一种光斑直径检测系统、方法及光斑能量分布检测方法与流程

1.本发明涉及光斑检测技术领域，具体为一种光斑直径检测系统、方法及光斑能量分布检测方法。


背景技术：

2.在光电通讯领域，光斑检测技术是进行有效通信的前提，所以测量激光光束或其他能量光源的光斑大小、椭圆度和能量分布等都是重要的检测技术，尤其是光斑直径和能量分布这些参数的好坏会严重影响通讯质量，光斑直径和能量分布是最基本也是比较重要的测量参数，所以对其测量准确度的要求也很高。但是现有的光斑直径检测方法都比较复杂，专利号为cn212539076u的专利公开了一种激光光斑直径检测系统，其利用光电二极管阵列上的像素单元检测激光的光斑直径，检测系统还要设置光电二极管阵列以及电压比较器和单片机等器件，检测过程的前期准备比较复杂，并且检测精度也受限于光电二极管阵列所代表的像素单元。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供了一种光斑直径检测系统、方法及光斑能量分布检测方法，通过检测在探测环上开设的若干个狭缝何时透过光线至探测器来进行光斑直径的检测，检测方便且精准。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种光斑直径检测系统，包括探测环和设置在所述探测环内部的探测器，所述探测环上沿其周向开设有若干个狭缝。
5.优选的，所述探测环上还设置有用于驱动所述探测环绕其中心进行转动的驱动结构。
6.优选的，所述探测环上的若干狭缝与探测环的中心轴线之间分别为不同的夹角。
7.一种光斑直径检测方法，包括待测光线从固定位置一向探测环的外侧壁投射光斑，所述探测环绕其中心匀速旋转，探测器接收通过不同位置的狭缝透射过来的光线并生成时域波形图。
8.优选的，所述检测方法还包括初始参数确定步骤，所述初始参数确定步骤包括调整所述固定位置一与探测环之间的距离，以使待测光线的光斑能够完全投射到探测环的外侧壁，且待测光线的光斑在没有探测环遮挡的情况下能够完全被探测器接收，以及，确定所述探测环上不同狭缝之间的距离和狭缝的角度，使光斑在任一时刻不会同时投射到两个狭缝上，并使探测环在测试之初的相对位置唯一确定。
9.优选的，检测方法还包括探测器将生成的时域波形图传送至计算单元进行分析计算，所述计算单元配置有直径计算步骤，直径计算步骤包括提取时域波形图中的每个脉冲波的起始时刻和末端时刻，并依据探测环的初始位置、探测环的直径、探测环的转动速度，以及狭缝之间的距离和狭缝的角度，计算出光斑的若干组切线，并计算得出与若干切线均相切的光斑图像的直径大小。
10.优选的，按照每组切线在探测环上所对应的弧度长度与所对应的弦长之比，对在探测环上得到的光斑图像进行等比例缩放生成平面光斑图像的直径大小。
11.优选的，光斑投射方向与所述探测环的外表面相垂直。
12.优选的，若干所述狭缝沿探测环的中心轴线方向的投影长度均大于光斑的最大直径。
13.优选的，所述探测器设置在所述探测环的中心靠近待测光线的一侧，所述狭缝的宽度与光斑直径检测精度正相关。
14.一种光斑能量分布检测方法，待测光线从固定位置一向探测环的外侧壁投射光斑，探测环内部设有位置固定的探测器，且探测环上沿其周向开设有若干个狭缝，若干所述狭缝与探测环的中心轴线之间分别为不同的夹角，控制探测环绕其中心匀速旋转，探测器接收通过不同位置的狭缝透射过来的光量并生成能量波形图。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
16.本发明提供了一种光斑直径检测系统，该检测系统包括探测环和设置在所述探测环内部的探测器，探测环上沿其周向开设有若干个狭缝；光斑直径检测方法是通过检测在探测环上开设的若干个狭缝在何时何位置透过光线至探测器来进行光斑直径的检测，检测方便且精准。
附图说明
17.图1为本发明一种光斑直径检测系统中检测装置的正视结构示意图；
18.图2为本发明一种光斑直径检测系统中检测装置的侧视结构示意图。
19.图中：1、支撑架；2、探测环；201、狭缝；3、驱动结构；301、输出轴；302、连接梁；4、安装板；5、探测器；501、接收头；6、待测光线。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.如图1所示，为本发明的光斑直径检测系统中检测装置的正视结构示意图，检测装置包括支撑架1和安装在支撑架1顶部的驱动结构3，驱动结构3用于驱动探测环2绕其中心进行转动，且在转动的过程中不影响待测光线6透过狭缝201到达探测器5的接收头501，否则会影响测量的精度，故在驱动结构3的输出轴301上固定安装有若干个倾斜设置的连接梁302，连接梁302的另一端与探测环2的侧壁固定连接；支撑架1上还固定安装有一安装板4，安装板4上固定安装有探测器5，探测器5的接收头501设置在探测器5靠近待测光线6的一侧，且所述接收头501的接收方向与所述探测环2的侧壁相垂直，这样测量出的光斑的尺寸没有偏差。并且探测器光敏面须大于光斑直径，接收头501的探测范围大于光斑的投射范围，能够容纳整个光斑区域，这样才能保证只要光斑能够透过狭缝201区域，探测器5均能够接收到。
