(hào)的運(yùn)算放大器，并設(shè)定放大倍數(shù)，該設(shè)定的放大倍數(shù)可以是十倍、一百倍等，通常為整數(shù)倍，該放大倍數(shù)的設(shè)定是經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)得到的，與脈沖激光的強(qiáng)度相關(guān)，通常脈沖激光的強(qiáng)度越大，脈沖電壓信號(hào)的峰值越大，此時(shí)可設(shè)定較小的放大倍數(shù)，不限于本實(shí)施的限定，可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)定。該運(yùn)算放大器優(yōu)選的是采用儀用放大器，儀用放大器具有高輸入阻抗，由于儀用放大器與峰值保持電阻相連后構(gòu)成與峰值保持電阻的并聯(lián)電阻，因此為防止積分電容上電荷的泄放，采用高輸入阻抗的儀用放大器，同時(shí)，由于儀用放大器具有高輸入阻抗，可實(shí)現(xiàn)輸入側(cè)與輸出側(cè)電路的隔離，避免輸入側(cè)與輸出側(cè)電路互相干擾。平衡電阻R2與運(yùn)算放大器A的第二輸入端2相連，用于使運(yùn)算放大器A的第一輸入端1的電壓和第二輸入端2的電壓保持靜態(tài)平衡，也就是保證在運(yùn)算放大電路沒有輸入的情況下，靜態(tài)輸出電壓保持在零點(diǎn)?？刹捎萌鐖D1所示的方式，將峰值保持電阻Rl與積分電容C2并聯(lián)后接地，平衡電阻R2的一端與運(yùn)算放大器的第二輸入端2相連，另一端接地，因此，運(yùn)算放大器A的第一輸入端1的電壓即為峰值保持電阻Rl相對(duì)于地的電壓，運(yùn)算放大器A的第二輸入端2的電壓即為平衡電阻R2相對(duì)于地的電壓，可將平衡電阻R2的阻值設(shè)置成與峰值保持電阻Rl的電 阻值接近的電阻值，即可使運(yùn)算放大器兩輸入端的電壓保持靜態(tài)平衡。也可設(shè)置一電壓參考點(diǎn)，將峰值保持電阻的一端和平衡電阻的一端分別與該電壓 參考點(diǎn)相連，并使峰值保持電阻的阻值與平衡電阻的阻值接近，也可使運(yùn)算放大器第一輸 入端電壓和第二輸入端電壓保持靜態(tài)平衡，并不限于本實(shí)施例圖示提供的連接方式。下面介紹該脈沖激光能量測(cè)量裝置的工作過程。光電探測(cè)器位于最前端用于接收被測(cè)激光光源發(fā)出的脈沖激光信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成電 流信號(hào)，輸出的電流信號(hào)傳送于積分電容，由于該電流信號(hào)中包含大量電荷，通過積分電容 將該電荷進(jìn)行積累，也就是對(duì)電流進(jìn)行積分，將電荷積累后輸出脈沖電壓信號(hào)，通過峰值保 持電阻對(duì)積分電容輸出的脈沖電壓信號(hào)中的峰值保持設(shè)定時(shí)間，使脈沖電壓的峰值展寬到 一定寬度，進(jìn)而通過運(yùn)算放大器輸出寬脈沖的脈沖電壓信號(hào)。輸出該脈沖電壓信號(hào)后可通過采集裝置采集該脈沖電壓的峰值，進(jìn)而通過換算得 到脈沖激光能量值。脈沖激光能量值與脈沖電壓峰值成正比關(guān)系，其推導(dǎo)的過程如下激光照射到光探測(cè)器上產(chǎn)生脈沖激光信號(hào)，通過光電探測(cè)器將脈沖激光信號(hào)轉(zhuǎn)換 為電流信號(hào)。電流與激光功率的關(guān)系為I = K1*P，其中P為激光功率，Kl為將脈沖激光信號(hào)轉(zhuǎn) 換為電流信號(hào)的轉(zhuǎn)換系數(shù)，也就是光探測(cè)中光電管的轉(zhuǎn)換系數(shù)，I為電流。對(duì)電流的積分為/ Idt = Kl / Pdt,又由于電荷為Q :Q = / Idt,激光能量為E :E = / Pdt,由此，得出 Q = Kl. E。由于積分電容與光電探測(cè)器串聯(lián)，積分電容與光探測(cè)器中的電容構(gòu)成串聯(lián)關(guān)系， 因此總電容為
