專利名稱:半導(dǎo)體激光器溫度控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及設(shè)備的溫度控制,特別是一種半導(dǎo)體激光器的溫度控制 祖旦仕士
半導(dǎo)體激光器(簡稱LD)具有體積小、重量輕、輸入電壓小、結(jié)構(gòu)簡 單、壽命長、轉(zhuǎn)換效率高、功耗低、結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、使用安全、 易于調(diào)制等有利因素,用其作為干涉測量中的光源,使得干涉測量系統(tǒng) 的集成化、實用化變?yōu)榭尚?。另一方面,LD的輸出功率與溫度存在一定 的關(guān)系,當(dāng)LD內(nèi)部溫度增加時,輸出功率也隨之增加。而LD要在干涉測 量領(lǐng)域當(dāng)中應(yīng)用,首要任務(wù)是使LD的輸出功率非常穩(wěn)定,如果溫度不穩(wěn) 則可能會引發(fā)模式跳躍現(xiàn)象,其結(jié)果會嚴重影響干涉場質(zhì)量。為了使干 涉測量達到優(yōu)良的精度,必須對LD的內(nèi)部溫度進行嚴格的控制。因此, 對LD的內(nèi)部溫度進行嚴格的控制,有著非常重要的意義。
目前,對LD進行溫度控制還需要解決的問題有測溫電路對溫度的
監(jiān)測精度不高,主要是測溫的電橋電阻分流引起的;TEC驅(qū)動電路常采用
MOS管組成的電橋,但這需要解決開關(guān)過程中的直通等問題,因此往往設(shè)
計過程較為復(fù)雜。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種半導(dǎo)體激光器溫度控制系統(tǒng),該系統(tǒng)應(yīng) 具有結(jié)構(gòu)簡單,快速、準(zhǔn)確地顯示和控制半導(dǎo)體激光器的溫度,能自動 斷電保護的特點。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種半導(dǎo)體激光器溫度控制系統(tǒng),其特征是包括報警保護電路、按 鍵顯示電路、單片機、AD轉(zhuǎn)換電路、溫度傳感電路、光電隔離電路和 熱電制冷器驅(qū)動電路,其各個部分的連接關(guān)系為
所述的報警保護電路、按鍵顯示電路、AD轉(zhuǎn)換電路和光電隔離電
路都與單片機相連,所述的AD轉(zhuǎn)換電路的另一端與所述的溫度傳感電
路相連,所述的光電隔離電路的另一端與所述的熱電制冷器驅(qū)動電路相 連,所述的溫度傳感電路和熱電制冷器驅(qū)動電路與一半導(dǎo)體激光器相
連;
所述的溫度傳感電路內(nèi)部的連接關(guān)系如下
第二電阻的一端接+ 5v電壓,第二電阻另一端與所述的半導(dǎo)體激
光器內(nèi)部的熱敏電阻的一端和雙電壓放大器的第一運算放大器的正向
輸入端的節(jié)點相連,該熱敏電阻的另一端接地;第三電阻的一端接+ 5v
電壓,另一端接第一電位器與第二運算放大器的正向輸入端的節(jié)點,第 一運算放大器的負向輸入端與該運算放大器的輸出端相連后再接第三 運算放大器的負向輸入端,該負向輸入端經(jīng)第八電阻與該第三運算放大 器的輸出端相連,所述的第二運算放大器的負向輸入端與輸出端相連后
再接第三運算放大器的正向輸入端;該正向輸入端通過第七電阻接地; 所述的第三運算放大器的輸出端連接到所述的AD轉(zhuǎn)換電路; 所述的熱電制冷器驅(qū)動電路內(nèi)部的連接關(guān)系如下
電橋驅(qū)動芯片的輸入端和連接光電隔離電路的輸出端;VSS端接+
