一种微弱脉冲光斑横向位置测量的方法，该方法包括脉冲激光器，分束镜，相机，光电探测器转换板，信号处理板，计算机，使用光电探测器转换板对脉冲激光器输出的微弱窄脉宽信号进行高速光电转换，同时将脉冲激光器的输出的微弱窄脉宽信号的脉冲宽度展宽及脉冲幅度轨到轨放大；当信号处理板接收到输入的脉冲数量等于设置的值后，对相机进行硬件信号触发，并连续采集多幅图像画面，通过脉冲光斑横向位置计算公式来完成脉冲光斑横向位置的测量。本发明专利技术实现了对高重复频率微弱脉冲光斑横向位置的实时检测需求，准确的提高了脉冲光斑横向位置的测量精度，并且具有良好的测量重复性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光电探测，尤其涉及一种微弱脉冲能量激光器光斑(脉冲能量不大于5mj)横向位置的测量方法。
技术介绍
1、目前，对于光斑横向位置测量有三种方式：第一种是使用位置探测器，位置探测器位置分辨率高，但是容易受杂光影响，第二种是四象限探测器，四象限探测器灵敏度高，但精度不够稳定，有测量盲区，第三种是相机，相机功耗小，成本低，响应速度快。对于重复频率在几百赫兹及以上的脉冲激光器，当使用相机来完成光斑横向位置测量时，由于脉冲激光器输出的激光能量比较弱，并非在所有操作条件下都能探测到激光脉冲信号，需要使用大于激光器重复频率的帧频相机对激光脉冲进行采集，但是这样高帧频会导致相机发热严重，采集图像产生大量噪点，降低图像的信噪比，另外具有高帧率的相机通常会增加冷却系统，价格也比较昂贵，增加测量成本。另外相机的积分时间设置对于图像的曝光和亮度有重要的影响。当积分时间较短时候，相机只能收集到很少的光信号，图像可能偏暗或产生噪点，而当积分时间较长时，相机能够收集到更多的光信号，图像可能会过曝，无法正常采集。
2、对于重复频率在几百赫兹及以上的脉冲激光器，当使用相机来完成光斑横向位置测量时，目前还没有对微弱信号探测和相机的积分时间精确同步的方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种微弱脉冲光斑横向位置测量的方法，在脉冲宽度较窄和脉冲幅度微弱的条件下，通过该方法实现对脉冲光斑横向位置的检测需求，并且该测量方法无需繁杂的计算过程。
2、本专利技术的技术解决方案如下：</p>3、一种微弱脉冲光斑横向位置测量的方法，该方法包括脉冲激光器，分束镜，相机，光电探测器转换板，信号处理板，计算机，所述的脉冲激光器、所述的相机及所述的信号处理板与所述的计算机相连，所述的相机与所述的信号处理板相连，所述的光电探测器转换板与所述的信号处理板对应接口相连，其特点在于，该方法的步骤如下：
4、步骤1、将脉冲激光器放置在分束镜前，脉冲激光器输出的光在分束镜上分为两束，反射光直接入射到相机成像区域进行成像，透射光入射到光电转换板上的光电探测器的探测区域；
5、步骤2、设置测量时间，开启脉冲激光器、光电探测器转换板、信号处理板及相机，使用光电探测器转换板对脉冲激光器输出的微弱窄脉宽信号进行高速光电转换，同时将脉冲激光器的输出的微弱窄脉宽信号的脉冲宽度展宽及脉冲幅度轨到轨放大；将信号处理板接收到不同的数量的脉冲宽度的脉冲对相机进行硬件信号触发，分别设置相机不同的曝光时间值和增益值，记录不同脉冲数量和不同曝光时间值和不同增益值对应关系，用不同数量的脉冲宽度的脉冲对相机进行硬件信号触发，完成对不同脉冲宽度脉冲数量与相机积分时间及增益的值进行标定；
6、步骤3、使用光电探测器转换板对脉冲激光器输出的微弱窄脉宽信号进行高速光电转换，同时完成将脉冲激光器的输出的微弱窄脉宽信号的脉冲宽度展宽及脉冲幅度轨到轨放大；根据脉冲数量和脉冲宽度与相机积分时间和增益值的标定结果，当信号处理板接收到输入脉冲数量等于设置的值后，对相机进行硬件触发，并连续采集n幅图像画面，并通过脉冲光斑横向位置计算公式来完成脉冲光斑横向位置的测量；
7、步骤4、计算脉冲光斑横向位置坐标(px,py)，公式如下：
