Tecnología de termopilas para sensores térmicos de potencia láser y medición de energía.
Los métodos térmicos de medir la potencia y la energía son aquellos que comportan la absorción de la energía radiante y su conversión en calor, lo cual genera un aumento de temperatura en el absorbente. La energía absorbida se mide entonces a través de una función que tiene en cuenta el gradiente de temperatura entre el área caliente (donde incide el láser) y un área fría (donde se disipa el calor generado). Esta medición puede realizarse por medio de series de termopares (termopila). La diferencia de temperatura genera un voltaje al final de cada uno de los termopares y, si la serie se distribuye debidamente por la superficie del sensor, el voltaje total resultante será proporcional a la energía o potencia incidente.
Una gran ventaja de este planteamiento es que no hay influencia de la temperatura ambiente en la medición de las variaciones porque el voltaje generado depende de la diferencia de temperatura entre las áreas caliente y fría.
Para disipar el calor generado, el sensor térmico debe colocarse en una carcasa que, según la cantidad de calor que haya que eliminar, puede disipar por simple convección, llevar ventiladores eléctricos de bajo voltaje o refrigerarse con agua.
La forma final de los cabezales y sus dimensiones deben diseñarse cuidadosamente para mantener la temperatura del sensor dentro de sus límites de funcionamiento.
Los detectores térmicos también tienen un alto grado de respuesta lineal intrínseca en el aumento de los niveles de potencia (linealidad); en general, se usan termistores para compensar las caídas menores en linealidad que se dan en los extremos de funcionamiento.
La linealidad de los detectores Laser Point, gracias a su diseño térmico optimizado, es excelente: la imagen muestra la linealidad de un cabezal de 600 W no compensado refrigerado con aire (Mod A-600-D60-HPB) trabajando con potencias de hasta 850 W, comparado contra una referencia NIST. Muestra una caída de tan solo el 3 % en los valores extremos, muy por encima de las especificaciones.
Otro punto importante en favor de los detectores térmicos es su casi no-dependencia del tamaño y de la posición del haz láser. De hecho, dado que todo el calor generado fluye a través de los termopares, ya sea depositados en círculos (termopilas radiales) o linealmente, con las áreas caliente y fría frente a frente (termopilas axiales), la señal total (potencia láser) viene dada por la suma de la contribución de todos los termopares.
El tiempo de respuesta lo determinan las resistencias térmicas, las capacidades térmicas y, principalmente, los tamaños geométricos de los discos sensores. Los tiempos de respuesta intrínsecos de los detectores se reducen significativamente mediante algoritmos de aceleración adecuados con mediciones Laser Point.
