一種煤礦井下光纖測(cè)溫中半導(dǎo)體激光器的溫控系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體激光器的溫控領(lǐng)域，具體為一種煤礦井下光纖測(cè)溫中半導(dǎo)體激光器溫控系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體激光器(LD)具有單色性好、體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格低、功耗小、易于調(diào)制等優(yōu)點(diǎn)，在光纖傳感及通信中已被廣泛應(yīng)用。半導(dǎo)體激光器輸出功率的不穩(wěn)定主要是由于環(huán)境溫度的變化使半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電源的輸出電壓不穩(wěn)定，而工作溫度的變化將直接引起半導(dǎo)體激光器的輸出光中心波長(zhǎng)發(fā)生漂移，其特性是隨溫度的升高向長(zhǎng)波長(zhǎng)方向漂移，通常LD的溫度變化應(yīng)控制在0-0.5°C以內(nèi)，才能保證在應(yīng)用電流調(diào)制LD時(shí)，溫度的影響不會(huì)造成嚴(yán)重后果。另外，半導(dǎo)體激光器的輸出功率受溫度的影響也相當(dāng)嚴(yán)重，因此，對(duì)LD的工作溫度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，有著非常重要的意義。
[0003]根據(jù)控制對(duì)象、精度要求的不同，有各種各樣的控溫電路。其中傳統(tǒng)的方案有采用反饋模擬電路的溫控裝置，這類裝置都有固定溫度工作點(diǎn)，電路一旦制作完成，其所能穩(wěn)定的工作溫度就固定下來，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)工作溫度的調(diào)制。針對(duì)這一問題，系統(tǒng)采用PtlOO溫度傳感器將采樣溫度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路傳至C8051F040，同時(shí)與設(shè)定溫度相比較，在經(jīng)過PID算法得出相應(yīng)控制量以PWM信號(hào)形式輸出。輸出信號(hào)通過MOSFET H橋的導(dǎo)通和截止驅(qū)動(dòng)TEC對(duì)激光器進(jìn)行制冷和加熱。形成一個(gè)閉環(huán)的控制系統(tǒng)，最終使激光器溫度達(dá)到設(shè)定溫度值。綜上所述，一種煤礦井下光纖測(cè)溫中半導(dǎo)體激光器溫控系統(tǒng)，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性強(qiáng)，而且溫度調(diào)節(jié)速度快、控溫精度高。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種煤礦井下光纖測(cè)溫中半導(dǎo)體激光器溫控系統(tǒng)，采用高精度溫度傳感器和半導(dǎo)體制冷器TEC實(shí)現(xiàn)溫度的閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)激光器的高精度溫度控制。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案為:一種煤礦井下光纖測(cè)溫中半導(dǎo)體激光器溫控系統(tǒng)，由采樣、比較控制、調(diào)節(jié)三個(gè)模塊組成，其特征在于采樣模塊包括溫度傳感器、信號(hào)調(diào)理電路；比較控制模塊包括核心控制器、數(shù)模轉(zhuǎn)化器、液晶顯示器和鍵盤;調(diào)節(jié)模塊包塊PWM控制器、MOSFET驅(qū)動(dòng)器、MOSFET H橋和TEC模塊。
[0006]所述的一種煤礦井下光纖測(cè)溫中半導(dǎo)體激光器溫控系統(tǒng)，其特征在于:所述采樣模塊包括溫度傳感器PtlOO和蜂鳴器TMB12D05。
[0007]所述的一種煤礦井下光纖測(cè)溫中半導(dǎo)體激光器溫控系統(tǒng)，其特征在于:所述比較控制模塊包括A/D轉(zhuǎn)化器ICL7109、LCD12864、鍵盤、核心控制器C8051F040和PWM控制器UC3842o
[0008]所述的一種煤礦井下光纖測(cè)溫中半導(dǎo)體激光器溫控系統(tǒng)，其特征在于:所述調(diào)節(jié)模塊包括DRV592M0SFET H橋和TES1-4903P型TEC。
[0009]與已有技術(shù)相比，本實(shí)用新型有益效果體現(xiàn)在：
[0010]本實(shí)用新型采用PWM控制MOSFETH橋的導(dǎo)通和截止來驅(qū)動(dòng)激光器內(nèi)部TEC模塊，實(shí)現(xiàn)激光器高精度的溫度控制，可靠性高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。以C8051F040單片機(jī)為數(shù)據(jù)采集和控制處理核心，根據(jù)PID算法調(diào)整PffM輸出，運(yùn)算速度快，數(shù)字信號(hào)處理能力強(qiáng)。
【附圖說明】
[0011]圖I為本實(shí)用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0013]本實(shí)施例系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖如I所示，一種煤礦井下光纖測(cè)溫中半導(dǎo)體激光器溫控系統(tǒng)可分為采樣、比較控制、調(diào)節(jié)三個(gè)部分。系統(tǒng)采樣部分采用測(cè)量范圍大、穩(wěn)定性好、示值復(fù)現(xiàn)性高的鉑電阻PtlOO作為溫度傳感器，激光器外腔的溫度變化經(jīng)PtlOO轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過放大、濾波、隔離等信號(hào)調(diào)理電路，送入單片機(jī)中。本系統(tǒng)具有工作失效報(bào)警指示功能，當(dāng)鉑熱電阻PtlOO采集到的溫度值超過設(shè)定溫度范圍時(shí)，C8051F040單片機(jī)會(huì)輸出一信號(hào)，通過三極管放大后驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
