[实用新型]一种煤矿井下光纤测温中半导体激光器的温控系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体激光器的温控领域，具体为一种煤矿井下光纤测温中半导体激光器温控系统。

背景技术

半导体激光器(LD)具有单色性好、体积小、质量轻、价格低、功耗小、易于调制等优点，在光纤传感及通信中已被广泛应用。半导体激光器输出功率的不稳定主要是由于环境温度的变化使半导体激光器驱动电源的输出电压不稳定，而工作温度的变化将直接引起半导体激光器的输出光中心波长发生漂移，其特性是随温度的升高向长波长方向漂移,通常LD的温度变化应控制在0-0.5℃以内，才能保证在应用电流调制LD时，温度的影响不会造成严重后果。另外，半导体激光器的输出功率受温度的影响也相当严重，因此，对LD的工作温度进行严格的控制，有着非常重要的意义。

根据控制对象、精度要求的不同，有各种各样的控温电路。其中传统的方案有采用反馈模拟电路的温控装置，这类装置都有固定温度工作点，电路一旦制作完成，其所能稳定的工作温度就固定下来，难以实现对工作温度的调制。针对这一问题，系统采用Pt100温度传感器将采样温度转换成电信号，经信号调理电路传至C8051F040，同时与设定温度相比较，在经过PID算法得出相应控制量以PWM信号形式输出。输出信号通过MOSFETH桥的导通和截止驱动TEC对激光器进行制冷和加热。形成一个闭环的控制系统，最终使激光器温度达到设定温度值。综上所述，一种煤矿井下光纤测温中半导体激光器温控系统，不仅结构简单、稳定性强，而且温度调节速度快、控温精度高。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种煤矿井下光纤测温中半导体激光器温控系统，采用高精度温度传感器和半导体制冷器TEC实现温度的闭环反馈调节，实现激光器的高精度温度控制。

为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：一种煤矿井下光纤测温中半导体激光器温控系统，由采样、比较控制、调节三个模块组成，其特征在于采样模块包括温度传感器、信号调理电路；比较控制模块包括核心控制器、数模转化器、液晶显示器和键盘；调节模块包块PWM控制器、MOSFET驱动器、MOSFETH桥和TEC模块。

所述的一种煤矿井下光纤测温中半导体激光器温控系统，其特征在于：所述采样模块包括温度传感器Pt100和蜂鸣器TMB12D05。

所述的一种煤矿井下光纤测温中半导体激光器温控系统，其特征在于：所述比较控制模块包括A/D转化器ICL7109、LCD12864、键盘、核心控制器C8051F040和PWM控制器UC3842。

所述的一种煤矿井下光纤测温中半导体激光器温控系统，其特征在于：所述调节模块包括DRV592MOSFETH桥和TES1-4903P型TEC。

与已有技术相比，本实用新型有益效果体现在：

本实用新型采用PWM控制MOSFETH桥的导通和截止来驱动激光器内部TEC模块，实现激光器高精度的温度控制，可靠性高，结构简单。以C8051F040单片机为数据采集和控制处理核心，根据PID算法调整PWM输出，运算速度快，数字信号处理能力强。

附图说明

图1为本实用新型系统结构图

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实施例系统整体结构图如1所示，一种煤矿井下光纤测温中半导体激光器温控系统可分为采样、比较控制、调节三个部分。系统采样部分采用测量范围大、稳定性好、示值复现性高的铂电阻Pt100作为温度传感器，激光器外腔的温度变化经Pt100转换成电信号，经过放大、滤波、隔离等信号调理电路，送入单片机中。本系统具有工作失效报警指示功能，当铂热电阻Pt100采集到的温度值超过设定温度范围时，C8051F040单片机会输出一信号，通过三极管放大后驱动蜂鸣器发出报警信号。

系统比较控制部分由核心控制器C8051F040和PWM控制器UC3842、A/D转换器、LCD12864和键盘组成。系统采用美国Intersil公司生产的高精度、低噪声、价格低廉的12位双积分A/D转换器ICL7109，采样信号经A/D转换器送入核心控制器中，转换数据的显示采用LCD12864，硬件电路简单。系统采用电流型PWM控制芯片UC3842，单端输出能够直接驱动MOS管，具有管脚少、外围电路简单等优点。在C8051F040控制下，采样温度和设定温度相比较，其差值根据数字PID算法计算出相应的控制量调整PWM控制器的输出。

系统调节部分由MOSFETH桥和TEC模块组成。系统采用TI公司生产的一种高效率、大功率H桥电源驱动集成模块DRV592，具4个大功率MOSFET和过载保护电路，其输出电压范围为2.8～5.5V，最大输出电流为3A。采用海南北冰洋电子制冷技术公司生产的TES1-4903P型TEC模块，TEC是一种根据帕尔贴效应工作的气体热泵，具有体积小、无噪音、质量轻等优点，其允许通过的最大电流为3A，在25℃时的最大输出功率为9.5W，两端的最大电压为5.6V，最高控制温度达67℃。PWM信号输入DRV592进行功率放大，经LC滤波输出直流驱动TEC。当Q3和Q1的MOSFET管导通，Q2和Q4的MOSFET管关闭，即电流从TEC+流向TEC-；反之，控制Q2和Q4导通，Q1和Q3关闭，电流从TEC-流向TEC+，这样就可以实现TEC的制冷和制热。同时激光器的温度再通过铂热电阻Pt100测量并反馈到系统中进行修正，形成一个闭环控制系统，最后使激光器温度达到设定温度值。