一种基于积分电路的脉冲激光功率测量方法技术

本发明专利技术为解决现有脉冲激光功率测量方法存在测量条件苛刻且测量精度较低的问题，而提供了一种基于积分电路的脉冲激光功率测量方法，适用于数据采样频率较低且无同步触发信号的条件。该测量方法是利用典型RC积分电路对脉冲激光辐照光电探测器产生的电压信号进行信号调理放大，利用模拟数字转换器对放大后的电压信号进行等间隔采样，根据积分电路特性以及激光功率解析表达式回推计算，当回推计算结果满足误差时，可以确定脉冲激光出光零时刻，进一步计算待测脉冲激光功率。一步计算待测脉冲激光功率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于积分电路的脉冲激光功率测量方法


[0001]本专利技术涉及脉冲激光功率测量领域，具体涉及一种基于积分电路的脉冲激光功率测量方法。

技术介绍

[0002]光电探测器具有将光信号转换为电信号的特性，被广泛应用于激光功率的检测中。对于连续的激光信号，光电探测器可按照设定的取样频率对激光功率进行取样监测。而对于脉冲激光信号，通常有两种方式利用光电探测器进行测量：一是直接测量法，即用较高的频率取样，确保在脉宽范围内有足够多的取样点数，每次取样都直接获得该取样时刻的激光信号功率；二是积分计算法，即利用积分电路对脉宽内信号积分，通过回推计算出该脉冲激光信号的平均功率。直接测量法简单方便，但对采样频率要求高，且脉冲激光平均功率测量精度受取样点数影响，在测量低占空比脉冲激光信号时还存在无效数据过多的问题。积分计算法可获取完整的脉冲信号，但信号零点的测量精度直接影响计算结果，通常需要引入同步触发机制。
[0003]实际应用中，受数据采集设备或传输通道性能的限制，采样频率可能难以满足直接测量法的要求。而在较低采样频率下采用积分计算法进行非合作测量时，由于同步触发机制的缺失，信号零点测量精度较低，会导致计算结果产生较大的误差。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是解决现有脉冲激光功率测量方法存在测量条件苛刻且测量精度较低的问题，而提供了一种基于积分电路的脉冲激光功率测量方法，适用于数据采样频率较低且无同步触发信号的条件。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种基于积分电路的脉冲激光功率测量方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0007]步骤1、搭建RC积分电路对脉冲激光辐照光电探测器产生的电压信号进行信号调理放大并转换为数字电压信号；
[0008]步骤2、以采样间隔t
s
对积分电路输出的数字电压信号进行时序采样，根据采样得到的电压幅值大小，初步描绘单次脉冲辐照时间内积分电路输出电压信号幅值变化曲线，标记采样数据中电压幅值最大的采样点为第n个采样点；n为大于等于3的整数；
[0009]所述采样间隔满足：0<t
s
<0.5t
w
，其中t
w
为待测脉冲宽度；
[0010]步骤3、计算获取积分电路充电段激光功率值
[0011]3.1、定义脉冲激光出光零时t
start
为时间轴上的0时刻，则第n
‑
1个采样点对应的时间区域为[t
w
‑
2t
s
,t
w
]，其对应的电压幅值为V
n
‑1；
[0012]3.2、将时间区域[t
w
‑
2t
s
,t
w
]同样平均划分为m段，则对应区域内m+1个时间点值分别为t
w
‑
2t
s
+(2t
s
/m)*j，j＝0,1,2,
…
m，对应的电压幅值均为V
n
‑1；m为大于等于1的整数；
[0013]3.3、将电压信号幅值V
n
‑1与m+1个时间点值代入充电段激光功率解析表达式P＝f
(R,C,V,t)，计算得到充电段m+1个时间点值所对应的激光功率值P(j)序列；
[0014]步骤4、计算获取积分电路放电段激光功率值
[0015]4.1、根据采样间隔的设置，第n+1个采样点对应的时间区域为[t
w
,t
w
+2t
s
]，其对应的电压幅值为V
n+1
；
[0016]4.2、将时间区域[t
w
,t
w
+2t
s
]平均划分为m段，对应区域内m+1个时间点值分别为t
w
+(2t
s
/m)*j，对应的电压幅值均为V
n+1
；
[0017]4.3、将电压信号幅值V
n+1
与m+1个时间点值代入放电段激光功率解析表达式P
′
