Болометрический измеритель проходящейМОщНОСТи лАзЕРА Советский патент 1981 года по МПК G01J5/58 

1

Изобретение относится к конструкции измерителей излучения ОКГ и может применяться при измерении мощности и энергии технологических ОКГ.

Измерения энергетических параметров мощных ОКГ связаны с большими трудностями, так как излучение лазеров сильно перегревает и часто разрушает приемные элементы обычных измерителей. Для измерения таких мощных потоков разработаны специальные приборы, например, калориметры оконечного типа с проточной жидкостью 11Недостатком этого устройства является отсутствие возможности непрерывно измерять и контролировать уровень мощности ОКГ, так как они являются устройствами оконечного типа. Кроме того, они потребляют большую мощность и обладают большой инерционностью л/10-100 с.

Практически безынерционным является пироэлектрический приемник излучения, предназначенный для регистрации мощных потоков излучения.

Однако такой приемник излучения не может работать в технологических установках, требующих непрерывного .контроля мощности. Для непрерывного

контроля и управления мощным пучком ОКГ, который используется для технологических целей, например сварки , необходимы измерители проходящей мощности,

-потребляющие незначительную часть общей мощности н позволяющие непрерывно контролировать ее величину.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является болометрический измеритель проходящей мощности ОКГ содержащий тонкие металлические чувствительные элементы и регистратор. Чувствительные элементы выпол15 иены в виде сетки из продольных и

поперечных рядов платиновой проволоки (толщиной 3,5 мкм;, регистратор представляет собой измерительный мост, Проволочный приемный элемент включается в одно из плеч моста. В зависимости от -величины проходящей мощности (2% ее поглощается приемным элементом ) приемный элемент изменяет свое сопротивление, что приводит к

25 разбалансу моста и фиксируется индикатором регистратора. Временное разрешение такого прибора составляет 1 мс, а погрешность измерений ±13%. Довольно большой коэффициент поглощения проходящего потока (2) огр/шичйвает возможность применения таких приборов при плотностях 1 кВт/см, Г2. Недостаток этого прибора заключается в том, что для измерения-мощнос ти технологических ОКГ, генерирующих в непрерывном режиме 1-10 кВт/см и более, необходимы измерители с более высокой границей динамического диапа зона. При этом, естественно, повышаются требования к снилсению потребляе |Мой проходящей мощности и быстродействию измерителя I Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых мощностей и умень шение потребляемоймощности проходящего пучка. Это достигается тем, что чувствительные элементы выполнены в виде ряда плоскопараллельных металлически пленок в свободном состоянии, расположенных торцами перпендикулярно пуч ку излучения ОКГ, причем их торцовая площадь, по крайней мере, на порядок меньше площади боковых необлучаег/ых поверхностей. Кроме того, болометрический измеритель содержит механизм возвратно-поступательного перемещения чувствительных элементов перпендикулярно пуч.ку излучения ОКГ, Па чертеже изображен предлагаемый измеритель. Болометрический- измеритель прохо дящей МО1ЦНОСТИ ОКГ состоит из чувст вительных элементов 1, держателей 2 регистратора 3, механ)-1зма 4 возврат но-поступательного 1оремеще - ия. Чувствительные элементы 1 измери теля представляют собой тонкие металлические плоскопараллельные плен ки, у которых толщина меньше длины и ширины. Они закрепляются на держа теле 2 так,, что направление пучка ОКГ перпендикулярно малой грани, площадь которой на порядок меньше площади боковых поверхностей. Так как измеритель я-вляется прибором пр ходящего типа, облучаемая площадь всех чувствительных элементов значительно меньше, чем площадь сечения пучка.. Устройство работает следу Ш1ИМ об разом. При облучении часть мощности, состаляющая десятые или сотые доли процента от генерируемой мощности, поглощается чувствительными элементами . В результате нагрева повышает ся сопротивление пленок, пропорциональное поглощенной мощности. Величина сопротивления измеряется регистратором 3, шкалакоторого прокалибрована в единицах мощности. Для того, чтобы получить среднее значение мощности по сечению пучка, учитывая значительную пространствезнную неоднородность плотности излучения по сечению, чувствительны элементы, связанные с механизмом 4 возвратно-постунательного перемещеия, сканируют по полю облучения. Расширение верхней границы динаического диапазона из-меряемых мощносте.й достигается за счет того, что блучаемая и теплопередающая поверхности отличаются более, чем на поряок . Уравнение теплового баланса для одного чувствительного элемента при облучении непрерывным потоком ОКГ плотности дможно записать , е А (1), где 32-- коэффициент теплопередачи, А - площадь теплопередачи, лТщах максимальный прирост температуры чувствительного элемента в пределах линейности динамического диапазона, f - поглощательная способность; А 2 - облучаемая поверхность , ,, верхний предел плотности излучения й.Ту,,ак AI Мах Аа При обычном использовании болометров облучаемая и тепло-передающие поверхности примерно равны. В предлагаемом устройстве A-f превышает А2 на порядок и более,-что к существенно повышает верхний предел плотности излучения. Применение б.олометрического измерителя проходящей мощности ОКГ на установках с выходной мощностью 15 кВт/см и выше, используемых при сварке, позволит увеличить скорость сварки, так как устройство может с большим быстродействием контролировать мощность таких ОКГ, одновременно повышается качество сварочных изделий. Формула изобретения 1.Волометрический измеритель проходящей мощности лазера, содержащий тонкие металлические чувствительные элементы и регистратор, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых мощностей и уменьшения потребляемой мощности проходящего пучка, чувствительные элементы выполнены в виде ряда плоскопараллельных пленок, расположенных торцами перпендикулярно пучку излучения лазера, причем их торцевая , . площадь, по крайней мере, на порядок меньше площади боковых нeoблyчae Iыx поверхностей. 2.Устройство по П.1, отличающееся тем, что оно содержит механизм возвратно-поступательного перемещения чувствительных элементов перпендикулярно пучку излучения.лазера.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Измерение характеристик ОКГ, Под ред. Валитбва Р,А. и Кубарева А.В. М., изд-во Комитета стандартов СССР, 1969,

2.Авторское свидетельство СССР №469061, кл. 001 J 5/34, 1975.

3.Кузьмичев В.М., Перепечай М.П. Квантовая электроника, 1974, № 11, т. 1, с. 2407.