一种高能激光能量计校准装置

摘要

本发明提供了一种高能激光能量计校准装置，所述装置含有4支大功率卤钨灯、8个卤钨灯固定支架、反射锥、反射锥固定架、冷却风扇、调节螺杆、平板能量计、热电偶温度传感器、转接底座、电源线、电能表、信号引线、温度数据采集系统。反射锥为正四棱台结构，外表面为经过喷砂镀金的涂层，4支大功率卤钨灯安装在反射锥的4个侧面。平板能量计为圆饼形结构，外表面为经过抛光镀金的涂层。反射锥、平板能量计均通过螺纹与调节螺杆连接，二者之间的距离可通过旋转调节螺杆的螺纹来调整。本发明可实现对锥腔型高能激光能量计的校准，并显著提升对大功率高能激光能量计的校准功率和校准精度，校准装置在使用过程中安全、可靠。

权利要求

1.一种高能激光能量计校准装置，其特征在于：所述的校准装置包括大功率卤钨灯（1）、卤钨灯固定支架（2）、反射锥（3）、反射锥固定架（4）、冷却风扇（5）、调节螺杆（6）、平板能量计（7）、热电偶温度传感器（8）、转接底座（9）、电源线（10）、电能表（11）、信号引线（12）、温度数据采集系统（13）；所述的大功率卤钨灯（1）设置于卤钨灯固定支架（2）上，卤钨灯固定支架（2）与反射锥（3）连接；反射锥（3）的底部设置有反射锥固定架（4）；冷却风扇（5）安装于反射锥（3）腔内，固定在反射锥固定架（4）上；反射锥固定架（4）与调节螺杆（6）固定连接；调节螺杆（6）从平板能量计（7）中心穿过，平板能量计（7）与调节螺杆（6）连接；反射锥（3）腔体内壁以及平板能量计（7）背光面均设置有数个热电偶温度传感器（8），热电偶温度传感器（8）通过信号引线（12）与温度数据采集系统（13）电连接；转接底座（9）通过螺纹固定安装在调节螺杆（6）的末端，转接底座（9）上设置有大功率卤钨灯（1）的交流电源输入接口，并通过电源线（10）与电能表（11）电连接。

2.根据权利要求1所述的高能激光能量计校准装置，其特征在于：所述的反射锥（3）为正四棱台结构，内部设置为空心腔体。

3.根据权利要求2所述的高能激光能量计校准装置，其特征在于：所述的反射锥（3）的锥角大小与被校准的锥腔型高能激光能量计的锥角大小相等。

4.根据权利要求1所述的高能激光能量计校准装置，其特征在于：所述的大功率卤钨灯（1）为4支，分别通过卤钨灯固定支架（2）安装在反射锥（3）的4个等腰梯形外侧面上，每支卤钨灯（1）沿着对应的等腰梯形的对称轴安装。

5.根据权利要求1所述的高能激光能量计校准装置，其特征在于：所述的平板能量计（7）为圆饼形结构，中心设置有螺纹通孔，调节螺杆（6）从平板能量计（7）中心穿过，并通过螺纹紧密连接，平板能量计（7）能够在调节螺杆（6）上自由转动改变推进量，用于调节平板能量计（7）与反射锥（3）之间的距离。

