CN220670716U - 一种新型激光功率计 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种新型激光功率计，通过测量流经吸收腔水流的流量和温度变化，实现激光功率的测量。包括V型吸收腔、流量测量模块、温度测量模块、外壳等部分。V型吸收腔由两个吸收体以V型布局组合在一起，每个吸收体内表面设置有V型槽，吸收体外侧设置有水循环通道。水循环通道外部设置有吸收体盖板。吸收腔的另外两侧设置有吸收体侧板。流量测量模块设置于V型吸收腔外部，与水循环通道连通。在V型吸收腔的进水端和出水端各设置一组温度测量模块，用于测量水流经V型吸收腔前后的温度变化。该激光功率计不仅可以提高激光功率计的抗激光损伤能力，而且能提高测量的空间均匀性，测量结果更加稳定可靠。
Description
技术领域
本实用新型属于激光辐射参数测量技术领域，涉及激光功率测量装置，尤其是一种高功率激光功率计。
背景技术
近年来，激光技术在许多重要领域都得到日益广泛的应用，如在工业加工领域，激光切割、激光焊接、激光熔覆等已成为重要的加工手段。这些应用推动了激光技术的快速发展，使激光器的输出功率不断提高。以光纤激光器为例，单模块输出功率已达到万瓦以上，多模激光输出功率突破100kW。随着激光功率水平的提高，需要配备相应的激光功率测量设备，进行性能监测和评估。
目前的高功率激光功率计普遍采用量热的方法进行激光功率测量，为了降低激光功率计感光面的功率密度，通常采用镀金反射锥对入射激光进行扩束，以提高功率计的抗激光损伤能力。然而，这种方式存在一些固有缺陷。一方面，此类功率计的抗激光损伤性能受限于反射锥表面的加工质量、缺陷以及镀金的质量，导致使用过程中很容易被激光打坏；另一方面，采用反射锥扩束的方法难以同时兼顾高扩束比和空间均匀性，即虽然可以通过一定的光学设计优化来降低功率计感光面的功率密度，但对于不同光斑尺寸、不同的光束发散角、不同形状的光斑等各种情况，即使实际激光功率相同，测得的功率值也会存在差异，也就是空间均匀性差。此外，随着功率测量上限的提高，功率计的体积也会随之增大，导致其响应速度明显变慢。上述不足均是由这种功率计结构决定的，无法从根本上得到解决。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是：提供一种新型激光功率计，抗激光损伤能力强，空间均匀性好，响应速度快。
本实用新型的技术方案如下：
一种新型激光功率计，通过测量流经吸收腔水流的流量和温度变化，实现激光功率的测量。所述激光功率计包括V型吸收腔、流量测量模块、温度测量模块、外壳等部分。所述V型吸收腔由两个吸收体以V型结构组合在一起，所述吸收体内表面设置有V型槽，吸收体外侧设置有水循环通道。所述水循环通道外部设置有吸收体盖板。所述V型吸收腔的另外两侧设置有吸收体侧板。所述流量测量模块设置于所述V型吸收腔外部，与所述水循环通道连通。在所述V型吸收腔的进水端和出水端各设置一组温度测量模块。所述V型吸收腔、流量测量模块、温度测量模块等置于所述外壳内部。
具体地，所述V型吸收腔是所述激光功率计的主体部分，包括两个吸收体、两个吸收体盖板、两个吸收体侧板。两个所述吸收体以V型结构组合在一起。在忽略所述V型槽结构的情况下，所述吸收体的内表面可设置为平面形状或曲面形状，具体来说，沿着与两个所述吸收体的内表面垂直的方向作剖切面，所述剖切面与其中任意一个吸收体的交线的形状可以是直线段、圆弧、椭圆弧、抛物线段、双曲线段、样条曲线、高次曲线中的一种或多种的组合。两个所述吸收体组成所述V型结构时，在V型的顶点处的夹角一般在1°～120°之间。
