CN117433631B - 光纤激光器正反光解算装置、解算方法和应用方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了光纤激光器正反光解算装置、解算方法和应用方法，本申请中包括：顺序设置的输入端光电传感器、传输效率非互易光学器件和输出端光电传感器，输入端光电传感器和输出端光电传感器用于接收光纤的散射光；采集计算模块接收输入端光电传感器和输出端光电传感器监测到光纤散射的光强信号；采集计算模块用于依据光强信号转换为输入端光电传感器和输出端光电传感器的探测光功率值，再依据传输效率非互易光学器件的正向传输效率和反向传输效率和探测光功率值获取正向光功率值、反向光功率值和回返光功率值。实现在具有回返光干扰的场景下准确解算出所监测光纤中正向传输的光功率、反向传输的光功率和回返光的光功率。

Description

光纤激光器正反光解算装置、解算方法和应用方法
技术领域
本申请涉及光纤激光器，具体涉及光纤激光器正反光解算装置、解算方法和应用方法。
背景技术
光纤激光器因光束质量好、效率高、结构紧凑、易维护等特点被广泛应用于焊接、切割等领域。
在激光切割和焊接过程中，铜合金、铝合金等材料对激光有极强的反射效果，虽然在光纤激光器的激光输出头可以对加工工件表面反射至光纤激光器的光进行部分衰减，但是最终仍将有部分反射光会穿过激光输出头沿输出光纤进入到光纤激光器主体内部。前述进入光纤激光器主体内部的外部反射光称为回返光。
当回返光过强时，可能会造成光纤激光器内部光学器件损坏，因此需要对回返光进行监控并在回返光过强时进行安全联锁，避免光纤激光器损坏。当回返光功率在光纤激光器耐受能力以内时，回返光会使光纤激光器内部的光电传感器受到正向传输的输出激光和反向传输的反向光的共同影响，造成依据光电传感器采样值计算出的激光功率高于实际输出激光功率，进而干扰所有以光电传感器采样值计算出的激光功率为基础做的软件控制策略的效果，包括但不限于对光纤激光器输出功率进行闭环稳定控制，对光纤激光器输出功率异常进行安全联锁等等。
这种干扰会影响光纤激光器长期工作的可靠性以及输出功率的稳定性，进而影响激光加工效果的一致性，降低加工工件产品良率，这对大批量工艺一致性要求很高的应用有着严重的影响。
因此，亟需光纤激光器正反光解算装置、解算方法和应用方法。
发明内容
本申请光纤激光器正反光解算装置、解算方法和应用方法，解决现有技术中的问题。
第一方面，本申请提供一种光纤激光器正反光解算装置，所述光纤激光器正反光解算装置设置在激光子束模块与激光输出头之间，包括：
顺序设置的输入端光电传感器、传输效率非互易光学器件和输出端光电传感器，其中，输入端光电传感器设置在激光子束模块的输出光纤上，输出端光电传感器设置在传输效率非互易光学器件的输出光纤上，输入端光电传感器和输出端光电传感器用于接收光纤的散射光；
设置采集计算模块有线或无线连接输入端光电传感器和输出端光电传感器；
所述采集计算模块接收输入端光电传感器和输出端光电传感器监测到光纤散射的光强信号；
所述采集计算模块用于依据光强信号转换为输入端光电传感器和输出端光电传感器的探测光功率值，再依据传输效率非互易光学器件的正向传输效率和反向传输效率和所述探测光功率值获取正向光功率值、反向光功率值和回返光功率值。
进一步的，所述传输效率非互易光学器件的激光正向传输效率不等于其反向传输效率，所述传输效率非互易光学器件具体包括输入输出光纤均带有包层光剥离器的N路输入1路输出的N×1信号合束器，或者输入输出光纤均带有包层光剥离器且输入光纤芯径小于输出光纤芯径的1路输入1路输出的非等径光纤器件，其中N为正整数。
进一步的，所述采集计算模块包括：光功率计算单元、传输效率标定单元和正反向光功率分离单元；
正反向光功率分离单元分别接收传输效率标定单元、光功率计算单元数据；
光功率计算单元将输入端光电传感器和输出端光电传感器采集到的所监测光纤散射出的光强信号，即输入端光电传感器和输出端光电传感器的采样值，转换为对应的探测光功率值，并发送至正反向光功率分离单元；
传输效率标定单元标定并存储所述传输效率非互易光学器件的正向传输效率和反向传输效率，并发送至正反向光功率分离单元；
所述正反向光功率分离单元依据所述正向传输效率和反向传输效率与所述探测光功率值获取正向光功率值、反向光功率值和回返光功率值。
进一步的，所述光功率计算单元用于将输入端光电传感器和输出端光电传感器的采样值转换为对应的探测光功率值，包括：
光功率计算单元将N个输入端光电传感器、记为{PDn,n＝1,2,…,N}的采样值，以及1个输出端光电传感器、记为PD0的采样值利用预先标定的对应关系转换得到(N+1)个与光电传感器所监测光纤中传输激光功率相一致的探测光功率值{Pn,n＝0,1,…,N}，其中N为正整数。
进一步的，所述传输效率标定单元，具体用于：在光纤激光器出厂前或者维修后完成传输效率非互易光学器件的正向传输效率和反向传输效率的标定；在完成标定后光纤激光器启动进行初始化时将N个正向传输效率{α1,α2,…,αN}和N个反向传输效率{β1,β2,…,βN}从传输标定单元的存储单元中读取出来，提供给正反方向光功率分离单元使用。
进一步的，所述正反向光功率分离单元，具体用于：根据光功率计算单元得到的(N+1)个探测光功率值{Pn,n＝0,1,…,N}并读取传输效率标定单元提供的N个正向传输效率{α1,α2,…,αN}和N个反向传输效率{β1,β2,…,βN}，分别解算出存在回返光时各激光子束模块输出光纤上传输的正向光功率值{X1,X2,…,XN}，反向光功率值{Y1,Y2,…,YN}，传输效率非互易光学器件输出光纤上的正向光功率值X0以及回返光功率值Y0；
N个输入端光电传感器获得的探测光功率值{Pn,n＝1,…,N}对应于N个激光子束输出光纤传输的光功率，亦对应于传输效率非互易光学器件N个输入光纤中传输的光功率；1个输出端光电传感器获得的探测光功率值P0对应于传输效率非互易光学器件的输出光纤传输的光功率，依据物理模型以及各变量的定义可知，当同时存在正向传输激光和回返光时，探测光功率值Pn为激光子束模块n输出的正向光功率值与回返光功率值乘以对应第n路的反向传输效率之和，探测光功率值P0为回返光功率与所有激光子束模块的正向光功率值分别乘以其对应的正向传输效率乘积之和，即各变量满足如下关系：
根据式1可以获取到式2，即解算出存在回返光时各激光子束模块输出光纤上传输的正向光功率值{X1,X2,…,XN}，反向光功率值{Y1,Y2,…,YN}，传输效率非互易光学器件输出光纤上的正向光功率值X0以及回返光功率值Y0：
进一步的，所述光功率计算单元，具体用于：
在光纤激光器出厂前或者维修后，预先标定输入端光电传感器和输出端光电传感器，即预先建立输入端光电传感器/输出端光电传感器的采样值和所监测光纤传输激光的光功率测试值对应表，即采样功率对应表，并将采样功率对应表写入到光功率计算单元的存储器中；
在完成标定后激光器启动进行初始化时，根据从光功率计算单元的存储单元中读取到的所有输入端光电传感器和输出端光电传感器的采样功率对应表，计算所有采样功率对应表中每两个光电传感器采样值记录之间的斜率；
