[發明專利]一種激光接收并轉換成電能輸出的裝置與方法

有效

• 申請號: 201811214463.2
• 申請日: 2018-10-18
• 公開（公告）號: CN109347216B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發明（設計）人: 白磊;王成鳳;陳建明;郟一方;郭香靜;趙明明;王為術;陳嘉琦;袁瑞;朱莎莎;時銘慧;張盼盼
• 申請（專利權）人: 華北水利水電大學
• 主分類號: H02J50/30
• 分類號: H02J50/30;H02J50/90
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 劉建芳

1.一種激光接收并轉換成電能輸出的裝置，其特征在于：包括用于對激光光束進行充電光束和測量光束分離的光學組件、對充電光束進行電能轉換的光電轉換組件和對測量光束進行自動測量、對準跟蹤的測控組件，其中測控組件包括測量組件和控制組件，測控組件可控制承載平臺以調整姿態，測控組件和光學組件設置在一個三通型外殼內；

所述三通型外殼的一端為激光入射端，與此端平行的另一端為出射光口端，與激光入射方向垂直設置的另一端為檢測端，各端均采用密封結構；其中出射光口端與光電轉換組件的接收窗口連通，測控組件設置在檢測端；

所述的光電轉換組件包括有球形腔體和設置在球形腔內的遮光反射板和球形腔體內壁上的多個光伏電池片，所述的球形腔體由上、下兩部分的對稱結構蓋合而成，上、下兩部分的對稱結構通過緊固件固定連接；上、下兩部分的對稱結構結合處分別設置有一個半圓口，由兩個半圓口構成一個圓形缺口作為光電轉換組件的接收窗口，所述的遮光反射板的中心與球形腔體的球心重合，所述的光伏電池片相互拼接，無縫覆蓋球形腔體的內壁；

所述的測控組件包括光電位置傳感器、裝置運動姿態傳感模塊、測控電路和接口插座，所述的光電位置傳感器、裝置運動姿態傳感模塊的探頭分別垂直向下設置，且光電位置傳感器、裝置運動姿態傳感模塊的輸出端分別連接測控電路的輸入端，測控電路的輸出端連接接口插座的輸入端，用于連接可控承載平臺的控制輸入端；

所述的光學組件包括激光分散器、分光反射鏡和平面保護鏡，三者一條直線設置，且依次設置在三通型外殼的激光入射端與出射光口端之間，其中分光反射鏡與三者所在的直線夾角銳角為45°，平面保護鏡與所在三通型外殼的內壁密封固定設置。

2.根據權利要求1所述的激光接收并轉換成電能輸出的裝置，其特征在于：所述的三通型外殼的激光入射端由平面保護鏡加密封膠與外界隔離，出射光口端插接安裝在光電轉換組件接收窗口內并用O形密封圈密封，檢測端在光電位置傳感器周圍灌注密封膠密封。

3.根據權利要求2所述的激光接收并轉換成電能輸出的裝置，其特征在于：所述的球形腔體外表面除開設接收窗口的平面外，其他表面均加工設置有插片式散熱片。

4.根據權利要求3所述的激光接收并轉換成電能輸出的裝置，其特征在于：所述球形腔體上分別與上、下部分的外側垂直的位置各設置一方軸，用于球形腔體與承載平臺連接固定。

5.根據權利要求4所述的激光接收并轉換成電能輸出的裝置，其特征在于：所述的遮光反射板為圓形薄鋁板，半徑為2.0r~2.5r，遮光反射板前后表面涂覆對應激光波長的高反射涂層，r為圓形接收窗口的半徑。

6.根據權利要求5所述的激光接收并轉換成電能輸出的裝置，其特征在于：還包括有金屬支撐桿，所述的金屬支撐桿沿光軸方向一端壓接固定于上下腔體結合處，另一端焊接在遮光反射板的中心位置，所述的金屬支撐桿與遮光反射板呈45度，且保證了遮光反射板中心與球心的重合。

7.根據權利要求6所述的激光接收并轉換成電能輸出的裝置，其特征在于：所述的光電位置傳感器采用四路輸出的S5991-01芯片。

8.根據權利要求7所述的激光接收并轉換成電能輸出的裝置，其特征在于：所述的裝置運動姿態傳感模塊采用6軸運動傳感器模塊MPU6050。

9.根據權利要求8所述的激光接收并轉換成電能輸出的裝置，其特征在于：所述的測控電路包括由MAX419運放芯片及其外圍芯片構成的電流電壓轉換電路、由三級運放結構芯片INA118以及外圍電路構成的低噪聲前置放大電路和控制器，其中控制器采用MSP430系列芯片。

10.一種基于權利要求1-9任意權利要求所述激光接收并轉換成電能輸出的 裝置的轉換方法，其特征在于，具體包括如下步驟：

A：啟動設備，當有激光進入到激光入射端時，激光入射端經過平面保護鏡后到達分光反射鏡，其中超過95%透射穿過反射鏡入射激光分散器，經激光分散器擴束后入射光電轉換組件接收窗口，剩余不足5%經反射鏡反射照射于測控組件的光電位置傳感器；

B：其中經擴束后入射光電轉換組件接收窗口的光束進入到球形腔體后被遮光反射板進行光路變化，從而反射到球形腔體內壁上的光伏電池片上，同時部分光源被光伏電池片繼續反射到其他光伏電池片或者遮光反射板上再次進行反射，直至光源被球形腔體內的光伏電池片完全吸收轉換；

C：光電位置傳感器接收到經反射鏡反射照射于測控組件的激光時，光電位置傳感器產生與光束位置相對應的若干電流信號，電流信號經過電壓轉換和前置放大后發送到控制器，控制器計算獲得光束中心點相對于標定坐標原點的坐標（x、y），該坐標對應于光電轉換組件接收窗口光軸與照射激光光軸的偏差，測控電路同時接收裝置運動姿態傳感模塊輸出的裝置當前運動姿態信息，依據光軸偏差和裝置姿態信息生成矯正控制信號，并經由接口插座輸出到可控承載平臺用于裝置姿態的矯正控制，實現裝置自動對準、跟蹤功能。