專利名稱：遠場激光功率分布測量器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光參數(shù)測量的裝置，特別是一種遠場激光功率分布測量器。
背景技術(shù)：
激光技術(shù)是一新興技術(shù)，它已滲透到人們生活與生產(chǎn)的各個角落，而激光眩目器 技術(shù)是激光技術(shù)的重要分支之一。激光眩目器及類似機關(guān)器的激光功率強，若在檢測時稍 不注意會對人造成一定的傷害，這就需要一個高效安全的激光測量設(shè)備用來解決對激光參 數(shù)的評估，以提高測量效率。同時此種激光脈沖寬度窄，這需要有高速信號處理能力的系統(tǒng) 與它相適應(yīng)，減少激光信息的損失以提高測量準(zhǔn)確度。為了解決這一問題，許多研究人員做了相關(guān)努力，如北京光電技術(shù)研究所申請的 專利，將激光照射在具有朗伯特性的漫反射靶上，將CCD成像模塊放置在漫反射靶的反射 光區(qū)之中用于對漫反射靶的漫反射光成像，通過數(shù)據(jù)線與采集裝置，輸入數(shù)據(jù)處理模塊，對 數(shù)據(jù)進行分析。漫反射靶對被測激光進行漫反射，使其產(chǎn)生漫反射特性與入射光的特性相 同，在漫反射靶上開有小孔，靶背后有能量功率探頭接收通過漫反射靶激光光束對其進行 測量，然后進行數(shù)據(jù)測量。同時也有一些文章選擇采集256路信號通過4-6線譯碼器16片 十六選一模擬開關(guān)對信號進行采集，因為對激光信號采集的數(shù)量有限，處理芯片選用單片 機，所以處理速度不理想，這使得測量信號的精度和準(zhǔn)確度打折扣，對激光的測量造成了誤 差。同時由于大氣對激光的光強也有影響受大氣影響的光斑被接收這更加降低了測量的質(zhì) 量，帶來不必要的損失?？傊?，現(xiàn)有的儀器有著功能不夠齊全，數(shù)據(jù)采集有限，數(shù)據(jù)計算誤差較大等缺點， 不能較好的適應(yīng)高效率的檢測

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可靠性高、測量精確、功能齊全的遠場激光功率分布 測量器。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為一種遠場激光功率分布測量器，包括靶子系 統(tǒng)和瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，靶子系統(tǒng)包括低反射靶板、探測器陣列、靶板中心指示器、瞄準(zhǔn)望遠鏡、光學(xué) 裝置、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、計算機處理系統(tǒng)；光學(xué)裝置均勻排列在低反射靶板上，構(gòu)成探測器陣 列，靶板中心指示器設(shè)置在低反射靶板中心位置，瞄準(zhǔn)望遠鏡設(shè)置在低反射靶板的正上方； 瞄準(zhǔn)系統(tǒng)包括長焦鏡頭的CCD成像裝置，可拆卸的波長為532nm的濾光片，監(jiān)視器，多維平 移臺；長焦鏡頭的CCD成像裝置設(shè)置在多維平移臺上方，可拆卸的波長為532nm的濾光片設(shè) 置在長焦鏡頭的(XD成像裝置前方。上述光學(xué)裝置包括可拆卸遮光筒、濾光片、衰減片、會聚透鏡、固定遮光筒、PIN探 測器，固定遮光筒的一端設(shè)置PIN探測器，固定遮光筒的另一端設(shè)置可拆卸遮光筒，在PIN 探測器和可拆卸遮光筒之間設(shè)置會聚透鏡，可拆卸遮光筒內(nèi)靠近會聚透鏡的一端設(shè)置衰減 片，在可拆卸遮光筒的另一端設(shè)置濾光片。
