激光调节方法、装置和系统与流程

1.本发明涉及激光照明领域，更具体地，涉及激光调节方法、装置和系统。


背景技术：

2.现有的激光照明方案中，激光模组中通过波长转换器装置激光光源的部分激光转换为受激光，受激光和未被转换的激光混合形成适应照明特性的波段的出射光线。然而激光光源能量密度较高，对激光模组的安全可靠性产生一定影响：激光模组运行一段时间后内部逐渐升温，波长转换装置的转换性能趋向下降，出射光线中的激光强度逐渐上升，存在激光泄露的风险，若温度过高还可能烧毁波长转换装置、损坏模组内部的其他组件。
3.针对此，本领域存在两种调控方案：第一种，在激光模组运行期间进行实时监测，发现激光模组运行温度过高，或波长转换装置的局部温度过高，关闭激光模组，该种方案牺牲激光模组的可工作性，以获得高安全系数；第二种，收集模组内部的运行温度，并据此对激光模组的功率进行动态调控，以降低激光模组发生异常情况的可能性，由于实际运行工况较为复杂，具有多种催生异常情况的因素，该种方案未能很好地避免激光模组发生异常情况，同时使激光模组在正常运行时，出射光线不断发生明暗变化，影响使用体验。目前，亟待一种兼具可工作性、安全性和稳定性的激光调控方案。


技术实现要素：

4.本发明提供一种激光调节方法、装置和系统，用于提高激光模组的安全性和稳定性。
5.本发明采取的技术方案包括：一种激光调节方法，用于对出射光线的激光模组进行调节，包括测定步骤和调节步骤：
6.测定步骤：测定激光模组在额定功率下出射光线中激光光照信号a0，或，激光光照信号a0以及受激光光照信号b0，得到额度功率下激光的最小光照信号a1和最大光照信号a2，或得到额定功率下激光光照信号a0和受激光光照信号b0的比值的最小值c1和最大值c2；
7.调节步骤：接收出射光线的激光光照信号a，或，激光光照信号a以及受激光光照信号b；当激光光照信号a满足a》xa2时，或激光光照信号a和受激光光照信号b的比值c满足:c》yc2时，则判定激光模组损坏，发出第一控制指令：关闭激光模组，或，控制激光模组的功率降低至q0以下；当激光光照信号a满足:a2≤a≤xa2时，或，激光光照信号a和受激光光照信号b的比值c满足：c2＜c＜yc2时，则判定所述激光模组出现异常情况，发出第二控制指令：持续降低所述激光模组的功率；当发出所述第二控制指令后激光光照信号满足：a1≤a≤a2时，或，激光光照信号a和受激光光照信号b的比值c满足c1＜c＜c2时，则判定所述异常情况为荧光猝灭，发出第三控制指令：保持当前激光模组的功率；当发出所述第二控制指令后所述激光模组的输出功率小于q
设
，并且满足激光光照信号a》a2和激光光照信号a和受激光光照信号b的比值c》c2中的任一个条件时，则判定异常情况为存在安全隐患，发出第四控制指令：即刻关闭激光模组，或，控制激光模组的功率降低至q0以下；其中，x,y为设定参数值；q0为在
阈值电流下所述激光模组的功率；q
设
为预设功率且不低于所述激光模组的运行功率下限。
8.激光光照信号a和激光和受激光光照信号的比值c可作为激光模组异常情况的判断依据，二者择一进行接收，选择c时需要同时接收激光光照信号以及受激光光照信号。
9.异常情况包括：1)荧光猝灭，运行时间过长或环境温度过高等情况导致荧光粉层局部温度过高，整体转换形成受激光的效率变低；2)存在安全隐患，包括荧光粉层局部出现破裂、烧粉或整体荧光粉层脱离等多种成因，激光模组已经完全损坏、激光模组损坏程度已具有危害均属于所述存在安全隐患的异常情况。两种异常情况的区别在于荧光粉层是否可恢复至正常转化效率。
10.根据a0确定最小光照信号a1和最大光照信号a2，或，通过a0、b0确定最小值c1和最大值c2，可有效确定激光模组的特性。
