TD LAS检测系统的激光器驱动电路.pdf

《TD LAS检测系统的激光器驱动电路.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第３期刘松斌等．ＴＤＬＡＳ检测系统的激光器驱动电路２７９ＴＤＬＡＳ检测系统的激光器驱动电路１１２２刘松斌赵宇王威李晶娜（１．东北石油大学电气信息工程学院；２．中国石油大庆油田电力职业技术培训中心）摘要针对温度变化对半导体激光器（ＬＤ）的输出激光波长及其工作稳定性的影响，提出运用热电制冷器ＴＥＣ构成二级制冷系统，分别对激光器的外部和内部温度进行精准控制。采用闭环ＰＩＤ电路产生控制信号控制ＴＥＣ的驱动电流和方向，从而达到制冷和加热的目的；为进一步实现对驱动信号的滤波，提出采用级联方式的ＬＴＣ１０６４构成四阶滤波系统。测试结果表明

2、：ＴＥＣ温控系统取得了很好的温控效果，响应速度快，精度达到±０．０１℃，滤波系统有效滤除了正弦波中的直流分量和高次谐波的干扰，满足激光器对温度和驱动信号的要求。关键词激光器ＴＥＣ温度滤波ＬＴＣ１０６４中图分类号ＴＨ８１１文献标识码Ａ文章编号１０００-３９３２（２０１７）０３-０２７９-０６［４，５］随着科学技术的不断发展，激光检气技术在型值在０．３～０．４ｎｍ／℃。因此，保证半导体激工业、科研等领域得到了越来越广泛的应用。激光器工作温度的稳定是提高固体激光器性能的重光检气主要基于半导体激光器吸收光谱技术要手段。笔者提出以ＡＲ

3、Ｍ作为核心控制器，利用（ＴＤＬＡＳ），这是一种利用激光器的波长扫描和电ＤＲＶ５９２功率放大器驱动ＴＥＣ形成温控系统，实［１～３］流调谐特性对气体进行检测的技术。通过改现对激光器工作温度快速、精准的控制，并且利用变激光器发射激光的波长，使光源扫描过待测气ＬＴＣ１０６４级联成四阶滤波系统对驱动信号进行有体的选定吸收跃迁谱线，进而检测被测气体的浓效滤波。度。然而，温度对ＬＤ发出激光的性能有很大影１系统总体设计响，如输出光功率、波长等，当激光器内部温度增激光器驱动系统的总体设计框图如图１所加时，输出波长也随之增加，波长随温度变化的典

4、示。系统主要包括驱动信号的产生电路和温度闭图１激光器驱动系统总体设计框图作者简介：刘松斌（１９７０-），副教授，从事电力电子与电力传动的研究。联系人：赵宇（１９９２-），硕士研究生，从事电力电子与电力传动的研究，１０４５０９０８２９＠ｑｑ．ｃｏｍ。２８０化工自动化及仪表第４４卷环控制电路两部分。效应制成的。珀耳帖效应是指当直流电流通过两激光器驱动系统的核心处理器是ＭｉｎｉＳＴＭ３２种半导体材料组成的电偶时，一端吸热、一端放热［８］Ｖ３．０开发板，它以ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＲＣＴ６作为ＭＣＵ，的现象。当有电流从ＴＥＣ流过时，电流产

5、生的其资源包括：两个基本定时器、两个高级定时器、３热量会从ＴＥＣ的一侧传到另一侧，在ＴＥＣ上产生个ＳＰＩ、３个１２位ＡＤＣ及一个１２位ＤＡＣ等５１个“热”侧和“冷”侧，这就是ＴＥＣ的加热与制冷原［６，７］通用ＩＯ口。该芯片具有低功耗、低成本及高理。最终是制冷还是加热，以及制冷、加热的功性能等突破性的创新特点，充分满足本实验要求。率，由通过它的电流方向和大小决定。由于具有激光器的驱动信号由直流偏置、锯齿波和高频正体积小、速度快及控制方便等优点，因而ＴＥＣ非［９，１０］弦波构成。直流偏置对准气体中心波长，低频锯常适合小型设备的恒

6、温控制系统。齿波在较大范围内改变激光器的波长，使它在气２．１ＴＥＣ温控系统的硬件部分体吸收峰附近进行扫描，高频正弦波实现对激光２．１．１ＴＥＣ驱动模块器输出波长的调制。二倍频正弦波幅值信号与待采用大功率Ｈ桥驱动电路ＤＲＶ５９２来驱动测气体浓度成正比关系。温度控制部分采用闭环ＴＥＣ，由ＳＴＭ３２产生两路互补的ＰＷＭ波输入到ＰＩＤ温控系统，使激光器的温度稳定在２５±ＤＲＶ５９２的ＩＮ+和ＩＮ-两个引脚。在ＤＲＶ５９２芯０．０１℃范围内，利用激光器电流调谐技术特性改片内部配置了４个ＭＯＳＦＥＴ组成的Ｈ桥，通过Ｈ变其输出波长，使它在

7、气体吸收峰附近扫描。桥来控制ＭＯＳＦＥＴ的导通与关闭，进而控制电流２ＴＥＣ温控系统流过珀耳帖器件的方向。通过这种方式实现ＴＥＣ热电制冷器ＴＥＣ是利用半导体材料珀耳帖制冷和加热。具体的连接方式如图２所示。图２ＤＲＶ５９２连接电路２．１．２高精度温度采集系统ＡＤ７７９３通过ＳＰＩ与ＳＴＭ３２进行通信，如图３ＳＴＭ３２内部的１２位ＡＤＣ转换不能满足控制所示，ＡＤ７７９３的１、１６、１５引脚分别与ＳＴＭ３２的要求，为此，采用高精度ＡＤ转换芯片ＡＤ７７９３，该ＳＰＩ１的ＳＣＬＫ（时钟信号）、ＭＯＳＩ（主输出从输芯片是适合高精度测量应用

8、的低功耗、低噪声、带入）、ＭＩＳＯ（主输入从输出）相连，为了避免高频信有３个差分模拟输入的２４位Σ-Δ型数模转换器，号的干扰，采用外接１ＭＨｚ的晶振作为ＡＤ７７９３的最高有效分辨率可达２３位，片内有两个可编程电ＣＬＫ。通过软件配置电流源２１０μＡ，因为ＡＤ７７９３［１１，１２］流源，有１０