一種煤礦井下光纖測溫中半導體激光器的溫控系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及半導體激光器的溫控領域，具體為一種煤礦井下光纖測溫中半導體激光器溫控系統。
【背景技術】
[0002]半導體激光器(LD)具有單色性好、體積小、質量輕、價格低、功耗小、易于調制等優點，在光纖傳感及通信中已被廣泛應用。半導體激光器輸出功率的不穩定主要是由于環境溫度的變化使半導體激光器驅動電源的輸出電壓不穩定，而工作溫度的變化將直接引起半導體激光器的輸出光中心波長發生漂移，其特性是隨溫度的升高向長波長方向漂移，通常LD的溫度變化應控制在0-0.5°C以內，才能保證在應用電流調制LD時，溫度的影響不會造成嚴重后果。另外，半導體激光器的輸出功率受溫度的影響也相當嚴重，因此，對LD的工作溫度進行嚴格的控制，有著非常重要的意義。
[0003]根據控制對象、精度要求的不同，有各種各樣的控溫電路。其中傳統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，電路一旦制作完成，其所能穩定的工作溫度就固定下來，難以實現對工作溫度的調制。針對這一問題，系統采用PtlOO溫度傳感器將采樣溫度轉換成電信號，經信號調理電路傳至C8051F040，同時與設定溫度相比較，在經過PID算法得出相應控制量以PWM信號形式輸出。輸出信號通過MOSFET H橋的導通和截止驅動TEC對激光器進行制冷和加熱。形成一個閉環的控制系統，最終使激光器溫度達到設定溫度值。綜上所述，一種煤礦井下光纖測溫中半導體激光器溫控系統，不僅結構簡單、穩定性強，而且溫度調節速度快、控溫精度高。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型的目的是提供一種煤礦井下光纖測溫中半導體激光器溫控系統，采用高精度溫度傳感器和半導體制冷器TEC實現溫度的閉環反饋調節，實現激光器的高精度溫度控制。
[0005]為了達到上述目的，本實用新型所采用的技術方案為:一種煤礦井下光纖測溫中半導體激光器溫控系統，由采樣、比較控制、調節三個模塊組成，其特征在于采樣模塊包括溫度傳感器、信號調理電路；比較控制模塊包括核心控制器、數模轉化器、液晶顯示器和鍵盤;調節模塊包塊PWM控制器、MOSFET驅動器、MOSFET H橋和TEC模塊。
[0006]所述的一種煤礦井下光纖測溫中半導體激光器溫控系統，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溫中半導體激光器溫控系統，其特征在于:所述比較控制模塊包括A/D轉化器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溫中半導體激光器溫控系統，其特征在于:所述調節模塊包括DRV592M0SFET H橋和TES1-4903P型TEC。
[0009]與已有技術相比，本實用新型有益效果體現在：
[0010]本實用新型采用PWM控制MOSFETH橋的導通和截止來驅動激光器內部TEC模塊，實現激光器高精度的溫度控制，可靠性高，結構簡單。以C8051F040單片機為數據采集和控制處理核心，根據PID算法調整PffM輸出，運算速度快，數字信號處理能力強。
【附圖說明】
[0011]圖I為本實用新型系統結構圖
【具體實施方式】
[0012]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型進行詳細說明。
[0013]本實施例系統整體結構圖如I所示，一種煤礦井下光纖測溫中半導體激光器溫控系統可分為采樣、比較控制、調節三個部分。系統采樣部分采用測量范圍大、穩定性好、示值復現性高的鉑電阻PtlOO作為溫度傳感器，激光器外腔的溫度變化經PtlOO轉換成電信號，經過放大、濾波、隔離等信號調理電路，送入單片機中。本系統具有工作失效報警指示功能，當鉑熱電阻PtlOO采集到的溫度值超過設定溫度范圍時，C8051F040單片機會輸出一信號，通過三極管放大后驅動蜂鳴器發出報警信號。
[0014]系統比較控制部分由核心控制器C8051F040和PWM控制器UC3842、A/D轉換器、IXD12864和鍵盤組成。系統采用美國Intersil公司生產的高精度、低噪聲、價格低廉的12位雙積分A/D轉換器ICL7109，采樣信號經A/D轉換器送入核心控制器中，轉換數據的顯示采用LCD12864，硬件電路簡單。系統采用電流型PWM控制芯片UC3842，單端輸出能夠直接驅動MOS管，具有管腳少、外圍電路簡單等優點。在C8051F040控制下，采樣溫度和設定溫度相比較，其差值根據數字PID算法計算出相應的控制量調整PffM控制器的輸出。
[0015]系統調節部分由MOSFETH橋和TEC模塊組成。系統采用TI公司生產的一種高效率、大功率H橋電源驅動集成模塊DRV592，具4個大功率MOSFET和過載保護電路，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公司生產的TES1-4903P型TEC模塊，TEC是一種根據帕爾貼效應工作的氣體熱栗，具有體積小、無噪音、質量輕等優點，其允許通過的最大電流為3A，在25°C時的最大輸出功率為9. 5W，兩端的最大電壓為5 . 6V，最高控制溫度達67°C WWM信號輸入DRV592進行功率放大，經LC濾波輸出直流驅動TEC。當Q3和Ql的MOSFET管導通，Q2和Q4的MOSFET管關閉，即電流從TEC+流向TEC-;反之，控制Q2和Q4導通，Ql和Q3關閉，電流從TEC-流向TEC+，這樣就可以實現TEC的制冷和制熱。同時激光器的溫度再通過鉑熱電阻PtlOO測量并反饋到系統中進行修正，形成一個閉環控制系統，最后使激光器溫度達到設定溫度值。
【主權項】
1.一種煤礦井下光纖測溫中半導體激光器溫控系統，分為采樣、比較控制、調節三個模塊，其特征在于:采樣模塊包括溫度傳感器、信號調理電路;比較控制模塊包括核心控制器、數模轉化器、液晶顯示器和鍵盤；調節模塊包塊PffM控制器、MOSFET驅動器、MOSFET H橋和TEC模塊。2.根據權利要求I所述的一種煤礦井下光纖測溫中半導體激光器溫控系統，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.根據權利要求I所述的一種煤礦井下光纖測溫中半導體激光器溫控系統，其特征在于:所述比較控制模塊包括A/D轉化器ICL7109、LCD12864、鍵盤、核心控制器C8051F040和PffM 控制器 UC3842。4.根據權利要求I所述的一種煤礦井下光纖測溫中半導體激光器溫控系統，其特征在于：所述調節模塊包括DRV592M0SFET H橋和TES1-4903P型TEC。
【專利摘要】一種煤礦井下光纖測溫中激光器溫控系統，分為采樣、比較控制、調節三個模塊。通過將Pt100溫度傳感器采集到的溫度和鍵盤設定的溫度進行比較得到溫差和變化率，將其轉換為電信號后進行放大、濾波等處理，并通過高速A/D轉換為數字信號，C8051F040讀取數字信號送入LCD顯示并根據PID算法計算出相應參數來調整PWM控制器輸出，輸出信號控制MOSFET？H橋的導通和截止，通過驅動激光器內部TEC模塊，實現激光器高精度溫度控制。同時激光器的溫度再通過鉑熱電阻Pt100測量并反饋到系統中進行修正，形成一個閉環控制系統，最后使激光器溫度達到設定溫度值。
【IPC分類】G01K11/32, H01S5/024
【公開號】CN205159790
【申請號】CN201520869701
【發明人】黃友銳, 凌六一, 韓濤, 徐善永, 宋得名
【申請人】安徽理工大學
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2015年11月2日