一种脉冲激光功率采集和控制系统的设计

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脉冲激光回波信号采集技术

激光器重频Ｈｚ
１０
１００ｏｌ０ｏｏ０
系统持续采集时间Ｓ
１６３．９
１．６４０．１６４
预触发技术是利用回波信号作为采集系统的外触发信号启动采集系统的工作。首先设置触发条件和采集数据长度，包括预触发电平、触发前／后沿、预触发采集的数据个数以及触发后采集的数据个数。当回波信号电平不满足触发条件时，采集卡将采集数据以循环存储的方式暂存在存储器中，循环存储器的长度等于设置的预触发数据长度；当满足预置电平的回波信号到达触发电路时，采集的数据从循环存储器开始依次缓存，直到采集的数据长度等于设置的数据总长度（见图１（ｂ））。预触发采集方式对于较高信噪比的脉冲激光回波，可以最大限度地减少采集存储的数据量，且无需目标距离的先验知识，因此尤其适合高速运动和机动目标回波的采集。但是，由于预触发是利用回波信号作为触发源，当回波信号信噪比较低时，会带来较大的虚警率，同时会降低探测概率。将距离波门技术和预触发技术结合，可以降低虚惊率，但是不会增加探测概率，通常当回波信噪比小于６ｄＢ时，基于距离波门的回波信号采集是保证探测概率、降低虚警率的唯一方式。
ＣｏｍｐｕｓｃｏｐｅＢＡＳＥ一８是一款具有多种触发方式的高速数据采集卡，具有５００ＭＳ／ｓ的最大采样率，ＡＤＣ分辨率８ｂｉｔ，板上内存８ＭＢ，采用ＰＣＩ总线接口，提供Ｃ／Ｃ＃、ＭＡＴＬＡＢ和ＬａｂＶＩＥＷ软件开发工具箱。系统以最大采样率５００ＭＳ／ｓ采集数据时，８ＭＢ板上存储器可连续采集１６ｍｓ，实际应用中需要采集系统持续采集的时间通常远大于１６ｍｓ。表１给出了不同激光器重频条件下采用距离波门技术和预触发技术的系统持续采集时间。可见，采用距离波门或预触发模式时，系统连续采集时间主要取决于激光器的重频和板上存储器大小，当采集卡的板上存储器存满后，需要通过软件将采集数据经ＰＣＩ总线送至计算机内存。为了实现对回波信号的持续采集和存储，在软件开发中，将８ＭＢ存储空间分成等容量的两个独立空间，当其中一个空间存满数据后，启动数据传输程序将采集数据通过ＰＣＩ总线送计算机内存，由于采集卡在工作模式设置后处于自主运行状态，因此在数据传输的同时，数据采集

一种微弱激光脉冲功率计的设计分析

刘苗培，丽，段张坡，胡进军，华军任
中国电子科技集团公司第二十七研究所，州４０１郑５０５
摘
要：介绍了在一定条件下，利用激光能量与放大器输出的激光波形宽度之间的一一对应关系来实现微
弱脉冲激光功率的测量方法，了脉宽测量法的测量原理及对系统进行标定的方法；描述分析了对数据进行
３脉宽测量法
２传统测量与国内现状
本文中，在一定测量条件下，对微弱激光脉冲传统使用能量计来测量激光脉冲的能量或平均功率，宽带示波器来显示和记录脉冲波形。用对于重频的情况还需频率计来测量脉冲重复率。
ＬＵＭｉＩａｏ—ｐｉＤＡｉＺＡＧＰＨＵＪｊｎＥｕｊｎｅ，ＵＮＬ，ＨＮｏ，ｉｕ，ＲＮＨａ— ｕｎ—
ｆｈｔｓａｃｎｔｕｅｏｉａＥｌｃｒｎｃｅｈｏｏｙＧｒｕｅ２７ｈＲｅｅｒｈＩｓｉｔｆＴｔｎｅｔｏｉｓＴｃｎｌｇｏｐ
Ｋｅｒｓ：ｌｅｐｅｋ —ｖｌｅｐｗｅｆｌｓｒＰｕｓ —ｗｉｔａｕｅｎ；ｎｅｐｌｔｎｙｗｏｄＰｕｓａａｕｏｒｏａｅ；ｌｅｄｍｅｓｒｍｅｔＩｔｒｏａｉｈｏ
电压成正比的原理，过激光脉冲峰值电压的测通
１概述
随着现代光电子技术的飞速发展，由于激光具有方向性好、能量高，干性好及脉冲宽度窄等相

