[發(fā)明專利]低功耗高穩(wěn)定激光器溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011292921.1
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112462825B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 秦杰;薛帥;萬雙愛;劉建豐
• 申請（專利權(quán)）人: 北京自動化控制設(shè)備研究所
• 主分類號: G05D23/24
• 分類號: G05D23/24;H01S5/183
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供了一種低功耗高穩(wěn)定激光器溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括語音芯片、非平衡電橋、儀表放大器和功率放大器，語音芯片包括第一DAC電路、雙通道ADC電路、第二DAC電路和DSP內(nèi)核處理器，非平衡電橋分別與熱敏電阻以及第一DAC電路連接，儀表放大器與非平衡電橋連接，雙通道ADC電路分別與第一DAC電路和儀表放大器連接，DSP內(nèi)核處理器根據(jù)電橋激勵信號和放大后的電橋輸出信號計算獲取溫度控制電壓信號，功率放大器與第二DAC電路連接，功率放大器用于放大溫度控制電壓信號并根據(jù)放大的溫度控制電壓信號激勵電加熱片。應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，以解決現(xiàn)有技術(shù)中激光器溫度控制系統(tǒng)測溫漂移較大，不宜用于低功耗、低溫漂的工程應(yīng)用環(huán)境的技術(shù)問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種低功耗高穩(wěn)定激光器溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

VCSEL激光器用于原子磁強(qiáng)計和原子陀螺的原子驅(qū)動與信號檢測，其溫度穩(wěn)定性直接影響激光頻率的穩(wěn)定性，從而影響傳感器磁場測量及閉環(huán)控制的穩(wěn)定性，制約著原子陀螺、磁強(qiáng)計精度的提升。

交流溫度測量方法是利用單個熱敏電阻作為溫度敏感元件，利用非平衡交流電橋差動檢測熱敏電阻阻值變化引起的交流電壓的幅值變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)溫度的測量；交流加熱則是通過幅度可調(diào)的正弦信號進(jìn)行驅(qū)動。傳統(tǒng)的幅值解調(diào)方式采用的是高速ADC芯片對電橋激勵信號和輸出信號進(jìn)行同步采樣，然后利用數(shù)字相關(guān)運(yùn)算等方式在處理器中實(shí)現(xiàn)解調(diào)；加熱驅(qū)動信號則是通過高速DAC芯片直接產(chǎn)生幅度變化的正弦信號，再通過功率器件進(jìn)行二級放大，實(shí)現(xiàn)對VCSEL激光器的加熱。但該方法對ADC芯片、DAC芯片及處理器的運(yùn)行速度等指標(biāo)要求較高，功耗較大；而且由于采用的均是分立器件，高低溫環(huán)境下，系統(tǒng)測溫漂移較大，不宜用于低功耗、低溫漂的工程應(yīng)用環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種低功耗高穩(wěn)定激光器溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)及方法，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中激光器溫度控制系統(tǒng)測溫漂移較大，不宜用于低功耗、低溫漂的工程應(yīng)用環(huán)境的技術(shù)問題。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種低功耗高穩(wěn)定激光器溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)，低功耗高穩(wěn)定激光器溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)包括：語音芯片，語音芯片包括第一DAC電路、雙通道ADC電路、第二DAC電路和DSP內(nèi)核處理器，第一DAC電路、雙通道ADC電路、第二DAC電路分別與DSP內(nèi)核處理器連接，第一DAC電路用于產(chǎn)生電橋激勵信號；非平衡電橋，非平衡電橋分別與熱敏電阻以及第一DAC電路連接，熱敏電阻貼敷于激光器上，非平衡電橋用于根據(jù)電橋激勵信號以及熱敏電阻的阻值生成電橋輸出信號；儀表放大器，儀表放大器與非平衡電橋連接，儀表放大器用于對非平衡電橋的電橋輸出信號進(jìn)行放大，雙通道ADC電路分別與第一DAC電路和儀表放大器連接，雙通道ADC電路用于將電橋激勵信號和放大后的電橋輸出信號輸出至DSP內(nèi)核處理器，DSP內(nèi)核處理器根據(jù)電橋激勵信號和放大后的電橋輸出信號完成自相關(guān)運(yùn)算和互相關(guān)運(yùn)算以獲取激光器的溫度以及根據(jù)激光器的溫度計算獲取溫度控制電壓信號；功率放大器，功率放大器與第二DAC電路連接，第二DAC電路用于將溫度控制電壓信號輸出至功率放大器，功率放大器用于放大溫度控制電壓信號并根據(jù)放大的溫度控制電壓信號激勵電加熱片以實(shí)現(xiàn)激光器的溫度閉環(huán)控制。

進(jìn)一步地，激光器的溫度可根據(jù)來獲取，熱敏電阻的阻值R可根據(jù)來獲取，其中，R₀為非平衡電橋的橋臂電阻，R₁為儀表放大器的放大倍數(shù)調(diào)節(jié)電阻，P_out1″為濾波及簡化后的互相關(guān)運(yùn)算的結(jié)果，P_out2″為濾波及簡化后的自相關(guān)運(yùn)算的結(jié)果。

進(jìn)一步地，DSP內(nèi)核處理器根據(jù)對放大后的電橋輸出信號與電橋激勵信號之間進(jìn)行互相關(guān)計算，其中，V_O′_UT為放大后的電橋輸出信號，V_IN為電橋激勵信號，A為電橋激勵信號的幅值，B為放大后的電橋輸出信號的幅值，ω_c為放大后的電橋輸出信號與電橋激勵信號的頻率，θ₁為電橋激勵信號的相位，θ₂為放大后的電橋輸出信號的相位，P_out1為互相關(guān)運(yùn)算的結(jié)果。