大量程激光功率测量系统的研究

论文摘要

二氧化碳激光器广泛应用于激光雕刻机、激光切割机等各种激光加工设备与医疗、军事武器、环境测量等各个领域,激光器功率是评定激光器质量和寿命的关键参数,在工业、科研等领域对激光功率测量有着广泛的需求。围绕激光器的功率测量,本文主要开展了以下研究工作。首先,分析了目前常用的激光功率测量方式及其各自的适用范围,考虑到本课题对探测器的要求,设计了一种新型的激光功率测量方案。针对该方法,进行了相关理论分析及初步实验,验证了该方法的可行性。其次,设计了功率传感器。该传感器由激光能量吸收体和AD590组成,论文详述了吸收体的材料、工艺,以及传感器芯片与吸收体的安装方式。通过对吸收体的特定形貌加工,实现了吸收体的自发散热,而不需额外的散热设备,同时通过对吸收体进行表面处理,极大改良了吸收体对激光的吸收率。再次,对系统的信号处理电路进行了细致的研究分析,包括信号调理电路设计、器件选型、单片机及其外围电路设计和系统的软件程序开发。设计了AD590的驱动电路,完成输出信号的I/V转换,同时进行初步放大,改善了信号处理的速度。通过优化微分电路及低通滤波电路,抑制高频增益和减少输出噪声,提高了测量结果的精确度。最后,分析了系统的误差并对系统进行进一步的优化。补偿了传感器的非线性,对系统进行了标定,研究了电路噪声的处理办法。经分析计算,系统的误差小于2%,符合相关标准及设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 引言
• 1.1 本课题的研究目的与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 激光加工现状
• 1.2.2 激光功率检测标准及现状
• 1.3 主要研究内容
• 第2章 系统的检测原理研究
• 2.1 辐射原理
• 2.2 参数测量
• 2.3 功率测量研究
• 2.3.1 测量方法
• 2.3.2 测量理论
• 2.3.3 测量系统性能
• 2.4 本章小结
• 第3章 系统的测量装置设计
• 3.1 方案研究
• 3.2 设计探测传感器
• 3.2.1 传感器工作原理
• 3.2.2 激光能量吸收体
• 3.2.3 传感器芯片选型
• 3.3 本章小结
• 第4章 信号处理系统设计
• 4.1 总体设计
• 4.2 主要芯片
• 4.2.1 处理器和传感器芯片
• 4.2.2 其它元器件
• 4.3 单片机外围电路
• 4.3.1 信号调理电路
• 4.3.2 单片机及接口
• 4.3.3 串口通信及显示
• 4.4 系统软件的设计
• 4.4.1 总体设计
• 4.4.2 主程序设计
• 4.4.3 省电模式
• 4.5 本章小结
• 第5章 系统调试和误差分析
• 5.1 激光信号测量系统的建立
• 5.2 系统调试实验
• 5.2.1 传感器的线性补偿
• 5.2.2 系统的标定
• 5.2.3 系统统一调试
• 5.3 系统测试误差分析
• 5.3.1 误差分析
• 5.3.2 电路噪声处理
• 第6章 全文总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录1
• 附录2