激光脉冲能量测试装置的设计及实验研究

１测试装置及原理
实验时采用圆柱形吸收装置，结构见图１其。在
圆柱形腔体外缠绕Ｋ型热电偶丝（可测０１０￣～０３Ｃ的介质温度）同时在腔体内椎体构件缠绕加热电阻。，
外部隔热材料采用石棉，收装置材料４吸５钢顶部加装石墨锥体。测试装置电路包含两部分，部分为等一
能量的测试显得尤为重要。设计了一种激光脉冲能量的测试装置，用该装置对ＫＪ１ＡＧ一利Ｇ一Ｙ
４０Ａ激光焊机脉冲能量进行测量；通过建立数学模型从理论上分析了测量过程中的热损失，０并得出了测试装置吸收激光能量后热电偶电阻随时间变化的曲线，过计算修正后，到单脉冲激光能经得量与脉冲电流、宽之间的相互关系。通过实验得出，种测试装置及方法对于脉冲激光能量测试脉该是可行的，时降低了测试难度，约了测试成本。同节
度］。但是，现有的测试装置为了保证测试精度，吸收装置以及测温元件大量采用钯、铑等稀有金属，测试成本居高不下。同时由于测试装置结构上固有的
局限性，得测量装置热损失计算过程非常复杂。使笔者根据电加热与脉冲激光加热等效原理，针对ＫＧ１Ｊ一ＹＡＧ４０激光焊机，计了一种激光脉一０Ａ设冲能量测试装置（图１示）简化了热损失计算如所，

光纤激光器的控制系统

光纤激光器的控制系统随着激光器在切割、焊接、表面处理等广泛应用。

文中设计了应用于激光打标的功率控制系统，采用数字电位器方式使激光器的性能得到大幅提高，硬件电路设计结构简单、系统响应速度快，不需要额外器件，成本低廉、功能齐全、实用性强。

1、系统总体设计1.1、控制系统设计控制系统主要由单片机MC9S12XDP512、开关电源PC0-6131、数字电位器DS1867、数字温度传感器DS18B20、LCD1602显示器、键盘和报警装置等组成。

系统进行读写操作时，光纤激光器输出功率由单片机进行控制调节，提供所需要的激光功率，功率设定时，由单片机MC9S12XDP512对数字电位器DS1867输出电阻进行控制，以改变开关电源控制端的输入电压，使开关电源的输出电流改变，得到光纤激光器输出功率所需要的驱动电流，从而实现激光输出功率的变化。

同时利用数字温度传感器对光纤激光器工作环境温度进行采集，利用单片机实现对温度数据的处理，当温度超出规定的40℃时，单片机会控制发光二级管进行温度报警，并利用LCD显示装置显示信息，用户可实时了解激光器的工作情况。

1.2、控制原理激光器为电流型驱动器件，驱动电流是输出光功率的前提，通过改变激光器电源电流的大小来改变激光器的输出功率。

系统控制激光器的输出功率的基本方法是：由单片机控制数字电位器DS1867的输出电阻，使开关电源控制端的电压改变，从而控制了开关电源的输出电流，改变光纤激光器功率的输出。

数字电位器DS1867的输出电阻由式(1)计算R=D×RWL+RW (1)其中，RW为滑臂电阻，即为内部电位器电子开关电阻，通常RW≤100 Ω，典型值为40 Ω；RWL为数字电位器DS1867内部电子阵列中每个电阻单元的阻值；D为输入的数字量。

根据光纤激光器功率控制的要求，即用户对光纤激光器的输出功率性能的要求，设计出用户要求的10等级功率输出产品，不同的功率等级输出对激光打标的对象有不同的要求。

激光设备电气控制系统介绍讲解课件

在线诊断
通过采集和分析设备运行数据，快速定位故障原因，提高维修效率。
03
02
01
03
远程技术支持
通过网络与远程技术支持中心连接，获取专业人员的故障诊断和处理建议。
01
故障自诊断
系统具备自诊断功能，能自动检测和识别故障部位，为快速维修提供便利。
02
故障处理预案
针对不同故障类型，制定相应的处理预案，缩短故障处理时间。
新型激光材料如稀土掺杂光纤、非线性晶体等具有优异的光学性能，能够实现激光波长的转换和调控。新型激光器件如光子晶体激光器、微纳激光器等具有小型化、集成化的特点，适用于各种便携式和嵌入式应用场景。
总结词
详细描述
06
CHAPTER
激光设备电气控制系统的维护与保养
电源故障
传感器故障
电路故障
软件故障
01
VS
高功率激光技术是未来发展的重要方向，将广泛应用于工业、医疗等领域。
详细描述
随着激光技术的不断突破，高功率激光器的输出功率不断提高，能够满足各种高难度加工和医疗需求。高功率激光技术将推动激光设备在切割、焊接、熔覆等领域的更广泛应用，同时为医疗领域提供更高效、安全的治疗手段。
总结词
新型激光材料与器件的发展将为激光设备带来更高的性能和更广泛的应用领域。
环保
05
CHAPTER
激光设备电气控制系统的未来发展趋势
总结词
随着人工智能和物联网技术的快速发展，激光设备电气控制系统将更加智能化，实现自动化和自主化控制。
详细描述
通过集成AI算法和传感器技术，激光设备能够实时感知自身状态和环境变化，自动调整参数和运行模式，提高生产效率和设备寿命。同时，智能化的控制系统能够减少人工干预，降低操作难度，提升设备使用的便捷性。