6.根据权利要求1所述的高能激光能量计校准装置，其特征在于：所述的热电偶温度传感器（8）的工作端为露端型。

7.根据权利要求1所述的高能激光能量计校准装置，其特征在于：所述的反射锥（3）采用紫铜为材料，反射锥（3）外表面有经过喷砂镀金的涂层。

8.根据权利要求7所述的高能激光能量计校准装置，其特征在于：所述的反射锥（3）外表面涂层的喷砂颗粒度为3µm～6µm，镀金厚度为3µm～6µm。

9.根据权利要求1所述的高能激光能量计校准装置，其特征在于：所述的平板能量计（7）采用紫铜为材料，迎光面的表面有经过抛光镀金的涂层。

说明书

一种高能激光能量计校准装置

技术领域

[0001] 本发明属于高能激光能量校准领域，具体涉及一种高能激光能量计校准装置，适用于锥腔型的高能激光能量计校准。

背景技术

[0002] 锥腔型高能激光能量计用于高能激光能量的直接测量，目前由于缺乏稳定的大功率激光源以及大功率的标准能量计，无法采用常规的激光能量计校准方法进行校准，只能利用电光或者电热等效装置，将电能转换为光能或热能的方式来代替高能激光的能量，从而进行等效校准。文献《高能激光能量计校准方法研究》（光子学报，2007，36（6）：982-985）刘国荣等人开展了电光校准方法的研究。文献《电校准激光中功率计的设计和量值稳定性考察》（现代计量测试，1996，5：36-39）于靖等人利用电热校准装置实现了对中小功率的功率能量计的校准。然而，以上等效装置在应用于大功率高能量激光能量计校准时，主要存在以下问题：首先，在校准的等效功率方面，由于锥腔型高能激光能量计其吸收腔的内部空间狭小，目前常规的电光等效装置在设计时通常采用单支kW级功率卤钨灯的方式，等效功率低，因此如何在狭小的空间内既要获得较高的等效功率（如达到10kW以上），同时又要保证卤钨灯的安全和可靠性是需要解决的问题之一；其次，在校准的精度方面，由于目前常规的电光或电热等效装置的等效功率较低，为了获得较大能量的等效，通常采用长时间工作的方式来换取能量的增加，这种方式会引入热损失因素的影响，校准精度低，测量不确定度大，且高能激光具有极强的方向性，而校准光源一般采用全空间发散的光源，不仅会造成部分能量损失，且吸收腔内的光强分布与高能激光入射时的光强分布完全不同，校准精度低，因此如何通过校准装置的结构设计以提高校准精度是需要重点解决的问题；除此之外，校准装置的可靠性和安全性也是值得关注的问题，由于锥腔型高能激光能量计吸收腔的内部空间狭小的限制，且为了提高精度在校准过程中吸收腔通常为密闭的空间，而在密闭的空间中长时间点亮大功率灯组，局部温度会不断的累积升高，极易发生灯管爆裂等危险。

发明内容

[0003] 为了实现对锥腔型高能激光能量计的校准，解决校准等效功率低问题，提高校准精度，并保证装置的安全可靠，本发明提供了一种高能激光能量计校准装置。

[0004] 一种高能激光能量计校准装置，其特点是：所述的校准装置包括大功率卤钨灯、卤钨灯固定支架、反射锥、反射锥固定架、冷却风扇、调节螺杆、平板能量计、热电偶温度传感器、转接底座、电源线、电能表、信号引线、温度数据采集系统；所述的大功率卤钨灯设置于卤钨灯固定支架上，卤钨灯固定支架通过螺纹与反射锥连接；反射锥的底部设置有反射锥固定架；冷却风扇安装于反射锥腔内，通过螺纹固定在反射锥固定架上；反射锥固定架与调节螺杆固定连接；调节螺杆从平板能量计中心穿过，平板能量计通过螺纹与调节螺杆连接；反射锥腔体内壁以及平板能量计背光面均设置有数个热电偶温度传感器，热电偶温度传感器通过信号引线与温度数据采集系统电连接；转接底座通过螺纹固定安装在调节螺杆的末端，转接底座上设置有大功率卤钨灯的交流电源输入接口，并通过电源线与电能表电连接。

[0005] 所述的反射锥为正四棱台结构，内部设置为空心腔体。反射锥的锥角大小与被校准的锥腔型高能激光能量计的锥角大小相等。

[0006] 所述的大功率卤钨灯为4支分别通过卤钨灯固定支架安装在反射锥的4个等腰梯形外侧面上，每支卤钨灯沿着对应的等腰梯形的对称轴安装。

[0007] 所述的平板能量计为圆饼形结构，中心设置有螺纹通孔，调节螺杆从平板能量计中心穿过，并通过螺纹紧密连接，平板能量计能够在调节螺杆上自由转动改变推进量，用于调节平板能量计与反射锥之间的距离。