在完成标定后激光器输出激光时，根据所有光电传感器的采样值以及从光功率计算单元获取到的采样功率对应表、初始化阶段计算出的斜率，计算所有光电传感器采样值对应的探测光功率值：逐一比较所有光电传感器的采样值与对应的采样功率对应表中的采样值记录，当光电传感器的采样值介于两次连续的光电传感器采样值记录之间时，依据这两次连续记录所对应的光电传感器采样值记录、光功率测试值记录和斜率，求解所述光电传感器采样值对应的探测光功率值；当为光电传感器的采样值大于对应的采样功率对应表中的最后一个光电传感器采样值记录时，依据最后一个光电传感器采样值记录、光功率测试值和斜率，求解所述光电传感器采样值对应的探测光功率值。
第二方面，本申请提供一种光纤激光器正反光解算方法，包括如下步骤：
C1、预先进行光纤激光器出厂前或者维修后的标定过程，获取N个输入端光电传感器的采样功率对应表，获取1个输出端光电传感器的采样功率对应表；
C2、预先进行光纤激光器出厂前或者维修后的标定过程，获取传输效率非互易光学器件的正向和反向传输效率值；
C3、在激光器输出激光前，将正向传输效率和反向传输效率从传输标定单元的存储单元中读取出来，提供给正反方向光功率分离单元使用；
C4、在激光器输出激光前，依据输入端光电传感器和输出端光电传感器的采样功率对应表，建立各传感器的采样值与探测光功率之间的函数关系；
C5、在激光器输出激光时，依据各传感器的采样值与探测光功率之间的函数关系，将输入端光电传感器和输出端光电传感器的采样值通过采样功率对应表将其转换为探测光功率值，提供给正反方向光功率分离单元使用；
C6、令激光器各激光子束模块输出光纤中正向光功率值为{X1,X2,…,XN}，各激光子束模块输出光纤中反向光功率值为{Y1,Y2,…,YN}，经过非互易光学器件输出光纤的正向光功率值为X0，经过非互易光学器件输出光纤的回返光功率值为Y0，N个输入端光电传感器获得的探测光功率值即N个激光子束输出光纤传输的光功率亦即传输效率非互易光学器件N个输入光纤中传输的光功率值为{P1,P2,…,PN}，1个输出端光电传感器获得的探测光功率值即传输效率非互易光学器件的输出光纤传输的光功率为P0，传输效率非互易光学器件N个正向传输效率为{α1,α2,…,αN}，传输效率非互易光学器件N个反向传输效率为{β1,β2,…,βN}，依据物理模型以及各变量的定义，各变量满足如下关系：
整理得式2，
根据式2，正反向光功率分离单元可根据光功率计算单元提供的由(N+1)个光电传感器采样值换算得到的(N+1)个探测光功率值{Pn,n＝0,1,…,N}，结合传输效率标定单元提供的N个正向传输效率{α1,α2,…,αN}和N个反向传输效率{β1,β2,…,βN}，分别解算出存在回返光时各激光子束模块输出光纤上传输的正向光功率值{X1,X2,…,XN}，反向光功率值{Y1,Y2,…,YN}，传输效率非互易光学器件输出光纤上的正向光功率值X0以及回返光功率值Y0。
进一步的，还包括：
所述预先进行光纤激光器出厂前或者维修后的标定过程，获取N个输入端光电传感器的采样功率对应表，获取1个输出端光电传感器的采样功率对应表；具体包括：
A1、在光纤激光器出厂前或者维修后对N个输入端光电传感器，记为{PDn,n＝1,2,…,N}，N为正整数，进行预先标定：
将PDn安装在激光子束模块n的输出光纤上，使用光功率计测试激光子束模块n正向传输的激光功率，此时由光功率计获得的光功率测试值等于PDn所监测光纤当前传输的激光功率值，控制激光子束模块输出功率从0％到100％以固定步长x％逐步增加，输出功率每增加一次就测试并记录当前输出功率下的PDn的采样值和光功率测试值，其中第m次记录的PDn的采样值记为Vnm，第m次记录的光功率测试值记为Rnm，一共M组数据；
测试完成之后，将PDn标定过程所获取的采样值和光功率测试值对应表，即采样功率对应表，写入到光功率计算单元的存储器中，并依次完成所有N个输入端光电传感器的预先标定和相应的采样功率对应表的存储；
A2、在光纤激光器出厂前或者维修后对输出端光电传感器，记为PD0，进行预先标定：
将N个激光子束模块的输出光纤连接传输效率非互易光学器件的输入光纤，将PD0安装在传输效率非互易光学器件的输出光纤上，使用光功率计测试激光子束模块经传输效率非互易光学器件正向传输的激光功率，此时由光功率计获得的光功率测试值等于PD0所监测光纤当前传输的激光功率值，同时控制所有激光子束模块输出功率同时从0％到100％以固定步长x％逐步增加，输出功率每增加一次就记录当前输出功率下PD0的采样值和光功率测试值，其中第m次记录的PD0的采样值记为V0m，第m次记录的光功率测试值记为R0m，一共M组数据；
测试完成之后，将光电传感器PD0标定过程所获取的采样功率对应表写入到光功率计算单元的存储器中。
进一步的，所述在激光器输出激光前，依据输入端光电传感器和输出端光电传感器的采样功率对应表，建立各传感器的采样值与探测光功率之间的函数关系，具体包括：
A3、在激光器输出激光前，将N个输入端光电传感器和1个输出端光电传感器的采样功率对应表从光功率计算单元的存储单元中读取出来，然后计算每两个点之间的斜率Knm，其中，下标n对应依据输入端/输出端PDn的采样功率对应表计算的结果，n＝0,1,…,N，计算方式为：当m<M时Knm＝(Rn(m+1)-Rnm)/(Vn(m+1)-Vnm)，当m＝M时，KnM＝Kn(M-1)；
其中，N个输入端光电传感器，记为PDn，n＝1,2,…,N，N为正整数，其中第m次记录的PDn的采样值记为Vnm，第m次记录的光功率测试值记为Rnm，N个输入端光电传感器采样功率对应表内均有M组数据；输出端光电传感器，记为PD0，其中第m次记录的PD0的采样值记为V0m，第m次记录的光功率测试值记为R0m，一共M组数据；
所述在激光器输出激光时，依据各传感器的采样值与探测光功率之间的函数关系，将输入端光电传感器和输出端光电传感器的采样值通过采样功率对应表将其转换为探测光功率值，提供给正反方向光功率分离单元使用；
具体包括：
A4、在激光器输出激光时，光功率计算单元获取到所有光电传感器的采样值
{Un,n＝0,1,…,N}，其中Un对应PDn的采样值，将Un与输入端PDn的采样功率对应表中的采样值逐个进行比较，找到一个序号l使得Un≥Vnl同时Un<Vl+1，当l＝M为最后一个点时Vl+1不存在，此时满足Un≥VM；
A5、根据找到的序号l获取对应的Vnl、Rnl、Knl，计算出在激光器输出激光时PDn采样值对应的探测光功率值Pn，计算方式为：Pn＝Rnl+(Un-Vnl)Knl。
进一步的，所述预先进行光纤激光器出厂前或者维修后的标定过程，获取传输效率非互易光学器件的正向和反向传输效率值，具体包括：
B1、在激光器完成所有输入端光电传感器和输出端光电传感器的预先标定之后，将激光器激光输出到无回返光的收光设备，当n＝N＝1时，控制激光子束模块n输出，当N>1时，依次控制激光子束模块n输出而其余激光子束模块不输出，其中n＝1,…,N；将激光子束模块n输出光纤上的PDn以及传输效率非互易光学器件输出光纤上的PD0的采样值送入光功率计算单元，依据所述A3、所述A4、所述A5的步骤计算出PDn探测到的光纤中传输激光的功率值即激光子束n输出到非互易光学器件第n路输入的正向激光功率值Pn，依据光功率计算单元中所述的A3-A5的步骤计算出PD0探测到的光纤中传输激光的功率即正向激光经过传输效率非互易光学器件后的激光功率值P0，使用P0除以Pn即可得到对应传输效率非互易光学器件第n路输入的正向传输效率αn，从1到N依次改变n的取值重复上面的步骤，即可完成对应传输效率非互易光学器件所有N路的正向传输效率标定，得到N个正向传输效率{α1,α2,…,αN}；