22.如图2所示，探测环2上沿其周向开设有若干个狭缝201；所述探测环2上的若干狭
缝201与探测环2的中心轴线之间分别为不同的夹角，且若干所述狭缝201沿探测环2的中心轴线方向的投影长度均大于光斑的最大直径。这样能够保证每个狭缝201与光斑最初或最终接触时均是沿光斑的切线方向接触的，且每一个角度的相同尺寸的狭缝201设置一个就可以测出待测光斑在这个角度的的直径是多大尺寸。对若干个角度的直径大小进行综合计算就可以计算出整个光斑尺寸。
23.一种光斑直径检测方法，如图1所示，光斑直径检测方法包括，待测光线6从固定位置一向探测环2的外侧壁投射光斑，所述探测环2绕其中心匀速旋转，探测器5接收通过不同位置的狭缝201透射过来的光线并生成时域波形图。时域波形图的纵坐标可以是光能量的幅度，也可以光线的有无，时域波形图包含每个狭缝201能够接收到光线的最初时刻和最末时刻。所述检测方法还包括初始参数确定步骤，所述初始参数确定步骤包括调整所述固定位置一与探测环2之间的距离，以使待测光线6的光斑能够完全投射到探测环2的外侧壁并使待测光线6的光斑在没有探测环2遮挡的情况下能够完全被探测器5接收，以及，确定所述探测环2上不同狭缝201之间的距离和狭缝201的角度，使光斑在任一时刻不会同时投射到两个狭缝201上，并使探测环2在测试之初的相对位置唯一确定。由此就可以得到不同的狭缝201所测量得到的光斑在不同角度切线的具体位置，通过若干个切线的位置的确定就可以计算出光斑在探测器5上的投射尺寸。
24.优选的，检测方法还包括探测器5将生成的时域波形图传送至计算单元进行分析计算，所述计算单元配置有直径计算步骤，直径计算步骤包括提取时域波形图中的每个脉冲波的起始时刻和末端时刻，并依据探测环2的初始位置、探测环2的直径、探测环2的转动速度，以及狭缝201之间的距离和狭缝201的角度，计算出光斑的若干组切线，并计算得出与若干切线均相切的光斑图像的直径大小。
25.优选的，按照每组切线在探测环2上所对应的弧度长度与所对应的弦长之比，对在探测环2上得到的光斑图像进行等比例缩放生成平面光斑图像的直径大小。按照此种方法转换得到的平面光斑图像直径大小与其他平面测量的结果一致，进一步的，探测环2的直径大于带测量的光斑直径的10倍以上的测量结果会更精准。
26.优选的，所述探测器5设置在所述探测环2的中心靠近待测光线6的一侧，这样在探测环2转动过程中，可以保证探测器5对待测光线6的有效接收，且所述狭缝201的宽度与光斑直径检测精度正相关，狭缝201的宽度越窄，光斑直径测量精度越高。
27.一种光斑能量分布检测方法，待测光线6从固定位置一向探测环2的外侧壁投射光斑，探测环2内部设有位置固定的探测器5，探测环2上沿其周向开设有若干个狭缝201，若干所述狭缝201与探测环2的中心轴线之间分别为不同的夹角，且若干所述狭缝201沿探测环2的中心轴线方向的投影长度均大于光斑的最大直径，控制探测环2绕其中心匀速旋转，探测器5接收通过不同位置的狭缝201透射过来的光量并生成能量波形图，能量波形图的纵坐标是光能量值，横坐标是时间。根据上述记载，通过对匀速转动的探测环2进行相对位置标记，即可以获得在不同时刻的狭缝201位置，所以通过确定能量波形图上的时间就可以确定当前接收到光线的狭缝201倾角为多少。正常情况下，由于狭缝201是由一个切点开始，一点点的从整个光斑上移过，所以理论上的能量波形图是类似于正弦波的半波图像的，光斑能量在中间是最强的，所以通过观察能量波形图不同角度的狭缝201在不同时刻的能量值，就可以综合计算出光斑的能量分布；根据光斑的能量分布曲线也可以计算出在不同测量标准下
的光斑直径。
28.工作原理：测量时，待测光线6从固定位置一向探测环2的外侧壁投射光斑，探测环2在驱动结构3的带动下绕其中心匀速旋转，探测器5接收通过不同位置的狭缝201透射过来的光线并生成时域波形图或能量波形图。探测器5将时域波形图或能量波形图传送至计算单元进行分析计算，能够得出光斑的若干组切线或者光斑的能量分布，由此计算得出与若干切线均相切的光斑图像的尺寸以及能量分布。探测环2转动一圈就可以实现光斑在各个方向的直径检测和整体的能量分布，检测方便且精准。
29.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。