11.x和y为不小于1的设定参数值，用于警戒出射光线的激光光照信号大幅超出正常使用范围的情况，该情况下安全风险大，无论异常情况属于荧光猝灭还是存在安全隐患，均不具备充足的调节时间，当激光光照信号超过xa2时，或，当比值c超过yc2时，发出第一控制指令，对应第一控制指令的控制操作包括：关闭激光模组或控制激光模组的功率降低至q0以下，两种控制操作择一进行，使短时间内激光光照信号快速下降。
12.当激光光照信号处于a2和xa2之间时，或，当比值c处于c2和yc2之间时，激光模组处于异常情况，具有较短的缓冲时间，不至即刻发生激光泄漏、烧毁模组等安全事故，因此具备调节时间，但需针对两种异常情况进行差异调节。发出第二控制指令，使激光模组的功率持续降低，以进行后续两种异常情况的辨别；同时，使激光模组的功率持续降低也是该情况下最快速降低安全风险的手段。
13.发出第二控制指令后，出射光线的激光光照信号随激光模组的功率降低而降低，当激光光照信号处于a1和a2之间时，或，当比值c处于c1和c2之间时，表示激光模组将激光转换为受激光的效率可以恢复正常，证明异常情况为荧光猝灭，发出第三控制指令，使激光模组维持当前的功率进行工作，解决激光模组的异常情况，并使激光模组保持运作。
14.发出第二控制指令后，激光模组的功率的降低无法有效降低出射光线的激光光照信号，q
设
为持续降低激光模组功率的截止线，其不低于所述激光模组的运行功率下限，当激光模组的输出功率小于q
设
，而激光光照信号a仍未回落至a2或a2以下，或，比值c仍未回落至c2或c2以下，异常情况为存在安全隐患，发出第四控制指令，对应第四控制指令的控制操作包括：关闭激光模组或控制激光模组的功率降低至q0以下，两种控制操作择一进行，使短时间内激光光照信号快速下降。
15.根据a0确定的最小光照信号a1和最大光照信号a2，以及，根据a0、b0确定最小值c1和最大值c2，贴合激光模组的运行特性，有效提高上述过程的判断准确性。
16.进一步，所述x满足：1≤x≤3，所述y满足：1≤y≤3。
17.进一步，所述q
设
小于额定功率的80％。
18.进一步，所述持续降低所述激光模组的功率为：以0.1a～1a/min的降幅持续降低电流的方式持续降低所述激光模组的功率。
19.进一步，所述激光调节方法还包括步骤：当激光光照信号a满足:a＜a1时，或，激光光照信号a和受激光光照信号b的比值c满足：c＜c1时，则：持续提高所述激光模组的功率至激光光照信号a满足：a1≤a≤a2，并保持当前激光模组的功率；或，持续提高所述激光模组的
功率至激光光照信号a和受激光光照信号b的比值c满足c1＜c＜c2，并保持当前激光模组的功率。
20.当激光模组脱离异常情况后，其将激光转换为受激光的效率提高，即使激光模组的功率保持不变，激光光照信号或激光光照信号a和受激光光照信号b的比值c也会降低，此时可适当提高激光模组的功率，提高激光模组的亮度，维持出射光线中激光和受激光的比例均衡，而持续提高的方式的优点在于，使出射光线的亮度变化趋于平缓。
21.进一步地，所述光照信号为光功率、光强度、光亮度、光照度或光通量。
22.基于与上述激光调节方法相同的发明构思，本发明的技术方案还包括：一种激光调节装置，包括控制单元和激光模组驱动单元，所述控制单元用于实现如上所述的激光调节方法；所述激光模组驱动单元连接所述控制单元，用于根据所述控制单元的控制指令控制激光模组。
23.进一步，所述根据所述控制单元的控制指令控制激光模组，具体为：当接收到第二控制指令时，每次以固定的幅度降低至少两次激光模组的功率或者以不完全相同的降幅降低至少两次激光模组的功率。
24.进一步地，所述控制单元为mcu(单片微型计算机)、mpu(微处理器)、fpga(现场可编程门阵列)或pld(可编程逻辑器件)。
