[发明专利]一种激光接收并转换成电能输出的装置与方法

权利要求书

1.一种激光接收并转换成电能输出的装置，其特征在于：包括用于对激光光束进行充电光束和测量光束分离的光学组件、对充电光束进行电能转换的光电转换组件和对测量光束进行自动测量、对准跟踪的测控组件，其中测控组件包括测量组件和控制组件，测控组件可控制承载平台以调整姿态，测控组件和光学组件设置在一个三通型外壳内；

所述三通型外壳的一端为激光入射端，与此端平行的另一端为出射光口端，与激光入射方向垂直设置的另一端为检测端，各端均采用密封结构；其中出射光口端与光电转换组件的接收窗口连通，测控组件设置在检测端；

所述的光电转换组件包括有球形腔体和设置在球形腔内的遮光反射板和球形腔体内壁上的多个光伏电池片，所述的球形腔体由上、下两部分的对称结构盖合而成，上、下两部分的对称结构通过紧固件固定连接；上、下两部分的对称结构结合处分别设置有一个半圆口，由两个半圆口构成一个圆形缺口作为光电转换组件的接收窗口，所述的遮光反射板的中心与球形腔体的球心重合，所述的光伏电池片相互拼接，无缝覆盖球形腔体的内壁；

所述的测控组件包括光电位置传感器、装置运动姿态传感模块、测控电路和接口插座，所述的光电位置传感器、装置运动姿态传感模块的探头分别垂直向下设置，且光电位置传感器、装置运动姿态传感模块的输出端分别连接测控电路的输入端，测控电路的输出端连接接口插座的输入端，用于连接可控承载平台的控制输入端；

所述的光学组件包括激光分散器、分光反射镜和平面保护镜，三者一条直线设置，且依次设置在三通型外壳的激光入射端与出射光口端之间，其中分光反射镜与三者所在的直线夹角锐角为45°，平面保护镜与所在三通型外壳的内壁密封固定设置。

2.根据权利要求1所述的激光接收并转换成电能输出的装置，其特征在于：所述的三通型外壳的激光入射端由平面保护镜加密封胶与外界隔离，出射光口端插接安装在光电转换组件接收窗口内并用O形密封圈密封，检测端在光电位置传感器周围灌注密封胶密封。

3.根据权利要求2所述的激光接收并转换成电能输出的装置，其特征在于：所述的球形腔体外表面除开设接收窗口的平面外，其他表面均加工设置有插片式散热片。

4.根据权利要求3所述的激光接收并转换成电能输出的装置，其特征在于：所述球形腔体上分别与上、下部分的外侧垂直的位置各设置一方轴，用于球形腔体与承载平台连接固定。

5.根据权利要求4所述的激光接收并转换成电能输出的装置，其特征在于：所述的遮光反射板为圆形薄铝板，半径为2.0r~2.5r，遮光反射板前后表面涂覆对应激光波长的高反射涂层，r为圆形接收窗口的半径。

6.根据权利要求5所述的激光接收并转换成电能输出的装置，其特征在于：还包括有金属支撑杆，所述的金属支撑杆沿光轴方向一端压接固定于上下腔体结合处，另一端焊接在遮光反射板的中心位置，所述的金属支撑杆与遮光反射板呈45度，且保证了遮光反射板中心与球心的重合。

7.根据权利要求6所述的激光接收并转换成电能输出的装置，其特征在于：所述的光电位置传感器采用四路输出的S5991-01芯片。

8.根据权利要求7所述的激光接收并转换成电能输出的装置，其特征在于：所述的装置运动姿态传感模块采用6轴运动传感器模块MPU6050。

9.根据权利要求8所述的激光接收并转换成电能输出的装置，其特征在于：所述的测控电路包括由MAX419运放芯片及其外围芯片构成的电流电压转换电路、由三级运放结构芯片INA118以及外围电路构成的低噪声前置放大电路和控制器，其中控制器采用MSP430系列芯片。

10.一种基于权利要求1-9任意权利要求所述激光接收并转换成电能输出的 装置的转换方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

A：启动设备，当有激光进入到激光入射端时，激光入射端经过平面保护镜后到达分光反射镜，其中超过95%透射穿过反射镜入射激光分散器，经激光分散器扩束后入射光电转换组件接收窗口，剩余不足5%经反射镜反射照射于测控组件的光电位置传感器；

B：其中经扩束后入射光电转换组件接收窗口的光束进入到球形腔体后被遮光反射板进行光路变化，从而反射到球形腔体内壁上的光伏电池片上，同时部分光源被光伏电池片继续反射到其他光伏电池片或者遮光反射板上再次进行反射，直至光源被球形腔体内的光伏电池片完全吸收转换；

C：光电位置传感器接收到经反射镜反射照射于测控组件的激光时，光电位置传感器产生与光束位置相对应的若干电流信号，电流信号经过电压转换和前置放大后发送到控制器，控制器计算获得光束中心点相对于标定坐标原点的坐标（x、y），该坐标对应于光电转换组件接收窗口光轴与照射激光光轴的偏差，测控电路同时接收装置运动姿态传感模块输出的装置当前运动姿态信息，依据光轴偏差和装置姿态信息生成矫正控制信号，并经由接口插座输出到可控承载平台用于装置姿态的矫正控制，实现装置自动对准、跟踪功能。