[0008] 所述的热电偶温度传感器的工作端为露端型。

[0009] 所述的反射锥采用紫铜材料，反射锥外表面有经过喷砂镀金的涂层。

[0010] 所述的反射锥外表面涂层的喷砂颗粒度为3µm～6µm，镀金厚度为3µm～6µm。

[0011] 所述的平板能量计采用紫铜材料，迎光面的表面有经过抛光镀金的涂层。

[0012] 为了提高校准装置的等效功率和校准精度，本发明采取了以下几项技术措施：一是采用4支大功率卤钨灯作为校准光源，校准总功率达到数万瓦，使得校准装置可在短时间内达到较大的能量；二是设计正四棱台结构的反射锥，并将大功率卤钨灯通过卤钨灯固定支架安装于反射锥上，使得每个卤钨灯的辐照区域尽可能聚集在高能激光能量计前端，且反射锥的锥角大小与被校准的锥腔型高能激光能量计的锥角大小相等，反射锥外表面经过喷砂镀金处理，使得卤钨灯辐射出去的光经过反射锥外表面漫反射后更加均匀，同时也大大降低了反射锥对能量的吸收；三是反射锥的底部设置有反射锥固定架，反射锥与反射锥固定架之间增加了聚四氟乙烯隔热垫片，减少反射锥与反射锥固定架及调节螺杆之间的热传导，有效抑制热传导造成的能量损失，并且反射锥腔体内壁安装有数个热电偶温度传感器，通过信号引线与温度数据采集系统电连接，用于精确测量得到反射锥吸收的能量值；四是设置平板能量计，阻止卤钨灯辐射出的部分光从被校准的高能激光能量计入口处逸出，且可利用调节螺杆来改变平板能量计与反射锥之间的距离，从而使得反射锥最大限度的推进到高能激光能量计的前端，模拟高能激光入射时光强的分布；五是平板能量计的迎光面采用抛光镀金处理，使得卤钨灯向高能激光能量计入口方向发散的光被平板能量计阻挡并重新反射回高能激光能量计腔体前端再次吸收，平板能量计背光面也安装有数个热电偶温度传感器，用于测量平板能量计所吸收的能量值。

[0013] 在校准装置的安全性、可靠性方面，本发明采取了三项保障措施：一是设计卤钨灯固定支架，使得卤钨灯稳固的设置于固定支架的半圆槽内，并与反射锥表面有一定的距离，从而避免卤钨灯直接紧贴反射锥表面，消除局部温度过高带来的安全隐患；二是在反射锥腔内设置有冷却风扇，并通过螺纹固定在反射锥固定架上，冷却风扇可以增加高能激光能量计内部空气的循环流动，形成一个空气流场，避免大功率卤钨灯在密闭空间中发生爆裂；三是反射锥正四棱台设计，使得4支大功率卤钨灯分别安装于正四棱台的4个侧面，有效减少4支灯之间辐照区域的重叠、干扰，尤其是灯之间相互辐照引发的玻璃灯罩温度急剧升高发生爆裂的危险。

[0014] 采用多支大功率卤钨灯并联工作的方式提高高能激光能量计校准装置的校准功率，通过反射锥、平板能量计、调节螺杆的设计，以及表面涂层的处理、精确测量反射锥与平板能量计所吸收的能量、热传导抑制等手段，提高校准精度。本发明可实现对锥腔型高能激光能量计的校准，并显著提升对大功率高能激光能量计的校准功率和校准精度，校准装置在使用过程中安全、可靠。

附图说明

[0015] 图1为本发明的高能激光能量计校准装置结构示意图；

[0016] 图2为利用本发明的高能激光能量计校准装置对锥腔型高能激光能量计进行校准的连接示意图；

[0017] 图中：1.大功率卤钨灯 2.卤钨灯固定支架 3.反射锥 4.反射锥固定架5.冷却风扇 6.调节螺杆 7.平板能量计 8.热电偶温度传感器 9.转接底座 10.电源线 11.电能表 12.信号引线 13.温度数据采集系统 14.锥腔型高能激光能量计。

具体实施方式

[0018] 下面结合附图对本发明进一步说明。

[0019] 实施例1

[0020] 图1为本发明的高能激光能量计校准装置结构示意图，图2为利用本发明的高能激光能量计校准装置对锥腔型高能激光能量计进行校准的连接示意图。在图1和图2中，本发明的高能激光能量计校准装置包括四支大功率卤钨灯1、八个卤钨灯固定支架2、反射锥3、反射锥固定架4、冷却风扇5、调节螺杆6、平板能量计7、热电偶温度传感器8、转接底座9、电源线10、电能表11、信号引线12、温度数据采集系统13；所述的四支大功率卤钨灯1设置于卤钨灯固定支架2上，卤钨灯固定支架2通过螺纹与反射锥3连接；反射锥3的底部设置有反射锥固定架4；冷却风扇5安装于反射锥3腔内，通过螺纹固定在反射锥固定架
4上；反射锥固定架4通过螺纹与调节螺杆6连接固定；调节螺杆6从平板能量计7中心穿过，平板能量计7通过螺纹与调节螺杆6连接；反射锥3腔体内壁以及平板能量计7背光面均设置有数个热电偶温度传感器8，热电偶温度传感器8通过信号引线12与温度数据采集系统电连接13；转接底座9通过螺纹固定安装在调节螺杆6的末端，转接底座9上设置有大功率卤钨灯1的交流电源输入接口，并通过电源线10与电能表11电连接。

