一種高能激光全吸收能量測量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于高能激光能量測量領(lǐng)域，具體涉及一種高能激光全吸收能量測量
目.ο
【背景技術(shù)】
[0002]近年來高能激光的研究工作發(fā)展迅速，對高能激光功率和能量等參數(shù)的測量精度要求越來越高。傳統(tǒng)的高能激光能量測量裝置的吸收體體積和質(zhì)量較大，激光通常只能覆蓋一個較小的區(qū)域，造成吸收體表面溫升很高，并且吸收體上會長時間存在較大溫度梯度，這給吸收體溫度的準確測量、材料的比熱和溫度傳感器的響應(yīng)度的確定帶來了巨大的困難，由于這個傳熱過程比較緩慢，整個吸收體完全達到熱平衡的時間較長，這期間吸收體的熱損失也會對測量準確度造成較大影響。名稱為《石墨錐型高能激光全吸收能量計設(shè)計》的文章(魏繼鋒等，中國激光，2015，42 (2))，提出了一種利用多個分立的熱電偶傳感器測量吸收體溫升的方法，通過對熱電偶的間距以及在吸收體中的深度加以控制，來獲取吸收體上每一小部分的平均溫度，從而達到對比熱和傳感器響應(yīng)度修正的目的。該方法可以通過大幅增加溫度傳感器數(shù)量的方法降低吸收體上溫度梯度對測量準確度的影響，但是無法減少熱平衡時間，并且需要設(shè)置大量的溫度傳感器，對結(jié)構(gòu)和工藝的設(shè)計要求較高，另外對降低吸收體表面溫升的效果也有限。為了降低吸收體表面的功率密度，減小吸收體內(nèi)部的溫度梯度，在中國發(fā)明專利(授權(quán)公告號ZL201310421058.9)公開了一種階梯錐高能激光全吸收能量測量裝置，該裝置利用一個噴砂鍍金的階梯錐將入射激光散射到整個吸收體內(nèi)部，盡管可以大幅提高測量裝置的抗激光損傷閾值，但是會相應(yīng)的增加從出口逸出激光的比例，熱平衡時間也會比較長，另外該發(fā)明對激光束的尺寸要求也較高，只適應(yīng)于特定尺寸的光束。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種高能激光全吸收能量測量裝置。
[0004]本實用新型的高能激光全吸收能量測量裝置，其特點是，包括外殼、前鍍金反射板、連接桿、隔熱體、系統(tǒng)框架、連接環(huán)、吸收體、溫度傳感器、后鍍金反射板、反射錐、反射錐固定盤、數(shù)據(jù)采集部件、V型槽1、V型槽II ;
[0005]反射錐:用于將入射的激光束發(fā)散，由錐面與柱面交替組成的階梯狀錐體，每組錐體包括一個錐面與一個柱面，錐面表面積為一組錐體中錐面的環(huán)帶面積，外表面鍍金，構(gòu)成鏡面反射面；
[0006]吸收體:用于吸收激光能量，以及布置傳感器進行溫度測量的場所，由內(nèi)側(cè)帶V型槽的環(huán)帶型結(jié)構(gòu)單元拼接而成，環(huán)帶型結(jié)構(gòu)單元的質(zhì)量為內(nèi)側(cè)帶V型槽的分立環(huán)帶的質(zhì)量；v型槽包括V型槽1、V型槽II，V型槽II為環(huán)帶型結(jié)構(gòu)單元內(nèi)側(cè)正中大的V型槽，V型槽I為大的V型槽兩旁小的V型槽；吸收體上的環(huán)帶型結(jié)構(gòu)單元的質(zhì)量之比與反射錐上對應(yīng)的錐面表面積之比的數(shù)值相等；
[0007]連接環(huán):用于連接分段式的環(huán)帶型吸收體；
[0008]前鍍金反射板:用于反射激光，減少高能激光從高能激光全吸收能量測量裝置入口處的溢出；
[0009]后鍍金反射板:用于反射激光，防止高能激光從高能激光全吸收能量測量裝置端部^出；
[0010]隔熱體:用于阻隔吸收體內(nèi)熱量向外部擴散；
[0011]系統(tǒng)框架:用于連接或支撐高能激光全吸收能量測量裝置的框架；
[0012]反射錐固定盤:用于將反射錐固定在系統(tǒng)框架上；
[0013]連接桿:用于將隔熱體、連接環(huán)與系統(tǒng)框架進行連接；
[0014]外殼:用于高能激光全吸收能量測量裝置外部的防護與包裝；
[0015]溫度傳感器:粘接在吸收體表面上，用于測量吸收體上環(huán)帶型結(jié)構(gòu)單元的溫升；