课程设计脉冲激光测距仪

外设接口设计
设计必要的外设接口，如按键、显示屏、通信接口等，以便于用户操作和数据显示。
软件编程
编写控制程序，实现测距仪的初始化、参数设置、数据采集、数据处理和结果显示等功能。
微控制器选择
根据测距需求和预算，选择合适的微控制器，如STM32、Arduino等。
04
CHAPTER
脉冲激光测距仪软件设计
脉冲接收
控制与显示系统
发射光学系统
将激光脉冲聚焦并导向目标，包括准直透镜和发射镜等。
光电探测器
将接收到的光信号转换为电信号，通常采用雪崩光电二极管或PIN光电二极管等。
信号处理电路
对电信号进行放大、滤波和数字化处理，以便后续的距离计算和显示。
产生短促、高强度的激光脉冲，通常采用半导体激光器或固体激光器。
实现基本测距功能
要求学生所设计的脉冲激光测距仪应达到一定的性能指标，如测量范围、测量精度、分辨率等。
性能指标要求
要求学生完成实验报告，包括设计原理、制作过程、实验结果分析和结论等，并进行答辩，展示设计成果和实验效果。
完成实验报告和答辩
02
CHAPTER
脉冲激光测距仪基本原理
通过测量激光脉冲从发射到接收的时间差来计算距离。
激光器
接收光学系统
接收反射回来的激光脉冲，并将其聚焦到光电探测器上，包括接收镜和聚焦透镜等。
控制测距仪的工作状态，显示测量结果，通常采用微处理器和液晶显示屏等实现。
03
CHAPTER
脉冲激光测距仪硬件设计
根据测距需求和预算，选择合适的激光器，如固体激光器、半导体激光器等。
激光器选择
设计合适的驱动电路，以提供稳定的电流和电压，确保激光器正常工作。