B2、将反向效率测试光源的输出光纤连接到传输效率非互易光学器件的输出光纤上，反向效率测试光源的输出光纤与传输效率非互易光学器件的输出光纤为同一规格，控制所有激光子束模块无输出，将所有N个输入端光电传感器以及1个输出端光电传感器的采样值送入光功率计算单元，依据功率计算单元中所述的A3-A5的步骤计算出PD1至PDN所有N个输入探测器探测到的光纤中传输激光的功率即反向效率测试光源输出的反向激光经过传输效率非互易光学器件后进入激光子束n的激光功率值{Pn,n＝1,…,N}，以及PD0探测到的光纤中传输激光的功率即反向效率测试光源输出的反向激光进入传输效率非互易光学器件的激光功率值P0，将所有{Pn,n＝1,…,N}分别除以P0即可得到对应传输效率非互易光学器件的得到N个反向传输效率值{β1,β2,…,βN}；
B3、将所述传输效率非互易光学器件的N个正向传输效率{α1,α2,…,αN}和N个反向传输效率{β1,β2,…,βN}写入传输效率标定单元的存储器中。
第三方面，本申请提供一种应用如第一方面任一所述一种光纤激光器正反光解算装置的抗回返光干扰方法，包括控制模块，所述正反向光功率分离单元根据传输效率标定单元提供的正向传输效率和反向传输效率，以及光功率计算单元提供的探测光功率值，解算出正向光功率值、反向光功率值和回返光功率值，并将正向光功率值、反向光功率值和回返光功率值传输给光纤激光器的所述控制模块；
所述控制模块基于接收数据、控制并对光纤激光器实现安全联锁；
操作控制模块基于所述的一种光纤激光器正反光解算装置计算出的正向光功率值，分别以各激光子束模块输出光纤中传输的正向光功率值为控制对象，通过闭环反馈控制算法调整各激光子束模块内部的泵浦驱动单元的输出电流，对各激光子束模块的输出功率进行闭环控制。
第四方面，本申请提供一种应用如第一方面任一所述一种光纤激光器正反光解算装置的安全联锁方法，包括控制模块，所述正反向光功率分离单元根据传输效率标定单元提供的正向传输效率和反向传输效率，以及光功率计算单元提供的探测光功率值，解算出正向光功率值、反向光功率值和回返光功率值，并将正向光功率值、反向光功率值和回返光功率值传输给光纤激光器的所述控制模块；
所述控制模块基于接收数据、控制并对光纤激光器实现安全联锁；
操作控制模块基于所述的一种光纤激光器正反光解算装置计算出的正向光功率值，计算各激光子束以及传输效率非互易光学器件的输出光纤中传输的正向光功率值与控制模块中预存的或经过插值得到的正常情况下正向光功率值的偏差比例或偏差值{ΔPn,n＝0,…,N}；
如果激光子束模块n对应的ΔPn的绝对值大于预设安全阈值ΔRn，则启动安全联锁，发送激光子束模块n功率输出异常的报警信息，关闭激光子束模块n对应的泵浦驱动单元n；如果传输效率非互易光学器件对应的ΔP0的绝对值大于预设安全阈值ΔR0，且所有激光子束模块对应的{ΔPn,n＝1,…,N}不超过预设安全阈值ΔRn，则启动安全联锁，发送传输效率非互易光学器件功率输出异常的报警信息，关闭所有激光子束模块的泵浦驱动单元。
第五方面，本申请提供一种应用如第一方面任一所述一种光纤激光器正反光解算装置的安全联锁方法，包括控制模块，所述正反向光功率分离单元根据传输效率标定单元提供的正向传输效率和反向传输效率，以及光功率计算单元提供的探测光功率值，解算出正向光功率值、反向光功率值和回返光功率值，并将正向光功率值、反向光功率值和回返光功率值传输给光纤激光器的所述控制模块；
所述控制模块基于接收数据、控制并对光纤激光器实现安全联锁；
操作控制模块基于所述的一种光纤激光器正反光解算装置计算出的正向光功率值，反向光功率值，计算各激光子束以及传输效率非互易光学器件的输出光纤中传输的反向光功率值与控制模块中预存的或经过插值得到的正常情况下反向光功率值的偏差比例或偏差值{ΔNn,n＝0,…,N}；
如果激光子束模块n对应的ΔNn的绝对值大于预设安全阈值ΔRn，则启动安全联锁，发送激光子束模块n反向光功率异常的报警信息，关闭激光子束模块n对应的泵浦驱动单元n；如果传输效率非互易光学器件对应的ΔN0的绝对值大于预设安全阈值ΔR0，且所有激光子束模块对应的{ΔNn,n＝1,…,N}不超过预设安全阈值ΔRn，则启动安全联锁，发送传输效率非互易光学器件回返光功率异常的报警信息，关闭所有激光子束模块的泵浦驱动单元。
本申请的有益效果：
本申请公开的光纤激光器正反光解算装置、解算方法和应用方法，能够在具有回返光干扰的场景下通过光电传感器采样值同时解算出所监测光纤中正向传输的光功率、反向传输的光功率和回返光的光功率，可以解决现有技术由于回返光干扰存在导致的正向传输激光功率计算不准的问题。
基于本申请公开的光纤激光器正反光解算装置、解算方法和应用方法，可以进一步获得一种抗回返光干扰方法，在功率闭环反馈控制时，以解算出的激光子束输出纤上的正向光功率值作为控制目标，从而可以在根本上解决现有技术因回返光干扰而导致的光纤激光器实际输出功率低于设定目标值且易出现较大波动的问题，从而提升在回返光存在时光纤激光功率输出的稳定性以及激光功率显示的准确性，进而提升激光加工质量的稳定性。
基于本申请公开的光纤激光器正反光解算装置、解算方法和应用方法，可以进一步获得两种光纤激光器安全联锁方法，当所监测光纤中传输功率发生异常时，可以定位于该异常是由光纤激光器内部模块异常导致的，还是由外部回返光过高导致的，可以解决传统安全联锁方案无法进行准确故障定位的问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本申请实施例的限定。在附图中：
图1为本申请一示例性实施例提供的一种光纤激光器正反光解算装置的单模块光纤激光器正反向光解算装置示意图。
图2为本申请一示例性实施例提供的一种光纤激光器正反光解算装置的多模块光纤激光器正反向光解算装置示意图。
图3为本申请一示例性实施例提供的一种光纤激光器正反光解算方法中在各单元之间参数传递的示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
光纤激光器因光束质量好、效率高、结构紧凑、易维护等特点被广泛应用于焊接、切割等领域。在激光切割和焊接过程中，铜合金、铝合金等材料对激光有极强的反射效果，虽然在光纤激光器的激光输出头可以对加工工件表面反射至光纤激光器的光进行部分衰减，但是最终仍将有部分反射光会穿过激光输出头沿输出光纤进入到光纤激光器主体内部。当回返光过强时，可能会造成光纤激光器内部光学器件损坏，因此需要对回返光进行监控并在回返光过强时进行安全联锁，避免光纤激光器损坏。当回返光功率在光纤激光器耐受能力以内时，回返光会使光纤激光器内部的光电传感器受到正向传输的输出激光和反向传输的反向光的共同影响，造成依据光电传感器采样值计算出的激光功率高于实际输出激光功率，进而干扰所有以光电传感器采样值计算出的激光功率为基础做的软件控制策略的效果，包括但不限于对光纤激光器输出功率进行闭环稳定控制，对光纤激光器输出功率异常进行安全联锁等等。这种干扰会影响光纤激光器长期工作的可靠性以及输出功率的稳定性，进而影响激光加工效果的一致性，降低加工工件产品良率，这对大批量工艺一致性要求很高的应用有着严重的影响。
