Лазерные измерители мощности
Наши инженеры проконсультируют и подберут измеритель мощности лазера под вашу задачу.
1. Теоретические основы термоэлектрических датчиков измерения мощности
Измеритель оптической мощности (или измеритель мощности лазера, ИОМ) — это прибор для измерения оптической мощности (отдаваемой энергии в единицу времени) в световом, например лазерном, луче. Как правило, он позволяет измерять мощность только с относительно узкой полосой пропускания и, например отображает только среднюю мощность при приеме последовательности импульсов с высокой частотой повторения импульсов, например от лазера с модуляцией добротности или синхронизацией мод. Для измерения энергии импульса существуют другие приборы, называемые измерителями оптической энергии.
Большинство ИОМ подходят только для световых пучков с довольно ограниченным радиусом луча, а не, например для рассеянного света, но существуют специальные сенсорные головки с интегрирующей сферой, которые могут принимать и точно измерять даже сильно расходящиеся входные лучи, например от света, излучающие диоды.
Измеритель оптической мощности поставляется с сенсорной головкой, содержащей датчик мощности, который монтируется со стойкой для приема горизонтального входного светового луча на определенной высоте над оптическим столом. Головка датчика может быть оснащена дополнительными оптическими аттенюаторами для расширения диапазона измерения.
Головка датчика может быть подключена к автономному прибору отображения, содержащему аналоговый или цифровой дисплей для вывода информации о мощности лазера. Некоторые приборы имеют аналоговый электрический выход, выдающий сигнал напряжения, пропорциональный принимаемой мощности света, и/или цифровой интерфейс (например USB, GPIB, RS-232, WLAN или Bluetooth) для подключения к компьютеру.
Большинство ИОМ основаны на принципе теплового детектора: оптическая мощность преобразуется в мощность нагрева в некоторой поглотительной структуре с черным покрытием, и измеряется результирующее повышение температуры (или фактически разница температур между поглотителем и оправой), например с термобатареей. Такой измеритель тепловой мощности полезен для средних мощностей от ≈ 0,01 Вт до нескольких киловатт, но одна головка датчика не может охватить весь этот диапазон. Как правило, для мощности свыше 10 Вт требуется некоторое охлаждение с помощью вентилятора или даже воды.
Измерители тепловой мощности довольно надежны (хотя следует избегать слишком жесткой фокусировки на поглотителе), умеренно точны, могут использоваться в широком диапазоне длин волн (с довольно независимой от длины волны чувствительностью) и относительно медленны.
При установке измерителя тепловой мощности на высокую чувствительность, например на максимальную мощность ниже 100 мВт, при измерениях нельзя касаться рукой его крепления. Это связано с тем, что любое нагревание монтировки может вызвать перепады температур, которые изменят показания.
1.1. Детекторы с термопарами и термобатареями
Термопара, в основном, получается путем соединения металлической проволоки с обеих сторон с металлическими проводами, состоящими из другого материала. Если между двумя проводными соединениями возникает разница температур, возникает термоэлектрическое напряжение, которое примерно пропорционально разнице температур (эффект Зеебека). Это напряжение можно использовать в термодатчике, если такую термопару установить между поглотителем и радиатором.
Термоэлектрическое напряжение от термопары довольно мало, обычно несколько милливольт. Поэтому часто используют термобатареи, состоящие из нескольких последовательно соединенных термопар. Все они имеют одно соединение со стороны поглотителя и другое со стороны радиатора. Датчик мощности лазера может иметь термопары, распределенные по большей площади – в осевой конструкции датчика, в пластине между поглощающим слоем и теплоотводом. Как правило, не возникает проблем, если выделение тепла неравномерно, например из-за поглощения лазерного луча ограниченного диаметра, поскольку общее термоэлектрическое напряжение не чувствительно к этому. Только поглотитель может быть поврежден при слишком высоких локальных интенсивностях.
Существуют также радиальные датчики на термобатареях, в которых термопары образуют кольцо вокруг освещаемой области поглотителя. Однако такие датчики значительно медленнее, чем осевые датчики, главным образом потому что тепло должно проходить на большее расстояние. Такие лазерные датчики на термобатареях используются во многих измерителях мощности лазеров.
1.2. Одноимпульсный лазерный датчик энергии
Тепловые датчики также могут измерять энергию одиночного импульса при частоте импульсов, не превышающей один импульс каждые ~ 5 с. Сам датчик может быть интегрирован в лазерное оборудование для измерения и обратной связи по энергии одиночного лазерного импульса.
Датчики энергии китайского производства могут:
- быть интегрированы в приложение заказчика;
- разрешить нестандартную настройку (под требования заказчика);
- иметь возможность изменения спектрального диапазона в соответствии с требованиями к приложению;
- иметь выход USB, преобразуя энергию цифрового сигнала в энергию.
Вариант 1. Одноимпульсный лазерный датчик энергии
Вариант 2. Одноимпульсный лазерный датчик энергии + Встроенная плата обработки данных
Вариант 3. Одноимпульсный лазерный датчик энергии + Интегральная схема обработки данных (корпусированная)
1.3 Протокол коммуникации датчиков китайского производства
Для управления датчиками существуют свои протоколы коммуникаций: OEM версия, CHLP-P(25) и USB. Подключения посредством CHLP-P(25) и USB используют виртуальный COM-порт, а для ОЕМ версии необходимо RS232.
Общие требования для СОМ-порта и RS232:
- Скорость передачи: 9600
- Бит данных: 8-битный
- Стоповый бит: 1 бит
- Бит четности: НЕТ
За более подробной информацией, пожалуйста, напишите специалистам нашей компании.