高能量激光器系统的设计与实现原理

高能量激光器系统的设计与实现原理激光技术作为一种高度聚焦、高能量密度的光束，已经在众多领域得到广泛应用，如材料加工、医学、通信等。

而高能量激光器系统的设计与实现原理则是实现高能量激光输出的关键。

本文将从激光器系统的基本构成、工作原理以及实现原理等方面进行论述。

一、激光器系统的基本构成高能量激光器系统主要由激光器源、泵浦系统、光学系统、冷却系统和控制系统等组成。

1. 激光器源：激光器源是激光器系统中最核心的部分，它能够产生激光光束。

常见的激光器源包括固体激光器、气体激光器和半导体激光器等。

不同类型的激光器源具有不同的特点和应用领域，如固体激光器适用于高功率激光器系统，而半导体激光器则适用于小型激光器系统。

2. 泵浦系统：泵浦系统是激光器源的能量供给系统，它能够向激光材料提供能量，使其产生激射。

常见的泵浦方式有光泵浦、电泵浦和化学泵浦等。

其中，光泵浦是最常用的泵浦方式，它通过激光二极管或闪光灯等光源对激光材料进行能量输入。

3. 光学系统：光学系统是将激光光束进行整形、调制和聚焦的关键部分。

它由准直镜、透镜、反射镜等光学元件组成，能够对激光光束进行控制和调整，以满足不同应用的需求。

4. 冷却系统：冷却系统主要用于控制激光器源和泵浦系统的温度，以保证其正常工作。

高功率激光器系统通常需要较强的冷却能力，以防止激光器源过热而导致性能下降或损坏。

5. 控制系统：控制系统是整个激光器系统的大脑，它能够对激光器源、泵浦系统和光学系统等进行控制和监测。

通过控制系统，用户可以实现对激光输出功率、脉冲频率和波长等参数的调节和监控。

二、激光器系统的工作原理激光器系统的工作原理可以简单分为三个步骤：泵浦、放大和激射。

1. 泵浦：泵浦是指通过能量输入使激光材料处于激发态的过程。

在泵浦过程中，泵浦光源的能量被传递给激光材料，激发材料中的电子从基态跃迁到激发态，形成一个能级反转。

2. 放大：放大是指利用激发态的能级反转来放大激光光束的过程。

一种大功率超短脉冲激光器的设计

收稿日期：２ｏ一ｌ２ｏ７ｌ一８
基金项目：国家自然科学基金（０６ｏ１６６６ｏ）资助
作者简介：徐金龙（９７）男，汉族，助教，硕士，主要从事信息工程、光电子信息方面的研究。１７一，
—■■ 十— —＿—卜— 一十
囝１激光器的结构框图
ｌ
ｓＳＭＥ
求，于是后来出现了半导体激光二极管（Ｄ）Ｌ泵浦激光器
（写为ＤＬ或ＬＰＳ）是让Ｌ的输出作为泵浦源。缩ＰＤＳＬ，Ｄ为了获得更大功率的泵浦光源可以把多个ＬＤ组成阵列，等间距环绕在激光工作物质的周围进行侧面泵浦。
ＬＡ侧面泵浦，为了获得脉宽更窄的超短脉冲采用了半导体可饱和吸收镜（ＥＡＤＳＳＭ）锁模技术。关键词：大功率；超短脉冲；激光器；设计中图分类号：Ｔ２２Ｎ４文献标识码：Ａ
引言
普通的激光器产生的激光的功率是很低的，远不远能满足我们的需求，利用激光本身的优点那就得提高要它的功率，以扩大它的应用领域。高能量的超短激光脉冲在激光加工、达、光测距、光通信、光核聚变雷激激激等方面具有广泛的应用。目前获得超短脉冲的主要方法
既然传统的方法产生的超短脉冲不能满足目前科

大功率脉冲激光光斑面积的实时控制系统

ＦｉＳｃｅｔａｒｆＣＣＤｍａｅｓｇａｒｃｓｉｇｇ２ｈｍａｃｄｇａｏｉｉｍｉｇｉｎｌｐｏｅｓｎ
Ｊ
有干涉而来的许多暗和亮点。此干涉条纹跟试片表面的粗糙度和连续激光的波长有关。此干涉条纹的暗和亮度反映
通信、数据处理、加工控制等多个功能模块的同时实现。
（脉冲激光的光斑像ａ）■■ （连续激光的光斑像ｂ）
（）ｐｔｍａｅｆｏｔｕｕｓｒｂｓｏｇｃｎｉｏｓａｅｉｏｎｌ
（）ｐｔｍａｅｏｐｌｄｌｓｒａｓｏｇｆｕｓｅｉｅａ
ａｄＦＰＧＡｏｒｌｍｏｌｎｃｎｔｏｄｕｅ
在ＣＤ视频信号上，以，Ｃ所二值化脉冲信号就会变化进而
影响测量光斑面积的精确度。这样的现象，若用共焦点光学系统的成像用透镜来调整光斑像的扩大率能够消除。
３系统的特性３１激光光斑．
—～ ■Ｉ．ｌ－Ｏ
。
器
Ｉ
一一言＿Ｉ（：ｌ－ ¨
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图１激光光斑面积实时控制系统示意图
ＦｉＳｈｍａｔｉｇａｆｒａ－ｉｏｔｏｙｔｍｇ１ｃｅｉｄａｒｍｏｅｌｍｅｃｎｒｌｓｓｅｃｔ
一
ＣＤ视频信号二值化处理方法与ＦＧＣＰＡ技术，将待测物体
上面的光斑面积实时地检测并控制而实现恒定光斑面积的
目的。１系统设计
般大功率激光光斑面积的实时检测控制很难。当前，大多采用ＣＤＣ—