现有技术中，光电传感器在光纤激光器中一般用做激光功率监测及反馈控制，其原理是利用光电传感器检测光纤中瑞利散射光的强度，根据光电传感器采集值测算光纤中导引激光的功率值，如果进一步采用反馈算法依据光电传感器采集值测算出的导引激光功率值对激光功率进行闭环反馈控制，则可以实现光纤激光器输出功率的高稳定度。使用激光器焊接或者切割高反材料时，在被检测光纤中除正向传输的激光外还会存在反向传输的光，反向光代指的是进入到激光子光束的，这个经过了效率非互易器件的衰减，此时闭环控制算法实际上并非维持的是正向传输激光的稳定，而是维持的是正向传输激光和反向传输光总功率的稳定，这不但会造成目前基于光电传感器采样值的功率闭环反馈算法在有回返光存在时，回返光是指外部返回回来总的光，光纤激光器实际输出功率低于设定目标值、依据光电传感器采样值计算并传输显示给用户的功率值高于实际输出功率，而且更重要的是此时回返光不可避免的大幅变化会导致光纤激光器实际输出功率出现较大的波动，造成加工效果出现明显变化，导致加工良率下降。
现在主流的方案是在激光器输出位置增加包层光剥离器(CPS)将回返光进行滤除。CPS可将在光纤包层中传输的回返光散射到光纤外进行滤除，但对于光纤纤芯中传输的回返光则无能为力，因此回返光带来的光纤激光器输出功率干扰问题并未得到根本性的解决。
传统基于光电传感器采样值进行安全联锁的方法为：设定光纤激光器的输出功率并实时根据光电传感器采样值换算所监测光纤中的光功率，如果对应光功率显著偏离设定功率值，则判定光纤激光器异常进行安全联锁关闭光纤激光器。由于传统方法无法区分所监测光纤中正向传输光和反向传输光的功率比例，因此只能判定有异常出现，但无法判定该异常是由光纤激光器内部导致的，还是由外部回返光过高导致的，因此传统安全联锁方法不能给出准确的故障定位，不利于故障排查诊断。
本申请提出了一种光纤激光器正反光解算装置、解算方法和应用方法，对应的联锁方法，在具有回返光干扰时可通过光电传感器采样值同时解算出所监测光纤中正向传输的光功率、反向传输的光功率和回返光的光功率，可以解决现有技术由于回返光干扰存在导致的正向传输激光功率计算不准的问题。
在功率闭环反馈控制时，以解算出的激光子束输出纤上的正向光功率值作为控制目标，从而可以在根本上解决现有技术因回返光干扰而导致的光纤激光器实际输出功率低于设定目标值且易出现较大波动的问题，从而提升在回返光存在时光纤激光功率输出的稳定性以及激光功率显示的准确性，进而提升激光加工质量的稳定性。
由于本申请提出方法可以准确获取装置所监测光纤中正向光功率值和反向传输光功率的大小，可基于此可设置新的安全联锁策略：如果解算出的反向传输光功率超过预设安全阈值，则启动安全联锁，向控制***上报回返光过高的报警信息，关闭光纤激光器内部对应模块，以防止回返光过强时损坏光纤激光器；如果解算出的反向传输光功率在安全阈值以内，但光纤激光器内部某模块正向光功率值异常，则启动安全联锁，向控制***上报该模块功率输出异常信息，关闭对应模块，以防止发生次生损坏。综上，当本装置所监测光纤中传输功率发生异常时，该安全联锁策略可以定位于该异常是由光纤激光器内部模块异常导致的，还是由外部回返光过高导致的，可以解决传统安全联锁方案无法进行准确故障定位的问题。
本申请的应用场景为：正反向传输效率的标定场景、正反向光功率分离单元解算方法、基于解算出的正向光功率值进行输出功率闭环控制、基于解算出的正向光功率值、反向光功率值、回返光功率值进行安全联锁的场景。
本申请的技术构思为，利用传输效率非互易光学器件正向传输效率和反向传输效率不同的特性，在传输效率非互易光学器件N路输入侧和1路输出侧放置光电传感器，在同一时刻得到(N+1)个监测点的采样值，再根据换算得到的(N+1)个探测光功率值和N组正向、反向传输效率，依照本申请提供的解算方法，计算出正向光功率值、反向光功率值和回返光功率值。
实施例1：
对于本申请说明书内容部分，包括如下图1为本申请一示例性实施例提供的一种光纤激光器正反光解算装置的单模块光纤激光器正反向光解算装置示意图。图2为本申请一示例性实施例提供的一种光纤激光器正反光解算装置的多模块光纤激光器正反向光解算装置示意图。其中，图1、图2，展示光纤激光器正反向光解算装置在两种不同模块数目上的装置示意图，而对于本申请提供的一种光纤激光器正反光解算方法，如图3所示，包括如下步骤：
A、光功率计算单元
光功率计算单元主要完成输入端光电传感器和输出端光电传感器的采样值转换为对应的探测光功率值，并发送至正反向光功率分离单元。光电传感器的采样值转换为探测光功率值的处理方法如下。其中A1和A2为光纤激光器出厂前或者维修后的预先标定过程，在后续使用中无需再重复进行，直接执行A3-A5步骤即可。
A1.在光纤激光器出厂前或者维修后对N个输入端光电传感器(记为{PDn,n＝1,2,…,N}，N为正整数)进行预先标定。将PDn安装在激光子束模块n的输出光纤上，使用光功率计测试激光子束模块n正向传输的激光功率，此时由光功率计获得的光功率测试值等于PDn所监测光纤当前传输的激光功率值。控制激光子束模块输出功率从0％到100％以固定步长x％逐步增加，输出功率每增加一次就测试并记录当前输出功率下的PDn的采样值和光功率测试值，其中第m次记录的PDn的采样值记为Vnm，第m次记录的光功率测试值记为Rnm，一共M组数据。该测试完成之后，将PDn标定过程所获取的采样值和光功率测试值对应表(简称采样功率对应表)写入到光功率计算单元的存储器中，并依次完成所有N个输入端光电传感器的预先标定和相应的采样功率对应表的存储。
A2.在光纤激光器出厂前或者维修后对输出端光电传感器(记为PD0)进行预先标定。将N个激光子束模块的输出光纤连接传输效率非互易光学器件的输入光纤，将PD0安装在传输效率非互易光学器件的输出光纤上，使用光功率计测试激光子束模块经传输效率非互易光学器件正向传输的激光功率，此时由光功率计获得的光功率测试值等于PD0所监测光纤当前传输的激光功率值。同时控制所有激光子束模块输出功率同时从0％到100％以固定步长x％逐步增加，输出功率每增加一次就记录当前输出功率下PD0的采样值和光功率测试值，其中第m次记录的PD0的采样值记为V0m，第m次记录的光功率测试值记为R0m，一共M组数据。该测试完成之后，将光电传感器标定过程所获取的采样功率对应表写入到光功率计算单元的存储器中。
A3.在激光器输出激光前，将N个输入端光电传感器和1个输出端光电传感器的采样功率对应表从光功率计算单元的存储单元中读取出来，然后计算每两个点之间的斜率Knm，其中下标n对应依据输入端/输出端PDn的采样功率对应表计算的结果，n＝0,1,…,N。计算方式为：当m<M时Knm＝(Rn(m+1)-Rnm)/(Vn(m+1)-Vnm)，当m＝M时，KnM＝Kn(M-1)。
A4.在激光器输出激光时，光功率计算单元获取到所有光电传感器的采样值{Un,n＝0,1,…,N}，其中Un对应PDn的采样值。将Un与输入端PDn的采样功率对应表中的采样值逐个进行比较，找到一个序号l使得Un≥Vnl同时Un<Vl+1，当l＝M为最后一个点时Vl+1不存在，此时只需要满足Un≥VM即可。
