CN102706541B - 基于虚拟仪器的激光辐射器综合性能检测*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于虚拟仪器的激光辐射器综合性能检测***，能测量出反映激光器辐射器优劣的主要性能指标。包括同步单元、衰减单元、光轴稳定性和偏角测试单元、时间量测试单元、能量测试单元、电源单元、光束性能测试单元、激光辐射器组件以及测控计算机；其中同步单元提供整个测试***的时间基准，衰减单元完成输入光能和探测器动态范围的匹配，光轴稳定性和偏角测试单元通过CCD测量辐射器的多次激光发射的光轴稳定性和光轴偏差，时间量测试单元完成编码精度及脉冲波形的测试，能量测试单元完成激光辐射能量的测量，光束性能测试单元完成激光光束性能的各项测试，电源单元提供激光辐射器和测试计算机的供电。

Description

基于虚拟仪器的激光辐射器综合性能检测***

技术领域

本发明属于激光辐射器检测技术领域，涉及一种基于虚拟仪器的激光辐射器综合性能检测***。

背景技术

由于激光辐射器独特的光学性能在国防军事领域有重要的应用价值，如激光测距、照射，激光制导，激光雷达等。激光的应用离不开产生激光的装置——激光辐射器。衡量激光器优劣的主要性能指标，例如能量、功率和光束质量等，对其应用是至关重要的。因此，需要对激光器的主要性能指标进行精确的测量和分析。

在实际应用中关心的是有多少能量聚焦到焦平面一定范围内，或者有多少能量能够传输到一定距离处或空间范围内。比如激光测距机的最大测距能力丰要取决于传输到靶目标上的激光功率密度，目标上功率密度不仅与激光器输出的功率有关，而且在很大程度上取决于激光束的光束质量。激光发射功率相同的条件下，光束质量越好，目标处光束越集中，激光功率密度越大，测距机的测距能力越强；反之则越差。所以，在实际激光产品生产中，需要快速、准确测量激光辐射器的主要性能指标，以检测激光器件是否达到设计和应用要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于虚拟仪器的激光辐射器综合性能检测***，能测量出反映激光器辐射器优劣的主要性能指标，例如能量、功率、光束质量、光轴稳定性和偏差等。

该基于虚拟仪器的激光辐射器综合性能检测***，包括同步单元、衰减单元、光轴稳定性和偏角测试单元、时间量测试单元、能量测试单元、电源单元、光束性能测试单元、激光辐射器组件以及测控计算机；其中电源单元分别与测控计算机、激光辐射器组件连接，激光辐射器组件的输出与同步单元的输入连接，同步单元的输出与衰减单元的输入连接，衰减单元的输出分别与光轴稳定性和偏角测试单元、时间量测试单元、能量测试单元、光束性能测试单元的输入连接，光轴稳定性和偏角测试单元、时间量测试单元、能量测试单元、光束性能测试单元的输出与测控计算机连接；同步单元提供整个测试***的时间基准，衰减单元完成输入光能和探测器动态范围的匹配，光轴稳定性和偏角测试单元通过CCD测量辐射器的多次激光发射的光轴稳定性和光轴偏差，时间量测试单元完成编码精度及脉冲波形的测试，能量测试单元完成激光辐射能量的测量，光束性能测试单元完成激光光束性能的各项测试，电源单元提供激光辐射器和测试计算机的供电。

上述单元排布在防震基准平台上。

本发明的有益效果：

1、标准接口平台：提供统一的测试软件标准接口和连接平台，采用专用于测控领域的LabVIEW软件进行开发。

2、高度灵活性：可以容纳任何ATE***配置，可快速的更换夹具或被测对象。

3、高度可靠性：测试***可以插拔上千次。

4、高度集成性：可在同一测试***中集成几套甚至是上百套测试设备。

5、高度同步性：利用PXI机箱背板的同步触发时钟可测试***中严格进行同步、同时以及实时在线测试。

6、最低的整体使用费用：在测试***的使用寿命内，提供最低的连接费用。

附图说明

图1为本发明基于虚拟仪器的激光辐射器综合性能检测***硬件组成框图；

图2为本发明基于虚拟仪器的激光辐射器综合性能检测***模块组成示意图；

图3为激光辐射器光轴稳定性和偏角测量光路图；

图4为基于虚拟仪器的硬件结构层次图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明的技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本发明的***整体按模块化设计，各自具有独立的功能，以方便***的安装、调试、维护、扩展等。

光轴稳定性和偏角测试单元中辐射器光轴稳定性测量光路图如3所示，测量由CCD成像***完成。该单元由准直物镜、CCD接收***等组成，安装在精密调整基座上。分别测量激光辐射器多次发射激光的光斑中心在CCD靶面的位置，求出多个位置的偏差量Δx、Δy，根据透镜的焦距f′可求出光轴稳定性的角度偏差Δθ_x、Δθ_y：

${\mathrm{\Δ\θ}}_x=\frac{\mathrm{\Δx}}{f^{\′}}$ ${\mathrm{\Δ\θ}}_y=\frac{\mathrm{\Δy}}{f^{\′}}$ $\mathrm{\Δ\θ}=\sqrt{\frac{{\mathrm{\Δx}}^2+{\mathrm{\Δy}}^2}{f^{\′}}}---\left(1\right)$

按照国标的定义，光轴应该是光斑最密集的中心。因此利用质心法测量一段时间内的激光光斑质心Δx_i、Δy_i。然后将Δx_i、Δy_i由小到大排序并代入上式可求解激光发射光轴的稳定性。