上述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括線性衰減網(wǎng)絡(luò)、峰值保持電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、緩沖器電路、 信號讀取單元、信號控制單元；線性衰減網(wǎng)絡(luò)接收探測器光學(xué)裝置輸出的光電轉(zhuǎn)化信號，并 將該信號進行選擇倍率衰減，峰值保持電路的輸入端與線性衰減網(wǎng)絡(luò)的輸出端相連接，接 收線性衰減網(wǎng)絡(luò)輸出的信號，并將該窄脈寬信號延時保持，A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端接峰值保 持電路的輸出端，將峰值保持電路輸出的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，緩沖器電路的輸入端 接A/D轉(zhuǎn)換電路的輸出端，將轉(zhuǎn)化后的數(shù)字信號進行儲存，信號讀取單元的輸入端接緩沖 器電路的輸出端，將存儲的信號進行讀取與控制；信號控制單元的輸入端接信號讀取單元 的輸出端，信號控制單元的輸出端接計算機處理系統(tǒng)的輸入端，控制信號讀取單元讀取信 號并將讀取的信號傳輸給計算機處理系統(tǒng)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點1)采用計算機等高速設(shè)備，可測量激光束 在垂直平面上的強度分布，輻照量區(qū)間的百分率，遠場光斑的直徑，激光總能量，透過率等 參數(shù)，測量的可靠性高，測量結(jié)果精確；2)采用激光靶板接收信號，采集的數(shù)量龐大，給數(shù) 據(jù)處理提供了豐富的基礎(chǔ)；3)采用高性能數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，能夠精確測量激光靶接收的龐大 數(shù)據(jù)信號。


圖1是本發(fā)明的遠場激光功率分布測量器整體結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明的遠場激光功率分布測量器中探測器光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的遠場激光功率分布測量器中數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)原理圖。圖4是本發(fā)明的遠場激光功率分布測量器中探測器陣列結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。結(jié)合圖1，本發(fā)明的遠場激光功率分布測量器，包括靶子系統(tǒng)22和瞄準(zhǔn)系統(tǒng)23，靶 子系統(tǒng)包括低反射靶板15、探測器陣列18、靶板中心指示器16、瞄準(zhǔn)望遠鏡17、光學(xué)裝置 27、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、計算機處理系統(tǒng)；光學(xué)裝置27均勻排列在低反射靶板15上，構(gòu)成探測器 陣列18，靶板中心指示器16設(shè)置在低反射靶板15中心位置，瞄準(zhǔn)望遠鏡17設(shè)置在低反射 靶板15的正上方；瞄準(zhǔn)系統(tǒng)23包括長焦鏡頭的(XD成像裝置19，可拆卸的波長為532nm 的濾光片21，監(jiān)視器20，多維平移臺24 ；長焦鏡頭的(XD成像裝置19設(shè)置在多維平移臺24 上方，可拆卸的波長為532nm的濾光片21設(shè)置在長焦鏡頭的(XD成像裝置19前方。靶子 系統(tǒng)22上設(shè)置可拆卸的反光布26。探測器陣列18由40X40個均勻排布的光學(xué)裝置27固定在低反射靶15上組成， 該探測器陣列18采用模塊化結(jié)構(gòu)，每個模塊包括均勻分布的16個光學(xué)裝置27。每個模塊 由一個FPGA控制，共有100個FPGA。整個探測器陣列由1600個光學(xué)裝置27模塊組成，每 個模塊具有單獨的信號采用和處理功能。靶子系統(tǒng)22下方設(shè)置位置可調(diào)節(jié)的專用支架25。結(jié)合圖2，本發(fā)明的遠場激光功率分布測量器的光學(xué)裝置27包括可拆卸遮光筒1、 濾光片2、衰減片3、會聚透鏡4、固定遮光筒5、PIN探測器6，固定遮光筒5的一端設(shè)置PIN 探測器6，固定遮光筒5的另一端設(shè)置可拆卸遮光筒1，在PIN探測器6和可拆卸遮光筒1
