对全固态激光器热分布进行实时在线检测的系统技术方案

本发明专利技术涉及全固态激光器的热分布在线检测系统，包括：安装于ＤＰＳＳＬ各被测部位的ｎ路温度传感器，温度采集模块、稳压电源模块和中央控制单元；其中，温度传感器所采集到的信号，经温度采集模块放大，由其实现ｎ个温度信号的时间同步后，转换为中央控制单元可识别的数据；所输出的数字量数据被中央控制单元接收存储，由其实现ｎ组温度数据与时间的关系分析后，中央控制单元将数据储存、处理后将结果进行显示，用户可根据数据分析结果通过所述的中央控制单元调节冷却参数，由此实现被测对象热分布的在线实时检测。具有测试精度高、反馈时间短、操作界面友好等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种激光器热分布检测系统，特别是涉及一种应用于全固态激光器的对热分布进行实时在线检测的系统。
技术介绍
近年来，基于激光二极管泵浦技术的全固态激光器(Diode Pumped SolidState Laser，以下简称DPSSL)发展迅猛，因其结构紧凑、废热少、重量轻、寿命长、稳定性好等特点在工业加工、航空航天、国防工业及医疗等领域逐步取代传统的灯泵浦固体激光器。随着其在各个领域应用的深入，如何提高全固态激光器的稳定性、如何完善产品设计水平、装校和调试技术，成为DPSSL产品研制和生产厂商共同关注的问题。 在影响激光器输出稳定性的因素中，热效应带来的有害影响最为显著。尤其随着激光器功率的不断提高以及体积的缩小，热管理系统的设计显得尤为重要。该系统的设计目标为维持激光器各光学组件的温度在安全许可范围内，以保证激光器安全运行。在全固态激光器中，热管理系统主要涉及三大方面泵浦源激光二极管(Laser Diode，以下简称LD)、激光介质/倍频晶体、其它光学元件，它们对温度波动范围的要求以及散热功耗不尽相同。其中，前两者是设计热管理系统时需要重点考虑的对象。 LD作为DPSSL系统中最主要的热源，由于其发射波长会随温度漂移(温漂系数为0.3nm/℃)，从而会影响到泵浦效率的高低，因此LD的温控技术一直是相关领域研究的热点。同时，泵浦光被激光介质/倍频晶体吸收时，只有一部分能量转化为输出激光的光能，其余大部分能量成为废热沉积在激光介质/倍频晶体中。为了维持激光器的正常运转，必须采取必要的冷却手段。由此带来的热致效应会导致激光光束质量和输出功率下降，严重时造成激光介质/倍频晶体破坏。此外，在高平均功率DPSSL中，各种光学元件受热扰动而对输出光束产生的不良影响也是造成整个激光系统失稳的一个原因。 在现有技术中，LD的温控技术比较成熟，例如在CN101174155中，公开了一种半导体激光器的温度控制系统，能够实现半导体激光器温度的自动控制。而涉及到激光介质的温度分析一般则以经验设计为主导，模拟计算为辅(参见中国激光34卷第2期pp.176-180，光子学报33卷第4期pp.400-404等)，通常只能给出趋势判断，无法定量和实际情况一致。总之，这些方法只是实现了单一研究对象的热管理或热分析，并不能将DPSSL各光学组件的热分布情况对激光输出的影响有机的联系在一起。而在实际应用中，用户需要一种能够同时实现DPSSL系统中不同部位热分布状态检测或控制的手段，并实时掌握各个被测对象温度的动态变化，从而在冷却系统可靠性和激光器输出稳定性之间建立系统级的联系。
技术实现思路
本专利技术目的是克服上述现有技术中存在的缺陷，为了同时满足科研用大型复杂激光器的装校和工业激光器在线调试的需求，从而提供一种适用于全固态激光器的对热分布进行实时在线检测的系统，该检测系统可以在线实时检测激光器各被测对象的温度，并能够提供多个被测对象的温度-时间特性曲线，用户根据数据分析结果判断各被测对象热平衡的一致性，进而调整相应的冷却参数，由此在全固态激光器多个光学元件热效应之间建立关联，便于用户直观掌握全固态激光器系统的热特性。 为实现上述目的，本专利技术的技术解决方案如下 本专利技术提供的对全固态激光器的热分布实时在线检测系统，包括 安装于DPSSL中各被测部位的n路温度传感器，用于采集被测部位的温度信号，其中n为整数，1≤n≤16； 温度采集模块所述的温度采集模块由数据采集模块和接口转换模块组成，通过标准RS485连接线实现二者之间的通讯；该数据采集模块具有和n路温度传感器匹配的n个数据传输通道；接口转换模块利用内置的微处理器控制A/D转换器，将温度传感器采集到的模拟信号转换为RS485数字信号，并实现信号同步后，通过接口转换模块转换为中央控制单元可识别的RS232信号，并实现多路信号的时间同步及与上位机的中央控制单元进行通讯； 稳压电源模块向温度采集模块提供所需直流电压； 中央控制单元用于接收、储存温度采集模块的温度输出值，并对数据进行处理和分析，将数据分析结果以图形或数据列表形式提供给用户； 其中，所述的温度传感器所采集到的信号，经温度采集模块放大，由其实现n个温度信号的时间同步后，转换为中央控制单元可识别的数据；所输出的数字量数据被中央控制单元接收存储，由其实现n组温度数据与时间的关系分析后通过输出界面提供给用户；用户根据测试结果，能够实时掌握DPSSL各被测部位的温度变化。 