yag脉冲自动激光焊接机使用说明书

yag脉冲自动激光焊接机使用说明书一、设备简介YAG脉冲自动激光焊接机是一种高效、高质量的焊接设备，它采用脉冲激光技术，具有高精度和高速度的焊接能力。

适用于各种金属材料的精密焊接，广泛应用于电子、通讯、汽车、医疗器械等领域。

二、设备组成YAG脉冲自动激光焊接机主要由以下几部分组成：1、激光器：产生脉冲激光，是焊接机的核心部件。

2、焊接头：将激光传输到焊接区域，通常配备聚焦和光路调整系统。

3、控制系统：控制激光器的脉冲频率、功率、延时等参数，以及工作台的运动轨迹。

4、冷却系统：为激光器和焊接头提供冷却水，确保其正常工作。

5、辅助部件：包括工作台、防护罩、观察窗等。

三、设备安装1、选择合适的工作环境，确保设备放置在平整、稳固的工作台上。

2、连接电源和水管，确保电源稳定，水源充足。

3、按照设备说明和要求进行安装，确保各部件连接牢固。

4、调整工作台位置和高度，以便于放置待焊接工件。

四、操作步骤1、开机：按下电源开关，设备自检后进入正常工作状态。

2、放置工件：将待焊接工件放置在合适的工作台上，确保工件稳定不动。

3、参数设置：根据需要，通过控制系统设置激光脉冲频率、功率、延时等参数。

4、开始焊接：按下焊接按钮，激光器开始输出激光，通过焊接头传输到焊接区域进行焊接。

观察焊接过程，如有异常及时处理。

5、结束焊接：当完成焊接后，设备会自动停止工作。

取出工件并清理工作区域。

6、关机：按下关机按钮，关闭设备电源。

五、参数设置1、激光脉冲频率：根据焊缝长度和材料特性选择合适的频率。

一般而言，频率越高，焊接速度越快，但过高的频率可能导致热影响区扩大。

2、激光脉冲功率：根据焊缝宽度和深度要求选择合适的功率。

功率越高，焊接能力越强，但过高的功率可能导致工件变形或焊缝质量下降。

3、激光脉冲延时：调整激光脉冲的延时时间，以便在合适的时刻触发焊接过程。

根据焊缝形状和位置调整延时参数，可以实现更精确的焊接控制。

4、工作台运动轨迹：根据焊缝形状和工件尺寸设置工作台的移动轨迹。

激光设备激光器功率控制系统控制方式要点

.
三、激光器功率控制方式——激励信号控制
系统上电后，电压比较器的正端设定正电压值VSET，负端电压假设为0，则比较器输出的低电平致使电容充放电模块对电容充电，随着电容电压的缓慢上升，恒流源的驱动电流不断升高，激光器输出光强不断升高，PIN探测电流变大，从而导致反馈回路输出电压升高，直至高过比较器正端电压VSET后，比较器输出由低电平跳变为高电平，接着执行上述过程的反过程：电容放电、激光器功率减小，由此循环往复，最终稳定激光器发光功率。
.
二、调Q实现方式
（2）声光调Q特点是： ——用于低增益的激光器，可获得脉宽几十纳秒，功率几百千瓦的高频脉冲； ——对高能量激光器的开关性能差，不宜用高能调Q激光； ——多用于获得中等功率、高重复频率的脉冲激光。
.
二、调Q实Байду номын сангаас方式
（3）染料调Q:是在一个固体激光器的腔内插入一个染料盒构成的。染料盒内装有可饱和染料。这些染料媒质具有突变的吸收饱和特点，当波长处于其吸收峰附近且入射光信号较弱时，染料媒质对于入射光呈现出非常明显的吸收趋势（相当于处于“关闭”状态）；当入射光信号增强到一定程度时，染料媒质对入射光突然呈现出明
.
一、激光器功率控制方式——调Q控制
调Q技术是在激光器的谐振腔内加入了开关调制器件，使激光以高能量脉冲的方式输出。调Q控制是对激光能量控制，同时也是对激光脉冲峰值进行控制。
目前调Q 技术
转镜调Q 电光调Q 声光调Q 染料调Q
………
.
二、调Q实现方式
（1）电光调Q:是利用晶体的电光效应作为Q开关的元件。
激光电源的激励信号控制法：激励信号可以是直流电压或脉宽调制（PWM）信号。通过改变激光器输出功率所对应的控制信号以控制激光电源的输出。PWM脉宽调制是靠改变脉冲宽度来控制输出电压，通过改变周期来控制其输出频率。这一方法也用在激光器的速度控制上。

21激光设备激光器功率控制系统控制方式要点

三、激光器功率控制方式——激励信号控制
下图为一激光器自动功率控制系统原理框图，此控制系统激励信号为直流电压。整体电路形成一个闭合环路，通过负反馈机制稳定激光器的输出功率。
光机电应用技术国家教学资源库
三、激光器功率控制方式——激励信号控制
该控制电路由电压比较器、电容充放电模块、恒流源和反馈回路构成。其工作原理是：电容充放电模块根据比较器输出电压的高低循环跳变，来对电容进行充放电，最终将其电压值稳定在某预设值，从而间接控制恒流源的输入电压，并进一步控制激光器电流，恒流源直接驱动激光器，它的输入电压和激光器驱动电流成正比例关系。
（1）电光调Q:是利用晶体的电光效应作为Q开关的元件。
光机电应用技术国家教学资源库
二、调Q实现方式
（1）电光调Q：利用晶体的电光效应，在晶体上加一阶跃式电压，调节腔内光子的发射损耗。开始工作时，晶体两端加一电压，由于晶体的偏振效应，谐振腔的损耗很大，Q值低，激光器不振荡，激光上能级不断积累粒子数，Q开关处于关闭状态。某一特定时刻，突然撤去晶体两端电压，谐振腔突变至损耗低，Q值高，Q开关打开，形成巨脉冲激光。
光机电应用技术国家教学资源库
二、调Q实现方式
（2）声光调Q: 声光调Q器件由声光互作用介质（如熔融石英）和键合于其上的换能器所构成。换能器将高频信号转换为超声波。在激光腔内插入声光调Q器件，可以产生很高的衍射损耗，此时腔内具有很低的 Q值，Q开关处于关闭状态。当激光高能级积累大量粒子数时，撤除超声波，衍射效应即刻消失，损耗下降，Q开关打开，激光巨脉冲遂即形成。
光机电应用技术国家教学资源库
二、调Q实现方式
（1）电光调Q特点是： ——有较高的动态损耗和插入损耗；
-9 ——开关速度高，同步性能好。开关时间可以达到10 秒；

