Tecnologia de termopilha para sensores térmicos para a medição da Potência e Energia do Laser.
Os métodos térmicos de medição da potência e energia são aqueles em que a energia radiante é absorvida e convertida em calor, gerando um aumento de temperatura no absorvedor. A energia absorvida é então medida através de uma função que tem em consideração o gradiente de temperatura entre a área quente (onde o laser incide) e a área fria (onde o calor gerado é dissipado). Esta medição pode ser realizada através de matrizes de termopares (termopilha). A diferença de temperatura irá gerar uma tensão no final de cada termopar e, se a matriz estiver devidamente distribuída sobre a superfície do sensor, a tensão total resultante será proporcional à potência ou energia incidente.
Uma forte vantagem desta abordagem é que não há influência na medição de variações de temperatura ambiente porque a tensão gerada depende da diferença de temperatura entre as áreas quentes e frias.
Para dissipar o calor gerado, deve ser colocado um sensor térmico dentro de um alojamento que, dependendo da quantidade de calor a ser afastado, pode se dissipar por convecção simples, ter ventiladores elétricos de baixa tensão ou pode ser resfriado a água.
A forma e as dimensões finais das cabeças devem ser cuidadosamente concebidas para manter a temperatura do sensor dentro dos seus limites de funcionamento.
Os detectores térmicos também têm um alto grau intrínseco de resposta linear no aumento dos níveis de potência (linearidade); uma compensação para as pequenas quedas na linearidade que ocorrem nos extremos de trabalho é, em geral, feita usando termistores.
A linearidade dos detectores da Laser Point, graças ao seu design térmico optimizado, é excelente: a imagem mostra a linearidade de um cabeçote de 600W refrigerado a ar não compensado (Mod A-600-D60-HPB) trabalhando até 850 W, em comparação com uma referência NIST. Mostra apenas uma queda de 3% nos valores extremos, muito acima das especificações.
Outro ponto forte a favor dos detectores térmicos é a sua quase não dependência do tamanho e da posição do feixe de laser. De fato, uma vez que o calor gerado flui através dos termopares, sejam eles depositados em círculos (termopilhas radiais) ou linearmente, com as áreas quentes e frias voltadas uma para a outra (termopilhas axiais), o sinal total (potência do laser) é dado pela soma das contribuições de todos os termopares.
O tempo de resposta é determinado pelas resistências térmicas, pelas capacidades térmicas e, principalmente, pelos tamanhos geométricos dos discos sensores. Os tempos de resposta intrínsecos dos detectores são significativamente reduzidos por algoritmos de aceleração apropriados com medidores Laser Point.
