CRDS系统信号的自动调节方法

技术领域

本发明涉及腔衰荡技术，特别涉及具有CRDS系统信号的自动调节方法。

背景技术

在CRDS光学光路搭建过程中，对光学信号强度的调整是CRDS光路调节的第一步。通常方法是通过将光学元件与光学调整支架粘连，在通过人工手动对准调节的方式寻找光学信号。在CRDS腔镜位置固定的情况下，其自在现光路形成条件固定，对入射光角度及位置有相当高的要求。

CRDS系统的光信号强度同样对系统的精度有着重要影响，信号强度越高其信噪比越高，特别是在CRDS高精度的要求下，信噪比的提高对系统精度的提升效果是显著的。

判断一个CRDS系统是否调节完毕的主要标准是残差及单点波动的是否足够好，而传统的调光方法是逐点调节尝试，而残差和单点波动之间还有着相应的联系，传统的调节和判断方法一方面浪费人力，另一方面，人为的判断存在误判的可能性。

但现有的人工调节的方式在寻找正确光路和寻找最大信号强度点，及单点波动及残差较小位置时都存在局限性，比如：

CRDS系统光路使用的是非可见激光，其光线不可见，增加了光路的调节难度。CRDS系统光路自在现光路入射角要求严格，角度允许偏差小，人工调节难以控制调节幅度，需耗费大量调光时间。

发明内容

为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种CRDS系统信号的自动调节方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

CRDS系统信号的自动调节方法，所述CRDS系统信号的自动调节方法包括以下步骤：

（S1）将需要调节的光学器件安装在机械臂上，机械臂的驱动电机复位；

（S2）设置所述机械臂的调节方式，所述调节方式包括平移、旋转和精度；

（S3）所述机械臂驱动所述光学器件移动，直到CRDS系统探测器的输出达到设定值或机械臂移动范围内的选择值，获得此时的光学器件的位置；

（S4）以所述位置为中心构建等边三角形，机械臂将所述光学器件运动到等边三角形的顶点，CRDS系统分别输出信号，所述输出信号包括强度；

利用所述输出信号获得最优位置；

（S5）所述机械臂驱动所述光学器件，达到所述最优位置，锁定电机。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：

1.调节效率高，安全性好；

使用机械臂对信号强度实现自动调整，对CRDS系统苛刻的入射角度要求实现自动寻找，效率高，节省大量人力；

使用机械臂进行不可见激光的信号调节，可代替人手操作，可避免高功率激光对人的各类激光危害，安全性好；

2.调节精度高；

机械臂步进精度可通过上位机设置，满足CRDS系统较高的精度要求，且实现了对光学元件的各个可移动方向上全面的调节；

根据三角形矩阵权重算法，自动衡量三个相关参数，寻找综合最佳光路点。

附图说明

参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：

图1是根据本发明实施例的CRDS系统信号的自动调节方法的流程示意图；

图2是根据本发明实施例的系统启动前的信号示意图；

图3是根据本发明实施例的系统启动下的信号示意图；

图4是根据本发明实施例的调节过程中信号强度变化示意图；

图5是根据本发明实施例的衰荡曲线拟合残差示意图。

具体实施方式

图1-图5和以下说明描述了本发明的可选具体实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些具体实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选具体实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。

实施例1

本发明实施例具有CRDS系统信号的自动调节方法，如图1所示，所述具有CRDS系统信号的自动调节方法包括以下步骤：

（S1）将需要调节的光学器件安装在机械臂上，机械臂的驱动电机复位；

（S2）设置所述机械臂的调节方式，所述调节方式包括平移、旋转和精度；

（S3）所述机械臂驱动所述光学器件移动，直到CRDS系统探测器的输出达到设定值或机械臂移动范围内的选择值，获得此时的光学器件的位置；

（S4）以所述位置为中心构建等边三角形，机械臂将所述光学器件运动到等边三角形的顶点，CRDS系统分别输出信号，所述输出信号包括强度；

利用所述输出信号获得最优位置；

（S5）所述机械臂驱动所述光学器件，达到所述最优位置，锁定电机。

为了准确地获得最优位置，进一步地，所述输出信号还包括单点波动和拟合残差。

为了准确地获得最优位置，进一步地，在步骤（S4）中，以步骤（S3）中所述位置为中心(0,0)，构建等边三角形△ABC，等边三角形中心为坐标原点，顶点A在所述机械臂的平移Y轴上；