一种脉冲激光信号测量系统的设计

一种脉冲激光信号测量系统的设计脉冲激光信号测量系统是一种用于测量脉冲激光信号的系统，通常用于光学测量、激光雷达、激光通信等领域。

这种系统通常由激光器、探测器、信号处理电路等组成，可以实现对脉冲激光信号的精确测量和分析。

设计一种脉冲激光信号测量系统需要考虑到系统的稳定性、精度、灵敏度等因素。

下面将详细介绍一种设计方案，包括系统的组成部分、工作原理和性能指标等。

系统组成部分：1.激光器：用于产生脉冲激光信号的激光器。

可以选择具有高重复频率和短脉冲宽度的激光器，如固体激光器或半导体激光器。

2.探测器：用于接收脉冲激光信号的探测器。

可以选择具有高响应速度和灵敏度的光电二极管或光电倍增管。

3.信号处理电路：用于对接收到的脉冲激光信号进行放大、滤波、数字化处理等。

可以包括放大器、滤波器、模数转换器等模块。

4.控制系统：用于控制和同步激光器和探测器的工作。

可以包括时钟信号发生器、触发器等。

工作原理：1.激光器产生脉冲激光信号，信号经过光路传输到探测器。

2.探测器接收到脉冲激光信号并产生电信号，信号经过初步放大和滤波处理后送入信号处理电路。

3.信号处理电路对接收到的脉冲激光信号进行放大、滤波、数字化处理等，得到信号的幅值、脉宽等信息。

4.控制系统控制和同步激光器和探测器的工作，确保系统的稳定性和精度。

性能指标：1.测量精度：系统对脉冲激光信号的测量精度要求高，可以达到亚纳秒级别的测量精度。

2.动态范围：系统的动态范围决定了系统对不同幅度的脉冲激光信号的测量能力，通常应达到几十分贝以上。

3.响应速度：系统的响应速度决定了系统对高重复频率的脉冲激光信号的测量能力，应达到数十兆赫兹以上。

4.稳定性：系统的稳定性决定了系统在长时间测量过程中的稳定性和重复性。

总之，设计一种脉冲激光信号测量系统需要考虑到系统的稳定性、精度、灵敏度等因素，并结合实际应用需求选择合适的激光器、探测器、信号处理电路等组件，确保系统能够准确测量和分析脉冲激光信号。

一种激光器峰值功率测试方法及装置[发明专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911295058.2(22)申请日 2019.12.16(71)申请人苏州长光华芯光电技术有限公司地址 215163 江苏省苏州市高新区昆仑山路189号2栋(72)发明人周立　梁志敏　王俊　钱承　吴天宝　(74)专利代理机构北京三聚阳光知识产权代理有限公司 11250代理人成珊(51)Int.Cl.G01J 1/42(2006.01)(54)发明名称一种激光器峰值功率测试方法及装置(57)摘要本发明提供了一种激光器峰值功率测试方法及装置，其中，该方法包括：获取激光器的脉冲激光信号；将脉冲激光信号转换为第一电压信号；周期性获取第一电压信号，根据预设校准系数和第一电压信号计算光功率值；预设校准系数为表征电压信号和光功率值的对应关系的参数；将预设时间段内的光功率值进行比较，将光功率值的最大值确定为激光器的峰值功率。

通过该方法对峰值功率进行计算时，每隔一段时间获取一次第一电压信号，然后根据该第一电压信号计算不同时刻的光功率值，相较于现有技术中通过平均光功率计算峰值功率，该方法通过计算不同时刻的光功率值，可以反映出激光信号的实际波形，从而计算出的激光器的峰值功率更贴合实际。

