本發(fā)明涉及遠(yuǎn)場光斑測量，尤其涉及一種遠(yuǎn)場光斑測量系統(tǒng)及其測量方法。

背景技術(shù)：

1、遠(yuǎn)場光斑測量系統(tǒng)是用于精確測量激光在遠(yuǎn)場條件下光斑的強度時空分布的一種技術(shù)，這對于分析強激光大氣傳輸效應(yīng)和評價激光系統(tǒng)性能至關(guān)重要。隨著激光技術(shù)在激光通訊、激光雷達(dá)、激光測距等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，對激光性能參數(shù)的測量提出了更高的要求。遠(yuǎn)場光斑測量系統(tǒng)通常包括漫反射靶板、光學(xué)鏡頭、ccd攝像機、計算機、圖像采集軟件和光斑分析軟件等。

2、現(xiàn)有的遠(yuǎn)場光斑測量系統(tǒng)雖然在激光技術(shù)的應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用，但也存在一些缺點和局限性。首先是系統(tǒng)誤差比較大，由于ccd攝像機鏡頭的主光軸與漫反射靶板的法線可能不重合，存在一個夾角，這會導(dǎo)致系統(tǒng)誤差，這種誤差可以通過使用修正系數(shù)來減少，但仍然需要額外的處理步驟。另外ccd探測器的單個像元對激光響應(yīng)的不均勻性會影響光斑質(zhì)心的測量精度，除此之外，在光斑圖像采集和處理過程中，系統(tǒng)可能會受到噪聲的影響，尤其是在光斑圖像存在光照不均勻或有突發(fā)噪聲的情況下，傳統(tǒng)的分割算法可能無法準(zhǔn)確分割光斑。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明創(chuàng)造旨在提供一種遠(yuǎn)場光斑測量系統(tǒng)及其測量方法，通過利用第一調(diào)節(jié)裝置和第二調(diào)節(jié)裝置保證主光軸與漫反射的法線重合，同時配備高性能高速相機來進(jìn)行校正。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明創(chuàng)造的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：一種遠(yuǎn)場光斑測量系統(tǒng)，包括：發(fā)射端調(diào)節(jié)裝置、接收端調(diào)節(jié)裝置和計算機；發(fā)射端調(diào)節(jié)裝置和接收端調(diào)節(jié)裝置分別設(shè)于待測目標(biāo)兩側(cè)；發(fā)射端調(diào)節(jié)裝置包括激光器、準(zhǔn)直鏡筒和第一調(diào)節(jié)裝置；激光器和準(zhǔn)直鏡筒設(shè)置于第一調(diào)節(jié)裝置上；激光器通過光纖與準(zhǔn)直鏡筒相連；第一調(diào)節(jié)裝置被構(gòu)造成在四個自由度上調(diào)節(jié)準(zhǔn)直鏡筒位置，確保激光器發(fā)射的激光束經(jīng)準(zhǔn)直鏡筒調(diào)整并擴大直徑后，照射到待測目標(biāo)上；接收端調(diào)節(jié)裝置包括長焦鏡頭、第二調(diào)節(jié)裝置和高速相機；長焦鏡頭和高速相機設(shè)置與第二調(diào)節(jié)裝置上；長焦鏡頭位于高速相機正前方間的預(yù)設(shè)位置，用于接收遠(yuǎn)場處的激光束；第二調(diào)節(jié)裝置被構(gòu)造成在四個自由度上調(diào)節(jié)長焦鏡頭位置，確保長焦鏡頭接收并聚焦激光束形成光斑圖像，高速相機采集光斑圖像；計算機，計算機用于對高速相機采集的光斑圖像進(jìn)行計算分析，獲取光斑數(shù)據(jù)。