A5.根据找到的序号l获取对应的Vnl、Rnl、Knl，计算出在激光器输出激光时PDn采样值对应的探测光功率值Pn。计算方式为：Pn＝Rnl+(Un-Vnl)Knl。
B、传输效率标定单元
传输效率标定单元主要在光纤激光器出厂前或者维修后完成传输效率非互易光学器件的正向和反向传输效率值的准确标定，在完成标定后的日常运行中只需在完成标定后激光器启动进行初始化时即在激光器输出激光前将N个正向传输效率和N个反向传输效率从传输标定单元的存储单元中读取出来，提供给正反方向光功率分离单元使用即可。其中标定步骤如下：
B1.在激光器完成所有输入端光电传感器和输出端光电传感器的预先标定之后，将激光器激光输出到无回返光的收光设备，如功率计或者收光筒，以避免回返光对标定结果的干扰。当n＝N＝1时，控制激光子束模块n输出；当N>1时，依次控制激光子束模块n输出而其余激光子束模块不输出，其中n＝1,…,N。将激光子束模块n输出光纤上的PDn以及传输效率非互易光学器件输出光纤上的PD0的采样值送入光功率计算单元，依据光功率计算单元中所述的A3-A5的步骤计算出PDn探测到的光纤中传输激光的功率值即激光子束n输出到非互易光学器件第n路输入的正向激光功率值Pn，依据光功率计算单元中所述的A3-A5的步骤计算出PD0探测到的光纤中传输激光的功率即正向激光经过传输效率非互易光学器件后的激光功率值P0。使用P0除以Pn即可得到该传输效率非互易光学器件第n路输入的正向传输效率αn。从1到N依次改变n的取值重复上面的步骤，即可完成该传输效率非互易光学器件所有N路的正向传输效率标定，得到N个正向传输效率{α1,α2,…,αN}。
B2.将反向效率测试光源的输出光纤连接到传输效率非互易光学器件的输出光纤上，反向效率测试光源的输出光纤与传输效率非互易光学器件的输出光纤为同一规格，控制所有激光子束模块无输出，控制反向效率测试光源输出功率不超过传输效率非互易光学器件以及所有激光子束模块可承受的最大反向功率中的最小值，以保障反向效率测试过程中光纤激光器的安全，同时控制反向效率测试光源输出功率显著高于所有输入端光电传感器最低探测功率之和，以保障反向效率测试的准确性。将所有N个输入端光电传感器以及1个输出端光电传感器的采样值送入光功率计算单元，依据功率计算单元中所述的A3-A5的步骤计算出PD1至PDN所有N个输入探测器探测到的光纤中传输激光的功率即反向效率测试光源输出的反向激光经过传输效率非互易光学器件后进入激光子束n的激光功率值{Pn,n＝1,…,N}，以及PD0探测到的光纤中传输激光的功率即反向效率测试光源输出的反向激光进入传输效率非互易光学器件的激光功率值P0。将所有{Pn,n＝1,…,N}分别除以P0即可得到该传输效率非互易光学器件的得到N个反向传输效率值{β1,β2,…,βN}。
B3.将该传输效率非互易光学器件的N个正向传输效率{α1,α2,…,αN}和N个反向传输效率{β1,β2,…,βN}写入传输效率标定单元的存储器中。
C、正反向光功率分离单元
正反向光功率分离单元主要根据光功率计算单元得到的(N+1)个功率值
{Pn,n＝0,1,…,N}，并读取传输效率标定单元提供的N个正向传输效率和N个反向传输效率，将正向光功率值和反向输出功率依据本申请提供的方法解算出来。
令某时刻激光器各激光子束模块输出光纤中正向光功率值为{X1,X2,…,XN}，各激光子束模块输出光纤中反向光功率值为{Y1,Y2,…,YN}，经过非互易光学器件输出光纤的正向光功率值为X0，经过非互易光学器件输出光纤的回返光功率值为Y0，N个输入端光电传感器获得的探测光功率值即N个激光子束输出光纤传输的光功率亦即传输效率非互易光学器件N个输入光纤中传输的光功率值为{P1,P2,…,PN}，1个输出端光电传感器获得的探测光功率值即传输效率非互易光学器件的输出光纤传输的光功率为P0，传输效率非互易光学器件N个正向传输效率为{α1,α2,…,αN}，传输效率非互易光学器件N个反向传输效率为{β1,β2,…,βN}，依据物理模型以及各变量的定义可知，各变量满足如下关系：
即当同时存在正向传输激光和回返光时，探测光功率值Pn为激光子束模块n输出的正向光功率值与回返光功率值乘以对应第n路的反向传输效率之和，探测光功率值P0为回返光功率与所有激光子束模块的正向光功率值分别乘以其对应的正向传输效率乘积之和。
将式1整理后可得
根据式2，正反向光功率分离单元可根据光功率计算单元提供的由(N+1)个光电传感器采样值换算得到的(N+1)个探测光功率值{Pn,n＝0,1,…,N}，结合传输效率标定单元提供的N个正向传输效率{α1,α2,…,αN}和N个反向传输效率{β1,β2,…,βN}，分别解算出存在回返光时各激光子束模块输出光纤上传输的正向光功率值{X1,X2,…,XN}，反向光功率值{Y1,Y2,…,YN}，传输效率非互易光学器件输出光纤上的正向光功率值X0以及回返光功率值Y0。
基于实施例1的具体实施例2，
一款3000W单模块光纤激光器在出厂预先标定时，光电传感器采样值和光功率测试值之间的关系如表1所示。经过标定该光纤激光器传输效率非互易光学器件正向传输效率α1为98.4％，反向传输效率β1为25.7％。
表1某单模光纤激光器光电传感器的采样功率对应表
采样点序号 PD1采样值 PD0采样值 光功率测试值(W)
1 212 201 312
2 417 396 621
3 617 586 927
4 821 780 1220
5 1031 979 1540
6 1240 1178 1841
7 1441 1369 2150
8 1648 1566 2451
9 1850 1758 2755
10 2054 1951 3060
使用该光纤激光器在焊接紫铜时，某时刻PD1采样值为1340，PD0采样值为1360。PD1采样值在采样点6的采样值和采样点7的采样值之间，采样点6和采样点7这段区间的斜率K16＝(2150-1841)/(1441-1240)＝1.5373，此时PD1采样值对应的探测光功率值P1＝(1340-1240)×1.5373+1841＝1994.7。PD0采样值在采样点6的采样值和采样点7的采样值之间，采样点6和采样点7这段区间的斜率K06＝(2150-1841)/(1369-1178)＝1.6178，此时PD0采样值对应的探测光功率值P0＝(1360-1178)×1.6178+1841＝2135.4。
将功率P1、P0、正向传输效率α1和反向传输效率β1带入式2。计算得到回返光功率值：
Y0＝(2135.4-0.984×1994.7)/(1-0.984×0.257)＝231.04
激光子束模块1输出纤中的反向光功率值为：
Y1＝0.257×231.04＝59.377
激光子束模块1输出纤中的正向光功率值为：
X1＝1994.7-59.377＝1935.3
最终输出激光功率值为：
X0＝1935.3×0.984＝1904.3。
基于实施例1的具体实施例3：
一款9000W多模块光纤激光器在出厂预先标定时，三个输入端光电传感器采样值和光功率测试值之间的关系如表3所示，输出端光电传感器采样值和光功率测试值之间的关系如表4所示。经过标定该光纤激光器的传输效率非互易光学器件与激光子束模块1连接的分支正向传输效率α1为98.4％，反向传输效率β1为24.8％，与激光子束模块2连接的分支正向传输效率为α298.6％，反向传输效率β2为24.7％，与激光子束模块3的分支正向传输效率α3为98.2％，反向传输效率β3为25.1％。