[0016]數(shù)據(jù)采集部件:用于完成溫度信號的采集，以及能量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計處理；
[0017]吸收體、連接環(huán)、前鍍金反射板、后鍍金反射板與反射錐組成一個吸收高能激光的吸收腔；
[0018]反射錐上所有的錐面錐角為45°，反射錐上的錐面數(shù)量與吸收體上的環(huán)帶型結(jié)構(gòu)單元的數(shù)量相等，每個錐面與一個環(huán)帶型結(jié)構(gòu)單元相對應(yīng)，每個環(huán)帶型結(jié)構(gòu)單元內(nèi)側(cè)的V型槽頂角與對應(yīng)的錐面母線中點的連線與錐面母線的夾角為45° ;
[0019]所述的高能激光全吸收能量測量裝置的連接關(guān)系為:反射錐通過反射錐固定盤，固定在系統(tǒng)框架上，環(huán)帶型結(jié)構(gòu)單元通過連接環(huán)拼接成吸收體，前鍍金反射板與后鍍金反射板分別固定在吸收體前后兩端，隔熱體固定在吸收體外表面上，連接桿將隔熱體、連接環(huán)與系統(tǒng)框架固定成一個整體，外殼固定在系統(tǒng)框架上。
[0020]所述的吸收體上的環(huán)帶型結(jié)構(gòu)單元的質(zhì)量之比與反射錐上對應(yīng)的錐面表面積之比相等。
[0021]所述的吸收體環(huán)帶內(nèi)側(cè)V型槽夾角范圍為30°?60°。
[0022]所述的反射錐采用紫銅鑄造而成。
[0023]所述的反射錐外表面鍍金的鍍層厚度為5 μ m?10 μ m。
[0024]所述的吸收體材料為硬鋁，吸收入射高能激光的表面發(fā)黑氧化。
[0025]本實用新型的高能激光全吸收能量測量裝置工作過程為:高能激光束從高能激光全吸收能量測量裝置入口入射，進入吸收腔，入射到反射錐上，經(jīng)反射錐反射后，光能被吸收體吸收，分布在吸收體外表面的多個分立熱電偶傳感器，測量吸收體不同區(qū)域的溫升，數(shù)據(jù)采集部件根據(jù)溫升所對應(yīng)區(qū)域的質(zhì)量及比熱值計算該區(qū)域的能量增量，結(jié)合能量修正系數(shù)，計算出入射激光的總能量。
[0026]為了實現(xiàn)入射激光能量在吸收體上的快速分配，將本實用新型的高能激光全吸收能量測量裝置設(shè)計成錐面與柱面交替組成的階梯狀錐體，錐體表面為鏡面反射，可以將從出口逸出能量控制到可以忽略的程度，激光能量也可以分配到吸收體上不同區(qū)域，加快了熱傳導(dǎo)過程。將吸收體設(shè)計成多個分立環(huán)帶型結(jié)構(gòu)單元，大幅提高了熱平衡時間和降低了溫度梯度，利用V型槽進一步降低功率密度，同時通過調(diào)整吸收體上分立環(huán)帶型結(jié)構(gòu)單元的質(zhì)量和V型槽的參數(shù)達到控制吸收體上各部分的溫升和調(diào)整熱平衡時間的目的。
[0027]本實用新型提供的高能激光全吸收能量測量裝置既可以降低從測量裝置出口逸出的能量，又能使激光能量分配到吸收體上不同區(qū)域，加快熱傳導(dǎo)過程。同時通過調(diào)整吸收體上分立環(huán)帶的質(zhì)量和V型槽的參數(shù)，可提高熱平衡時間和降低溫度梯度，提高激光能量的測量精度。
【附圖說明】
[0028]圖1為本實用新型的高能激光全吸收能量測量裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2為環(huán)帶型吸收體局部放大視圖；
[0030]圖中，1.高能激光束2.外殼3.前鍍金反射板4.連接桿5.隔熱體6.系統(tǒng)框架7.連接環(huán)8.吸收體9.溫度傳感器10.后鍍金反射板11.反射錐12.反射錐固定盤13.數(shù)據(jù)采集部件14.V型槽I 15.V型槽II。
【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
[0032]實施例1
[0033]圖1為高能激光全吸收能量測量裝置結(jié)構(gòu)示意圖，其中箭頭標記的為激光的傳播方向。圖1中高能激光束1從高能激光全吸收能量測量裝置入口入射，進入由吸收體8、連接環(huán)7、前鍍金反射板3、后鍍金反射板10與反射錐11組成的吸收腔，入射到由紫銅鑄