レーザの出力とエネルギー測定用の熱センサー用サーモパイル技術

パワーとエネルギーを測定する熱的方法は、放射エネルギーが吸収されて熱に変換され、それによって吸収器の温度が上昇する方法です。 吸収されたエネルギーは、高温領域(レーザが当たる場所)と低温領域(発生する熱が放散される場所)の間の温度勾配を考慮した関数によって測定されます。 この測定は、熱電対アレイ(サーモパイル)を使用して行うことができます。 温度差により、各単一熱電対の端に電圧が生成されます。アレイがセンサーの表面に正しく配置されている場合、結果として生じる合計電圧は、入射パワーまたはエネルギーに比例します。

この方法の大きな利点は、生成される電圧が高温領域と低温領域の温度差に依存するため、周囲温度の変化による測定への影響がないことです。

発生した熱を放散するには、熱センサーをハウジング内に配置する必要があります。これは、追い出される熱の量に応じて、単純な対流によって放散するか、電気的な低電圧ファンを備えるか、水冷で放散します。

ヘッドの最終的な形状と寸法は、センサーの温度を動作限界内に維持するように注意深く設計する必要があります。

サーマルディテクターには、パワーレベルの増加(線形性)に固有の高度な線形応答もあります。極端な動作で発生する直線性のこれらの小さな低下の補償は、一般に、サーミスタを使用して行われます。

最適化された熱設計により、LaserPoint社の検出器の直線性は優れています。写真は、NIST基準と比較して、最大850 Wで動作する非補償の空冷600Wヘッド(Mod A-600-D60-HPB)の直線性を示しています。仕様をはるかに超える極端な値でもわずか3%の低下であることを示しています。

熱検出器が好まれるもう1つの長所は、レーザビームのサイズと位置にほとんど依存しないことです。 実際、生成された熱はすべて、熱電対を通って流れるため、それらが円上に配置されていても(ラジアルサーモパイル)、直線的に配置されていても、高温領域と低温領域が互いに向かい合って(軸状サーモパイル)、合計信号(レーザパワー)は すべての熱電対からの合計によって与えられます。

応答時間は、熱抵抗、熱容量、および主にセンサーディスクの幾何学的サイズによって決まります。検出器の固有の応答時間は、LaserPoint社のメーターを備えた適切な加速アルゴリズムによって大幅に短縮されます。

ユニークな熱設計

熱センサーは、センサーディスクと、ヒートシンクまたは冷却デバイスを備えたハウジングで構成されています。 これらの各アセンブリは、システムの最終的なパフォーマンスの観点から重要です。熱安定性、直線性、空間均一性、放熱などのパラメータは、LaserPointのエンジニアによって計算され、広範な熱設計モデリングが採用されて、センサーの動作を予測し、最高の信頼性を実現します。

 

放射アブソーバー

放射アブソーバーは、サーモパイルに基づく熱センサー設計のもう1つの重要な章です。 具体的には、使用波長の関数として高い損傷しきい値で耐える必要があります。LaserPoint社では、厳しい仕様の下で極端な熱的および機械的ストレスに耐える、さまざまなタイプの堆積された放射アブソーバーを採用しています。

レーザのパワーとエネルギーの範囲、およびそのパワー密度に応じて、体積アブソーバー、表面アブソーバーおよびスーパーハードコーティングアブソーバーの中で異なる種類の放射アブソーバーが使用されます。