25.基于与上述激光调节方法相同的发明构思，本发明的技术方案还包括：一种激光调节系统，包括相互连接的光感电装置和所述激光调节装置；所述光感电装置用于检测激光模组的出射光线的光照信号a，或，用于激光光照信号a以及受激光光照信号b；所述光感电装置与控制单元连接。
26.与现有技术相比，本发明的有益效果为：精准分辨异常情况，并且进行针对不同程度、不同种类的异常情况采取快速、有效的应对措施，最大程度维持激光模组的安全运行，提高激光照明模组的安全性和稳定性。
附图说明
27.图1为本发明的实施例1的方法步骤图。
28.图2为本发明的实施例2的方法步骤图。
29.图3为本发明的实施例1、2的激光调节装置示意图。
30.图4为本发明的实施例1、2的激光调节系统示意图。
31.附图标号：控制单元1；激光模组驱动单元2；光感电装置3。
具体实施方式
32.本发明附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
33.本技术方案公开了一种激光调节方法，用于对出射光线的激光模组进行调节，包括如下测定步骤和调节步骤：
34.测定步骤：测定激光模组在额定功率下出射光线中激光光照信号a0，或，激光光照信号a0以及受激光光照信号b0，得到额度功率下激光的最小光照信号a1和最大光照信号a2，
或得到额定功率下激光光照信号a0和受激光光照信号b0的比值的最小值c1和最大值c2；
35.调节步骤：接收出射光线的激光光照信号a，或，激光光照信号a以及受激光光照信号b；
36.当激光光照信号a满足:a》xa2时，或激光光照信号a和受激光光照信号b的比值c满足:c》yc2时，则判定激光模组损坏，发出第一控制指令：关闭激光模组，或，控制激光模组的功率降低至q0以下；
37.当激光光照信号a满足:a2≤a≤xa2时，或，激光光照信号a和受激光光照信号b的比值c满足：c2＜c＜yc2时，则判定所述激光模组出现异常情况，发出第二控制指令：持续降低所述激光模组的功率；
38.当发出所述第二控制指令后激光光照信号a满足：a1≤a≤a2时，或，激光光照信号a和受激光光照信号b的比值c满足c1＜c＜c2时，则判定所述异常情况为荧光猝灭，发出第三控制指令：保持当前激光模组的功率；
39.当发出所述第二控制指令后所述激光模组的输出功率小于q
设
，并且满足激光光照信号a》a2和激光光照信号a和受激光光照信号b的比值c》c2中的任一个条件时，则判定异常情况为存在安全隐患，发出第四控制指令：即刻关闭激光模组，或，控制激光模组的功率降低至q0以下；
40.其中，x,y为设定参数值；q0为在阈值电流下所述激光模组的功率；q
设
为预设功率且不低于所述激光模组的运行功率下限。
41.本技术方案基于光照信号可以精准分辨异常情况，并且进行针对不同程度、不同种类的异常情况采取快速、有效的应对措施，最大程度维持激光模组的安全运行，提高激光照明模组的安全性和稳定性。所述光照信号可以为光功率、光强度、光亮度、光照度或光通量。下面以光照信号为光强度为例对激光调节方法、装置和系统进行详细解释说明。
42.实施例1
43.如图1所示，本实施例提供一种激光调节方法，实时接收出射光线的激光光强度，并包括以下测定步骤和调节步骤：
44.测定步骤：
45.s1.测定激光模组在额定功率下出射光线中激光光强度m0；
46.s2.根据m0确定额度功率下激光的最小光强度m1和最大光强度m2；
47.根据m0确定最小光强度m1和最大光强度m2，可有效确定激光模组的特性，本实施例根据激光模组正常工作时在额定功率下的工作状态确定激光光强度的波动情况，m1和m2分别为激光光强度的下限和上限；
48.调节步骤：
49.s3.判断激光光强度m是否满足:m》xm2，若是，执行步骤s4a；若否，执行步骤s4b；