3、進(jìn)一步的，第一調(diào)節(jié)裝置包括第一位移轉(zhuǎn)臺、第一連接板、第一連接座、第二連接座和激光器固定座，第一連接板設(shè)置于第一位移轉(zhuǎn)臺上，第一連接座、第二連接座和激光器固定座設(shè)置于第一連接板上，激光器設(shè)置于激光器固定座上；第一連接座用于固定準(zhǔn)直鏡筒的前端，第二連接座用于固定準(zhǔn)直鏡筒的尾端；第一位移轉(zhuǎn)臺調(diào)節(jié)第一連接板位置，進(jìn)而調(diào)節(jié)準(zhǔn)直鏡筒位置。

4、進(jìn)一步的，第一調(diào)節(jié)裝置還包括第一調(diào)節(jié)底板和第一調(diào)整地腳，第一位移轉(zhuǎn)臺和第一調(diào)整地腳均設(shè)置于第一調(diào)節(jié)底板上，第一調(diào)整地腳用于調(diào)整第一調(diào)節(jié)底板的高度，進(jìn)而調(diào)節(jié)準(zhǔn)直鏡筒的高度。

5、進(jìn)一步的，第一連接座包括第一支撐座和第一壓環(huán)；第一支撐座包括第一圓弧面和第一連接部，第一壓環(huán)包括第二圓弧面和第二連接部，當(dāng)?shù)谝贿B接部與第二連接部連接時，第一圓弧面與第二圓弧面形成第一容納腔，準(zhǔn)直鏡筒的前端位于第一容納腔內(nèi)。

6、進(jìn)一步的，第一連接座還包括第一彈簧和第一墊片，第一彈簧位于第一連接部和第二連接部之間；第一墊片設(shè)置于第二圓弧面上。

7、進(jìn)一步的，第二調(diào)節(jié)裝置包括第二位移轉(zhuǎn)臺、第二連接板、第三連接座和第四連接座；第二連接板設(shè)置于第二位移轉(zhuǎn)臺上，第三連接座和第四連接座設(shè)置于第二連接板上；第三連接座用于固定長焦鏡頭的尾端，第四連接座用于固定長焦鏡頭的前端；第二位移轉(zhuǎn)臺調(diào)節(jié)第二連接板位置，進(jìn)而調(diào)節(jié)長焦鏡頭位置。

8、進(jìn)一步的，第二調(diào)節(jié)裝置還包括第二調(diào)節(jié)底板和第二調(diào)整地腳，第二位移轉(zhuǎn)臺和第二調(diào)整地腳均設(shè)置在第二調(diào)節(jié)底板上，第二調(diào)整地腳用于調(diào)整第二調(diào)節(jié)底板的高度，進(jìn)而調(diào)節(jié)長焦鏡頭的高度。

9、進(jìn)一步的，第三連接座包括第三支撐座和第三壓環(huán)；第三支撐座包括第三圓弧面和第三連接部，三壓環(huán)包括第四圓弧面和第四連接部；當(dāng)?shù)谌B接部與第四連接部連接時，第三圓弧面與第四圓弧面形成第三容納腔，長焦鏡頭的尾端位于第三容納腔內(nèi)。

10、進(jìn)一步的，第一連接座還包括第二彈簧和兩個第二墊片，第二彈簧位于第三連接部和第四連接部之間；兩個第二墊片分別設(shè)置于第三圓弧面和第四圓弧面上。

11、一種遠(yuǎn)場光斑測量方法，利用上述的遠(yuǎn)場光斑測量系統(tǒng)實現(xiàn)，包括如下步驟：

12、s1：先將激光器、準(zhǔn)直鏡筒分別與第一調(diào)節(jié)裝置相連，再將激光器通過光纖與準(zhǔn)直鏡筒相連，組成發(fā)射端調(diào)節(jié)裝置；同時，將長焦鏡頭和高速相機分別與第二調(diào)節(jié)裝置相連，長焦鏡頭位于高速相機前方的預(yù)設(shè)位置，組成接收端調(diào)節(jié)裝置。

13、s2：將發(fā)射端調(diào)節(jié)裝置和接收端調(diào)節(jié)裝置分別設(shè)置于待測目標(biāo)兩側(cè)。

14、s3：啟動激光器發(fā)出激光束，激光束通過光纖傳輸至準(zhǔn)直鏡筒，準(zhǔn)直鏡筒對激光束調(diào)整并擴大直徑后，照射到待測目標(biāo)上。