在步骤（S5）中，最优位置坐标为：

(x,y)=(0.28868y

；

；

；

γ

为了准确地获得位置，进一步地，所述选择值是最大值，所述机械臂的移动方式包括以下步骤：

（S31）得到系统的当前信号强度值I；

（S32）比较当前信号强度值I与Imax进行比较，Imax的初始值是0；

若I≥Imax，则将I的值赋值给Imax，在一个维度上的驱动电机正向步进一步；

若I＜Imax，则比较Imax与Ia，Ia的初始值为无穷大，若Ia≥Imax，则将当前信号强度值I赋值给Ia，电机反向步进二步；

（S34）重复步骤（S31）和步骤（S32），直到Ia≤Imax，此时探测器输出达到机械臂移动范围内的最大值。

为了准确地获得最优位置，进一步地，所述选择值是最小值，所述机械臂的移动方式包括以下步骤：

（S31）得到系统的当前信号强度值I；

（S32）比较当前信号强度值I与Imin进行比较，Imin的初始值是无穷大；

若I＜Imin，则将I的值赋值给Imin，在一个维度上的驱动电机正向步进一步；

若I≥Imin，则比较Imin与Ic，Ic初始值为零，若Ic＜Imin，则将当前信号强度值I赋值给Ic，电机反向步进二步；

（S34）重复步骤（S31）和步骤（S32），直到Ic≥Imin，此时探测器输出达到机械臂移动范围内的最小值。

实施例2

根据本发明实施例1 CRDS系统信号的自动调节方法的应用例。

在该应用例中，如图1所示，CRDS系统信号的自动调节方法包括以下步骤：

（S1）在CRDS系统中，将探测器前端的聚焦镜安装至机械臂上，并将机械臂调整至探测器前端大致位置，防止调节点超出机械臂移动范围，机械臂的驱动电机复位；

如图2所示，机械臂启动前，通道三为CRDS系统激光器的驱动电流信号图，通道一为探测器探测到的信号值，其初始峰峰值接近1mV，这是CRDS系统暗电流导致的。

（S2）启动上位机系统，常规聚焦镜调节需求为XYZ轴平移，因此设定系统机械臂调节维度为X轴平移、Y轴平移、Z轴平移；

（S3）所述机械臂驱动所述光学器件移动，直到CRDS系统探测器的输出达到设定值Is=5mV，如图3所示，获得此时的光学器件的位置；

（S4）以所述位置为中心构建等边三角形△ABC，等边三角形的中心为坐标原点，顶点A在所述Y轴上；机械臂将所述光学器件运动到等边三角形的顶点A、B、C，CRDS系统分别输出信号，所述输出信号包括强度、单点波动和拟合残差；

利用所述输出信号获得最优位置，具体坐标为：

(x,y)=(0.28868y

；

；

；

γ

（S5）所述机械臂驱动所述光学器件，达到所述最优位置，锁定电机。

实施例3

根据本发明实施例1 CRDS系统信号的自动调节方法的应用例。

在该应用例中，如图1所示，CRDS系统信号的自动调节方法包括以下步骤：

（S1）在CRDS系统中，将探测器前端的聚焦镜安装至机械臂上，并将机械臂调整至探测器前端大致位置，防止调节点超出机械臂移动范围，机械臂的驱动电机复位；

（S2）启动上位机系统，常规聚焦镜调节需求为XYZ轴平移，因此设定系统机械臂调节维度为X轴平移、Y轴平移、Z轴平移；

（S3）所述机械臂驱动所述光学器件移动，寻找可移动范围内的信号最大值，具体为：

（S31）得到系统的当前信号强度值I；

（S32）比较当前信号强度值I与Imax进行比较，Imax的初始值是0；

若I≥Imax，则将I的值赋值给Imax，在一个维度上的驱动电机正向步进一步；

若I＜Imax，则比较Imax与Ia，Ia的初始值为无穷大，若Ia≥Imax，则将当前信号强度值I赋值给Ia，电机反向步进二步；

（S34）重复步骤（S31）和步骤（S32），直到Ia≤Imax，其它维度上的调节参照上述方式，探测器输出达到机械臂移动范围内的信号峰峰值的最大值112.2mv。

探测器的输出信号如图4所示，在机械臂的移动过程中，信号强度逐渐从图4（a）变化到图4（d）。图4（a）中CRDS系统信号峰峰值为15.19mV，图4（b）中CRDS系统信号峰峰值为69.8mV，图4（c）中CRDS系统信号峰峰值为101.1mV，图4（d）中CRDS系统信号峰峰值为112.2mV。

（S4）以所述位置为中心构建等边三角形，等边三角形中心为坐标原点，顶点在y轴上；机械臂将所述光学器件运动到等边三角形的顶点，CRDS系统分别输出信号，所述输出信号包括强度、单点波动和拟合残差；

利用所述输出信号获得最优位置，具体坐标为：

(x,y)=(0.28868y

；

；

；

γ

本实施例中找到的最佳位置坐标为（-0.1352，0.0987），在该点其单点波动可达0.512‰，其残差图像如图5所示；

本实施例中改变衰荡系统腔自再现条件，找到的新的最佳点位置为（-0.1538，0.1203），该点其单点波动为0.475‰。

（S5）所述机械臂驱动所述光学器件，达到所述最优位置，锁定电机。

实施例4

根据本发明实施例1 CRDS系统信号的自动调节方法的应用例，与实施例3不同的是：

通过机械臂的移动，获得可移动范围内信号的最小值。

步骤（S3）具体为：

（S31）得到系统的当前信号强度值I；

（S32）比较当前信号强度值I与Imin进行比较，Imin的初始值是无穷大；

若I＜Imin，则将I的值赋值给Imin，在一个维度上的驱动电机正向步进一步；

若I≥Imin，则比较Imin与Ic，Ic初始值为零，若Ic＜Imin，则将当前信号强度值I赋值给Ic，电机反向步进二步；

（S34）重复步骤（S31）和步骤（S32），直到Ic≥Imin，此时探测器输出达到机械臂移动范围内的最小值。

其它维度上的调节参照上述方式。