5v電壓,Vs端接+ 8v電壓,ISEN A端接第二電位器的一端,該電位 器的中間抽頭接地;所述的電橋驅(qū)動芯片的輸出端OUT1和OUT2分別 經(jīng)第一電感和第二電感接所述的半導(dǎo)體激光器內(nèi)部的熱電制冷器;第一 電感和第二電感與半導(dǎo)體激光器內(nèi)部的熱電制冷器的節(jié)點分別經(jīng)第八 電容和第九電容接地。
所述的熱電制冷器驅(qū)動電路的電橋驅(qū)動芯片為L298 ,或LMD18200 心片。
溫度傳感電路檢測半導(dǎo)體激光器的溫度,將其轉(zhuǎn)換為電壓量,通過
AD轉(zhuǎn)換電路之后進入單片機;由單片機根據(jù)檢測的溫度數(shù)據(jù)和用戶設(shè) 定的溫度參數(shù)通過程序計算來產(chǎn)生脈寬驅(qū)動信號,該脈寬驅(qū)動信號通過 光電隔離電路之后,輸送到熱電制冷器驅(qū)動電路,從而控制半導(dǎo)體激光 器內(nèi)部的熱電制冷器,實現(xiàn)半導(dǎo)體激光器溫度的自動控制。 本發(fā)明的技術(shù)效果如下
所述的溫度傳感電路中采用了電壓放大器LM358組成的電壓跟隨 器進行阻抗轉(zhuǎn)換,從而提高了溫度檢測的精度;
所述的熱電制冷器驅(qū)動電路中采用電橋驅(qū)動芯片L298或者 LMD18200,它使熱電制冷器驅(qū)動電路更加簡單、穩(wěn)定;
系統(tǒng)中附有報警保護電路,它在激光器溫度過高時通過蜂鳴器報警 并切斷電源,能有效的保護半導(dǎo)體激光器的安全。
采用單片機控制,可快速、準(zhǔn)確地顯示和控制半導(dǎo)體激光器的溫度
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一歩的說明。
圖1為本發(fā)明的原理方框圖中Ul—報警保護電路U2 —按鍵顯示電路 U3 —單片機U4—AD轉(zhuǎn)換電路U5—溫度傳感電路 U6 —光電隔離電路U7 —熱電制冷器驅(qū)動電路 LD—半導(dǎo)體激光器
圖2為本發(fā)明溫度傳感電路原理圖3為本發(fā)明熱電制冷器驅(qū)動電路原理圖4為本發(fā)明單片機程序流程圖。
具體實施例方式
先請參閱圖1,圖1為本發(fā)明半導(dǎo)體激光器溫度控制系統(tǒng)的實施例 的方框圖,由圖可見,本發(fā)明半導(dǎo)體激光器溫度控制系統(tǒng),由報警保護 電路U1、按鍵顯示電路U2、單片機U3、 AD轉(zhuǎn)換電路U4、溫度傳感 電路U5、光電隔離電路U6和熱電制冷器驅(qū)動電路U7構(gòu)成,其各個部
分的連接關(guān)系為
所述的報警保護電路U1、按鍵顯示電路U2、 AD轉(zhuǎn)換電路U4和 光電隔離電路U6都與單片機U3相連,所述的AD轉(zhuǎn)換電路U4的另一 端與所述的溫度傳感電路U5相連,所述的光電隔離電路U6的另一端 與所述的熱電制冷器驅(qū)動電路U7相連,所述的溫度傳感電路U5和熱 電制冷器驅(qū)動電路U7與一半導(dǎo)體激光器LD相連;
所述的溫度傳感電路U5內(nèi)部的連接關(guān)系如圖2所示,第二電阻R2、 熱敏電阻R6、第三電阻R3和第一電位器R5連在一起構(gòu)成一個電橋。 所述的第二電阻R2的一端接+ 5v電壓,該第二電阻R2的另一端與所 述的半導(dǎo)體激光器LD內(nèi)部的熱敏電阻R6和雙電壓放大器的第一運算 放大器Q7A的正向輸入端3的節(jié)點相連,所述的熱敏電阻R6的另一端 接地;第三電阻R3的一端接+ 5v電壓,另一端接第一電位器R5與雙 電壓放大器的第二運算放大器Q7B的正向輸入端5的節(jié)點相連,第一 電位器R5的另一端接地;第一運算放大器Q7A的負向輸入端2與該運 算放大器Q7A輸出端1相連后再接第三運算放大器Q8的負向輸入端 10,該負向輸入端10經(jīng)第八電阻R8與該第三運算放大器Q8的輸出端 9相連,所述的第二運算放大器Q7B的負向輸入端6與輸出端7相連后 再接第三運算放大器Q8的正向輸入端12;該正向輸入端12通過第七 電阻R7接地;所述的第三運算放大器Q8的輸出端9連接所述的AD 轉(zhuǎn)換電路U4。由雙電壓放大器Q7構(gòu)成的阻抗變換器,起到隔離測溫 電路和放大濾波電路的作用。