8、
9、
10、式中，i(i,j)为图像像素灰度值，i，j分别对应每个像素对应的y坐标和x坐标；
11、步骤5、重复步骤3～步骤4，直至在设置时间内光斑横向位置都测量结束，所获得的测量结果均值即激光器光斑的平均位置。
12、所述的光电探测器转换板由光电探测器,第一电阻，第一电容，第二电容，第一运算放大器，第三电容，第二电阻，第三电阻，第四电容，第四电阻，第五电阻，第六电阻，第七电阻，第八电阻，5v电源，-5v电源组成，所述的第一电阻与所述的第一电容，所述的第二电容并联，并分别与所述的第一运算放大器的同相输入端与地相连，所述的光电探测器一端接地，所述的光电探测器的另外一端接所述的第一运算放大器的反向输入端，所述的第三电容与所述的第二电阻并联连接在所述的第一运算放大器的反向输入端和输出端之间，完成对光电探测器的输出电流到电压转换，同时完成信号的输出带宽转换。所述的第三电阻连接到第一运算放大器输出端和第二运算放大器反向输入端，第四电阻和第四电容并联连接在第二运算放大器的反向输入端和输出端，第二运算放大器的同向输入端接地。
13、所述的高速比较器的同相输入端连接所述的第二运算放大器的输出端，所述的高速比较器u3同相输入端通过所述的第七电阻与高速比较器的输出端相连，所述的第五电阻和第六电阻对5v电源进行分压并将分压节点连接到所述的高速比较器的反向输入端，所述的高速比较器的输出信号与所述的第八电阻和5v电源相连，所述的高速比较器的电源端连接5v。
14、所述的信号处理板由微处理器板，第一光耦隔离器，第二光耦隔离器，第九电阻，第十电阻，第十一电阻，第十二电阻，3.3v电源，5v电源组成。所述的信号处理板的输出信号通过所述的第九电阻与所述的第一光耦隔离器的阳极相连，所述的第一光耦隔离器的阴极与地相连，所述的第一光耦隔离器的电源连接3.3v，所述的第一光耦隔离器的输出端通过所述的第十电阻与3.3v相连并连接到所述的微处理器板的输入端，所述的微处理器板的输出端通过所述的第十一电阻连接到所述的第二光耦隔离器的阳极，所述的第二光耦隔离器的阴极接地，所述的第二光耦隔离器的输出端通过所述的第十二电阻连接到5v电源并将输出信号连接到所述的相机的硬件触发输入口。
15、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
16、1)本专利技术在脉冲宽度较窄和脉冲幅度微弱的条件下，通过对微弱窄脉宽信号的脉冲宽度展宽及脉冲幅度轨到轨放大解决了微弱脉冲信号探测能力，减轻了后续信号处理的难度。
17、2)本专利技术通过对不同脉冲宽度的脉冲数量与相机积分时间及增益的值标定提高了光斑横向位置测量重复性和减少了系统误差。
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【技术保护点】
1.一种微弱脉冲光斑横向位置的测量方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述的微弱脉冲光斑横向位置的测量方法，其特征在于，还包括S4，重复步骤S2～S3直至在设置时间内光斑横向位置都测量结束，所获得的测量结果的均值也即这段时间内激光器输出光斑的平均位置值。
3.根据权利要求1所述的微弱脉冲光斑横向位置的测量方法，其特征在于，所述S1使用光电探测器转换板获得窄脉宽信号，并进行脉冲宽度展宽及脉冲幅度轨到轨放大，信号处理板将接收到输入脉冲数量和脉冲宽度与对相机进行硬件触发从而对脉冲数量与相机积分时间及增益的值进行标定，具体包括：