[0021] 图1中，高能激光能量计校准装置采用四支大功率卤钨灯1并联的方式作为校准光源，使得装置的校准总功率达到数万瓦，校准装置可在短时间内达到较高的能量。

[0022] 四支大功率卤钨灯1设置于卤钨灯固定支架上2，卤钨灯固定支架2通过螺纹安装于反射锥3上。反射锥3设计为正四棱台结构，内部设置为空心腔体，反射锥3的锥角大小与被校准的锥腔型高能激光能量计的锥角大小相等。四支大功率卤钨灯1分别通过卤钨灯固定支架2安装在反射锥3的四个等腰梯形外侧面上，每支卤钨灯1沿着对应的等腰梯形的对称轴安装，使得每支卤钨灯1的辐照区域尽可能聚集在高能激光能量计前端。四支大功率卤钨灯1分别安装于反射锥3正四棱台的四个侧面，能够有效减少四支卤钨灯之间辐照区域的重叠、干扰，降低卤钨灯之间相互辐照引发的玻璃灯罩温度急剧升高发生爆裂的风险。

[0023] 反射锥3采用的材料为紫铜，外表面为经过喷砂镀金处理的涂层，使得卤钨灯辐射出去的光经过反射锥3外表面多次漫反射后更加均匀，同时也大大降低了反射锥3对能量的吸收。本实施例中，反射锥3外表面涂层的喷砂颗粒度为3µm，镀金厚度为3µm。

[0024] 反射锥3的底部设置有反射锥固定架4，反射锥3与反射锥固定架4之间增加了聚四氟乙烯隔热垫片，减少反射锥3与反射锥固定架4的热传导，有效抑制由于传导造成的能量损失。反射锥3腔内设置有冷却风扇5，并通过螺纹固定在反射锥固定架4的一端，冷却风扇5能够增加内部空气的循环流动，形成一个空气流场，避免大功率卤钨灯1在密闭空间中发生爆裂。反射锥固定架4的另一端通过螺纹与调节螺杆6连接固定。

[0025] 平板能量计7为圆饼形结构，材料为紫铜。平板能量计7中心设置有螺纹通孔。平板能量计7的迎光面为经过抛光镀金处理的涂层，使得卤钨灯1向高能激光能量计入口方向发散的光被平板能量计7阻挡并重新反射回高能激光能量计腔体前端再次吸收。

[0026] 调节螺杆6的外表面设置有细螺纹，内部为空心腔体。调节螺杆6从平板能量计7中心的螺纹通孔中穿过，平板能量计7通过螺纹与调节螺杆6连接。通过旋转调节螺杆6的螺纹，平板能量计7能够在调节螺杆6上自由转动改变推进量来调节平板能量计7与反射锥3之间的距离，从而使得反射锥3最大限度的推进到高能激光能量计的前端。

[0027] 反射锥3的腔体内壁以及平板能量计7的背光面均设置有数个热电偶温度传感器8，热电偶温度传感器8的工作端为露端型，热电偶温度传感器8通过信号引线12与温度数据采集系统电连接13，用于精确测量反射锥3和平板能量计7所吸收的能量值。

[0028] 调节螺杆6的末端设置有转接底座9，通过螺纹安装固定。转接底座9上设置有大功率卤钨灯1的交流电源输入接口，并通过电源线10与电能表11电连接。

[0029] 图2中，利用本发明的高能激光能量计校准装置对锥腔型高能激光能量计进行校准。大功率卤钨灯1、反射锥3完全设置在高能激光能量计的吸收腔内部，平板能量计7固定在高能激光能量计吸收腔入口处，阻止卤钨灯1辐射出的部分光从高能激光能量计吸收腔入口处逸出，使得卤钨灯1辐射出的全部光能均完全封闭于高能激光能量计吸收腔腔体内部。反射锥3的锥角大小与被校准的锥腔型高能激光能量计的锥角大小相等，通过旋转调节螺杆6，使得反射锥3最大限度的推进到高能激光能量计的前端，从而提高校准的等效性和精度。利用粘接于反射锥3腔体内壁和平板能量计7背光面的热电偶温度传感器8、信号引线、温度数据采集系统13，能够精确测量反射锥3和平板能量计7所吸收的能量值。利用电能表11能够精确测量卤钨灯1所消耗的输入电能。

[0030] 实施例2

[0031] 实施例2与实施例1结构基本相同，不同之处是，本实施例中反射锥3外表面涂层的喷砂颗粒度为6µm，镀金厚度为6µm。