表2某多模光纤激光器输入端光电传感器的采样功率对应表
采样点序号 PD1采样值 PD2采样值 PD3采样值 光功率测试值(W)
1 212 201 214 300
2 417 396 401 600
3 617 586 610 900
4 821 780 802 1200
5 1031 979 1002 1500
6 1240 1178 1201 1800
7 1441 1369 1391 2100
8 1648 1566 1588 2400
9 1850 1758 1779 2700
10 2054 1951 1976 3000
表3某多模光纤激光器输出端光电传感器的采样功率对应表
采样点序号 PD0采样值 光功率测试值(W)
1 241 900
2 437 1800
3 637 2700
4 841 3600
5 1051 4500
6 1260 5400
7 1461 6300
8 1668 7200
9 1870 8100
10 2074 9000
使用光纤该激光器在焊接紫铜时，某时刻PD1采样值为1340，PD2采样值为1440，PD3采样值为1390，PD0采样值为1505。PD1采样值在采样点6的采样值和采样点7的采样值之间，采样点6和采样点7这段区间的斜率K16＝(2100-1800)/(1441-1240)＝1.4925,此时PD1采样值对应的探测光功率值P1＝(1340-1240)×1.4925+1800＝1949.3。PD2采样值在采样点7的采样值和采样点8的采样值之间，采样点7和采样点8这段区间的斜率K27＝(2400-2100)/(1566-1369)＝1.5228,此时PD2采样值对应的探测光功率值P2＝(1440-1369)×1.5228+2100＝2208.1。PD3采样值在采样点6的采样值和采样点7的采样值之间，采样点6和采样点7这段区间的斜率K26＝(2100-1800)/(1391-1201)＝1.5789，此时PD3采样值对应的探测光功率值P3＝(1390-1201)×1.5789+1800＝2098.4。PD0采样值在采样点7的采样值和采样点8的采样值之间，采样点7和采样点8这段区间的斜率K07＝(7200-6300)/(1668-1461)＝4.3478，此时PD0采样值对应的探测光功率值P0＝(1505-1461)×4.3478+6300＝6491.3。
将功率P1、P2、P3、P0和3组正向传输效率和反向传输效率带入式2,计算得到回返光功率值：
激光子束模块1输出纤中的反向光功率值为：
Y1＝0.248×1261.1＝312.75
激光子束模块1输出纤中的正向光功率值为：
X1＝1949.3-312.75＝1,636.5
激光子束模块2输出纤中的反向光功率值为：
Y2＝0.247×1261.1＝311.49
激光子束模块2输出纤中的正向光功率值为：
X2＝2208.1-311.49＝1896.6
激光子束模块3输出纤中的反向光功率值为：
Y3＝0.251×1261.1＝316.54
激光子束模块3输出纤中的正向光功率值为：
X3＝2098.4-316.54＝1,781.9
最终输出激光功率值为：
X0＝1,636.5×0.984+1,896.6×0.986+1,781.9×0.982＝5,230.19。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个装置，或一些特征可以忽略，或不执行。
所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能模块的形式实现。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求书来限制。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法或装置。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由上面的权利要求书指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求书来限制。

Claims (14)

1.一种光纤激光器正反光解算装置，其特征在于，所述光纤激光器正反光解算装置设置在激光子束模块与激光输出头之间，包括：
顺序设置的输入端光电传感器、传输效率非互易光学器件和输出端光电传感器，其中，输入端光电传感器设置在激光子束模块的输出光纤上，输出端光电传感器设置在传输效率非互易光学器件的输出光纤上，输入端光电传感器和输出端光电传感器用于接收光纤的散射光；
设置采集计算模块有线或无线连接输入端光电传感器和输出端光电传感器；
所述采集计算模块接收输入端光电传感器和输出端光电传感器监测到光纤散射的光强信号；
所述采集计算模块用于依据光强信号转换为输入端光电传感器和输出端光电传感器的探测光功率值，再依据传输效率非互易光学器件的正向传输效率和反向传输效率和所述探测光功率值获取正向光功率值、反向光功率值和回返光功率值。
2.根据权利要求1所述的一种光纤激光器正反光解算装置，其特征在于，所述传输效率非互易光学器件的激光正向传输效率不等于其反向传输效率，所述传输效率非互易光学器件具体包括输入输出光纤均带有包层光剥离器的N路输入1路输出的N×1信号合束器，或者输入输出光纤均带有包层光剥离器且输入光纤芯径小于输出光纤芯径的1路输入1路输出的非等径光纤器件，其中N为正整数。
3.根据权利要求2所述的一种光纤激光器正反光解算装置，其特征在于，所述采集计算模块包括：光功率计算单元、传输效率标定单元和正反向光功率分离单元；
正反向光功率分离单元分别接收传输效率标定单元、光功率计算单元数据；
光功率计算单元将输入端光电传感器和输出端光电传感器采集到的所监测光纤散射出的光强信号，即输入端光电传感器和输出端光电传感器的采样值，转换为对应的探测光功率值，并发送至正反向光功率分离单元；
传输效率标定单元标定并存储所述传输效率非互易光学器件的正向传输效率和反向传输效率，并发送至正反向光功率分离单元；
所述正反向光功率分离单元依据所述正向传输效率和反向传输效率与所述探测光功率值获取正向光功率值、反向光功率值和回返光功率值。
4.根据权利要求3所述的一种光纤激光器正反光解算装置，其特征在于，所述光功率计算单元用于将输入端光电传感器和输出端光电传感器的采样值转换为对应的探测光功率值，包括：
光功率计算单元将N个输入端光电传感器、记为{PDn,n＝1,2,…,N}的采样值，以及1个输出端光电传感器、记为PD0的采样值利用预先标定的对应关系转换得到(N+1)个与光电传感器所监测光纤中传输激光功率相一致的探测光功率值{Pn,n＝0,1,…,N}，其中N为正整数。
5.根据权利要求4所述的一种光纤激光器正反光解算装置，其特征在于，所述传输效率标定单元，具体用于：在光纤激光器出厂前或者维修后完成传输效率非互易光学器件的正向传输效率和反向传输效率的标定；在完成标定后光纤激光器启动进行初始化时将N个正向传输效率{α1,α2,…,αN}和N个反向传输效率{β1,β2,…,βN}从传输标定单元的存储单元中读取出来，提供给正反方向光功率分离单元使用。