权利要求书1页说明书6页附图6页CN 111044141 A 2020.04.21C N 111044141A1.一种激光器峰值功率测试方法，其特征在于，包括：获取激光器的脉冲激光信号；将所述脉冲激光信号转换为第一电压信号；周期性获取所述第一电压信号，根据预设校准系数和所述第一电压信号计算光功率值；所述预设校准系数为表征电压信号和光功率值的对应关系的参数；将预设时间段内的光功率值进行比较，将光功率值的最大值确定为所述激光器的峰值功率。

2.根据权利要求1所述的激光器峰值功率测试方法，其特征在于，通过如下步骤获取所述预设校准系数：获取连续激光的标定功率，将所述连续激光的光信号转换为第二电压信号；根据所述标定功率和所述第二电压信号计算所述预设校准系数。

激光器的控制软件--GS控制系统的设计研究

激光器的控制软件--GS控制系统的设计研究发布时间：2022-07-24T07:27:08.084Z 来源：《中国科技信息》2022年第3月第6期作者：周士云[导读] 本文设计了一种新型的激光器控制系统--GS Controller，这是一款实时嵌入式应用系统。

主要控制激光器的初始化、各级光路模块的正常工作、以及对激光器设备状态进行监控并做出相应的处理。

周士云国神光电科技（上海）有限公司摘要：本文设计了一种新型的激光器控制系统--GS Controller，这是一款实时嵌入式应用系统。

主要控制激光器的初始化、各级光路模块的正常工作、以及对激光器设备状态进行监控并做出相应的处理。

相对传统的激光器控制系统，本款GS控制系统支持多种机型，具有更加灵活的配置，在最短的时间内支持一款新的机型，从软件架构上更加灵活与兼容。

本文详细描述了这款GS控制系统的设计思路以及功能模块。

关键词：GS Controller GS控制系统嵌入式系统 GSC一、嵌入式应用系统GS控制系统是一款实时嵌入式应用系统，嵌入式系统是信息技术的一种,其广泛应用与我们的生产生活中,并且随着现代信息技术的发展,嵌入式系统也不断改进与发展。

1.概述嵌入式系统与通用计算机系统是现代计算机的两大种类，相比于通用计算机系统，嵌入式系统更为小巧和简单[1]。

其主要是在一个ROM 中写入一个控制程序作为一个嵌入式处理其控制板，该控制板可以放入各种设备中，实现对设备的控制和监视，比如，工厂的自动化机械生产设备、智能家用电器等设备中。

现代购入式系统平台也包含了Flash存储设备用以保存代码以及数据。

嵌入式系统在我们的生产生活中应用广泛，是很多智能家电与自动化机械设备的核心控制部件，因为它相对独立，因此，可以单独进行批量生产，然后，再与其他部件进行组装即可应用。

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一种脉冲激光功率采集和控制系统的设计
0 引言
近几年来光纤激光器在激光打标和激光加工方面取得了迅速的发展，而用于激光打标和加工方面的激光器一般采用峰值功率较高的脉冲光纤激光器。

激光功率是激光器最主要的参量，激光输出功率严重的影响着激光加工的质量。

在激光加工过程中，如何能实时监控激光功率的变化，提高激光功率的稳定性和控制精度，对产品的精密加工有着极其重要的作用。

此类型激光器其功率值在不同的加工设计中其平均功率是变化的，这就给光功率的实时采集和控制带来的麻烦。

本文通过对脉冲光信号的研究，设计出了基于峰值保持电路的小信号处理电路，和基于PID算法的单片机控制系统。

通过硬件电路和软件系统的设计解决了光纤激光器中脉冲激光的采集和光功率稳恒的问题。

系统的硬件电路框图如图1所示，PIN管对激光器中的脉冲光进行采集，把脉冲式的光信号转换成脉冲式的电信号。

采集到的脉冲光信号经放大电路进行放大，本设计采用了两级放大，将小信号放大到能够进行处理的信号。

然后经峰值保持电路采集峰值电压(此峰值电压与光信号的功率成线性关系)。

在经过A／D 转换电路将峰值电压信号转换成数字信号在单片机中进行处理。

在单片机中主要运用了PID算法对功率进行控制，将调节后的值送给LD驱动电路进行功率调节。

最终使功率稳定地输出。

2 系统的硬件电路设计
2．1 光电转换部分
本论文的光电采集部分主要用了PIN光电二极管，PIN管能很好地将光信号转换成电信号。

PIN二极管对低频信号具有整流作用，而对高频信号则具有阻抗作用。

PIN光电二极管具有以下优点：响应速度快；线性好、频带宽、信号失真小；噪声低，器件本身对信号影响小；体积小、寿命长、可靠性高、工作电压低。

其采集到的脉冲峰值电压与光功率成线性关系。

所以可以通过采集峰值电压的信号来对光功率进行采集处理。

2．2 小信号处理电路
小信号处理电路主要包括小信号放大电路和峰值保持电路。

2．2．1 小信号放大部分
本设计采用两级放大电路对微弱电信号进行放大，一般光电探测器输出的电压幅值为几百微伏到几百毫伏的级别，应适当选择放大倍数将信号放大到可处理的幅度。

