Brevet FR2584184A1 — publié le 19870102

DISPOSITIF PERMETTANT DE MESURER LA PUISSANCE D'UN FAISCEAU LASER. La présente invention concerne les dispositifs permettant de mesurer la puissance d'un faisceau laser, qu'il émette dans le domaine du visible ou non. Pour mesurer la puissance d'un faisceau laser, on utilise des dispositifs que l'on dénomme "calorimètres". Ces calorimètres sont très schématiquement constituons par un corps absorbant l'énergie du faisceau laser et subissant, du fait de cette absorption, un échauffement. On mesure l'élévation de température du corps, généralement au moyen d'un thermo-couple, ou analogue, qui délivre à sa sortie un signal électrique qui est visualisé par différents moyens, notamment, par exemple, un galvanomètre conçu, bien entendu, pour couvrir une certaine plage de tension applicable à son entrée, pour une échelle déterminée. Cependant, surtout dans le cas de laser émettant dans le domaine du non-visible, il est pratiquement toujours impossible de présumer de la valeur de la puissance du faisceau émis. Quand cette puissance est faible et quand la valeur du signal délivré par le thermocouple est inférieure à la valeur maximum du signal acceptable par le galvanomètre, cela n'a pas beaucoup d'importance. Mais quand la puissance est élevee et quand la valeur du signal délivré est très importante, ce signal peut entraîner, par un effet de surtension, la détérioration du galvanomètre, notamment au niveau du cadre mobile. Bien entendu, à l'entrée de ces galvanomètres, il est courant d'ajouter des diviseurs de tension, pour pouvoir mesurer toute une gamme possible de valeurs de puissance.Dans ce cas, lorsque l'on ne connaît pas la valeur de la puissance du faisceau laser à mesurer, on commence par une mesure avec un facteur de division important, puis on effectue d'autres mesures en diminuant ce facteur de division, jusqu'à une valeur permettant de mesurer la puissance avec la plus grande déviation lisible possible sur l'écran, sans que l'aiguille couplée au galvanomètre aille en butée. A condition que l'on procède toujours de la façon décrite cidessus, un tel galvanomètre permet des mesures de bonne qualité. Mais en fait, on constate, par expérience, que les utilisateurs oublient de procéder de cette façon, soit par simple oubli, soit par précipitation. Alors, on arrive à voir des aiguilles de galvanomètre qui viennent si fortement en butée de fin de course qu'elles se tordent et arrivent, par certaines forces de réaction, à détériorer le galvanomètre luimme. Aussi, la présente invention a-t-elle pour but de pallier cet inconvénient, en tendant à réaliser un dispositif de mesure de la puissance d'un faisceau laser qui ne nécessite pas de prévoir la puissance de ce faisceau laser et qui, de plus, ne nécessite pas des pré cautions particulières d'utilisation. Plus précisément, la présente invention a pour objet un dispositif de mesure de la puissance d'un faisceau laser comprenant un corps récepteur absorbant du dit faisceau laser, des moyens pour mesurer l'élévation de température du dit corps après absorption de 1 'énergie du dit faisceau laser aptes à délivrer un premier signal électrique fonction sensiblement linéaire de ladite élévation de température, des moyens pour visualiser sur une certaine échelle la valeur du dit premier signal électrique, et des moyens pour connecter ledit premier signal à l'entrée des moyens de visualisation, caractérisé par le fait que ces dits moyens de connexion comportent un diviseur de tension comprenant une entrée sur laquelle est appliqué ledit premier signal et des entrées de commande du facteur de division recevant ledit premier signal, la valeur du facteur de division étant fonction de la valeur de l'amplitude du dit premier signal. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparattront au cours de la description suivante donnée en regard du dessin annexé à titre illustratif mais nullement limitatif, dans lequel la FICURE unique représente le bloc-diagramme d'un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention. La FIGURE unique représente le bloc-diagramme d'un dispositif 1 de mesure de 1 'énergie d'un faisceau lumineux 2 émis par un générateur laser 3, comme par exemple un laser C02 émettant dans le domaine de l'invisible à 10,6 microns. Ce dispositif 1 comprend un corps 4 réalisé en un matériau absorbant l'énergie véhiculée par le faisceau laser 2, comme par exemple un corps noir, qui transforme cette énergie lumineuse en énergie