15、s4：分別調(diào)整準(zhǔn)直鏡與長焦鏡頭的光瞳、光軸，確保被測激光束被長焦鏡頭完全接收，使遠(yuǎn)場光斑位于高速相機靶面中心。

16、s5：計算機對高速相機采集的光斑圖像進(jìn)行計算分析，獲取光斑數(shù)據(jù)。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明創(chuàng)造能夠取得如下有益效果：

18、1）通過位移轉(zhuǎn)臺和調(diào)整地腳實現(xiàn)四維調(diào)節(jié)，實時監(jiān)測和分析激光光斑的變化，并即時調(diào)整激光器的工作狀態(tài)，確保高速相機采集最佳光斑圖像。

19、2）通過設(shè)置聚四氟乙烯材質(zhì)的第一墊片和第一墊片，以及第一彈簧和第二彈簧，即能夠?qū)崿F(xiàn)對準(zhǔn)直鏡筒和長焦鏡頭的壓緊，又不會對準(zhǔn)直鏡筒和長焦鏡頭的外表面有所損壞。

20、3）遠(yuǎn)場光斑測量系統(tǒng)具有足夠的剛度及強度，以保證視軸及鏡面的變化在許用范圍之內(nèi)。

21、4）本發(fā)明還具備廣泛的適用性，能夠兼容多種類型的激光器，覆蓋從單脈沖到幾百赫茲、中高能量以下的廣泛范圍，具有很好的通用性和靈活性。

技術(shù)特征：

1.一種遠(yuǎn)場光斑測量系統(tǒng)，其特征在于，包括：發(fā)射端調(diào)節(jié)裝置、接收端調(diào)節(jié)裝置和計算機；所述發(fā)射端調(diào)節(jié)裝置和所述接收端調(diào)節(jié)裝置分別設(shè)于待測目標(biāo)兩側(cè)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)場光斑測量系統(tǒng)，其特征在于，所述第一調(diào)節(jié)裝置包括第一位移轉(zhuǎn)臺、第一連接板、第一連接座、第二連接座和激光器固定座，所述第一連接板設(shè)置于所述第一位移轉(zhuǎn)臺上，所述第一連接座、所述第二連接座和所述激光器固定座設(shè)置于所述第一連接板上，所述激光器設(shè)置于所述激光器固定座上；所述第一連接座用于固定所述準(zhǔn)直鏡筒的前端，所述第二連接座用于固定所述準(zhǔn)直鏡筒的尾端；所述第一位移轉(zhuǎn)臺調(diào)節(jié)所述第一連接板位置，進(jìn)而調(diào)節(jié)所述準(zhǔn)直鏡筒位置。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的遠(yuǎn)場光斑測量系統(tǒng)，其特征在于，所述第一調(diào)節(jié)裝置還包括第一調(diào)節(jié)底板和第一調(diào)整地腳，所述第一位移轉(zhuǎn)臺和所述第一調(diào)整地腳均設(shè)置于所述第一調(diào)節(jié)底板上，所述第一調(diào)整地腳用于調(diào)整所述第一調(diào)節(jié)底板的高度，進(jìn)而調(diào)節(jié)所述準(zhǔn)直鏡筒的高度。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的遠(yuǎn)場光斑測量系統(tǒng)，其特征在于，第一連接座包括第一支撐座和第一壓環(huán)；所述第一支撐座包括第一圓弧面和第一連接部，所述第一壓環(huán)包括第二圓弧面和第二連接部，當(dāng)所述第一連接部與所述第二連接部連接時，所述第一圓弧面與所述第二圓弧面形成第一容納腔，所述準(zhǔn)直鏡筒的前端位于所述第一容納腔內(nèi)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的遠(yuǎn)場光斑測量系統(tǒng)，其特征在于，第一連接座還包括第一彈簧和第一墊片，所述第一彈簧位于所述第一連接部和所述第二連接部之間；所述第一墊片設(shè)置于所述第二圓弧面上。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)場光斑測量系統(tǒng)，其特征在于，所述第二調(diào)節(jié)裝置包括第二位移轉(zhuǎn)臺、第二連接板、第三連接座和第四連接座；所述第二連接板設(shè)置于所述第二位移轉(zhuǎn)臺上，所述第三連接座和所述第四連接座設(shè)置于所述第二連接板上；所述第三連接座用于固定所述長焦鏡頭的尾端，所述第四連接座用于固定所述長焦鏡頭的前端；所述第二位移轉(zhuǎn)臺調(diào)節(jié)所述第二連接板位置，進(jìn)而調(diào)節(jié)所述長焦鏡頭位置。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的遠(yuǎn)場光斑測量系統(tǒng)，其特征在于，所述第二調(diào)節(jié)裝置還包括第二調(diào)節(jié)底板和第二調(diào)整地腳，所述第二位移轉(zhuǎn)臺和所述第二調(diào)整地腳均設(shè)置在所述第二調(diào)節(jié)底板上，所述第二調(diào)整地腳用于調(diào)整所述第二調(diào)節(jié)底板的高度，進(jìn)而調(diào)節(jié)所述長焦鏡頭的高度。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的遠(yuǎn)場光斑測量系統(tǒng)，其特征在于，所述第三連接座包括第三支撐座和第三壓環(huán)；所述第三支撐座包括第三圓弧面和第三連接部，所述三壓環(huán)包括第四圓弧面和第四連接部；當(dāng)所述第三連接部與所述第四連接部連接時，所述第三圓弧面與所述第四圓弧面形成第三容納腔，所述長焦鏡頭的尾端位于所述第三容納腔內(nèi)。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的遠(yuǎn)場光斑測量系統(tǒng)，其特征在于，第一連接座還包括第二彈簧和兩個第二墊片，所述第二彈簧位于所述第三連接部和所述第四連接部之間；所述兩個第二墊片分別設(shè)置于所述第三圓弧面和所述第四圓弧面上。

