Измерение энергии

При описании работы лазера в импульсном режиме энергия импульса излучения является, как правило, первым указываемым параметром, как бы характеризующим масштаб изделия. Наши специалисты имеют опыт создания средств измерений, перекрывающих диапазон по импульсной энергии в 13 порядков (от 1 мкДж до 10МДж). Выбор первичных преобразователей на основе имеющихся технических решений или разработка новых осуществляется на этапе эскизного проекта создаваемого контрольно-измерительного комплекса. Одновременно определяются и средства регистрации их выходных сигналов, а также алгоритмы обработки (в том числе совместной) и варианты отображения полученной информации. В качестве примера на сайте приведена реализация 7-канального комплекса измерения энергии.

В зависимости от соотношения между длительностью импульсной характеристики приемника и длительностью импульса. может быть два случая:

1.Если длительность импульса излучения пренебрежимо мала по сравнению с импульсной характеристикой приемника, то приемник в течение импульса сам осуществляет интегрирование мощности падающего излучения. В этом случае энергия импульса пропорциональна максимальному приращению выходного сигнала приемника в ответ на действие излучения и определяется "по перепаду" сигнала.
2,Если указанное выше в п.1. соотношение не выполняется, то приемник работает (с той или иной степенью приближения) в следящем режиме. В этом случае энергия импульса определяется «по площади под кривой», т.е. простым интегрированием выходного сигнала в течение времени реакции приемника на импульс излучения.
Параметры обработки, т.е. чувствительность канала измерения, период оцифровки, количество используемых отсчетов и пр., задаются в программе с учетом физических и временных параметров приемника. Необходимо только соблюдать идентичность этих параметров тем значениям, которые использовались при калибровке всего канала регистрации вместе с приемником по эталону.

Способ определения энергии “по перепаду” иллюстрируется на рисунке

Отсчеты U(t) канала группируют по N – значений. С целью определения значения энергии компьютером анализируется разность средних значений Uср(t+∆)-Uср(t) , отстоящих друг от друга на временной сдвиг ∆ для всей временной последовательности. В те моменты, когда разность Uср(t+∆)-Uср(t) имеет локальный максимум и превосходит заданный программой минимум (именно этот случай изображен на рисунке), определяются значения энергии импульсов излучения:

Численные значения чувствительности , периода оцифровки, временного сдвига , числа отсчетов в группе и минимума энергии (представляющего собой порог чувствительности канала по энергии) задаются в программе с учетом физических и временных параметров приемника. В данном случае важно, чтобы при эксперименте значения этих параметров были равны значениям, использовавшимся при калибровке всего канала регистрации вместе с приемником.
При использовании способа измерения энергии «по площади под кривой» энергия импульса определяется для тех моментов времени на временной последовательности выходного сигнала приемника, когда значения интеграла

достигают локального максимума и превышают заданный программой минимум. Численные значения чувствительности SS , периода оцифровки, времени интегрирования Тр задаются в программе с учетом физических и временных параметров приемника и должны сохраняться как при калибровке, так и при проведении эксперимента.

Значение энергии импульса излучения приводится непосредственно на изображении соответствующего импульса сигнала преобразователя и сопровождается своеобразным «отчетом» Регистратора РИЦ822 о том, каким образом он определил перепад сигнала (столбиками указаны участки, где расположены группа начальных отсчетов и где группа максимальных отсчетов).

Аналогичным «отчетом» сопровождается и значение энергии, определенное по площади. Длина столбика, отображающая интервал интегрирования должна превышать длительность импульса реакции преобразователя на импульс излучения. Более того, слева и справа от столбика должны быть ровные горизонтальные участки, длиной не меньше половины длины столбика. Контроль правильности обработки позволяет избежать грубых ошибок при наличии в сигнале преобразователя сильных помех.

На рисунке слева на верхнем графике приведен выходной сигнал приемника в результате действия на него пяти импульсов излучения. На среднем графике отображены результаты измерения энергии каждого импульса. Нижний график (в растянутом виде приведен только временной интервал с центральным импульсом) иллюстрирует принцип обработки выходного сигнала «по перепаду», использованный в данном случае. Из всех отчетов выходного сигнала компьютер выбирает две группы по 100 отсчетов в каждой. Одна из групп отсчетов автоматически размещается на вершине выходного сигнала, а другая со сдвигом от нее вперед на 500 отсчетов; т.е. все отсчеты второй группы производятся во время, заведомо опережающее начало реакции приемника на импульс излучения. Разность между средними значениями отсчетов в этих двух группах пропорциональна энергии импульса излучения.

Возможности параллельной регистрации

Возможности параллельной регистрации

Регистратор РИЦ822 предоставляет уникальные возможности при проведении параллельной регистрации энергии импульсов лазерного излучения в различных точках схемы эксперимента. На рисунке слева изображены результаты обработки выходных сигналов приемников, регистрирующих энергию 5-ти одновременно работающих импульсных каналов сложной лазерной установки.
Регистратор РИЦ822 позволяет определить для каждого канала, среднюю энергию, средний период следования импульсов, а также среднеквадратичные отклонения значений энергии и периода, характеризующие нестабильность данных параметров.

Преобразователи, измеряющие энергию лазерного излучения

В состав СИЭПХ-2 входят на опциональной основе 9 преобразователей излучения, которые, при работе совместно с регистратором РИЦ822, могут использоваться для измерения энергии лазерного излучения.

Примечание:

 

Электропитание от Li-ion аккумулятора

 

 

 

Подробная информация о каждом преобразователе приведена в его паспорте.