6.根据权利要求5所述的一种光纤激光器正反光解算装置，其特征在于，所述正反向光功率分离单元，具体用于：根据光功率计算单元得到的(N+1)个探测光功率值
{Pn,n＝0,1,…,N}并读取传输效率标定单元提供的N个正向传输效率{α1,α2,…,αN}和N个反向传输效率{β1,β2,…,βN}，分别解算出存在回返光时各激光子束模块输出光纤上传输的正向光功率值{X1,X2,…,XN}，反向光功率值{Y1,Y2,…,YN}，传输效率非互易光学器件输出光纤上的正向光功率值X0以及回返光功率值Y0；
N个输入端光电传感器获得的探测光功率值{Pn,n＝1,…,N}对应于N个激光子束输出光纤传输的光功率，亦对应于传输效率非互易光学器件N个输入光纤中传输的光功率；1个输出端光电传感器获得的探测光功率值P0对应于传输效率非互易光学器件的输出光纤传输的光功率，依据物理模型以及各变量的定义可知，当同时存在正向传输激光和回返光时，探测光功率值Pn为激光子束模块n输出的正向光功率值与回返光功率值乘以对应第n路的反向传输效率之和，探测光功率值P0为回返光功率与所有激光子束模块的正向光功率值分别乘以其对应的正向传输效率乘积之和，即各变量满足如下关系：
根据式1可以获取到式2，即解算出存在回返光时各激光子束模块输出光纤上传输的正向光功率值{X1,X2,…,XN}，反向光功率值{Y1,Y2,…,YN}，传输效率非互易光学器件输出光纤上的正向光功率值X0以及回返光功率值Y0：
7.根据权利要求6所述的一种光纤激光器正反光解算装置，其特征在于，所述光功率计算单元，具体用于：
在光纤激光器出厂前或者维修后，预先标定输入端光电传感器和输出端光电传感器，即预先建立输入端光电传感器/输出端光电传感器的采样值和所监测光纤传输激光的光功率测试值对应表，即采样功率对应表，并将采样功率对应表写入到光功率计算单元的存储器中；
在完成标定后激光器启动进行初始化时，根据从光功率计算单元的存储单元中读取到的所有输入端光电传感器和输出端光电传感器的采样功率对应表，计算所有采样功率对应表中每两个光电传感器采样值记录之间的斜率；
在完成标定后激光器输出激光时，根据所有光电传感器的采样值以及从光功率计算单元获取到的采样功率对应表、初始化阶段计算出的斜率，计算所有光电传感器采样值对应的探测光功率值：逐一比较所有光电传感器的采样值与对应的采样功率对应表中的采样值记录，当光电传感器的采样值介于两次连续的光电传感器采样值记录之间时，依据这两次连续记录所对应的光电传感器采样值记录、光功率测试值记录和斜率，求解所述光电传感器采样值对应的探测光功率值；当为光电传感器的采样值大于对应的采样功率对应表中的最后一个光电传感器采样值记录时，依据最后一个光电传感器采样值记录、光功率测试值和斜率，求解所述光电传感器采样值对应的探测光功率值。
8.一种光纤激光器正反光解算方法，其特征在于，包括如下步骤：
C1、预先进行光纤激光器出厂前或者维修后的标定过程，获取N个输入端光电传感器的采样功率对应表，获取1个输出端光电传感器的采样功率对应表；
C2、预先进行光纤激光器出厂前或者维修后的标定过程，获取传输效率非互易光学器件的正向和反向传输效率值；
C3、在激光器输出激光前，将正向传输效率和反向传输效率从传输标定单元的存储单元中读取出来，提供给正反方向光功率分离单元使用；
C4、在激光器输出激光前，依据输入端光电传感器和输出端光电传感器的采样功率对应表，建立各传感器的采样值与探测光功率之间的函数关系；
C5、在激光器输出激光时，依据各传感器的采样值与探测光功率之间的函数关系，将输入端光电传感器和输出端光电传感器的采样值通过采样功率对应表将其转换为探测光功率值，提供给正反方向光功率分离单元使用；
C6、令激光器各激光子束模块输出光纤中正向光功率值为{X1,X2,…,XN}，各激光子束模块输出光纤中反向光功率值为{Y1,Y2,…,YN}，经过非互易光学器件输出光纤的正向光功率值为X0，经过非互易光学器件输出光纤的回返光功率值为Y0，N个输入端光电传感器获得的探测光功率值即N个激光子束输出光纤传输的光功率亦即传输效率非互易光学器件N个输入光纤中传输的光功率值为{P1,P2,…,PN}，1个输出端光电传感器获得的探测光功率值即传输效率非互易光学器件的输出光纤传输的光功率为P0，传输效率非互易光学器件N个正向传输效率为{α1,α2,…,αN}，传输效率非互易光学器件N个反向传输效率为{β1,β2,…,βN}，依据物理模型以及各变量的定义，各变量满足如下关系：
整理得式2，
根据式2，正反向光功率分离单元可根据光功率计算单元提供的由(N+1)个光电传感器采样值换算得到的(N+1)个探测光功率值{Pn,n＝0,1,…,N}，结合传输效率标定单元提供的N个正向传输效率{α1,α2,…,αN}和N个反向传输效率{β1,β2,…,βN}，分别解算出存在回返光时各激光子束模块输出光纤上传输的正向光功率值{X1,X2,…,XN}，反向光功率值{Y1,Y2,…,YN}，传输效率非互易光学器件输出光纤上的正向光功率值X0以及回返光功率值Y0。
9.根据权利要求8所述的一种光纤激光器正反光解算方法，其特征在于，还包括：
所述预先进行光纤激光器出厂前或者维修后的标定过程，获取N个输入端光电传感器的采样功率对应表，获取1个输出端光电传感器的采样功率对应表；具体包括：
A1、在光纤激光器出厂前或者维修后对N个输入端光电传感器，记为{PDn,n＝1,2,…,N}，N为正整数，进行预先标定：
将PDn安装在激光子束模块n的输出光纤上，使用光功率计测试激光子束模块n正向传输的激光功率，此时由光功率计获得的光功率测试值等于PDn所监测光纤当前传输的激光功率值，控制激光子束模块输出功率从0％到100％以固定步长x％逐步增加，输出功率每增加一次就测试并记录当前输出功率下的PDn的采样值和光功率测试值，其中第m次记录的PDn的采样值记为Vnm，第m次记录的光功率测试值记为Rnm，一共M组数据；
测试完成之后，将PDn标定过程所获取的采样值和光功率测试值对应表，即采样功率对应表，写入到光功率计算单元的存储器中，并依次完成所有N个输入端光电传感器的预先标定和相应的采样功率对应表的存储；
A2、在光纤激光器出厂前或者维修后对输出端光电传感器，记为PD0，进行预先标定：
将N个激光子束模块的输出光纤连接传输效率非互易光学器件的输入光纤，将PD0安装在传输效率非互易光学器件的输出光纤上，使用光功率计测试激光子束模块经传输效率非互易光学器件正向传输的激光功率，此时由光功率计获得的光功率测试值等于PD0所监测光纤当前传输的激光功率值，同时控制所有激光子束模块输出功率同时从0％到100％以固定步长x％逐步增加，输出功率每增加一次就记录当前输出功率下PD0的采样值和光功率测试值，其中第m次记录的PD0的采样值记为V0m，第m次记录的光功率测试值记为R0m，一共M组数据；
测试完成之后，将光电传感器PD0标定过程所获取的采样功率对应表写入到光功率计算单元的存储器中。
10.根据权利要求8所述的一种光纤激光器正反光解算方法，其特征在于，所述在激光器输出激光前，依据输入端光电传感器和输出端光电传感器的采样功率对应表，建立各传感器的采样值与探测光功率之间的函数关系，具体包括：