4.根据权利要求1所述的微弱脉冲光斑横向位置的测量方法，其特征在于，所述S1.1中光电探测器转换板包括光电探测器D1,第一电阻R1，第一电容C1，第二电容C2，第一运算放大器U1，第三电容C3，第二电阻R2，第三电阻R3，第四电容C4，第四电阻R4，第五电阻R5，第六电阻R6，第七电阻R7，第八电阻R8，5V电源，-5V电源组成，所述的第一电阻R1与所述的第一电容C1，所述的第二电容C2并联，分别与所述的第一运算放大器U1的同相输入端与地相连，所述的光电探测器D1一端接地，所述的光电探测器D1的另外一端接所述的第一运算放大器U1的反向输入端，所述的第三电容C3与所述的第二电阻R2并联连接在所述的第一运算放大器U1的反向输入端和输出端之间，完成对光电探测器的输出电流到电压转换，同时完成信号的输出带宽转换。所述的第三电阻R3连接到第一运算放大器U1输出端和第二运算放大器U2反向输入端，第四电阻R4和第四电容C4并联连接在第二运算放大器的反向输入端和输出端，第二运算放大器的同向输入端接地，所述的高速比较器U3的同相输入端连接所述的第二运算放大器U2的输出端，所述的高速比较器U3同相输入端通过所述的第七电阻R7与高速比较器U3的输出端相连，所述的第五电阻R5和第六电阻R6对5V电源进行分压并将分压节点连接到所述的高速比较器U3的反向输入端，所述的高速比较器U3的输出信号与所述的第八电阻R8和5V电源相连，所述的高速比较器U3的电源端连接5V，所述的信号处理板5由微处理器板U6，第一光耦隔离器U4，第二光耦隔离器U5，第九电阻R9，第十电阻R10，第十一电阻R11，第十二电阻R12，3.3V电源，5V电源组成。所述的信号处理板5的输出信号通过所述的第九电阻R9与所述的第一光耦隔离器U4的阳极相连，所述的第一光耦隔离器U4的阴极与地相连，所述的第一光耦隔离器U4的电源连接3.3V，所述的第一光耦隔离器U4的输出端通过所述的第十电阻R10与3.3V相连并连接到所述的微处理器板U6的输入端，所述的微处理器板U6的输出端通过所述的第十一电阻R11连接到所述的第二光耦隔离器U5的阳极，所述的第二光耦隔离器U5的阴极接地，所述的第二光耦隔离器U5的输出端通过所述的第十二电阻R12连接到5V电源并将输出信号连接到所述的相机的硬件触发输入口。
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【技术特征摘要】
1.一种微弱脉冲光斑横向位置的测量方法，其特征在于，包括步骤：
2.根据权利要求1所述的微弱脉冲光斑横向位置的测量方法，其特征在于，还包括s4，重复步骤s2～s3直至在设置时间内光斑横向位置都测量结束，所获得的测量结果的均值也即这段时间内激光器输出光斑的平均位置值。
3.根据权利要求1所述的微弱脉冲光斑横向位置的测量方法，其特征在于，所述s1使用光电探测器转换板获得窄脉宽信号，并进行脉冲宽度展宽及脉冲幅度轨到轨放大，信号处理板将接收到输入脉冲数量和脉冲宽度与对相机进行硬件触发从而对脉冲数量与相机积分时间及增益的值进行标定，具体包括：
4.根据权利要求1所述的微弱脉冲光斑横向位置的测量方法，其特征在于，所述s1.1中光电探测器转换板包括光电探测器d1,第一电阻r1，第一电容c1，第二电容c2，第一运算放大器u1，第三电容c3，第二电阻r2，第三电阻r3，第四电容c4，第四电阻r4，第五电阻r5，第六电阻r6，第七电阻r7，第八电阻r8，5v电源，-5v电源组成，所述的第一电阻r1与所述的第一电容c1，所述的第二电容c2并联，分别与所述的第一运算放大器u1的同相输入端与地相连，所述的光电探测器d1一端接地，所述的光电探测器d1的另外一端接所述的第一运算放大器u1的反向输入端，所述的第三电容c3与所述的第二电阻r2并联连接在所述的第一运算放大器u1的反向输入端和输出端之间，完成对光电探测器的输出电流到电压转换，同时...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭福东，杨朋千，刘志刚，朱健强，姜卓偲，王良玉，杨富丽，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：
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