Все датчики совместимы с цифровым дисплеем CHLP-P(25), дисплей имеет простое и адаптированное под пользователя программное обеспечение (рис. 1).
Рисунок 1 – Дисплей CHLP-P(25)
1.4 Перечень датчиков в наличии
Перечень датчиков представлен в общем каталоге. Все модели, представленные в каталоге, могут быть поставлены в версии USB, таким образом, необходимость в цифровом дисплее отпадает. Программное обеспечение поставляется на флеш-карте вместе со всеми датчиками производителя.
Датчики, доступные к заказу со склада АО «ЛЛС»*:
*На данный момент датчики находятся на поверке для внесения государственный реестр измерительного оборудования, статус наличия необходимо уточнить у специалистов компании.
- Цифровой дисплей – CHLP-P(25)
- Измерительная голова 100 мкВт-5 Вт – (25)G5F-GT-10
- Измерительная голова 100 мВт-100 Вт – (25)100F-CB-40
- Измерительная голова 10 мВт-40(80) Вт – (25)40F-MA-19
- Измерительная голова 10 мВт-2(10) Вт – (25)2M-HQ-8
- Измерительная голова 300 мВт-300 Вт – (25)W300-CB-40
- Измерительная голова 100 мкВт-5 Вт USB – (25)G5F-GT-10U
2. Сравнение датчиков
2.1 Общие сравнительные данные датчиков
Наличие измерителя мощности лазера для осуществления точного мониторинга фактической выходной мощности лазерных устройств в режиме реального времени является ключом к повышению качества лазерной обработки материалов. Это позволяет качественно оценивать все входные и выходные параметры источников, а также вести записи измерений и определять стабильность источников.
В качестве примера на рисунке 2 приведены сравнительные графики точности, стабильности и времени отклика китайского производителя и двух мировых аналогов.
Точность датчиков
Стабильность датчиков
Время отклика датчиков
Рисунок 2 – Сравнительные графики датчиков
Отметим, что ключевые параметры датчиков китайского производителя не уступают мировым аналогам.
2.2. Сравнение датчиков китайского производителя и Coherent Inc.
Для более наглядного примера рассмотрим два измерителя мощности от разных производителей: WLS10k-PT-45 от китайского производителя и PM6K+ USB от Coherent Inc. В таблице 1 наглядно представлены характеристики данных датчиков, также здесь приведены данные по датчику FL1100A-BB-65 от Ophir Optronics Solutions Ltd. в качестве справки.
Таблица 1. Параметры датчиков
Параметры |
Китайский производитель WLS10k-PT-45 |
Coherent Inc. PM6K+USB | Ophir Optronics Solutions Ltd FL1100A-BB-65 |
Измеряемая мощность | 100-10000 Вт | 10-6000 Вт | 5-1100 Вт |
Спектральный диапазон | 0,8-2, 10.6 мкм | 0,19-11 мкм | 0,19-11 мкм |
Тип охлаждения | Водяной | Водяной | Воздух |
Апертура | 45 мм | 50 мм | 65 мм |
Разрешение | 1 Вт | - | - |
Точность мощности | < ±5% | ±1,5% | ±3% |
Время отклика | 3 с | 45 с | 4 с |
Тип детектора | PT | УФ покрытие | Broadband |
Максимальная средняя плотность мощности | 3 кВт/см2 | 1-2.5 кВт/см2 |
8 кВт/см2 при 500 Вт 5,5 кВт/см2 при 1100 Вт |
Расход охлаждающей воды | 8-10 л/мин | - | - |
Тип кабеля | DB-9M | PM DB-25 | - |
Длина кабеля | 5 м | 2 м | - |
Габариты | ⌀146×70 мм | ⌀120.0×59 мм | 128×128×129 мм |
Способы отображения информации | Дисплей CHLP-P(25) или ПО | USB + ПО | Дисплей Nova II или ПО |
В качестве источника излучения использован иттербиевый лазер с максимальной непрерывной мощностью 2 кВт. Мощность лазера использована на 40 %. На рисунке 2 представлены данные, измеренные с датчиков с одинаковой мощностью лазера, учитывалось и то, что лазер выходит в режим в течение 40-60 с после включения. Измерения на датчике Ophir производились в качестве справочных, так как сравнение трех датчиков не корректно по их техническим возможностям.
|
|
|
WLS10k-PT-45
|
PM6K+USB
|
FL1100A-BB-65
|
Рисунок 2 – Экспериментальные данные
В ходе эксперимента датчики от китайского производителя и Coherent с некоторой погрешностью показывают одинаковые результаты: 776 Вт и 785,8 Вт соответственно. Датчик Ophir показывает 870 Вт, что может быть связано с видом охлаждения, а также пороговым значением по мощности для данного датчика.
Датчики китайского производства активно используются на производстве наших партнеров BWT Beijing Ltd и LigthComm Technology Co., Ltd. На данный момент в РФ есть несколько заказчиков, которые доверились качеству представляемых датчиков и при необходимости наша компания готова предоставить вам обратную связь.
Датчики данного производителя будут внесены в государственный реестр измерительного оборудования во второй половине 2023 года!
Автор статьи: Кашина Раъно
Данное оборудование протестировано инженерами АО «ЛЛС» и при наличии дополнительных вопросов просим обратиться к специалистам компании.
Получить дополнительную информацию вы можете, обратившись к нашим специалистам:
Ромашова Василиса
Руководитель группы по волоконным системам
Комиссаров Михаил
Инженер по применению волоконно-оптических систем