權(quán)利要求1.一種脈沖激光能量測(cè)量裝置，其特征在于，包括 光探測(cè)器，用于將脈沖激光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)；積分電容，與所述光探測(cè)器串聯(lián)，用于積累光探測(cè)器輸出的電流信號(hào)中的電荷并輸出脈沖電壓信號(hào)；峰值保持電阻，與所述積分電容并聯(lián)，用于將所述脈沖電壓信號(hào)的峰值保持設(shè)定時(shí)間；運(yùn)算放大器，所述運(yùn)算放大器的第一輸入端與所述積分電容的輸出端相連，用于根據(jù)所述脈沖電壓信號(hào)的峰值保持時(shí)間和設(shè)定的放大倍數(shù)輸出相應(yīng)寬度和幅值的脈沖電壓信號(hào)；平衡電阻，與所述運(yùn)算放大器的第二輸入端相連，用于使所述運(yùn)算放大器的第一端輸入端的電壓和第二輸入端的電壓保持靜態(tài)平衡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖激光能量測(cè)量裝置，其特征在于 所述平衡電阻與峰值保持電阻的阻值相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的脈沖激光能量測(cè)量裝置，其特征在于 所述運(yùn)算放大器為儀用放大器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的脈沖激光能量測(cè)量裝置，其特征在于，還包括第一清零控制模塊和第二清零控制模塊，所述第一清零控制模塊與所述積分電容并聯(lián)，用于在接收到清零控制信號(hào)的狀態(tài)下對(duì)所述積分電容進(jìn)行放電以清除積分電容中的全部電荷；所述第二清零控制模塊與所述第一平衡電阻并聯(lián)，用于在接收到清零控制信號(hào)的狀態(tài)下接地。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的脈沖激光能量測(cè)量裝置，其特征在于，所述第一清零控制模塊包括第一電阻和第一開關(guān)，所述第一電阻和第一開關(guān)串聯(lián)接地；第二清零控制模塊包括第二電阻和第二開關(guān)，所述第二電阻和第二開關(guān)串聯(lián)接地。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的脈沖激光能量測(cè)量裝置，其特征在于，所述第一電阻和第二電阻的阻值相等，且所述第一開關(guān)和第二開關(guān)均為電子開關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的脈沖激光能量測(cè)量裝置，其特征在于，還包括模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，用于將運(yùn)算放大器輸出的所述相應(yīng)寬度和幅值的脈沖電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；運(yùn)算控制模塊，用于根據(jù)所述數(shù)字信號(hào)采集脈沖電壓峰值并根據(jù)設(shè)定方案得到脈沖激光能量值，且采集完成后發(fā)送清零控制信號(hào)； 顯示模塊，用于顯示所述脈沖激光能量值。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種脈沖激光能量測(cè)量裝置，該測(cè)量裝置包括光探測(cè)器、積分電容、峰值保持電阻、運(yùn)算放大器和平衡電阻，積分電容與光探測(cè)器串聯(lián)，用于積累光探測(cè)器輸出的電流信號(hào)中的電荷并輸出脈沖電壓信號(hào)，峰值保持電阻與積分電容并聯(lián)，運(yùn)算放大器的第一輸入端與積分電容的輸出端相連，平衡電阻與運(yùn)算放大器的第二輸入端相連。該測(cè)量裝置通過積分電容對(duì)脈沖激光電流信號(hào)中的電荷進(jìn)行積累實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的直接積分，實(shí)現(xiàn)脈沖激光信號(hào)向?qū)捗}沖電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換，該積分過程不需要設(shè)置復(fù)雜的電路，設(shè)計(jì)巧妙，轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)少，因此可靠性高，使采集到的脈沖電壓峰值更加精確，通過換算后即可得到更加精確的單脈沖激光能量。
文檔編號(hào)G01J1/46GK202092776SQ20112018296
公開日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月1日
發(fā)明者江一平, 祝敏, 陸耀東 申請(qǐng)人:北京光電技術(shù)研究所