所述吸收体的内表面设置有一系列V型槽结构，以增大光吸收面积。所述V型槽与其横截面的交线形状可以是标准V形、顶端有圆角或倒角的V形、梯形。所述V型槽的两个侧面可以设置为平面或者曲面。即所述V型槽的横截面与其任意一侧面的交线形状可以是直线段、圆弧、椭圆弧、抛物线段、双曲线段、样条曲线、高次曲线中的一种或多种的组合。所述V型槽的两个侧面之间的夹角一般在1°～179°之间。所述V型槽的方向沿着所述吸收体的纵向延伸。所述纵向是指在所述吸收体内表面上从所述V型吸收腔的开口端向腔的尖端延伸的方向。
所述吸收体内表面设置有吸收涂层，用于提高对激光的吸收效率。每个所述吸收体均设置有水循环通道。两个所述吸收体的水循环通道之间可采用串联或者并联两种方式来组合。所述串联方式是指，水流从所述激光功率计的进水口流入，然后，先后依次流经两个所述吸收体的水循环通道，最后从所述激光功率计的出水口流出。所述并联方式是指，水流从所述激光功率计的进水口流入之后，分为两个并行通道，并行流入两个所述吸收体的水循环通道，然后各自分别从两个所述吸收体的水循环通道流出，最后合并成一条通道，从所述激光功率计的出水口流出。
每个所述吸收体的水循环通道的外部与一吸收体盖板紧密组合在一起，所述吸收体与对应的所述吸收体盖板之间设置有密封圈，从而达到水密封效果。
在与两个所述吸收体垂直的两侧，设置两个吸收体侧板。两个所述吸收体、两个所述吸收体盖板和两个所述吸收体侧板共同围成一个四周密闭、只有前端开口的V型吸收腔。
所述流量测量模块用于测量流经所述V型吸收腔的水的流量F。所述流量测量模块设置于所述V型吸收腔的外部，并与所述水循环通道相连通。所述流量测量模块可设置于所述V型吸收腔的进水端或出水端。
所述温度测量模块包含两组，其中一组设置于所述激光功率计的进水端，用于测量流经所述V型吸收腔之前的水温T1。另一组设置于所述激光功率计的出水端，用于测量流经所述V型吸收腔之后的水温T2。
所述流量测量模块和所述温度测量模块的输出信号，分别通过电缆传输到信号处理模块，通过进一步处理转化为激光功率值，并最终显示到外部显示设备界面上。
本实用新型与现有技术相比的优点在于：
1.本实用新型采用无反射锥的V型吸收腔结构设计，吸收体内表面增加V型槽结构，不仅大幅提高了抗激光损伤能力，而且从根本上解决了反射锥型激光功率计存在的空间均匀性差、反射锥易损坏、响应速度慢等问题。
2.本实用新型通过测量流经V型吸收腔的水流量和水的温度变化，从而得到待测激光功率值。测量结果几乎不会受到激光光斑尺寸、发散角或照射位置的影响，因此，更加稳定可靠。
3.本实用新型提出的两个吸收体的水循环通道可采用串联或并联的方式进行组合的思路，使得激光功率计的结构设计更加灵活，便于进行合理布局和优化。
附图说明
图1是实用新型实施例的激光功率计的总体结构图；
图2是实用新型实施例的激光功率计的内部结构图；
图3是实用新型实施例的激光功率计的水循环通道示意图。
图中：1V型吸收腔；111吸收体(之一)；112吸收体(之二)；121吸收体盖板(之一)；122吸收体盖板(之二)；131吸收体侧板(之一)；132吸收体侧板(之二)；101V型槽；2外壳；201入射口；3流量测量模块；401进水端温度测量模块；402出水端温度测量模块；501进水管道；502出水管道；601进水口；602出水口；7电气接口；8支撑底脚；9拉手。
具体实施方式
下面结合附图中的实施例对本实用新型进行详细说明。
参照图1～3所示，本实施例的一种新型激光功率计包括：V型吸收腔1、外壳2、流量测量模块3、进水端温度测量模块401、出水端温度测量模块402、进水管道501、出水管道502、进水口601、出水口602、电气接口7、支撑底脚8、拉手9等。
