[發明專利]半導體激光器智能化嵌入式監控系統

在審

• 申請號: 201710387793.0
• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號: CN107121995A
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發明（設計）人: 馮永茂;曹鍇郎
• 申請（專利權）人: 矽卓光電技術（天津）有限公司
• 主分類號: G05D27/02
• 分類號: G05D27/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種半導體激光器功率回路參數、內部環境參數的智能化嵌入式監控系統。

背景技術

半導體激光器已經被廣泛應用于通信、醫療、材料生產等方面，并且正在被推廣到更多的應用領域。在當前激光器先進應用領域，很多從事激光器研究與制造的大型公司，如美國相干、IPG、德國通快等，都已經具備完善的激光器制造體系，其激光器涉及領域也十分寬廣。這些大型公司在尋求激光器安全、可靠工作的過程中，將溫度控制器TEC加入到激光器系統中，以提高激光器工作的穩定度。但這種設計仍然是將監控系統與激光器輸出分離開，不能做到實時檢測與控制。因此缺乏一種嵌入到激光器工作系統的監控系統，和激光器作為一個整體進行工作，實現激光器工作的智能化改造，為核心部分激光器工作提供真正的保障。

發明內容

本發明的半導體激光器智能化嵌入式監控系統，包含激光器監控單元板和激光器監控終端。激光器監控單元板負責激光器相關參數的采集并下達終端傳遞的控制命令，激光器監控終端則負責匯總所有的參數信息并反映給使用者清晰易讀的結論，還要能對所有的激光器監控單元板進行控制。

本發明所述激光器監控單元板，將與激光器工作相關的參數劃分為功率回路參數以及內部環境參數。功率回路參數包括：輸出電壓，輸出電流，電路中重要節點處電流，輸出功率，輸出脈沖的頻率、正脈沖寬度、數量等，內部環境參數包括：環境溫度、相對濕度、PD值以及激光器件的出光時間等。

所述激光器監控單元板解決這兩種參數的測量以及控制。具體包括：

1、使用合適的微控制器作為控制核心，制作智能控制模塊。

2、對激光器驅動輸出的電流、電壓和脈沖波形等功率回路參數進行采集，計算實際輸出功率，并反饋控制驅動輸出；

3、對環境溫度、相對濕度、PD值等內部環境參數進行采集，以采集結果為依據對激光器工作環境進行控制；

本發明所述激光器監控終端，包含激光器監控單元板與監控終端之間搭建的總線結構，兩者之間的通信協議約定以及監控終端的上位機軟件。

附圖說明

圖1是本發明半導體激光器智能化嵌入式監控系統組成結構框圖。

圖2是半導體激光器監控單元板的工作流程圖。

圖3是半導體激光器智能化嵌入式監控系統智能控制模塊結構框圖。

圖4是半導體激光器智能化嵌入式監控系統的通信協議說明圖。

圖5是半導體激光器智能化嵌入式監控系統監控終端上位機軟件界面圖。

具體實施方式

1、功率回路參數的采集與控制

（1）與電路相關參數輸出電壓，輸出電流，電路中重要節點處電流等皆轉化為電壓信號形式，由差分放大器對電壓進行采樣，再傳至AD進行處理轉換得到測量結果，采樣的精度和數據處理的方式，越接近實際的采樣結果能使系統的準確控制能力大大提高。

（2）輸出脈沖由微控制器產生并采集，其輸出頻率、正脈沖寬度、數量通過微控制器的定時器結構進行測量。

（3）結合輸出電壓、輸出電流以及輸出脈沖的正脈沖寬度，微控制器用下式計算出激光器的實時輸出功率。其中D_pulse為輸出脈沖的占空比。

實時輸出功率作為反饋量作用于功率輸出部分，對功率回路進行控制。

2、內部環境參數的采集與控制

（1）環境溫度采集與控制

采集環境溫度使用電阻模擬溫度變化的方式，使用的溫度傳感器種類分為熱電偶、熱電阻、熱敏電阻、集成溫度傳感器等。

以NTC熱敏電阻為例，它能根據環境溫度的變化改變自身的阻值。一般情況下，當溫度逐漸升高，其阻值不斷降低，具體的函數關系如下式：。式中，T₁、T₂的溫度單位都為開爾文（K），以絕對溫度進行衡量。R_t是NTC在T₁溫度下的阻值，R為NTC在常溫T₂下的標稱阻值，B則是與NTC相關的熱敏系數。根據該式，系統能直接采樣熱敏電阻的當前阻值，進行轉換運算后得到相應的采集點溫度。

微控制器根據采集點溫度，對溫度控制系統進行操作。溫度控制系統包括散熱器、風冷系統、水冷系統等。在激光器工作時，溫度控制系統處于開啟狀態，當采集點溫度過高時，溫控系統的工作功率提高，對工作系統進行降溫，維持工作系統溫度的恒定。

（2）相對濕度RH值采集