50.所述x为设定参数值，用于警戒出射光线的激光光强度大幅超出正常使用范围的情况，本实施例优选地，所述x满足：1≤x≤3，x处于在该区间内，符合大部分激光模组的工作特性，合理区分出安全风险大的异常情况，以及具有调节时间的异常情况，从而有利于合理划分激光模组的调节方案，在其他实施方式中，可根据实际应用需求修改x的取值，x的取值越小，激光模组的调节方案越趋于保守，对激光模组的保护程度越高，反之，x的取值越大，激光模组的调节方案越趋于大胆，可应用于对激光安全要求没有那么严格的领域；
51.s4a.发出第一控制指令，并跳至结束步骤；
52.本实施例的第一控制指令用于控制关停激光模组，在其他实施方式中，还可将第一控制指令设置为用于控制激光模组的功率降低至q0以下，q0为在激光模组在阈值电流下的功率；
53.s4b.判断激光光强度m是否满足:m2≤m≤xm2，若是，执行步骤s5；若否，跳至步骤s10；
54.s5.发出第二控制指令；
55.所述第二控制指令用于控制启动持续降低所述激光模组的功率的过程，在此过程中，保持实时接收出射光线的激光光强度，进行后续的步骤；在持续降低所述激光模组的功率的过程中，功率的下降速度过快会使激光模组的亮度骤变，过慢会浪费调节时间且可能造成安全隐患，因此本实施例优选地，所述持续降低所述激光模组的功率的过程具体为：以0.1a～1a/min的降幅持续降低电流的方式持续降低所述激光模组的功率；所述降幅可以每次相同，例如每次均以固定幅度降低电流从而实现降低激光模组的功率，也可以每次降低的幅度不完全相同，例如可以对m与m2之间的差值设定2个档位，第一档位差值较大，第二档位差值较小，当检测到m与m2的差值处于第一档位时，以较大降幅(如0.5a～1a/min)降低电流，当检测到m与m2的差值处于第二档位时，以较小降幅((如0.1a～0.4a/min))降低电流。
56.s6.判断激光光强度是否满足：m1≤m≤m2，若是，执行步骤s7a；若否，执行步骤s7b；
57.s7a.发出第三控制指令，并返回步骤s3；
58.所述第三控制指令用于控制停止持续降低所述激光模组的功率的过程，使激光模组维持当前的功率；
59.s7b.判断激光模组当前的输出功率是否小于q
设
，若是，执行步骤s8；若否，返回步骤s6；
60.其中，q
设
为预设功率，本实施例的q
设
小于额定功率的80％，例如可以为激光模组额定功率的50％，在其他实施方式中，可以依据对激光模组的保护程度的不同设置不同的阈值负载，如需提高保护程度、降低风险系数，应提高q
设
的值，但需要注意的是，q
设
不应低于激光模组的规定的运行功率下限；
61.s8.判断激光光强度m是否满足：m》m2，若是，执行步骤s9；若否，跳至步骤s7a；
62.s9.发出第四控制指令，并跳至结束步骤；
63.本实施例的第四控制指令用于控制关停激光模组，在其他实施方式中，还可将第四控制指令设置为用于控制激光模组的功率降低至q0以下；
64.s10.判断激光光强度m是否满足m＜m1，若是，执行步骤s11；若否，返回步骤s3；
65.激光光强度m降低至m2后激光模组脱离异常情况，激光转换为受激光的效率提高，此时激光模组的功率保持不变，激光光强度m将逐渐降低；
66.s11.持续提高所述激光模组的功率至激光光强度m满足：m1≤m≤m2后保持当前激光模组的功率，并返回步骤s3。
67.适当提高激光模组的功率，提高激光模组的亮度，维持出射光线中激光和受激光的比例均衡，而持续提高的方式的优点在于，使出射光线的亮度变化趋于平缓。
68.如图3所示，本实施例还提供一种实现上述激光调节方法的激光调节装置，所述激光调节装置包括控制单元1和激光模组驱动单元2，控制单元1执行如上所述的激光调节方
法，并连接激光模组驱动单元2，传输所述第一控制指令和/或第二控制指令和/或第三控制指令和/或第四控制指令至激光模组驱动单元2，激光模组驱动单元2根据控制单元1的控制指令对激光模组进行调节。其中，当激光模组驱动单元2接收到第二控制指令时，每次以0.1a～1a/min的幅度降低激光模组的功率。
