[发明专利]光束准直和能量测量远程测控装置

说明书

技术领域

本发明涉及高功率激光装置，特别是一种用于高功率激光装置的光束准直和能量测量的远程测控装置。

背景技术

随着高功率激光装置的快速发展和运行能力的不断提升，所涉及的设备种类、仪器数量、底层网络连接的数量也会非常庞大。尤其是目前的测量系统和准直系统会涉及几十乃至上百台步进电机、能量计和网络CCD。而目前对于测量系统和准直系统的控制技术却比较落后，主要是基于集中控制的方式，测量和控制设备通过电缆连接到计算机上，布线复杂，维护非常不便，网络化、集成化和自动化程度很低，装置的整体可靠性、安全性和灵活性都有待于提高，装置规模的扩展受到了限制。因此，需要一种远程测控系统满足高功率激光装置中测量系统和准直系统不断发展的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服上述现有的技术问题和不足，提供一种用于高功率激光装置的基于实验物理与工业控制软件(Experimental Physics and Industrial Control System，以下简称为EPICS)的光束准直控制和能量测量模块的远程集成测控装置，该装置应能实现光束准直控制和能量测量模块的远程测量和控制的集成，应具有运行稳定、系统灵活、良好的可扩展性、自动化程度高的特点。

本发明解决的技术方案如下：

一种基于实验物理与工业控制软件(Experimental Physics and Industrial Control System，以下简称为EPICS)分布式系统的高功率激光装置中光束准直和能量测量远程测控装置，特点在于其构成包括：EPICS的软件和测控设备两部分。

所述的EPICS软件部分包含EPICS主程序和监控软件，所述的EPICS主程序主要是运行于计算机的IOC，运行IOC需要启动脚本文件(.cmd文件)，包括：载入数据库文件(.dbd文件)、载入数据记录文件(.db文件)、载入数据协议文件(.protocol文件)、配置文件(IP、端口号等)、初始化IOC、运行IOC。所述.db文件是所需要的所有数据变量，包括能量计的显示值、能量计开关状态等；步进电机的正反运动状态、运动步数、速度、限位开关状态等；网络CCD的采集状态、采集模式、图像数据等。所述.protocol文件是所述IOC和硬件测控设备通信的协议文件，所述.cmd文件是IOC的启动文件。监控软件是OPI(Operator Interface)，由报警程序(Alarm Handler，简称为ALH)、数据处理程序和界面监控程序(Extensible Display Manager，简称为EDM)组成，所述的报警程序完成对能量计显示值和步进电机限位状态的报警、自动处理和数据保存，所述的数据处理程序，EPICS提供了Matlab对它的数据访问接口，在Matlab中进行图像数据的处理和保存，处理过程包括，对CCD图像进行阈值处理，计算偏移量，最后得到步进电机的运动步数和方向，从而驱动电机进行运动，界面监控程序EDM完成对能量计示数、网络CCD图像和步进电机运动状态的监控。

所述的测控设备由安装Linux操作系统的计算机监控平台、服务器、核心交换机、主干交换机、光纤光缆、以太网连接线、步进电机、步进电机控制器、网络CCD、能量计控制器、能量计、RS232串口转网口协议转换器组成。所述的核心交换机和主干交换机之间采用万兆的光纤光缆连接，所述光纤光缆有效连接长度在300米以内，满足远程控制和数据交互的要求。所述监控计算机和服务器之间通过千兆的以太网连接，主干交换机和步进电机和网络CCD组通过千兆的以太网连接，主干交换机和能量计组通过百兆的以太网连接，以太网有效连接长度在100米以内，满足实际连接需要。

所述步进电机和网络CCD组负责光束的准直，所述步进电机和网络CCD组的每一个子设备模块包括4台以上步进电机、2台网络CCD，以及步进电机控制器，设置所述步进电机和网络CCD组中每个步进电机控制器、网络CCD的IP地址。所述步进电机和网络CCD组能够根据准直系统的发展，扩展和增加子设备模块，达到可扩展的要求。

所述能量计组负责光束能量的采集，所述能量计组的每一个子设备模块包括能量计、能量计控制器和协议转换器，协议转换器为网口转RS232串口转换器，设置能量计组每个能量计控制器的IP地址和每个能量计的端口号，所述能量计组能根据测量系统的需要，扩展和增加子设备模块，达到可扩展的要求。