4之間設(shè)置會聚透鏡4，可拆卸遮光筒1內(nèi)靠近會聚透鏡4的一端設(shè)置衰減片3，在可拆卸遮 光筒1的另一端設(shè)置濾光片2。結(jié)合圖3，本發(fā)明的遠場激光功率分布測量器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括線性衰減網(wǎng)絡(luò) 8、峰值保持電路9、A/D轉(zhuǎn)換電路10、緩沖器電路11、信號讀取單元12、信號控制單元13 ；線 性衰減網(wǎng)絡(luò)8接收探測器光學(xué)裝置輸出的光電轉(zhuǎn)化信號，并將該信號進行選擇倍率衰減， 判斷此信號是否在預(yù)定的范圍內(nèi)，選擇不同的電阻實現(xiàn)不同的倍率衰減，選擇好倍率的信 號進入下一級處理電路，峰值保持電路9的輸入端與線性衰減網(wǎng)絡(luò)8的輸出端相連接，接收 線性衰減網(wǎng)絡(luò)8輸出的信號，并將該窄脈寬信號延時保持，A/D轉(zhuǎn)換電路10的輸入端接峰 值保持電路9的輸出端，將峰值保持電路9輸出的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，緩沖器電路11 的輸入端接A/D轉(zhuǎn)換電路10的輸出端，將轉(zhuǎn)化后的數(shù)字信號進行儲存，信號讀取單元12的 輸入端接緩沖器電路11的輸出端，將存儲的信號進行讀取與控制；信號控制單元13的輸 入端接信號讀取單元12的輸出端，信號控制單元13的輸出端接計算機處理系統(tǒng)14的輸入 端，控制信號讀取單元12讀取信號并將讀取的信號傳輸給計算機處理系統(tǒng)14。信號讀取單元12接收緩沖器電路的信號，該單元包括100個FPGA，分別讀取100 個模塊輸出的信號。并等待信號控制單元13發(fā)出接收信號指令，當(dāng)收到信號接收指令的時 候，再次接收緩沖器電路11輸出的信號。該單元還將讀取到的信號輸入給信號控制單元 13。信號讀取單元12所控制的信號均已符合要求后，將所測信號存入自帶或外置的RAM中， 同時根據(jù)下次到來的信號進行數(shù)據(jù)的刷新。信號控制單元13將接收到信號讀取單元12中100路信號傳輸給計算機處理系統(tǒng) 14，當(dāng)傳輸完畢后向信號讀取單元12發(fā)送接收信號指令。計算機控制系統(tǒng)14采用工控機，能夠介入各種數(shù)據(jù)卡以及與信號讀取單元鏈接， 測試結(jié)果可以在顯示器上顯示出來，界面內(nèi)容包括工作狀態(tài)、被測項目、顯示方式、選擇等， 測量結(jié)果用圖表文字方式顯示。當(dāng)激光信號到達探測陣列時，首先由觸發(fā)器電路中的PIN管探測器6接收激光信 號，由采樣電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，信號控制單元13向信號讀取單元12發(fā)出控制信號，準(zhǔn)備 由探測器陣列接收下一個光脈沖信號進行采樣，然后信號控制單元13向計算機控制系統(tǒng) 14發(fā)出請求信號，當(dāng)所有信號控制單元13全向計算機控制系統(tǒng)14發(fā)出請求后計算機向信 號控制單元13發(fā)出數(shù)據(jù)接收指令，信號控制單元13將控制信號傳輸給信號讀取單元12，信 號讀取單元12開始讀取信號，并將采樣數(shù)據(jù)通過信號控制單元13依次傳入計算機。使用本發(fā)明的遠場激光功率分布測量器時，首先將被測產(chǎn)品與靶子系統(tǒng)22對準(zhǔn)， 遠場激光功率分布測量器中設(shè)置了雙向?qū)?zhǔn)方式，在被測產(chǎn)品端采用支架，其上面安裝了 多維移動平臺24，可實現(xiàn)前后左右兩維移動。靶子系統(tǒng)22包括一個專用支架25，專用支架 25與低反射靶板15采用可分離方式。在靶板中心安裝瞄準(zhǔn)指示器16，它采用一個大功率 紅色指示燈，作為產(chǎn)品瞄準(zhǔn)基點，在瞄準(zhǔn)結(jié)束后，可以將其移開。低反射靶板15上安裝瞄準(zhǔn) 望遠鏡17，用來瞄準(zhǔn)被測產(chǎn)品，確保靶平面與激光束的光軸垂直。瞄準(zhǔn)望遠鏡使用完成后 可以拆卸。激光器和望遠鏡的光軸存在偏差，這將導(dǎo)致測量時激光束不在靶板的中心或脫 靶。為此，系統(tǒng)中中采用CCD實現(xiàn)對激光光斑位置的校準(zhǔn)。在靶板前放置反光布26，其尺 寸稍大于靶板。瞄準(zhǔn)后可拆卸。在被測產(chǎn)品一端設(shè)置一套帶長焦鏡頭的C⑶成像裝置19。 