Технология термопар для термодатчиков для измерения мощности и энергии лазера.

Тепловые методы измерения мощности и энергии — это методы, при которых лучистая энергия поглощается и преобразуется в тепло, что вызывает повышение температуры в поглотителе. Затем поглощенная энергия измеряется с помощью функции, которая учитывает температурную разницу между горячей областью (где падает лазер) и холодной областью (где выделяемое тепло рассеивается). Это измерение может быть выполнено с помощью термопар (термобатарей). Разница температур будет генерировать напряжение на конце каждой отдельной термопары, и, если матрица должным образом распределена по поверхности датчика, в результате общее напряжение будет пропорционально падающей мощности или энергии.

Сильным преимуществом этого подхода является отсутствие влияния на измерения изменений температуры окружающей среды, поскольку генерируемое напряжение зависит от разницы температур между горячей и холодной областями.

Для отвода генерируемого тепла в корпусе необходимо разместить тепловой датчик, который, в зависимости от количества тепла, которое необходимо отвести (может рассеиваться за счет простой конвекции),может иметь электрические низковольтные вентиляторы или может охлаждаться водой.

Окончательная форма и размеры датчиков должны быть тщательно продуманы, чтобы поддерживать температуру в рабочих пределах.

Тепловые датчики также обладают высокой степенью линейного отклика при увеличении уровней мощности (линейность); Компенсация этих незначительных падений линейности, возникающих при рабочих предельных значениях, обычно осуществляется с помощью терморезисторов.

Линейность датчиков Laser Point, благодаря их оптимизированной тепловой конструкции, превосходна: на рисунке показана линейность датчика 600 Вт с воздушным охлаждением без компенсации (Mod A-600-D60-HPB), работающей до 850 Вт, по сравнению с эталоном NIST. Он показывает падение всего на 3% при экстремальных значениях, что намного выше спецификаций.

Еще одна сильная сторона тепловых датчиков — их, практически полная, независимость от размера и положения лазерного луча. Фактически, поскольку все генерируемое тепло проходит через термопары, независимо от того, накапливаются ли они на кругах (радиальные термопары) или линейно, с горячей и холодной областями, обращенными друг к другу (осевые термопары), общий сигнал (мощность лазера) определяется суммой вкладов всех термопар.

Время отклика определяется тепловым сопротивлением, теплоемкостью и, в основном, геометрическими размерами сенсорных дисков. Собственное время отклика сенсорных дисков значительно сокращается за счет соответствующих алгоритмов ускорения с помощью счетчиков Laser Point.

Уникальный термо-дизайн

Тепловой датчик по существу состоит из сенсорного диска и корпуса с теплоотводом или охлаждающими устройствами. Каждая из этих сборок имеет решающее значение с точки зрения конечной производительности системы. Такие параметры, как термическая стабильность, линейность, пространственная однородность, тепловыделение, рассчитываются инженерами Laser Point, и для прогнозирования поведения датчиков и достижения их максимальной надежности применяется обширное расчетное моделирование теплового состояния.

 

Поглотители излучения

Поглотители излучения — еще одна важная глава в разработке тепловых датчиков на основе термопары. В частности, они должны выдерживать высокие пороги повреждения в зависимости от длины волны использования. Laser Point использует различные типы поглотителей излучения, нанесенных в соответствии с самыми строгими требованиями, чтобы выдерживать экстремальные термические и механические нагрузки.

В зависимости от мощности и энергетического диапазона лазера, а также от его предельной мощности, среди объемных поглотителей используются различные типы поглотителей излучения; поверхностный поглотитель, поглотитель со сверхтвердым покрытием.