基于DSP的高精度非线性晶体温度测控系统.pdf

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1、2014定仪表技术与传感器2014第10期InstrumentTechniqueandSensorNo．10基于DSP的高精度非线性晶体温度测控系统孙健，段军，王宗清，曾晓雁，曹红兵(华中科技大学，武汉光电国家实验室，湖北武汉430074)摘要：针对当前国内非线性晶体温度控制精度不高的问题，设计了基于DSPTMS320F28335控制核心的非线性晶体温度测量与控制系统。硬件上采用基于铂电阻的桥式测量电路、精密仪表运放IN114与16位A／D转换器提高测温精度，利用驱动芯片MAX1968对半导体制冷器进行驱动；软件上采用分段PI

2、D控制算法来提高控温精度与速度。试验结果表明：该系统具有良好的控温精度和稳定性：在0—55℃，控温精度达±0．002℃；系统启动后达到稳定的时间小于3min。关键词：温度控制；DSP；非线性晶体；PID；半导体制冷器中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1002—1841(2014)10—0066一O3High-precisionTemperatureMeasureandControlSystemforNonlinearCrystalsBasedonDSPSUNJian，DUANJun，WANGZong—qing，ZE

3、NGXiao-yan，CAOHong—bing(WuhanNationalLaboratoryforOptoelectronics，HuazhongUniversityofScienceandTechnology，Wuhan430074，China)Abstract：Aimedattheproblemsofthetemperaturecontrolsystemfornonlinearcrystals，suchaslowprecision，asolutionforhigh—precisiontemperaturecontrols

4、ystembasedonDSP(TMS320F28335)wasproposed．Inordertoimprovethemeasurementpre—cision，thissystemusedabridgecircuitbasedonplatinumresistances，instrumentationamplifierIN114andaA／Dconverterwith16resolutions．ThedrivingchipMAX1968drovethesemiconductorcooler，andthealgorithmof

5、segment—PIDwasadoptedtoim—provethecontrolprecisionandspeed．Theresultsshowthatthesystemhasstrongstabilityandhightemperatureadjustingspeed．Withinthetemperaturerangefrom0℃to55oC．Thetemperaturecontrolprecisionislessthan±0．002oC．Afterthesystemstart．itcanreachsteadywithin

6、3minutes．Keywords：temperaturecontrol；DSP；nonlinearcrystal；PID；semiconductorcooler0引言液晶在实际使用中，非线性晶体会不可避免地吸收部分激光能键盘量并发热，影响激光器的性能，因此必须对其进行温控。目前f存储器的非线性晶体温控方案以TEC(半导体制冷器)控制居多，控制画精度的差异就在于系统采用的温度传感器、控制芯片、TEC驱串口通信动电路和控制算法。目前国外的ILXLightwave、WAVELENGTH和THORLABS等公司的温度控制器已经非常成

7、熟，精度一般为图1非线性晶体温度测控系统结构图±0．001oC；而国内的温控器产品较少，控制水平低，精度一般阻)温度传感器转化为电信号，经过信号放大、A／D转换后送人为±0．1～±0．01℃．针对这一现状，文中提出了一种以DSPDSP中。DSP通过计算得到当前晶体的温度值并进行显示，同时将其与设定值相比较得到温差及其变化率，再根据分段PID为核心的高精度温度数据采集和实时控制方案，并详细介绍了算法计算出相应的控制量。控制量通过D／A输出，经过系统方案的软硬件设计。MAX1968驱动电路后，由TEC对晶体进行加热或制冷，最终实1

8、系统总体方案设计现对非线性晶体的高精度温度控制。非线性晶体温度测控系统结构图如图1所示，主要由以下2系统硬件设计3个部分组成：第一部分为温度数据采集电路，主要包括测温传2．1传感器测温与信号放大电路感器、信号放大电路和A／D转换器；第二部分为温度控制部分，要实现精确的温度控制