10.一種遠(yuǎn)場光斑測量方法，利用權(quán)利要求1-9中任一項所述的遠(yuǎn)場光斑測量系統(tǒng)實現(xiàn)，其特征在于，包括如下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及場光斑測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種遠(yuǎn)場光斑測量系統(tǒng)及其測量方法，測量系統(tǒng)包括：發(fā)射端調(diào)節(jié)裝置和接收端調(diào)節(jié)裝置；發(fā)射端調(diào)節(jié)裝置和接收端調(diào)節(jié)裝置分別設(shè)于待測目標(biāo)兩側(cè)；第一調(diào)節(jié)裝置用于調(diào)節(jié)準(zhǔn)直鏡筒的位置以及準(zhǔn)直鏡筒的高度，確保激光器發(fā)射的激光束經(jīng)準(zhǔn)直鏡筒進(jìn)行準(zhǔn)直處理后，對準(zhǔn)待測目標(biāo)；接收端調(diào)節(jié)裝置用于接收遠(yuǎn)場處的激光束；長焦鏡頭與第二調(diào)節(jié)裝置相連，第二調(diào)節(jié)裝置用于調(diào)節(jié)長焦鏡頭的位置以及長焦鏡頭的高度，確保長焦鏡頭接收并聚焦激光束。本發(fā)明的優(yōu)點在于，通過位移轉(zhuǎn)臺和調(diào)整地腳實現(xiàn)四維調(diào)節(jié)，實時監(jiān)測和分析激光光斑的變化，并即時調(diào)整激光器的狀態(tài)，確保高速相機采集最佳光斑圖像。

技術(shù)研發(fā)人員：張容嘉,趙嵩,李奇峰,張元,惠宇鑫,王大千,張勝博,鄭艷蘋,張芪源
受保護(hù)的技術(shù)使用者：長春奧普光電技術(shù)股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9