calorifique, ce qui se traduit par une élévation de la tem pérature du corps 4 fonction de la quantité d'énergie du faisceau laser 2. Le corps 4 comprend une surface réceptrice 5 derrière laquelle sont noyés des moyens 6 pour mesurer cette élévation de température aptes à délivrer à leur sortie 7 un signal électrique fonction de cette élévation de température. Ces moyens 6 sont constitués par exemple par un thermo-couple 8, comme illustré sur la FIGURE. Les bornes de sortie 9 et 10 sont reliées par des moyens de connexion Il à l'entrée 12 d'un vumètre 13, par exemple un voltmètre (ou un ampèremètre) 14 à cadre mobile 15. Ces moyens de connexion Il comprennent deux entrées 16 et 17, un amplificateur différentiel à gain variable 18 dont le coefficient d'amplification peut être commandé et ajusté, la sortie 118 de I'amplificateur étant connectée à l'entrée 12 du vumètre 13. Les moyens 19 de commande et d'ajustement de gain sont constitués par une pluralité de circuits secondaires 20, 21, ... montés en parallèle sur l'amplificateur différentiel 18, chaque circuit secondaire comprenant en série un interrupteur 22, 23, ... du type électrique et une résistance de valeur déterminée 24, 25, ... Les valeurs de ces résistances sont déterminées de façon que, suivant le circuit secondaire fermé au moyen de l'interrupteur commandable 22, 23, ..., l'amplificateur 18 ait un gain déterminé et que, pour chaque circuit secondaire fermé, la valeur de gain de l'amplificateur ait une progression qui soit, par exemple et avantageusement, un multiple de 10 pour chaque pas de gain. Ces moyens de connexion Il comprennent en plus, connectés à la sortie du thermo-couple (directement ou par l'intermédiaire d'un amplificateur si nécessaire), une pluralité de circuits à seuil 30, 31, constitués par exemple de circuits monostables 32, 33, ... aptes à délivrer aux sorties 38, 39, ... un signal logique du type "0-1" suivant que le signal émis par le thermo-couple et appliqué aux entrées 34, 35, ... est inférieur ou supérieur à la valeur du signal de seuil appliqué aux secondes entrées 36, 37, ... de ces circuits à seuil. Chaque sortie 38, 39, ... de ces circuits à seuil 30, 31, est reliée à une entrée de comptage 40, 41, ... d'un compteur 42 dont les sorties de l'état de comptage 43, 44, ... sont respectivement con bectées aux entrées de commande 45, 46, ... des interrupturs 22, 23, ... Le dispositif de mesure de l'énergie d'un faisceau laser tel que décrit ci-dessus fonctionne de la façon suivante Quand il est nécessaire de mesurer l'énergie d'un faisceau 2 émis par un générateur laser 3, on dirige ce faisceau de façon qu'il tombe sur la face réceptrice 5 du corps 4. Le corps 4 commence à s'échauffer et le thermo-couple délivre à la sortie 9, 10 un signal électrique qui, tant qu'il est inferieur au seuil le plus bas des circuits 30, 31, ..., est appliqué à l'entrée 12 du vumètre, à travers l'amplificateur 18. Dans ce cas, aucun signal n'est émis aux sorties 38, 39, ... et le compteur 42 délivre à ses sorties 43, 44, ... des signaux logiques, par exemple "0", dont l'application aux entrées 45, 46, ... maintient les interrupteurs 22, 23, ... ouverts. L'aiguille 130 du vumètre 13 va commencer à dévier vers le maximum de déviation de l'échelle 131 étalonnée, par exemple, directement en unités de puissance lumineuse, mais s'arrêtera avant la fin de 1 'échelle et ne subira aucun dommage. Par contre, si la puissance du faisceau laser est plus importante et qu'elle donne naissance a' une élévation de température du corps 4 plus importante, le signal délivré par le thermo-couple, stil était appliqué directement au vumetre, entrainerait une déviation brutale de l'aiguille en fin d'échelle, avec un risque de détérioration de cette aiguille et aussi du cadre mobile. Cependant, du fait que l'élévation de température du corps ntest pas instantanée mais, bien que rapide, progressive, le signal délivré par le thermo-couple appliqué à l'amplificateur 18, mais aussi aux circuits à seuil 30, 31, ..., va produire aux sorties 38, 39, par exemple des ordres logiques du type "1" appliqués aux entrées de comptage 40, 41, ..., et donc comptés, chaque fois que le signal délivré par le thermo-couple dépassera les différentes valeurs de seuil des circuits à seuil 30, 31, Le compteur 42 va donc compter chaque fois qu'un "1" logique sera délivré dans le sens de progression du signal délivré par le thermo-couple, et donc fournir sur ses sorties 43, 44, ... des ordres logiques, correspondant