所述的熱電制冷器驅(qū)動電路U7內(nèi)部的連接關(guān)系如圖3所示
電橋驅(qū)動芯片Q5的輸入端IN1和IN2接所述的光電隔離電路U6 的輸出端;Vss端接+ 5v電壓,Vs端接+ 8v電壓,ISENA端接第二電
位器R10的一端,該第二電位器RIO的中間抽頭接地;所述的電橋驅(qū)
動芯片Q5的輸出端0UT1和OUT2分別經(jīng)第一電感Ll和第二電感L2 接半導(dǎo)體激光器內(nèi)部的熱電制冷器P5;第一電感Ll和第二電感L2與 半導(dǎo)體激光器內(nèi)部的熱電制冷器P5的節(jié)點分別經(jīng)第八電容C8和第九 電容C9接地。
在本實施例所述的熱電制冷器驅(qū)動電路U7的電橋驅(qū)動芯片為 L298芯片。
溫度傳感電路U5檢測半導(dǎo)體激光器LD的溫度,將其轉(zhuǎn)換為電壓
量,通過AD轉(zhuǎn)換電路U4之后進入單片機U3;由單片機U3根據(jù)檢測
到的溫度數(shù)據(jù)和已設(shè)定的溫度參數(shù)來產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號,該脈寬調(diào)制信
號通過光電隔離電路U6之后,接到熱電制冷器驅(qū)動電路U7,從而控
制熱電制冷器,實現(xiàn)半導(dǎo)體激光器溫度的自動控制。同時單片機U3實
時比較監(jiān)測到的溫度和設(shè)定的最大溫度值, 一旦監(jiān)測到的溫度超過設(shè)定
的最大溫度值,立即通過報警保護電路U1的蜂鳴器報警,并切斷電源,
保護激光器的安全。
調(diào)節(jié)第一電位器R5可以設(shè)定輸出到半導(dǎo)體制冷器的電流大小。脈
寬調(diào)制控制量通過橋式驅(qū)動芯片Q5控制半導(dǎo)體激光器內(nèi)的熱電制冷器
P5的電流大小和方向,從而控制半導(dǎo)體激光器的溫度。
圖4為單片機程序流程圖,上電之后,單片機U3開始工作并初始
化,啟動鍵盤掃描程序,用戶由鍵盤U2輸入設(shè)定半導(dǎo)體激光器LD的
工作溫度值T0和最大溫度值T1;接著啟動溫度采集程序,接收由AD
轉(zhuǎn)換電路U4傳來的數(shù)據(jù),獲得采集溫度T2;然后判斷采集溫度T2是
否越限(即T2〉T1 ),如果采集溫度T2高于設(shè)定的最大溫度值T1,則
調(diào)用報警保護程序,由報警保護電路U1產(chǎn)生報警信號;若在正常溫度
范圍內(nèi),則調(diào)用數(shù)據(jù)處理程序,根據(jù)設(shè)定的工作溫度值TO和檢測的溫
度值T2的比較,計算機產(chǎn)生相應(yīng)的脈寬調(diào)制信號,通過該脈寬調(diào)制信
號來控制半導(dǎo)體的溫度;延遲0.5秒后,繼續(xù)采集溫度、產(chǎn)生控制信號, 從而實現(xiàn)半導(dǎo)體激光器溫度的自動控制。
經(jīng)試用表明,本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單,快速、準(zhǔn)確地顯示和控制半導(dǎo) 體激光器的溫度并且能自動斷電保護的特點。
權(quán)利要求
