【摘要】：隨著激光加工技術(shù)的蓬勃發(fā)展,工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)激光質(zhì)量的要求也在不斷的提高。激光功率是激光器的一個(gè)重要參數(shù),決定了其適用的領(lǐng)域和范圍。激光加工過(guò)程中,特別在長(zhǎng)時(shí)間的加工處理過(guò)程中,激光功率的衰減,嚴(yán)重地影響產(chǎn)品的加工質(zhì)量與加工效率。因此,如果能在加工過(guò)程中對(duì)激光的功率隨時(shí)監(jiān)測(cè),對(duì)于提高產(chǎn)品的質(zhì)量與合格率有著重要意義。基于此,本文運(yùn)用寬范圍溫度檢測(cè)技術(shù),設(shè)計(jì)了一套高靈敏度的熱電式激光功率測(cè)量系統(tǒng)。針對(duì)本系統(tǒng),研究?jī)?nèi)容主要包含以下幾點(diǎn)。首先,介紹了一些國(guó)內(nèi)外常用的激光功率的測(cè)量方法,在這些方法的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一套激光功率測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用激光的輻射特性和轉(zhuǎn)換效應(yīng),通過(guò)對(duì)能量、功率、溫度三者的內(nèi)在關(guān)系進(jìn)行分析,確定了激光功率的測(cè)量方案。其次,闡述了測(cè)量系統(tǒng)的總體實(shí)施方案。利用激光探測(cè)傳感器將功率信號(hào)轉(zhuǎn)化為溫度信號(hào)后,通過(guò)外圍的系統(tǒng)電路及STM32對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行采集,再由采集到的溫度曲線反推出激光的功率。在此基礎(chǔ)上建立了測(cè)量系統(tǒng)的物理模型與數(shù)學(xué)模型,并對(duì)測(cè)量系統(tǒng)中核心模塊激光探測(cè)傳感器進(jìn)行了設(shè)計(jì)。然后,根據(jù)系統(tǒng)的測(cè)量原理,設(shè)計(jì)了一種基于熱敏電阻的寬范圍溫度測(cè)量方法。該方法利用RC一階電路系統(tǒng)產(chǎn)生的充放電時(shí)間與熱敏電阻阻值存在的數(shù)學(xué)關(guān)系,實(shí)現(xiàn)了對(duì)熱敏電阻阻值的測(cè)量,再通過(guò)熱敏電阻阻值與溫度的關(guān)系計(jì)算得出測(cè)量所需的溫度值。依據(jù)此方法設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的測(cè)量電路,其中包括RC一階電路、比較電路和滿足初始充放電條件的二次充放電電路,并結(jié)合STM32實(shí)現(xiàn)了溫度測(cè)量電路中的方波輸入、充放電時(shí)間的獲取以及二次充放電的控制。最后,對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)M不同激光功率作用下的傳感溫度曲線,對(duì)其分析后提出了一種基于曲線擬合的功率求解方法。通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)的比對(duì)實(shí)驗(yàn)表明了文中設(shè)計(jì)的關(guān)于激光功率測(cè)量系統(tǒng)的可行性。
[Abstract]:With the rapid development of laser processing technology, the requirement of laser quality in industrial production is improving. Laser power is an important parameter of laser, which determines its application field and scope. In the process of laser processing, especially in the process of processing for a long time, the attenuation of laser power seriously affects the quality and efficiency of the products. Therefore, if the laser power can be monitored at any time in the process of processing, it is of great significance to improve the quality and the qualified rate of the product. Based on this, a thermoelectric laser power measurement system with high sensitivity is designed by using wide range temperature detection technology. In view of this system, the research content mainly includes the following several points. Firstly, some commonly used laser power measurement methods at home and abroad are introduced, and a laser power measurement system is designed on the basis of these methods. Based on the radiation characteristics and conversion effect of laser, the measurement scheme of laser power is determined by analyzing the relationship among energy, power and temperature. Secondly, the overall implementation scheme of the measurement system is described. After converting the power signal into the temperature signal by using the laser probe sensor, the temperature signal is collected through the peripheral system circuit and STM32, and the laser power is deduced from the collected temperature curve. On this basis, the physical and mathematical models of the measurement system are established, and the laser detection sensor, the core module of the measurement system, is designed. Then, according to the measuring principle of the system, a wide range temperature measurement method based on thermistor is designed. Based on the mathematical relation between charge and discharge time and resistance of thermistor produced by RC first order circuit system, the measurement of resistance value of thermistor is realized, and the necessary temperature value is obtained by calculating the relationship between resistance value of thermistor and temperature. According to this method, the measuring circuit of the system is designed, which includes the RC first order circuit, the comparison circuit and the secondary charge and discharge circuit which satisfies the initial charge and discharge conditions. The square wave input in the temperature measurement circuit is realized with STM32. The acquisition of charge and discharge time and the control of secondary charge and discharge. Finally, the measurement system is debugged and verified by experiments. The sensing temperature curves under different laser power are simulated experimentally, and a power solution method based on curve fitting is proposed. The comparison experiment with the standard power meter shows the feasibility of the laser power measurement system designed in this paper.
【學(xué)位授予單位】：湖北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN24

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本文編號(hào)：2387759