对于激光辐射器发射光轴和安装基准面的偏角测量，首先测量并记录安装基准面在CCD焦面的成像位置，然后记录发射激光时CCD焦面上激光光斑的位置，可以计算出发射光轴和安装基准面的偏角。CCD采用德国AVT公司数字摄像机，它所形成的视频数字信号通过IEEE1394数据卡进行采集。

能量测试单元利用带电控光阑能量计测量激光能量，衰减器选取合适的衰减比，使最大能量密度及最大功率密度在探头允许范围。调整合适的量程正确测出激光能量。能量计放置于高速响应探头和电控光阑后，通过分光***的透射光测量能量，这里测量的相对值，通过标定得出激光器输出能量的绝对值。GB/T15175-94-6.1中规定能量测量是多次测量的平均值：

$Q_{\mathrm{out}}=\frac{1}{{\mathrm{\τ}}_n}\×\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_{\mathrm{out},i}---\left(2\right)$

式中，Q_out激光器输出能量：Q_out,i第i次测量能量；τ_n衰减片的透射比；n同一输入能量的测量总次数。在***中能量计作为一个独立的单元模块，具备独立的测试功能，能够直接和计算机通过RS232通信，读取测量结果。

时间量测试单元包括脉冲波形和编码精度，时间测量采用快速响应探头+示波器+频率计，通过分光***反射镜漏光取样进行测量。采用快速探测器(光电二极管)，将光脉冲信号转换成电脉冲：用宽带传输线(快速电缆)无失真地将电脉冲信号输送到高带宽示波器和频率计上，进行数据处理，实时显示并计算出脉冲波形、宽度、重复频率等时间量，数字示波器和频率计能够和计算机直接通信接口，便于测量数据的获取。

光束性能测试单元利用激光光束分析测试***完成光束质量的测量，如：二维光强图像、能量分布均匀性等。该***的摄像头非常适合于光斑质量分析仪***，并可用于高质量影像记录。

如图4所示，虚拟仪器的硬件平台由计算机和接口模块两部分组成。按照接口总线的不同，根据本***的实际配置情况，虚拟仪器的接口模块可分为RS232接口模块和IEEE1394接口模块。接口模块的主要完成被测信号的采集、调理和模数转换。从虚拟仪器的硬件结构上，可以看出它以计算机为核心，在其基础上支持多种接口设备，数字CCD（AVT Guppy摄像机）、数字CCD（用于光束质量分析测量的摄像头）、波形分析仪、能量计，从而构成了激光性能和脉冲编码精度综合测量***。从另一个角度来说，这种基于虚拟仪器的方式已冲破了单个仪器的概念，完全可以实现多种不同仪器的协同工作。

Claims (3)

1.基于虚拟仪器的激光辐射器综合性能检测***，其特征在于：包括同步单元、衰减单元、光轴稳定性和偏角测试单元、时间量测试单元、能量测试单元、电源单元、光束性能测试单元、激光辐射器组件以及测控计算机；所述测控计算机为中心PXI计算机；

其中电源单元分别与测控计算机、激光辐射器组件连接，激光辐射器组件的输出与同步单元的输入连接，同步单元的输出与衰减单元的输入连接，衰减单元的输出分别与光轴稳定性和偏角测试单元、时间量测试单元、能量测试单元、光束性能测试单元的输入连接，光轴稳定性和偏角测试单元、时间量测试单元、能量测试单元、光束性能测试单元的输出与测控计算机连接；同步单元利用PXI机箱背板的同步触发时钟，提供整个测试***的时间基准；衰减单元完成输入光能和探测器动态范围的匹配，光轴稳定性和偏角测试单元通过CCD测量辐射器的多次激光发射的光轴稳定性和光轴偏差，时间量测试单元完成编码精度及脉冲波形的测试，能量测试单元完成激光辐射能量的测量，光束性能测试单元完成激光光束性能的各项测试，电源单元提供激光辐射器和测试计算机的供电；

所述光轴稳定性和偏角测试单元中辐射器光轴稳定性测量由准直物镜、CCD接收***组成，安装在调整基座上；分别测量激光辐射器多次发射激光的光斑中心在CCD靶面的位置，求出多个位置的偏差量Δx、Δy，根据透镜的焦距f′可求出光轴稳定性的角度偏差Δθ_x、Δθ_y：

$\begin{array}{ccc}{\mathrm{\Δ\θ}}_x=\frac{\mathrm{\Δx}}{f^{\′}}& {\mathrm{\Δ\θ}}_y=\frac{\mathrm{\Δy}}{f^{\′}}& \mathrm{\Δ\θ}=\frac{\sqrt{{\mathrm{\Δx}}^2+{\mathrm{\Δy}}^2}}{f^{\′}}\end{array}---\left(1\right)$

光轴为光斑最密集的中心，利用质心法测量一段时间内的激光光斑质心Δx_i、Δy_i，然后将Δx_i、Δy_i由小到大排序并代入上式求解激光发射光轴的稳定性。

2.如权利要求1所述的基于虚拟仪器的激光辐射器综合性能检测***，其特征在于：时间量测试单元包括脉冲波形和编码精度测试，采用快速响应探头+示波器+频率计的形式，通过分光***反射镜漏光取样进行测量，采用光电二极管将光脉冲信号转换成电脉冲：用宽带传输线将电脉冲信号输送到高带宽示波器和频率计上，进行数据处理，实时显示并计算出脉冲波形、宽度、重复频率时间量，数字示波器和频率计和测控计算机连接，用于测量数据的获取。

3.如权利要求1所述的基于虚拟仪器的激光辐射器综合性能检测***，其特征在于：上述各单元排布在防震基准平台上。