【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于光學計量，具體涉及一種輕量化激光功率能量測試儀及其測試方法。
技術介紹
1、激光功率能量測試儀主要用于大功率激光的出光功率能量測量，激光功率能量測試儀將激光功率能量轉換為熱量，通過測量能量溫差計算激光功率能量。近年來，隨著技術的發展，大功率激光器的核心器件不斷成熟，激光出光的功率能量在不斷提高。
2、傳統的采用全固態設計的激光功率能量測試儀，隨著測量的功率能量提高，不僅讓其體積重量不斷加大，而且全固態設計更適合在出光結束之后才給出本次測量的激光能量及功率。此外，全固態設計的激光功率能量測試儀，在測量起始段由于激光產生的溫差較小，導致亞秒級的激光平均功率測量不準確；在測量末段由于溫度太高和熱損失嚴重，導致亞秒級的激光平均功率測量結果也不準確。因此，傳統的激光功率能量測試儀無法滿足激光出光期間的亞秒級激光平均功率測量的需求。
3、近幾年，為了克服全固態設計的激光功率能量測試儀的體積重量弊端，采用液體制冷的激光功率能量測試儀。由于液體制冷的激光功率能量測試儀通過增加冷卻水的體積來增大可測激光能量，因此其體積重量不再伴隨被測激光功率能量的增加而增加。然而，這種液體制冷的激光功率能量測試儀的溫度穩定時間更長，無法實現對亞秒級的激光平均功率測量。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于解決現有技術所存在的體積重和長時間測量的不足之處，而提供了一種輕量化激光功率能量測試儀及其測試方法，利用功率預估算法縮短激光功率能量測試儀的響應時間，在測量過程中給出亞秒級的
2、為實現上述目的，本專利技術所提供的技術解決方案是：
3、一方面，本專利技術提供了一種輕量化激光功率能量測試儀，包括：功率能量探頭、數據采集主機和操控處理系統；其中：
4、所述功率能量探頭包括激光能量測量組件，所述激光能量測量組件包括：能量吸收腔、后向散射測量模塊、水冷模塊和溫差測量模塊，所述能量吸收腔用于吸收入射激光的大部分能量，所述后向散射測量模塊用于測量入射激光的小部分能量，將對應小部分能量的測量結果補償到對應大部分能量的激光能量中；所述水冷模塊冷卻所述能量吸收腔內能量，水經過所述水冷模塊升溫產生溫差，所述溫差測量模塊測量該溫差；
5、所述數據采集主機包括水流量及水溫差測量組件，所述水流量及水溫差測量組件采集所述水冷模塊的水流量以及所述溫差測量模塊的水溫差，得到測量結果；
6、所述操控處理系統將所述數據采集主機的測量結果和所述后向散射測量模塊的測量結果，經過計算得到測量激光能量；所述水流量及水溫差測量組件的測控結果結合功率預估算法，在輕量化激光功率能量測試儀的測量過程中，得到激光功率。
7、基于一方面，在本專利技術的一個具體實現方式中，所述功率能量探頭還包括：環境溫度測量傳感器；所述數據采集主機包括：高精度電阻采集卡；
8、所述環境溫度測量傳感器與所述高精度電阻采集卡共同采集輕量化激光功率能量測試儀的環境溫度；
9、所述操控處理系統根據所述環境溫度判斷環境的溫度過高或者過低，在測量激光能量的計算過程中引入能量補償因子。
10、基于一方面，在本專利技術的一個具體實現方式中，所述功率能量探頭還包括：電校準組件；
11、所述電校準組件用于提供精確測量的能量，校準輕量化激光功率能量測試儀。
12、基于一方面，在本專利技術的一個具體實現方式中，所述功率能量探頭還包括：波形測量組件；所述數據采集主機包括：光電信號放大電路與采集卡；
13、所述波形測量組件用于測量激光輸出功率起伏信號；
14、所述光電信號放大電路與采集卡采集功率起伏信號；
15、所述操控處理系統根據功率起伏信號計算激光出光時間，結合測量激光能量得到激光平均功率。
16、基于一方面，在本專利技術的一個具體實現方式中，所述溫差測量模塊安裝于進出水口；
17、所述能量吸收腔的水流吸收激光功率的能量使溫度上升，所述溫差測量模塊測量水流經所述能量吸收腔前后的水溫變化，得到溫差。
18、基于一方面，在本專利技術的一個具體實現方式中，激光功率p的計算表達式為：
19、
20、公式(1)中，c表示水的比熱容，ρ表示水密度，q表示水流量，δt表示功率計進出水的溫差，t出水表示出水口溫度，t入水表示入水口溫度。
21、基于一方面，在本專利技術的一個具體實現方式中，功率預估算法包括：
22、(1)記錄不同時刻的激光功率(t1,p1)，(t2,p2)，……，(tn,pn)；
23、(2)采用公式(2)計算相鄰激光功率差值δpn-1：