69.如图4所示，本实施例还提供一种激光调节系统，所述激光调节系统内设有如上所述的激光调节装置，包括控制单元1、激光模组驱动单元2和光感电装置3，光感电装置3连接控制单元1，检测激光模组的出射光线的激光光强度m并实时反馈至控制单元1。本实施例所述控制单元为单片微型计算机(mcu)，在其他实施例中还可以为控制单元还可以为mpu(微处理器)、fpga(现场可编程门阵列)或pld(可编程逻辑器件)等。
70.所述激光调节系统执行所述激光调节方法的过程如下：
71.s1.光感电装置3实时检测出射光线的激光光强度m0，并反馈至控制单元1；
72.s2.控制单元1接收光感电装置3检测到的激光模组在额定功率下出射光线中激光的最小光强度m1和最大光强度m2；
73.s3.控制单元1判断激光光强度m是否满足:m》xm2，若是，执行步骤s4a；若否，执行步骤s4b；
74.s4a.控制单元1发出第一控制指令，并跳至结束步骤；激光模组驱动单元2接收第一控制指令，将激光模组的功率降低至q0以下或关闭激光模组；
75.s4b.控制单元1判断激光光强度m是否满足:m2≤m≤xm2，若是，执行步骤s5；若否，跳至步骤s10；
76.s5.控制单元1发出第二控制指令；激光模组驱动单元2接收第二控制指令，持续降低所述激光模组的功率；
77.s6.开始持续降低所述激光模组的功率后，控制单元1判断激光光强度m是否满足：m1≤m≤m2，若是，执行步骤s7a；若否，执行步骤s7b；
78.s7a.控制单元1发出第三控制指令，并返回步骤s3；激光模组驱动单元2接收第三控制指令，停止降低激光模组的功率，保持激光模组当前的功率；
79.s7b.控制单元1判断激光模组当前的输出功率是否小于q
设
，若是，执行步骤s8；若否，返回步骤s6；
80.s8.控制单元1判断激光光强度m是否满足：m》m2，若是，执行步骤s9；若否，跳至步骤s7a；
81.s9.控制单元1发出第四控制指令，并跳至结束步骤；激光模组驱动单元2接收第四控制指令，将激光模组的功率降低至q0以下或关闭激光模组；
82.s10.控制单元1判断激光光强度m是否满足m＜m1，若是，执行步骤s11；若否，返回步骤s3；
83.s11.激光模组驱动单元2持续提高所述激光模组的功率至激光光强度m满足：m1≤m≤m2，并保持当前激光模组的功率，并返回步骤s3。
84.实施例2
85.如图2所示，本实施例提供一种激光调节方法，其大体上与实施例1相同，区别在于本实施例2是实时接收出射光线的激光光强度m和受激光光强度n，并根据公式p＝m/n实时计算更新比值p，并包括以下测定步骤和调节步骤：
86.测定步骤：
87.a1.接收激光模组在额定功率下出射光线中比值p0；
88.a2.根据p0确定额度功率下激光和受激光光强度比值的最小值p1和最大值p2；
89.调节步骤：
90.a3.判断比值p是否满足:p》yp2，若是，执行步骤a4a；若否，执行步骤a4b；
91.a4a.发出第一控制指令，并跳至结束步骤；第一控制指令为控制关停激光模组或控制激光模组的功率降低至q0以下；
92.a4b.判断比值p是否满足:p2≤p≤yp2，若是，执行步骤a5；若否，跳至步骤a10；
93.a5.发出第二控制指令；第二控制指令为持续降低所述激光模组的功率；
94.a6.判断比值p是否满足：p1≤p≤p2，若是，执行步骤a7a；若否，执行步骤a7b；
95.a7a.发出第三控制指令，并返回步骤a3；第三控制指令为停止持续降低所述激光模组的功率；
96.a7b.判断激光模组当前的输出功率是否小于q
设
，若是，执行步骤a8；若否，返回步骤a6；
97.a8.判断比值p是否满足：p》p2，若是，执行步骤a9；若否，跳至步骤a7a；
