УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЙ СРЕДНЕЙ МОЩНОСТИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к устройствам для проведения высокоточных измерений средней мощности лазерного излучения.
Для решения современных задач, связанных с различными применениями лазеров, необходимо измерение средней мощности лазерного излучения с высокой точностью. Часто при измерении мощности лазерного излучения и при эксплуатации устройств, использующих лазеры, требуется предварительное ослабление излучения.
Из уровня техники известно, что такая задача решается введением в состав средств измерений (СИ) ослабителя мощности (ОМ) (Г.Л. Воронков «Ослабители оптического излучения», Машиностроение, 1980). Далее ослабленный сигнал поступает на измерительный преобразователь (ИП) и систему регистрации. При этом точность измерения мощности СИ определяется, в первую очередь, погрешностями ОМ и ИП. Необходимость учета погрешности каждого элемента приводит к их поэлементной калибровке. При этом в суммарной погрешности СИ участвуют составляющие погрешности каждого элемента.
В связи с этим для высокоточного измерения мощности к упомянутым элементам предъявляются повышенные требования к их параметрам, определяющим величины погрешностей. Так, для ОМ необходимо высокоточное определение параметра - коэффициент ослабления. При этом для согласования ОМ с параметрами ИП в измеряемых диапазонах мощности требуется его регулировка. Для применения ИП необходима предварительная высокоточная калибровка, также имеющая величину погрешности. Все это значительно усложняет проведение высокоточных измерений на практике.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является устройство измерений средней мощности лазерного излучения, содержащее корпус, ослабитель мощности лазерного излучения и средство регистрации, включающее аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер и модуль передачи данных для измерения мощности лазерного излучения (см. патент RU 2381461, кл. G01J 1/04, опубл. 10.02.2010). ОМ такого СИ представляет диффузный рассеиватель, выполненный в виде параллелепипеда из фторопласта, а в качестве измерительного преобразователя применен фотоприемник. Устройство предназначено для измерения оптической мощности медицинских лазерных установок. Недостатком известного устройства является невозможность регулировки коэффициента ослабления ОМ и невысокая точность измерения мощности лазерного излучения при поэлементной калибровке устройства.
Технической проблемой является устранение указанных недостатков и создание устройства, в котором обеспечивается регулируемое ослабление мощности излучения и комплектная калибровка устройства. Технический результат заключается в повышении точности измерений средней мощности лазерного излучения. Поставленная проблема решается, а технический результат достигается тем, что в устройстве измерений средней мощности лазерного излучения, содержащем корпус, ослабитель мощности лазерного излучения и средство регистрации, включающее аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер и модуль передачи данных, ослабитель мощности выполнен в виде вращающегося элемента с окном, периодически открывающим регулируемый свободный проход для лазерного излучения, за которым расположен термоэлектрический измерительный преобразователь, соединенный со средством регистрации и снабженный электрической обмоткой замещения, обеспечивающей возможность калибровки указанного преобразователя по электрической мощности, причем ослабитель, термоэлектрический измерительный преобразователь и средство регистрации выполнены в едином корпусе, позволяющем осуществлять комплектную калибровку. Ослабитель мощности, выполненный с возможностью регулировки коэффициента ослабления, предпочтительно содержит привод вращения, жестко смонтированный на его оси фланец и два установленных на нем диска с периферийными кольцевыми прорезями, выполненными с возможностью взаимного поворота и соответствующего регулируемого перекрытия, причем взаимное положение дисков жестко фиксируется с помощью крепежных элементов в виде штифтов, закрепленных в указанном фланце и проходящих через дополнительные кольцевые прорези в центральной части одного из дисков. Между ослабителем мощности и термоэлектрическим измерительным преобразователем может быть установлена собирающая линза. Модуль передачи данных средства регистрации предпочтительно снабжен микропроцессором, связанным с USB интерфейсом.
На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства;
на фиг. 2 - функциональная схема ослабителя мощности, входящего в его состав.
Предлагаемый измеритель средней мощности лазерного излучения снабжен окном для ввода лазерного излучения 1 и ОМ 2 и термоэлектрическим ИП, 3 с обмоткой замещения 4, соединенным со средством регистрации 5, которое оснащено аналого-цифровым преобразователем, микроконтроллером и модулем передачи данных 6. ОМ 2, термоэлектрический ИП 3 и средство регистрации 5 выполнены в едином корпусе 7. Применение термоэлектрического ИП 3 позволяет при необходимости дополнительно к комплектной калибровке провести его высокоточную калибровку по электрической мощности, поступающей в обмотку замещения 4.
ОМ 2 представляет собой вращающийся элемент с регулируемым по ширине окном, периодически открывающим свободный проход для лазерного излучения, который обеспечивает регулируемое изменение коэффициента ослабления. ОМ 2 содержит два диска 8 и 9 с крепежными элементами в виде штифтов 10, которые установлены на фланце 11, в свою очередь, жестко смонтированном на оси привода вращения в виде электродвигателя 12. Диски 8 и 9 выполнены с возможностью взаимного поворота и соответствующего регулируемого перекрытия сквозных периферийных кольцевых прорезей 13. Взаимное положение дисков 8 и 9 жестко фиксируется с помощью штифтов 10, закрепленных во фланце 11 и проходящих через дополнительные кольцевые прорези 14 в центральной части диска 8.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Оптическое излучение от источника излучения проходит через окно 1 корпуса 7 и попадает на поверхность дисков 8 и 9 ОМ 3, в зоне периферийных прорезей 13. Диски 8 и 9 приводятся во вращение электродвигателем 12, что приводит к частичному прерыванию оптического излучения. Часть излучение после ОМ 2 поступает в высокоточный термоэлектрический ИП 3. Для измерений мощности широких пучков оптического излучения после ОМ 2 может быть установлена собирающая линза (на чертежах не показана). В термоэлектрическом ИП 3 оптический сигнал преобразуется в электрический, после чего поступает на средство регистрации 5. Средство регистрации 5 посредством аналого-цифрового преобразователя, микропроцессора, программного обеспечения и модуля передачи данных 6 обрабатывает электрический сигнал и передает его по USB интерфейсу на внешний компьютер (либо на внешний индикатор) для дальнейшей визуализации значения измеренной мощности оптического излучения.
Конструкция предлагаемого устройства позволяет повысить точность проводимых измерений средней мощности лазерного излучения за счет комплектной калибровки всего устройства как единого целого и в возможности регулировки коэффициента ослабления ОМ. При такой калибровке нет необходимости отдельно учитывать составляющие суммарной измерений вносимые отдельными элементами устройства, такими как ослабитель мощности, термоэлектрический преобразователь оптического излучения, средство регистрации сигнала.
Работа выполнена с использованием оборудования Центра коллективного пользования высокоточных измерительных технологий в области фотоники (ckp.vniiofi.ru), созданного на базе ФГУП «ВНИИОФИ» и поддержанного Минобрнауки России в рамках выполнения соглашения №075-11-2019-076 (уникальный идентификатор RFMEFI59519X0005).