本实施例通过测量流经V型吸收腔水流的流量和温度变化，实现激光功率的测量。具体的，入射激光通过激光功率计的入射口201，照射在V型吸收腔1的内部。入射激光的大部分能量被所述V型吸收腔1内部的两个吸收体111和112所吸收，并转化为热能传递到所述吸收体111和112外侧的流水中，被水所吸收，导致水温度的升高。V型吸收腔1外部的流量测量模块3可测出水的流量，同时，进水端温度测量模块401和出水端温度测量模块402可分别测出水流流经V型吸收腔之前和之后的温度，进而可得到水流经V型吸收腔产生的温度变化。根据测得的流量值和温度变化值，通过计算分析即可得到待测激光的功率值。
所述吸收体111和112以V型布局组合在一起，如图2所示。每个吸收体的内壁分布着一系列V型槽101，用于增大光吸收面积。所述吸收体111和112的内表面设置有吸收涂层，用于提高对激光的吸收效率。每个所述吸收体的外侧分布着水循环通道110，如图3所示。本实施例中，两个所述吸收体111和112的水循环通道之间采用串联的方式来组合，即水流从所述激光功率计的进水口601流入，通过进水管道501首先流经所述吸收体111的水循环通道，之后流入所述吸收体112的水循环通道，经过出水管道502，最后从所述激光功率计的出水口602流出。
所述吸收体111和112的水循环通道的外部分别与一吸收体盖板121和122紧密组合在一起，所述吸收体与对应的所述吸收体盖板之间设置有密封圈，从而达到水密封效果。
所述V型吸收腔1还包含两个吸收体侧板131和132。所述吸收体侧板131和132设置在与两个所述吸收体111和112垂直的两侧，如图2所示。两个所述吸收体111和112、两个所述吸收体盖板121和122以及两个所述吸收体侧板131和132共同组成一个四周密闭、只有前端开口的V型吸收腔。前端开口与所述激光功率计的入射口201对应。
所述V型吸收腔1的外部设置有流量测量模块3，用于测量流经所述V型吸收腔1的水的流量。本实施例中，所述流量测量模块3设置于所述吸收体盖板121的外侧，并与所述吸收体111的水循环通道相连通。所述流量测量模块3的另一端通过进水管道501与所述激光功率计的进水口601相连通。
本实施例中所述V型吸收腔1的外部还设置两组温度测量模块，分别为进水端温度测量模块401和出水端温度测量模块402，用于测量流经所述V型吸收腔1之前的水温T1和流经所述V型吸收腔1之后的水温T2。所述进水端温度测量模块401位于所述流量测量模块3和所述吸收体盖板121之间。所述出水端温度测量模块402与所述吸收体盖板122相连，并通过所述出水管道502与所述激光功率计的出水口602相连通。
所述流量测量模块3、所述进水端温度测量模块401、所述出水端温度测量模块402的输出信号，分别通过电缆传输到信号处理模块，通过进一步处理转化为激光功率值，并最终显示到外部显示设备界面上。所述电气接口7即所述激光功率计与外部信号处理和显示设备的接口。
所述V型吸收腔1、流量测量模块3、进水端温度测量模块401、出水端温度测量模块402、进水管道501、出水管道502均位于所述外壳2的内部。
上面所述的实施例仅仅是对本实用新型的实施方式进行描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定。在不脱离本实用新型设计构思的前提下，本领域普通人员对本实用新型的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本实用新型的保护范围，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (14)