為了減少外界可見光對CCD攝像頭的干擾，在鏡頭前安裝可拆卸的波長為532nm的濾光片21 一個。移動平臺是一維可移動平臺，平移范圍大于120mm，具有仰臥和左右旋轉(zhuǎn)功能，能 夠?qū)Π邪逦恢皿@醒調(diào)節(jié)；安裝支架是與產(chǎn)品配合的機械接口用以產(chǎn)品間的相互連接；貓準(zhǔn) 標(biāo)志紅白標(biāo)桿，上帶有紅綠指示燈，用于靶的方向瞄準(zhǔn)；支撐架用來支撐整個產(chǎn)品系統(tǒng)；專 用車輛放置系統(tǒng)設(shè)備，測量過程中調(diào)節(jié)測量的距離。然后利用長焦鏡頭的(XD成像裝置19向靶板前的反光布26瞄準(zhǔn)，使反光布26位 于監(jiān)視器的視場中心，此時，在CCD前安裝濾光片21，當(dāng)激光器向靶板發(fā)射激光時，利用帶 長焦鏡頭的C⑶成像裝置19向靶板瞄準(zhǔn)，則反光布26反射的激光信號被(XD接收。在監(jiān) 視器20上觀察激光光斑的位置，同時根據(jù)光斑位置調(diào)節(jié)多維平移臺24直至光斑接近反光 布26的中心的位置。由于測試一般是在外場進行的，需要自備電源方案中初步計劃采用便 攜式發(fā)電機，在靶板處采用雅馬哈汽油發(fā)電機EF2600(2.0KVA)。同時系統(tǒng)中包括許多實驗 設(shè)備，另外在試驗過程中需要不斷改變靶板與被測產(chǎn)品的相對距離。為此，配置專用車輛一 臺，用于放置實驗儀器，并在試驗過程中配合靶板進行移動車輛選用南京汽車制造廠生產(chǎn) 的依維柯，型號為得意A40 (NJ6606SFF611-17座)。由于激光功率可能超出人眼安全范圍，為此需要特別注意安全防護，首先必須提 供完整的安全指示，其次需要配置必要的安全設(shè)施，如測試人員需要配置防激光眼鏡。在靶 板的兩側(cè)用軟性材料拉防護欄，計算機系統(tǒng)與靶板必須具有足夠的安全距離。第三，有效的 激光吸收措施，以防止無用的激光對周圍人員造成傷害。第四，必須具有方便的通訊手段， 只有在雙方確認(rèn)后，才可以進行測試工作，包括發(fā)射激光脈沖、進行數(shù)據(jù)測試等。
權(quán)利要求
一種遠場激光功率分布測量器，其特征在于包括靶子系統(tǒng)[22]和瞄準(zhǔn)系統(tǒng)[23]，靶子系統(tǒng)包括低反射靶板[15]、探測器陣列[18]、靶板中心指示器[16]、瞄準(zhǔn)望遠鏡[17]、光學(xué)裝置[27]、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、計算機處理系統(tǒng)；光學(xué)裝置[27]均勻排列在低反射靶板[15]上，構(gòu)成探測器陣列[18]，靶板中心指示器[16]設(shè)置在低反射靶板[15]中心位置，瞄準(zhǔn)望遠鏡[17]設(shè)置在低反射靶板[15]的正上方；瞄準(zhǔn)系統(tǒng)[23]包括長焦鏡頭的CCD成像裝置[19]，可拆卸的波長為532nm的濾光片[21]，監(jiān)視器[20]，多維平移臺[24]；長焦鏡頭的CCD成像裝置[19]設(shè)置在多維平移臺[24]上方，可拆卸的波長為532nm的濾光片[21]設(shè)置在長焦鏡頭的CCD成像裝置[19]前方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遠場激光功率分布測量器，其特征在于靶子系統(tǒng)[22]上設(shè) 置可拆卸的反光布[26]。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的遠場激光功率分布測量器其特征在于探測器陣列[18] 由40X40個均勻排布的光學(xué)裝置[27]固定在低反射靶[15]上組成，該探測器陣列[18] 采用模塊化結(jié)構(gòu)，每個模塊包括均勻分布的16個光學(xué)裝置[27]。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的遠場激光功率分布測量器，其特征在于光學(xué)裝置[27] 包括可拆卸遮光筒[1]、濾光片[2]、衰減片[3]、會聚透鏡[4]、固定遮光筒[5]、PIN探測 器[6]，固定遮光筒[5]的一端設(shè)置PIN探測器[6]，固定遮光筒[5]的另一端設(shè)置可拆卸 遮光筒[1]，在PIN探測器[6]和可拆卸遮光筒[1]之間設(shè)置會聚透鏡[4]，可拆卸遮光筒[1]內(nèi)靠近會聚透鏡[4]的一端設(shè)置衰減片[3]，在可拆卸遮光筒[1]的另一端設(shè)置濾光片[2]。