在上述的技术方案中，还包括一用于维持泵浦源LD温度或疏散全固态激光器系统中热量的冷却系统；所述的冷却系统与中央控制单元电连接，中央控制单元还能够实现对冷却系统参数的调节。 在上述的技术方案中，所述的冷却系统可以为液体冷却系统，也可以为气体冷却系统或传导散热装置。 在上述的技术方案中，所述的数据采集模块为商用数据采集模块ADAM4013。 在上述的技术方案中，所述的接口转换模块为商用ADAM4521转换模块。 在上述的技术方案中，所述的温度传感器为接触式温度传感器，可以是热电偶传感器、数字温度传感器、模拟集成温度传感器，或者是其它任何一种可以实现温度动态测试的温度传感器。 在上述的技术方案中，被测对象可以是激光介质、非线性晶体、用于冷却激光介质的冷却介质、泵浦源LD、用于冷却泵浦源LD的冷却介质，也可以是全固态激光器系统中其它任何会产生热效应的光学元件及散热器件。 在上述的技术方案中，所述的中央控制单元包括数据显示模块、数据分析模块和参数控制模块；其中， 所述的数据显示模块，提供数据输出和图形显示功能；能够将中央控制单元获取的温度数据以列表形式输出到显示设备，并可将数据保存为后缀为txt或excel格式的文件； 所述的数据分析模块，能够按用户设定的采样周期和采样频率做出温度-时间曲线，并将n个被测对象的温度-时间曲线绘制在同一显示区域内；曲线结果保存为BMP格式； 所述的参数控制模块，提供用户设置冷却系统的各项冷却参数和所述的采样指令；所述的冷却参数为冷却液体的温度、流量、压力，或是冷却气体的流量和压力。 与已有技术相比，本专利技术具有如下的优点 1.本专利技术提供的对全固态激光器热分布进行实时在线检测的系统，使用户能够全面掌握全固态激光器系统中各光学组件及散热器件的温度变化情况，改变了现有技术只能单独检测少数被测点的现状。 2.本专利技术的系统能够将多个被测对象的动态热特性关联在一起，将温度-时间的处理结果直观的提供给用户，使其能够实时掌握各被测对象热平衡情况；根据该处理结果对冷却参数进行调节控制，从而使各被测对象的热平衡点趋于一致，从而提高了系统输出的稳定性。 3.本专利技术的系统测试精度高、反馈时间短和操作界面友好，结合现代化测试技术和控制技术，整个系统的可靠性和稳定性较好。 4.本专利技术的系统中用于检测温度的温度传感器可选种类较多，便于用户根据自身的测试需要选择。 5.本专利技术的系统应用范围广，除了用于科研单位全固态激光器的研制之外，还可推广到激光器制造企业全固态激光器产品的生产线中，在提高在线装校和调试速度的同时，还可以提高产品质量及生产效率。 6.将本专利技术的系统纳入全固态激光器的调试系统中，提高了全固态激光器的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对全固态激光器的热分布进行实时在线检测的系统，包括：　安装于全固态激光器中各被测部位的ｎ路温度传感器，用于采集被测部位的温度信号，其中ｎ为整数，１≤ｎ≤１６；　温度采集模块：所述的温度采集模块由数据采集模块和接口转换模块组成 ，通过标准ＲＳ４８５连接线实现二者之间的通讯；该数据采集模块具有和ｎ路温度传感器匹配的ｎ个数据传输通道；接口转换模块利用内置的微处理器控制Ａ／Ｄ转换器，将温度传感器采集到的模拟信号转换为ＲＳ４８５数字信号，并实现信号同步后，通过接口转换模块转换为中央控制单元可识别的ＲＳ２３２信号，并实现多路信号的时间同步及与上位机的中央控制单元进行通讯；　稳压电源模块：向温度采集模块提供所需的直流电压；　中央控制单元：用于接收、储存温度采集模块的温度输出值，并对数据进行处理和分析 ；　其中，所述的温度传感器所采集到的信号，经温度采集模块放大，由其实现ｎ个温度信号的时间同步后，转换为中央控制单元可识别的数据；所输出的数字量数据被中央控制单元接收存储，由其实现ｎ组温度数据与时间的关系分析后，中央控制单元将数据储存、 处理后将结果进行显示，用户可根据数据分析结果通过所述的中央控制单元调节冷却参数，由此实现被测对象热分布的在线实时检测。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：樊仲维，侯立群，张正祥，张晶，郝亮，郭芳，季鸿鸣，
申请(专利权)人：北京国科世纪激光技术有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]