Lazer Güç ve Enerji Ölçümü için termal sensörlere yönelik termopil teknolojisi
Güç ve enerji ölçmenin termal yöntemleri, yayılan enerjinin soğurularak, soğuran cisimde sıcaklık artışına yol açacak şekilde ısıya dönüştürüldüğü yöntemlerdir. Soğurulan enerji daha sonra, sıcak (lazerin vurduğu) alan ve soğuk (oluşan ısının dağıtıldığı) alan arasındaki sıcaklık geçişini hesaba katan bir fonksiyonla ölçülür. Bu ölüm termokuplör dizileriyle (termopil) gerçekleştirilebilir. Sıcaklık farkı her bir tekil termokuplörün ucunda bir gerilim üretir, dizi sensör yüzeyi boyunca gereken şekilde dağıtılmışsa, sonuçta ortaya çıkan toplam gerilim uyarıcı güç veya enerjiyle orantılı olacaktır.
Bu yaklaşımın kuvvetli üstünlüklerinden biri, üretilen gerilimin sıcak ve soğuk alanlar arasındaki ısı farkına bağlı olması dolayısıyla, ortam sıcaklığındaki değişikliklerin ölçüm üzerinde etki yapmamasıdır.
Oluşan ısıyı dağıtmak için termal sensör, uzaklaştırılması gereken ısı miktarına göre ısıyı basit konveksiyonla dağıtan, elektrikli alçak gerilim fanlarına sahip olan veya suyla soğutulabilen bir yuva içine yerleştirilmelidir.
Sensör sıcaklığını çalışma sınırları içinde tutmak için kafaların nihai şekil ve boyutları özenle tasarlanmalıdır.
Termal detektörler aynı zamanda güç seviyelerindeki artışa karşı kendiliklerinden yüksek dereceli doğrusal yanıt verirler (doğrusallık); uç noktalardaki çalışmalarda meydana gelen doğrusallıktaki çok küçük düşüşlerin telafisi genellikle termistör kullanılarak sağlanır.
Laser Point detektörlerinin doğrusallı optimize edilmiş termal tasarımları sayesinde mükemmeldir: Resimde, bir NIST referansına kıyasla, 850 W’a kadar çalışan telafisiz hava soğutmalı bir 600W kafanın (Mod A-600-D60-HPB) doğrusallığı gösterilmektedir. Uç noktadaki değerlerde teknik özelliklerin çok ötesinde olacak şekilde yalnızca %3 düşüş sergiler.
Termal detektörlerin lehine olan güçlü yanlardan biri de lazer ışını boyut ve konumuna karşı neredeyse bağımsız olmalarında yatar. Aslında oluşan ısının tamamı termokuplörlerden aktığından, ister dairesel (radyal termopiller), ister doğrusal olarak yerleştirilsin, sıcak ve soğuk alanlar birbirlerine baktığında (eksenel termopiller) toplam sinyal (lazer gücü) tüm termokuplörlerin katkılarının toplamıyla elde edilir.
Yanıt süresi termal dirençler, termal kapasiteler ve çoğunlukla sensör disklerinin geometrik boyutlarıyla belirlenir. Detektörlerin kendi yanıt süreleri Laser Point ölçüm cihazlarının uygun hızlandırma algoritmalarıyla ciddi ölçüde azaltılır.