[0014]系統(tǒng)比較控制部分由核心控制器C8051F040和PWM控制器UC3842、A/D轉(zhuǎn)換器、IXD12864和鍵盤組成。系統(tǒng)采用美國(guó)Intersil公司生產(chǎn)的高精度、低噪聲、價(jià)格低廉的12位雙積分A/D轉(zhuǎn)換器ICL7109，采樣信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器送入核心控制器中，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的顯示采用LCD12864，硬件電路簡(jiǎn)單。系統(tǒng)采用電流型PWM控制芯片UC3842，單端輸出能夠直接驅(qū)動(dòng)MOS管，具有管腳少、外圍電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。在C8051F040控制下，采樣溫度和設(shè)定溫度相比較，其差值根據(jù)數(shù)字PID算法計(jì)算出相應(yīng)的控制量調(diào)整PffM控制器的輸出。
[0015]系統(tǒng)調(diào)節(jié)部分由MOSFETH橋和TEC模塊組成。系統(tǒng)采用TI公司生產(chǎn)的一種高效率、大功率H橋電源驅(qū)動(dòng)集成模塊DRV592，具4個(gè)大功率MOSFET和過載保護(hù)電路，其輸出電壓范圍為2.8?5.5V，最大輸出電流為3A。采用海南北冰洋電子制冷技術(shù)公司生產(chǎn)的TES1-4903P型TEC模塊，TEC是一種根據(jù)帕爾貼效應(yīng)工作的氣體熱栗，具有體積小、無噪音、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，其允許通過的最大電流為3A，在25°C時(shí)的最大輸出功率為9. 5W，兩端的最大電壓為5 . 6V，最高控制溫度達(dá)67°C WWM信號(hào)輸入DRV592進(jìn)行功率放大，經(jīng)LC濾波輸出直流驅(qū)動(dòng)TEC。當(dāng)Q3和Ql的MOSFET管導(dǎo)通，Q2和Q4的MOSFET管關(guān)閉，即電流從TEC+流向TEC-;反之，控制Q2和Q4導(dǎo)通，Ql和Q3關(guān)閉，電流從TEC-流向TEC+，這樣就可以實(shí)現(xiàn)TEC的制冷和制熱。同時(shí)激光器的溫度再通過鉑熱電阻PtlOO測(cè)量并反饋到系統(tǒng)中進(jìn)行修正，形成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，最后使激光器溫度達(dá)到設(shè)定溫度值。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種煤礦井下光纖測(cè)溫中半導(dǎo)體激光器溫控系統(tǒng)，分為采樣、比較控制、調(diào)節(jié)三個(gè)模塊，其特征在于:采樣模塊包括溫度傳感器、信號(hào)調(diào)理電路;比較控制模塊包括核心控制器、數(shù)模轉(zhuǎn)化器、液晶顯示器和鍵盤；調(diào)節(jié)模塊包塊PffM控制器、MOSFET驅(qū)動(dòng)器、MOSFET H橋和TEC模塊。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種煤礦井下光纖測(cè)溫中半導(dǎo)體激光器溫控系統(tǒng)，其特征在于:所述采樣模塊包括溫度傳感器PtlOO和蜂鳴器TMB12D05。3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種煤礦井下光纖測(cè)溫中半導(dǎo)體激光器溫控系統(tǒng)，其特征在于:所述比較控制模塊包括A/D轉(zhuǎn)化器ICL7109、LCD12864、鍵盤、核心控制器C8051F040和PffM 控制器 UC3842。4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種煤礦井下光纖測(cè)溫中半導(dǎo)體激光器溫控系統(tǒng)，其特征在于：所述調(diào)節(jié)模塊包括DRV592M0SFET H橋和TES1-4903P型TEC。
【專利摘要】一種煤礦井下光纖測(cè)溫中激光器溫控系統(tǒng)，分為采樣、比較控制、調(diào)節(jié)三個(gè)模塊。通過將Pt100溫度傳感器采集到的溫度和鍵盤設(shè)定的溫度進(jìn)行比較得到溫差和變化率，將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后進(jìn)行放大、濾波等處理，并通過高速A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，C8051F040讀取數(shù)字信號(hào)送入LCD顯示并根據(jù)PID算法計(jì)算出相應(yīng)參數(shù)來調(diào)整PWM控制器輸出，輸出信號(hào)控制MOSFET？H橋的導(dǎo)通和截止，通過驅(qū)動(dòng)激光器內(nèi)部TEC模塊，實(shí)現(xiàn)激光器高精度溫度控制。同時(shí)激光器的溫度再通過鉑熱電阻Pt100測(cè)量并反饋到系統(tǒng)中進(jìn)行修正，形成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，最后使激光器溫度達(dá)到設(shè)定溫度值。
【IPC分類】G01K11/32, H01S5/024
【公開號(hào)】CN205159790
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520869701
【發(fā)明人】黃友銳, 凌六一, 韓濤, 徐善永, 宋得名
【申請(qǐng)人】安徽理工大學(xué)
【公開日】2016年4月13日
【申請(qǐng)日】2015年11月2日