1.一种激光功率计，其特征在于，包括V型吸收腔、流量测量模块、温度测量模块、外壳；所述V型吸收腔包含两个吸收体、两个吸收体盖板和两个吸收体侧板；两个所述吸收体以V型结构组合在一起，所述吸收体内表面设置有V型槽，吸收体外侧设置有水循环通道，所述水循环通道外部设置有吸收体盖板，所述V型吸收腔的另外两侧设置有吸收体侧板，两个所述吸收体、两个所述吸收体盖板和两个所述吸收体侧板共同组成一个四周密闭、只有前端开口的V型吸收腔；所述流量测量模块设置于所述V型吸收腔外部，与所述水循环通道连通，在所述V型吸收腔的进水端和出水端各设置一组所述温度测量模块，所述V型吸收腔、所述流量测量模块、所述温度测量模块置于所述外壳的内部。
2.根据权利要求1所述的一种新型激光功率计，其特征在于，沿着与两个所述吸收体的内表面垂直的方向作剖切面，所述剖切面与其中任意一个吸收体的交线的形状可以是直线段、圆弧、椭圆弧、抛物线段、双曲线段、样条曲线、高次曲线中的一种或多种的组合。
3.根据权利要求1所述的一种新型激光功率计，其特征在于，所述V型槽与其横截面的交线形状可以是标准V形、顶端有圆角或倒角的V形、梯形，所述V型槽的两个侧面可以设置为平面或者曲面，即所述V型槽的横截面与其任意一侧面的交线形状可以是直线段、圆弧、椭圆弧、抛物线段、双曲线段、样条曲线、高次曲线中的一种或多种的组合。
4.根据权利要求1所述的一种新型激光功率计，其特征在于，所述吸收体内表面的V型槽的方向沿着从所述V型吸收腔开口端向吸收腔尖端延伸的方向，各V型槽之间相互平行分布。
5.根据权利要求1所述的一种新型激光功率计，其特征在于，所述吸收体的内表面设置有吸收涂层，用于提高对激光的吸收效率。
6.根据权利要求1所述的一种新型激光功率计，其特征在于，两个所述吸收体的外侧分别具有水循环通道。
7.根据权利要求1所述的一种新型激光功率计，其特征在于，两个所述吸收体的水循环通道之间采用串联的方式进行组合，所述串联方式是指，水流从所述激光功率计的进水口流入，然后先后依次流经两个所述吸收体的水循环通道，最后从所述激光功率计的出水口流出。
8.根据权利要求1所述的一种新型激光功率计，其特征在于，两个所述吸收体的水循环通道之间采用并联的方式进行组合，所述并联方式是指，水流从所述激光功率计的进水口流入之后，分为两个并行通道，并行流入两个所述吸收体的水循环通道，然后各自分别从两个所述吸收体的水循环通道流出，最后合并成一条通道，从所述激光功率计的出水口流出。
9.根据权利要求1所述的一种新型激光功率计，其特征在于，每个所述吸收体的水循环通道的外部与一吸收体盖板紧密组合在一起，所述吸收体与对应的所述吸收体盖板之间设置有密封圈，以达到水密封效果。
10.根据权利要求1所述的一种新型激光功率计，其特征在于，两个所述吸收体侧板分布在与两个所述吸收体垂直的两个侧面，防止两侧发生漏光。
11.根据权利要求1所述的一种新型激光功率计，其特征在于，所述流量测量模块设置于所述V型吸收腔的外部，并与所述水循环通道相连通，所述流量测量模块可设置于所述V型吸收腔的进水端或出水端，实现对流经所述V型吸收腔水流量的测量。
12.根据权利要求1所述的一种新型激光功率计，其特征在于，所述温度测量模块包含两组，其中一组设置于所述V型吸收腔的进水端，用于测量流经所述V型吸收腔之前的水温，另一组设置于所述V型吸收腔的出水端，用于测量流经所述V型吸收腔之后的水温。
13.根据权利要求1所述的一种新型激光功率计，其特征在于，根据测得的水流量和流经所述V型吸收腔前后的水温变化，经计算分析即可得到待测激光功率值。
14.根据权利要求1所述的一种新型激光功率计，其特征在于，所述流量测量模块和所述温度测量模块的输出信号，分别通过电缆传输到信号处理模块，通过进一步处理转化为激光功率值，并最终显示到外部显示设备界面上。
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