A3、在激光器输出激光前，将N个输入端光电传感器和1个输出端光电传感器的采样功率对应表从光功率计算单元的存储单元中读取出来，然后计算每两个点之间的斜率Knm，其中，下标n对应依据输入端/输出端PDn的采样功率对应表计算的-结果，n＝0,1,…,N，计算方式为：当m<M时Knm＝(Rn(m+1)-Rnm)/(Vn(m+1)-Vnm)，当m＝M时，KnM＝Kn(M-1)；
其中，N个输入端光电传感器，记为PDn，n＝1,2,…,N，N为正整数，其中第m次记录的PDn的采样值记为Vnm，第m次记录的光功率测试值记为Rnm，N个输入端光电传感器采样功率对应表内均有M组数据；输出端光电传感器，记为PD0，其中第m次记录的PD0的采样值记为V0m，第m次记录的光功率测试值记为R0m，一共M组数据；
所述在激光器输出激光时，依据各传感器的采样值与探测光功率之间的函数关系，将输入端光电传感器和输出端光电传感器的采样值通过采样功率对应表将其转换为探测光功率值，提供给正反方向光功率分离单元使用；
具体包括：
A4、在激光器输出激光时，光功率计算单元获取到所有光电传感器的采样值{Un,n＝0,1,…,N}，其中Un对应PDn的采样值，将Un与输入端PDn的采样功率对应表中的采样值逐个进行比较，找到一个序号l使得Un≥Vnl同时Un<Vl+1，当l＝M为最后一个点时Vl+1不存在，此时满足Un≥VM；
A5、根据找到的序号l获取对应的Vnl、Rnl、Knl，计算出在激光器输出激光时PDn采样值对应的探测光功率值Pn，计算方式为：Pn＝Rnl+(Un-Vnl)Knl。
11.根据权利要求10所述的一种光纤激光器正反光解算方法，其特征在于，所述预先进行光纤激光器出厂前或者维修后的标定过程，获取传输效率非互易光学器件的正向和反向传输效率值，具体包括：
B1、在激光器完成所有输入端光电传感器和输出端光电传感器的预先标定之后，将激光器激光输出到无回返光的收光设备，当n＝N＝1时，控制激光子束模块n输出，当N>1时，依次控制激光子束模块n输出而其余激光子束模块不输出，其中n＝1,…,N；将激光子束模块n输出光纤上的PDn以及传输效率非互易光学器件输出光纤上的PD0的采样值送入光功率计算单元，依据所述A3、所述A4、所述A5的步骤计算出PDn探测到的光纤中传输激光的功率值即激光子束n输出到非互易光学器件第n路输入的正向激光功率值Pn，依据光功率计算单元中所述的A3-A5的步骤计算出PD0探测到的光纤中传输激光的功率即正向激光经过传输效率非互易光学器件后的激光功率值P0，使用P0除以Pn即可得到对应传输效率非互易光学器件第n路输入的正向传输效率αn，从1到N依次改变n的取值重复上面的步骤，即可完成对应传输效率非互易光学器件所有N路的正向传输效率标定，得到N个正向传输效率{α1,α2,…,αN}；
B2、将反向效率测试光源的输出光纤连接到传输效率非互易光学器件的输出光纤上，反向效率测试光源的输出光纤与传输效率非互易光学器件的输出光纤为同一规格，控制所有激光子束模块无输出，将所有N个输入端光电传感器以及1个输出端光电传感器的采样值送入光功率计算单元，依据功率计算单元中所述的A3-A5的步骤计算出PD1至PDN所有N个输入探测器探测到的光纤中传输激光的功率即反向效率测试光源输出的反向激光经过传输效率非互易光学器件后进入激光子束n的激光功率值{Pn,n＝1,…,N}，以及PD0探测到的光纤中传输激光的功率即反向效率测试光源输出的反向激光进入传输效率非互易光学器件的激光功率值P0，将所有{Pn,n＝1,…,N}分别除以P0即可得到对应传输效率非互易光学器件的得到N个反向传输效率值{β1,β2,…,βN}；
B3、将所述传输效率非互易光学器件的N个正向传输效率{α1,α2,…,αN}和N个反向传输效率{β1,β2,…,βN}写入传输效率标定单元的存储器中。
12.应用如权利要求1-7任一所述一种光纤激光器正反光解算装置的抗回返光干扰方法，其特征在于，包括控制模块，所述正反向光功率分离单元根据传输效率标定单元提供的正向传输效率和反向传输效率，以及光功率计算单元提供的探测光功率值，解算出正向光功率值、反向光功率值和回返光功率值，并将正向光功率值、反向光功率值和回返光功率值传输给光纤激光器的所述控制模块；
所述控制模块基于接收数据、控制并对光纤激光器实现安全联锁；
操作控制模块基于所述的一种光纤激光器正反光解算装置计算出的正向光功率值，分别以各激光子束模块输出光纤中传输的正向光功率值为控制对象，通过闭环反馈控制算法调整各激光子束模块内部的泵浦驱动单元的输出电流，对各激光子束模块的输出功率进行闭环控制。
13.应用如权利要求1-7任一所述一种光纤激光器正反光解算装置的安全联锁方法，其特征在于，包括控制模块，所述正反向光功率分离单元根据传输效率标定单元提供的正向传输效率和反向传输效率，以及光功率计算单元提供的探测光功率值，解算出正向光功率值、反向光功率值和回返光功率值，并将正向光功率值、反向光功率值和回返光功率值传输给光纤激光器的所述控制模块；
所述控制模块基于接收数据、控制并对光纤激光器实现安全联锁；
操作控制模块基于所述的一种光纤激光器正反光解算装置计算出的正向光功率值，计算各激光子束以及传输效率非互易光学器件的输出光纤中传输的正向光功率值与控制模块中预存的或经过插值得到的正常情况下正向光功率值的偏差比例或偏差值{ΔPn,n＝0,…,N}；
如果激光子束模块n对应的ΔPn的绝对值大于预设安全阈值ΔRn，则启动安全联锁，发送激光子束模块n功率输出异常的报警信息，关闭激光子束模块n对应的泵浦驱动单元n；如果传输效率非互易光学器件对应的ΔP0的绝对值大于预设安全阈值ΔR0，且所有激光子束模块对应的{ΔPn,n＝1,…,N}不超过预设安全阈值ΔRn，则启动安全联锁，发送传输效率非互易光学器件功率输出异常的报警信息，关闭所有激光子束模块的泵浦驱动单元。
14.应用如权利要求1-7任一所述一种光纤激光器正反光解算装置的安全联锁方法，其特征在于，包括控制模块，所述正反向光功率分离单元根据传输效率标定单元提供的正向传输效率和反向传输效率，以及光功率计算单元提供的探测光功率值，解算出正向光功率值、反向光功率值和回返光功率值，并将正向光功率值、反向光功率值和回返光功率值传输给光纤激光器的所述控制模块；
所述控制模块基于接收数据、控制并对光纤激光器实现安全联锁；
操作控制模块基于所述的一种光纤激光器正反光解算装置计算出的正向光功率值，反向光功率值，计算各激光子束以及传输效率非互易光学器件的输出光纤中传输的反向光功率值、回返光功率值与控制模块中预存的或经过插值得到的正常情况下反向光功率值、回返光功率值的偏差比例或偏差值{ΔNn,n＝0,…,N}；
如果激光子束模块n对应的ΔNn的绝对值大于预设安全阈值ΔRn，则启动安全联锁，发送激光子束模块n反向光功率异常的报警信息，关闭激光子束模块n对应的泵浦驱动单元n；如果传输效率非互易光学器件对应的ΔN0的绝对值大于预设安全阈值ΔR0，且所有激光子束模块对应的{ΔNn,n＝1,…,N}不超过预设安全阈值ΔRn，则启动安全联锁，发送传输效率非互易光学器件回返光功率异常的报警信息，关闭所有激光子束模块的泵浦驱动单元。
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