Болометрический измеритель проходящеймощности лазера

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (б1) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 021078 (21) 2669121/18-25 (51) М. Кл. с присоединением заявки Но

G 01 J 5/58

Государственный комнтет

СССР но делам нюбретеннй н открытнй (23) Приоритет

Опубликовано 0706.81. Бюллетень Но 21

Дата опубликования описания 070681 (З) УДК 535. 231. 6 (088.8) (72) Авторы изобретения

Ч

Л.С.Кременчугский, A.ß.Øóëüãà и А.Г;Богдевфч с

1 .„:1 > г (71) Заявитель

Институт физики AH Украинской ССР (54) БОЛОМЕТРИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПРОХОДЯЩЕЙ

МОЩНОСТИ ЛАЗЕРА

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 эгементы обычных измерителей. Для измерения таких мощ- 1О ных потоков разработаны специальные приборы, например, калориметры оконечного типа с проточной жидкостью (1).

Недостатком этого устройства является отсутствие воэможности непрерывно измерять и контролировать уровень мощности ОКГ, так как они являются устройствами оконечного типа.

Кроме того, они потребляют большую мощность и обладают большой инерци- 20 онностью л 10-100 с.

Практически безынерционным является пироэлектрический приемник излучения, предназначенный для регистрации 25 мощных потоков излучения.

Однако такой приемник излучения не может работать в технологических установках, требующих непрерывного ,контроля мощности. Для непрерывного ЗО контроля и управления мощным пучком

ОКГ, который используется для технологических целей, например сварки, необходимы измерители проходящей мощности, потребляющие незначительную часть общей мощности и 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 выполнены 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 <2S ее поглощается приемным элементом) приемный элемент изменяет свое сопротивление, что приводит к разбалансу моста и фиксируется индикатором регистратора. Временное разрешение такого прибора составляет

1 мс, а погрешность измерений 13 .

Довольно большой коэффициент поглощения проходящет с потока (=.) скрапн7300б9 чивает воэможность применения таких

2 ) приборов при плотностях 1 кВт/см «с1.

Недостаток этого прибора заключается в том, что для измерения мощности технологических ОКГ, генерирующих в непрерывном режиме 1 — 10 кВт/см и

i7 более, необходимы измерители с более высокой границей динамического диапазона. При этом, естественно, повышаются требования к снижению потребляе,мой проходящей мощности и быстродействию измерителя(10

Цель изобретения — расширение диапазона измеряемых мощностей и уменьшение потребляемой мощности проходящего пучка.

Это достигается тем, что чувстви- 15 тел"ные элементы выполнены в виде ряда плоскопараллельных металлических свободном ложенных торцами перпендикулярно пучку излучения ОКГ, при ем их торцовая QQ площадь, по крайней мере, на порядок меныяе площади боковых необлучаемых поверхностей. Кроме того, болометрический измеритель содержит механизм возвратно-поступательного перемещения чувствительных элементов перпендикулярно пучку излучения ОКГ, На чертеже изображен предлагаемый измеритель.

Ьолометрический измеритель проходящей мощности ОКГ состоит из чувст-, 30 вительных элементов 1, держателей 2, .регистратора 3, механизма 4 возвратно-поступательного и ремещения.

Чувствительные элементы 1 иэмериЗг теля представляют собой тонкие металлические плоскопараллельные пленки, у которых толщина меньше длины и ширины. Они закрепляются на держателе 2 так, что направление пучка

ОКГ перпендикулярно малой грани, 4О площадь которой на порядок меньше площади боковых поверхностей. Так как измеритель является прибором проходящего типа, облучаемая площадь всех чувствительных элементов значительно меньше, чем площадь сечения Г!jчка.

М. 4 мсн < ичах y „д (27

Формула изобретения

1. Болометрический измеритель проходящей мощности лазера, содержащий тонкие металлические чувствительные элементы и регистратор, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью расши— рения диапазона измеряемых мощностей и уменьшения потребляемой мощности проходящего пучка, чувствительные элементы выполнены в виде ряда плоскопараллельных пленок, расположенных торцами перпендикулярно пучку иэлу55 чения лазера, причем их торцевая площадь, по крайней мере, на порядок меньше площади боковых необлучаемых поверхностей.

2. Устройство по п.1, о т л и.— ч а ю щ е е с я тем, что оно содержит механизм возвратно-поступательного перемещения чувствительных элементов перпендикулярно пучку излучения лазе 5 ра °

Устройство работает следующим образом.

При облучении часть мощности, состаляющая десятые или сотые доли процента от генерируемой мощности, поглощается чувствительными элементагли. В результате нагрева повышаетcé сопротивление пленок, пропорциональное поглощенной мощности. Величина сопротивления измеряется регистратором 3, шкала. которого прокалибрована в единицах мощности.

Для того, чтобы получить среднее значение мощности по сечению пучка, учитывая значительную пространственную неоднородность IJIoTkloc TH излучения по сечению, чувствительные элементы, связанные с механизмом 4 возвратно-поступательного перемещения, сканируют по полю облучения.

Расширение верхней границы динамического диапазона измеряемых мощностей достигается за счет того, что облучаемая и теплопередающая поверхности отличаются более, чем на порядок.

Уравнение теплового баланса для одного чувствительного элемента при облучении непрерывным потоком ОКГ плотности Ьоможно записать X A< - .иС = Е-1 АЪ 1 таХ (1), где М вЂ” коэффициент теплопередачи, Ал — площадь теплопередачи, ьТà — максимальный прирост температуры чувствительного элемента в пределах линейности динамического диапазона;

Гл — поглощательная способность;

А g — облучаемая поверхность, верхний предел плотности излучения

При обычном использовании болометров облучаемая и теплопередающие поверхности примерно равны.

В предлагаемом устройстве А.1 превышает А2 на порядок и более, что к существенно повышает верхний предел плотности излучения.

Применение болометрического 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

730069

Z 1

Составитель Л, Котнев

Техред Н. Майорош Корректор С.Щомак

Редактор С. Суркова

Заказ 3392/53 Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Измерение характеристик ОКГ.

Под ред. Валитбва P.A. и Кубарева A.Â.

М., изд-во Комитета стандартов СССР, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР

9469061 кл. G01 Х 5/34, 1975.

3. Кузьмичев В.M Перепечай М.П.

"Квантовая электроника", 1974, Р 11, т. 1, с. 2407.