这里选用Texas Instruments的低功耗、高精度运算放大器opa234。

放大部分的电路原理图如图2所示，经过精密运放opa234的两级放大，把光探测器采集到的微弱电信号放大为伏级别的电压。

2．2．2 峰值保持部分
峰值保持电路用于处理信息与峰值有一定关系的信号，能跟随输入信号变化，并能将最大值记录下来，在工业过程自动检测中往往用此电路将某些物理量，如温度、压力、功率等最大值保留下来进行分析、处理。

如图3，峰值保持电路主要由电压跟随器、半波整流电路、积分电容和复位开关组成，完成了信号峰值的采样和保持。

峰值保持电路的原理图如图3所示。

前级运放构成半波整流信号，后级运放为电压跟随，使电压增益为1。

保持电容主要用于记忆输入信号的大小，控制开关则用于控制采样保持的时间。

当输入电压大于输出电压时，二极管D2导通，积分电容
C1充电至U1输出端，由于二极管D2的单向导电性，在开关断开时，积分电容C1保持峰值电压，直到下次复位信号的到来。

峰值保持电路的硬件测试图如图4所示。

2．3 单片机系统部分
因为在其他工作中需要的单片机管脚要充足，所以本设计选用了单片机的型号为c8051f020。

该单片机是完全集成混合信号系统级MCU芯片，含64kFlash，100管脚封装，一个12bit的和一个8bitADC，一个12bit的DAC。

并且内含看门狗定时器、时钟振荡器，是真正的片上系统。

主要完成输入峰值电压的A ／D转换、积分复位、对输入功率进行PID算法的控制，最终实现功率的稳恒输出。

A／D转换部分：峰值保持的模拟电压信号接到单片机8位A／D转换的输入端，在程序控制下实现A ／D转换。

复位：每次A／D转换之前通过复位按钮，使积分电容C上的电压放电，准备下一次峰值保持。

为了保证积分电容的电完全放完，复位电平应维持几十μs的时间。

对输入的8位数字信号通过PID参数的设定，应用PID算法对功率进行调节。

3 系统的软件部分设计
3．1 总体系统设计
系统的软件部分主要包括系统的初始化、启动A／D转换、PID算法控制、LCD显示、D／A转换。

主程序流程图如图5所示。

3．2 PID算法程序设计
3．2．1 PID算法原理
PID算法是过程控制系统中应用最广泛的一种控制方法，数字式PID控制就是将模拟PID控制离散化。

数字式PID系统框图如图6所示。

数字式PID控制是一种采样控制，需根据采样时刻的偏差量计算输出控制量，e(k)=s(k)-r(k)。

然后经过对偏差e(k)进行比例、积分、微分，可到控制量。

3．2．2 PID参数特性
P(比例)：比例系数加大，系统的动作灵敏，速度加快，稳态误差减小，但如果比例系数偏大的话又会导致振荡次数加多，调节时间加长。

I(积分)：积分会使系统的稳定性下降，但能消除稳态误差，提高系统的控制精度。

D(微分)：微分作用可以改善动态特性，微分系数偏大，超调量较大，调节时间较长，微分系数偏小时，超调量也会变大，调节时间变长。

所以只有微分系数合适时才能使超调量较小，减短调节时间。

3．2．3 增量PID控制算法和程序流程
式中u(k)为第k次采样时刻输出，△u(k)为第k次采样时的输出增量，在计算控制中，通过参数整定，参数都可以求出，所以实际控制中只需要求出e(k)，e(k-1)，e(k-2)三个有限偏差值就可以求出控制增量。

图7为其流程图。

3．2．4 PID参数的确定
PID控制最困难的部分是比例、积分、微分三个参数的设置与调整。

编程时只是设定大概的数值，然后通过PID参数特性进行反复的现场调试，最终找到相对理想的参数值。

通过PID参数特性可以得到不同效果PID参数调节的情况。

表1和表2分别为调节情况表和测试数据表。

3．3 测试数据分析
通过数据分析可得，功率一般保持在0．2W以内。

稳定性满足要求。

最终实现了功率的稳恒输出。

4 小结
本设计对脉冲激光功率的采集及处理做了较为详细的介绍，主要从软件和硬件两个方面给予了说明。