24、δpn-1＝pn-pn-1公式(2)
25、公式(2)中，pn表示n時刻的激光功率，pn-1表示n-1時刻的激光功率，n表示不同時刻；
26、(3)相鄰激光功率差值δpn-1到達最大后，相鄰激光功率差值δpn-1及其以后的值按公式(3)進行數據擬合：
27、
28、公式(3)中，a和b表示數據擬合最終需要得到的系數；
29、(4)采用公式(4)計算得到預估功率值p估，并以預估功率值p估作為激光亞秒級的激光平均功率；若對應測試結果的實際測量輸出功率值p測與預估功率值p估相差2％以內，停止預估，以實際測量輸出功率值p測作為激光亞秒級的激光平均功率；公式(4)為：
30、基于一方面，在本專利技術的一個具體實現方式中，所述操控處理系統還在測量結束后輸出激光能量e、平均功率p平均和功率分布曲線，其中：
31、激光能量e的計算表達式為：
32、e＝cm水δt總+c監測m監測δt監測????公式(5)
33、公式(5)中，c表示水的比熱容，m水表示水的質量，δt總表示水的總溫升，c監測表示后向散射測量模塊采用材料的比熱容，m監測表示后向散射測量模塊采用材料的重量，δt監測表示后向散射測量模塊產生的溫升；
34、平均功率p平均的計算表達式為：
35、
36、公式(6)中，e表示激光能量，t表示激光出光時間；
37、功率分布曲線的計算表達式包括：
38、探測器光電響應v(t)正比于激光輸入功率p(t)，表示為：
39、v(t)＝αp(t)????公式(7)
40、公式(7)中，α表示比例常數；
41、對公式(7)積分得到：
42、
43、公式(8)中，表示波形面積s，表示激光能量e；
44、激光時間分布函數表示為：
45、
46、根據公式(9)得到功率分布曲線。
47、另一方面，本專利技術還提供了一種輕量化激光功率能量測試儀的測試方法，基于上述一方面的一種輕量化激光功率能量測試儀，測試方法包括以下步驟：
48、步驟一、(11)按等間隔時間t間，記錄不同時刻本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種輕量化激光功率能量測試儀，其特征在于，包括：功率能量探頭、數據采集主機和操控處理系統；其中：
2.根據權利要求1所述的一種輕量化激光功率能量測試儀，其特征在于，所述功率能量探頭還包括：環境溫度測量傳感器；所述數據采集主機包括：高精度電阻采集卡；
3.根據權利要求1所述的一種輕量化激光功率能量測試儀，其特征在于，所述功率能量探頭還包括：電校準組件；
4.根據權利要求1所述的一種輕量化激光功率能量測試儀，其特征在于，所述功率能量探頭還包括：波形測量組件；所述數據采集主機包括：光電信號放大電路與采集卡；
5.根據權利要求1所述的一種輕量化激光功率能量測試儀，其特征在于，所述溫差測量模塊安裝于進出水口；
6.根據權利要求5所述的一種輕量化激光功率能量測試儀，其特征在于，激光功率P的計算表達式為：
7.根據權利要求1所述的一種輕量化激光功率能量測試儀，其特征在于，功率預估算法包括：
8.根據權利要求1所述的一種輕量化激光功率能量測試儀，其特征在于，所述操控處理系統還在測量結束后輸出激光能量E、平均功
9.一種輕量化激光功率能量測試儀的測試方法，基于權利要求1-8任一項所述的一種輕量化激光功率能量測試儀，其特征在于，測試方法包括以下步驟：
10.根據權利要求9所述的一種輕量化激光功率能量測試儀的測試方法，其特征在于，還包括步驟五：測量完成后，通過電校準進行量值溯源；具體地：
...【技術特征摘要】
1.一種輕量化激光功率能量測試儀，其特征在于，包括：功率能量探頭、數據采集主機和操控處理系統；其中：
2.根據權利要求1所述的一種輕量化激光功率能量測試儀，其特征在于，所述功率能量探頭還包括：環境溫度測量傳感器；所述數據采集主機包括：高精度電阻采集卡；
3.根據權利要求1所述的一種輕量化激光功率能量測試儀，其特征在于，所述功率能量探頭還包括：電校準組件；
4.根據權利要求1所述的一種輕量化激光功率能量測試儀，其特征在于，所述功率能量探頭還包括：波形測量組件；所述數據采集主機包括：光電信號放大電路與采集卡；
5.根據權利要求1所述的一種輕量化激光功率能量測試儀，其特征在于，所述溫差測量模塊安裝于進出水口；
【專利技術屬性】
技術研發人員：于東鈺，吳沛，吉曉，俞兵，張云龍，尤越，莫云龍，彭亮，
申請(專利權)人：西安應用光學研究所，
類型：發明
國別省市：
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