1、一種半導(dǎo)體激光器溫度控制系統(tǒng),其特征是包括報警保護電路(U1)、按鍵顯示電路(U2)、單片機(U3)、AD轉(zhuǎn)換電路(U4)、溫度傳感電路(U5)、光電隔離電路(U6)和熱電制冷器驅(qū)動電路(U7),其各個部分的連接關(guān)系為所述的報警保護電路(U1)、按鍵顯示電路(U2)、AD轉(zhuǎn)換電路(U4)和光電隔離電路(U6)都與單片機(U3)相連,所述的AD轉(zhuǎn)換電路(U4)的另一端與所述的溫度傳感電路(U5)相連,所述的光電隔離電路(U6)的另一端與所述的熱電制冷器驅(qū)動電路(U7)相連,所述的溫度傳感電路(U5)和熱電制冷器驅(qū)動電路(U7)與一半導(dǎo)體激光器(LD)相連;所述的溫度傳感電路(U5)內(nèi)部的連接關(guān)系如下第二電阻(R2)的一端接+5v電壓,該第二電阻(R2)的另一端與所述的半導(dǎo)體激光器(LD)內(nèi)部的熱敏電阻(R6)和雙電壓放大器的第一運算放大器(Q7A)的正向輸入端(3)的節(jié)點相連,所述的熱敏電阻(R6)的另一端接地;第三電阻(R3)的一端接+5v電壓,另一端接第一電位器(R5)與雙電壓放大器的第二運算放大器(Q7B)的正向輸入端(5)的節(jié)點相連,第一電位器(R5)的另一端接地;第一運算放大器(Q7A)的負向輸入端(2)與該運算放大器(Q7A)輸出端(1)相連后再接第三運算放大器(Q8)的負向輸入端(10),該負向輸入端(10)經(jīng)第八電阻(R8)與該運算放大器(Q8)的輸出端(9)相連,所述的第二運算放大器(Q7B)的負向輸入端(6)與輸出端(7)相連后再接第三運算放大器(Q8)的正向輸入端(12);該正向輸入端(12)通過第七電阻(R7)接地;所述的運算放大器(Q8)的輸出端(9)連接到所述的AD轉(zhuǎn)換電路(U4);所述的熱電制冷器驅(qū)動電路(U7)內(nèi)部的連接關(guān)系如下電橋驅(qū)動芯片(Q5)的輸入端IN1和IN2接所述的光電隔離電路(U6)的輸出端;Vss端接+5v電壓,Vs端接+8v電壓,ISEN A端接第二電位器(R10)的一端,該第二電位器(R10)的中間抽頭接地;所述的電橋驅(qū)動芯片(Q5)的輸出端OUT1和OUT2分別經(jīng)第一電感(L1)和第二電感(L2)接半導(dǎo)體激光器內(nèi)部的熱電制冷器(P5);第一電感(L1)和第二電感(L2)與半導(dǎo)體激光器內(nèi)部的熱電制冷器(P5)的節(jié)點分別經(jīng)第八電容(C8)和第九電容(C9)接地。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體激光器溫度控制系統(tǒng),其特征在于所述的熱電制冷器驅(qū)動電路(U7)的電橋驅(qū)動芯片為L298,或LMD18200芯片。
全文摘要
一種半導(dǎo)體激光器溫度控制系統(tǒng),由報警保護電路、按鍵顯示電路、單片機、AD轉(zhuǎn)換電路、溫度傳感電路、光電隔離電路和熱電制冷器驅(qū)動電路組成。溫度傳感電路檢測半導(dǎo)體激光器的溫度,將其轉(zhuǎn)換為電壓量,通過AD轉(zhuǎn)換電路之后進入單片機;由單片機根據(jù)檢測到的溫度數(shù)據(jù)和已設(shè)定的參數(shù)來產(chǎn)生驅(qū)動信號,驅(qū)動信號通過光電隔離電路之后,接到熱電制冷器驅(qū)動電路,從而控制熱電制冷器的工作,實現(xiàn)半導(dǎo)體激光器溫度的自動控制。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單,快速、準(zhǔn)確地顯示和控制半導(dǎo)體激光器的溫度并且能自動斷電保護的特點。
文檔編號G05D23/20GK101174155SQ20071004571
公開日2008年5月7日 申請日期2007年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月7日
發(fā)明者軍 周, 張壽棋, 樓祺洪, 董景星, 魏運榮 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所