à cette progression sur les entrées 40, 41, successivement 1, 10, 100, ..., qui vont commander la fermeture succes sivement des interrupteurs 22, 23, ... Ces fermetures connectent, en parallèle sur l'amplificateur 18, des atténuateurs de valeurs déterminées pour que chacun divise le gain d'amplification par un coefficient déterminé, par exemple 10, en prenant des valeurs de résistances 24, 25, ... multiples de 10. Ainsi, au fur et à mesure que la température s'élève, l'aiguille 130 dévie vers la fin de l'échelle. Quand elle arrive à l'extré- mité de l'échelle, le compteur 42 délivre un signal qui ferme un interrupteur 22, 23, ..., l'aiguille 130 revient à 10 fois moins de déviation, pour repartir à nouveau vers la fin de l'échelle si la température croit encore, et ainsi de suite jusqu'à ce que la valeur de l'amplification soit en concordance avec la valeur du signal délivré par le thermo-couple et donne une déviation correcte et lisible de l'aiguille dans l'échelle 131. Quand la température redescend, à chaque fois que le signal délivré par le thermo-couple passe en-dessous d'une valeur de seuil, le compteur 42 délivre un signal logique "inverse" qui le fait décompter et produire un signal sur ses sorties 43, 44, ... qui commande l'ouverture d'un interrupteur 22, 23, .., pour amener ainsi le coefficient d'amplification à une valeur pouvant donner une déviation lisible de l'aiguille 130. En effet, lorsque l'aiguille redescend vers l'origine de l'échelle 131 et que le signal délivré par le thermo-couple passe sous un seuil, le signal "inverse" émis par le compteur 42 ordonne l'ouver- ture d'ure interrupteur 22, 23, ..., l'aiguille est alors renvoyée en fin d'échelle, pour ensuite redescendre, et ainsi de suite, jusqu'à une valeur d'amplification permettant la lecture d'une mesure avec une valeur d'échelle correcte. REVENDICATIONS 1- Dispositif de mesure de la puissance d'un faisceau laser (2) comprenant un corps (4) récepteur absorbant l'énergie lumineuse portée par ledit faisceau laser, des moyens (7) pour mesurer l'élévation de température du dit corps obtenue par absorption de ladite énergie du dit faisceau laser (2) et aptes à délivrer un premier signal électrique fonction sensiblement linéaire dé ladite élévation de température, des moyens (13) pour visualiser sur une certaine échelle (131) la valeur du dit premier signal électrique, et des moyens (11) pour appliquer ledit premier signal à 1 1entrée (12) des moyens de visualisation, caractérisé par le fait que cesdits moyens pour appliquer ledit premier signal à l'entrée des moyens de visualisation comportent un multiplicateur de tension (18, 20, 21, ...) comprenant une entrée sur laquelle est appliqué ledit premier signal et des moyens (30, 31, 42, 45, 46, ...) de commande du facteur de multiplication, recevant un second signal, la valeur de cedit second signal commandant la valeur du facteur de multiplication étant fonction de la valeur de l'amplitude du dit premier signal. 2- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit multiplicateur de tension est constitué par - un amplificateur différentiel (18), - une pluralité de circuits secondaires (20, 21, ...) montés entre entrée et la sortie (118) dudit amplificateur différentiel (18), chaque circuit secondaire (20, 21, ...) comportant en série un interrupteur (22, 23, ...) commandable par une entrée de commande (45, 46, ...) et une résistance (24, 25, ...) de valeur déterminée, lten- semble des valeurs de ces résistances suivant une progression déterminée. 3- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que lesdits moyens de commande du facteur de multiplication comprennent - des circuits de détection de seuil (30, 31, ...), chaque circuit ayant une valeur de détection de seuil déterminée et étant apte à délivrer à sa sortie (38, 39, ...) un signal logique à au moins deux états, chaque état étant représentatif de la valeur du premier signal par rapport à la valeur desdits seuils, - un compteur (42) comportant des entrées de comptagedécomptage (40, 41, ...) et des sorties (43, 44, ...) apte à délivrer des seconds signaux représentatifs de l'état du contenu du dit compteur, les entrées de comptage-déoomptage (40, 41, ...) du dit compteur (42) étant reliées respectivement aux sorties (38, 39, ...) des dits circuits de détection de seuil (30, 31, ...), et les sorties (43, 44, ...) du dit compteur étant reliées respectivement aux entrées de commande (45, 46, ...) des dits interrupteurs (22, 23, ...).