＝g(R,C,V,t)，计算得到放电段m+1个时间点值所对应的激光功率值P
′
(j)序列；
[0018]步骤5、依次计算充电段与放电段m+1个时间点值所对应的激光功率值之差的绝对值ε
j
＝|P(j)
‑
P
′
(j)|，得到ε
j
最小值对应的j
right
；
[0019]步骤6、计算待测脉冲激光的功率值
[0020]利用ε
j
最小值对应的j
right
计算时间点以及其对应的电压幅值，通过激光功率解析表达式，计算待测脉冲激光的功率值。
[0021]进一步地，步骤6具体为：
[0022]利用充电段激光功率解析表达式P＝f(R,C,V,t)，计算时间点值为t
w
‑
2t
s
+(2t
s
/m)*j
right
，电压幅值为V
n
‑1，计算得到待测脉冲激光的功率值P
right
；
[0023]或者，利用放电段激光功率解析表达式P
′
＝g(R,C,V,t)，计算时间点值为t
w
+(2t
s
/m)*j
right
，电压幅值为V
n+1
，计算得到待测脉冲激光的功率值P
′
right
。
[0024]进一步地，步骤1中，所述光电探测器为单个光电探测器或光电探测器阵列。
[0025]进一步地，当光电探测器为光电探测器阵列时，每个光电探测器以相同的采样间隔t
s
对积分电路输出的电压信号进行时序采样。
[0026]进一步地，光电探测器阵列包括N个光电探测器时，N为大于等于2的整数，步骤5具体为：
[0027]5.1、依次计算第k个光电探测器的充电段与放电段m+1个时间点值所对应的激光功率值之差的绝对值ε
j
(k)＝|P(j,k)
‑
P
′
(j,k)|，得到ε
j
(k)最小值对应的j
right
(k)序列值，k＝1,2,3,
…
,N；
[0028]5.2、计算j
right
(k)序列值的平均值作为ε
j
最小值对应的j
right
。
[0029]进一步地，步骤5中，当ε
j
最小值大于测量装置给定的测量精度时，选择大于m初始取值的数值对时间区域进行重新本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于积分电路的脉冲激光功率测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、搭建RC积分电路对脉冲激光辐照光电探测器产生的电压信号进行信号调理放大并转换为数字电压信号；步骤2、以采样间隔t
s
对积分电路输出的数字电压信号进行时序采样，根据采样得到的电压幅值大小，初步描绘单次脉冲辐照时间内积分电路输出电压信号幅值变化曲线，标记采样数据中电压幅值最大的采样点为第n个采样点；n为大于等于3的整数；所述采样间隔满足：0＜t
s
＜0.5t
w
，其中t
w
为待测脉冲宽度；步骤3、计算获取积分电路充电段激光功率值3.1、定义脉冲激光出光零时t
start
为时间轴上的0时刻，则第n
‑
1个采样点对应的时间区域为[t
w
‑
2t
s
，t
w
]，其对应的电压幅值为V
n
‑1；3.2、将时间区域[t
w
‑
2t
s
，t
w
]同样平均划分为m段，则对应区域内m+1个时间点值分别为t
w
‑
2t
s
+(2t
s
/m)*j，j＝0，1，2，...m，对应的电压幅值均为V
n
‑1；m为大于等于1的整数；3.3、将电压信号幅值V
n
‑1与m+1个时间点值代入充电段激光功率解析表达式P＝f(R，C，V，t)，计算得到充电段m+1个时间点值所对应的激光功率值P(j)序列；步骤4、计算获取积分电路放电段激光功率值4.1、根据采样间隔的设置，第n+1个采样点对应的时间区域为[t
w
，t
w
+2t
s
]，其对应的电压幅值为V
n+1
；4.2、将时间区域[t
w
，t
w
+2t
s
]平均划分为m段，对应区域内m+1个时间点值分别为t
w
+(2t
s
/m)*j，对应的电压幅值均为V
n+1
；4.3、将电压信号幅值V
n+1
与m+1个时间点值代入放电段激光功率解析表达式P
′
＝g(R，C，V，t)，计算得到放电段m+1个时间点值所对应的激光功率值P
′
(j)序列；步骤5、依次计算充电段与放电段m+1个时间点值所对应的激光功率值之差的绝对值ε
j
＝|P(j)
‑
P
′

【专利技术属性】
技术研发人员：王飞，王大辉，杨鹏翎，谢贤忱，陈绍武，张磊，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：