98.a9.发出第四控制指令，并跳至结束步骤；第四指令为控制关停激光模组或控制激光模组的功率降低至q0以下
99.a10.判断比值p是否满足p＜p1，若是，执行步骤a11；若否，返回步骤a3；
100.a11.持续提高所述激光模组的功率至比值p满足：p1≤p≤p2，并保持当前激光模组的功率，并返回步骤a3。
101.如图3所示，本实施例还提供一种实现上述激光调节方法的激光调节装置，所述激光调节装置包括控制单元1和激光模组驱动单元2，控制单元1执行如上所述的激光调节方法，并连接激光模组驱动单元2，传输所述第一控制指令和/或第二控制指令和/或第三控制指令和/或第四控制指令至激光模组驱动单元2，激光模组驱动单元2根据控制单元1的控制指令对激光模组进行调节。其中，当激光模组驱动单元2接收到第二控制指令时，每次以0.1a～1a的幅度降低激光模组的功率。
102.如图4所示，本实施例还提供一种激光调节系统，所述激光调节系统内设有如上所述的激光调节装置，包括控制单元1、激光模组驱动单元2和光感电装置3，光感电装置3连接控制单元1，检测激光模组的出射光线的激光光强度m并实时反馈至控制单元1。
103.所述激光调节系统执行所述激光调节方法的过程如下：
104.光感电装置3实时检测出射光线的激光光强度m和受激光光强度n，并反馈至控制单元1；控制单元1根据公式p＝m/n实时计算更新比值p，并执行以下步骤：
105.a1.光感电装置3检测到的激光模组在额定功率下出射光线中比值p0，并反馈至控制单元1；
106.a2.控制单元1根据p0确定额度功率下激光和受激光光强度的比值的最小值p1和最大值p2；
107.a3.控制单元1判断比值p是否满足:p》yp2，若是，执行步骤a4a；若否，执行步骤a4b；
108.a4a.控制单元1发出第一控制指令，并跳至结束步骤；激光模组驱动单元2接收第
一控制指令，关闭激光模组；
109.a4b.控制单元1判断比值p是否满足:p2≤p≤yp2，若是，执行步骤a5；若否，跳至步骤a10；
110.a5.控制单元1发出第二控制指令；激光模组驱动单元2接收第二控制指令，持续降低所述激光模组的功率；
111.a6.开始持续降低所述激光模组的功率后，控制单元1判断比值p是否满足：p1≤p≤p2，若是，执行步骤a7a；若否，执行步骤a7b；
112.a7a.控制单元1发出第三控制指令，并返回步骤a3；激光模组驱动单元2接收第三控制指令，停止降低激光模组的功率，保持激光模组当前的功率；
113.a7b.控制单元1判断激光模组当前的输出功率是否小于q
设
，若是，执行步骤a8；若否，返回步骤a6；
114.a8.控制单元1判断比值p是否满足：p》p2，若是，执行步骤a9；若否，跳至步骤a7a；
115.a9.控制单元1发出第四控制指令，并跳至结束步骤；激光模组驱动单元2接收第四控制指令，关闭激光模组；
116.a10.控制单元1判断比值p是否满足p＜p1，若是，执行步骤a11；若否，返回步骤a3；
117.a11.激光模组驱动单元2持续提高所述激光模组的功率至比值p满足：p1≤p≤p2，并保持当前激光模组的功率，并返回步骤a3。
118.值得注意的是，以上实施例是基于光照信号为光光强度对本技术的技术方案进行的说明，在其他实施方式中，光照信号还可以为光功率、光亮度、光照度或光通量等，对于本领域技术人员来说，采用相似的方法还可以基于光功率、光亮度、光照度或光通量等实现对激光的调节和保护，故而当光照信号为光功率、光亮度、光照度或光通量等时，也均属于本技术方案的保护范围。鉴于利用光功率、光亮度、光照度或光通量等实现对激光的调节和保护方案与利用光强度思路一致，本技术实施例不再对其再一一展开赘述。
119.显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。