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的遠場激光功率分布測量器，其特征在于光學(xué)裝置[27]包括 可拆卸遮光筒[1]、濾光片[2]、衰減片[3]、會聚透鏡[4]、固定遮光筒[5]、PIN探測器[6]， 固定遮光筒[5]的一端設(shè)置PIN探測器[6]，固定遮光筒[5]的另一端設(shè)置可拆卸遮光筒 [1]，在PIN探測器[6]和可拆卸遮光筒[1]之間設(shè)置會聚透鏡[4]，可拆卸遮光筒[1]內(nèi)靠 近會聚透鏡[4]的一端設(shè)置衰減片[3]，在可拆卸遮光筒[1]的另一端設(shè)置濾光片[2]。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遠場激光功率分布測量器，其特征在于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括 線性衰減網(wǎng)絡(luò)[8]、峰值保持電路[9]、A/D轉(zhuǎn)換電路[10]、緩沖器電路[11]、信號讀取單元 [12]、信號控制單元[13]；線性衰減網(wǎng)絡(luò)[8]接收探測器光學(xué)裝置輸出的光電轉(zhuǎn)化信號， 并將此信號按強弱進行衰減達到可測的范圍，峰值保持電路[9]的輸入端與線性衰減網(wǎng)絡(luò) [8]的輸出端相連接，接收線性衰減網(wǎng)絡(luò)[8]輸出的信號，并將該窄脈寬信號延時保持，A/D 轉(zhuǎn)換電路[10]的輸入端接峰值保持電路[9]的輸出端，將峰值保持電路[9]輸出的模擬信 號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，緩沖器電路[11]的輸入端接A/D轉(zhuǎn)換電路[10]的輸出端，將轉(zhuǎn)化后的 數(shù)字信號進行儲存，信號讀取單元[12]的輸入端接緩沖器電路[11]的輸出端，將存儲的信 號進行讀取與控制；信號控制單元[13]的輸入端接信號讀取單元[12]的輸出端，信號控制 單元[13]的輸出端接計算機處理系統(tǒng)[14]的輸入端，控制信號讀取單元[12]讀取信號并 將讀取的信號傳輸給計算機處理系統(tǒng)[14]。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的遠場激光功率分布測量器，其特征在于靶子系統(tǒng)[22] 下方設(shè)置位置可調(diào)節(jié)的專用支架[25]。
全文摘要
本發(fā)明的一種遠場激光功率分布測量器，包括靶子系統(tǒng)和瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，靶子系統(tǒng)包括低反射靶板、探測器陣列、靶板中心指示器、瞄準(zhǔn)望遠鏡、光學(xué)裝置、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、計算機處理系統(tǒng)；光學(xué)裝置均勻排列在低反射靶板上，構(gòu)成探測器陣列，靶板中心指示器設(shè)置在低反射靶板中心位置，瞄準(zhǔn)望遠鏡設(shè)置在低反射靶板的正上方；瞄準(zhǔn)系統(tǒng)包括長焦鏡頭的CCD成像裝置，可拆卸的波長為532nm的濾光片，監(jiān)視器，多維平移臺；長焦鏡頭的CCD成像裝置設(shè)置在多維平移臺上方，可拆卸的波長為532nm的濾光片設(shè)置在長焦鏡頭的CCD成像裝置前方。本發(fā)明的遠場激光功率分布測量器可靠性高、測量精確、功能齊全、操作簡便。
文檔編號G01J1/04GK101858779SQ200910029360
公開日2010年10月13日 申請日期2009年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月10日
發(fā)明者孫斌, 富容國, 常本康, 徐登高, 詹啟海, 邱亞峰, 錢蕓生, 魏殿修 申請人:南京理工大學(xué)