[发明专利]半导体激光器智能化嵌入式监控系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体激光器功率回路参数、内部环境参数的智能化嵌入式监控系统。

背景技术

半导体激光器已经被广泛应用于通信、医疗、材料生产等方面，并且正在被推广到更多的应用领域。在当前激光器先进应用领域，很多从事激光器研究与制造的大型公司，如美国相干、IPG、德国通快等，都已经具备完善的激光器制造体系，其激光器涉及领域也十分宽广。这些大型公司在寻求激光器安全、可靠工作的过程中，将温度控制器TEC加入到激光器系统中，以提高激光器工作的稳定度。但这种设计仍然是将监控系统与激光器输出分离开，不能做到实时检测与控制。因此缺乏一种嵌入到激光器工作系统的监控系统，和激光器作为一个整体进行工作，实现激光器工作的智能化改造，为核心部分激光器工作提供真正的保障。

发明内容

本发明的半导体激光器智能化嵌入式监控系统，包含激光器监控单元板和激光器监控终端。激光器监控单元板负责激光器相关参数的采集并下达终端传递的控制命令，激光器监控终端则负责汇总所有的参数信息并反映给使用者清晰易读的结论，还要能对所有的激光器监控单元板进行控制。

本发明所述激光器监控单元板，将与激光器工作相关的参数划分为功率回路参数以及内部环境参数。功率回路参数包括：输出电压，输出电流，电路中重要节点处电流，输出功率，输出脉冲的频率、正脉冲宽度、数量等，内部环境参数包括：环境温度、相对湿度、PD值以及激光器件的出光时间等。

所述激光器监控单元板解决这两种参数的测量以及控制。具体包括：

1、使用合适的微控制器作为控制核心，制作智能控制模块。

2、对激光器驱动输出的电流、电压和脉冲波形等功率回路参数进行采集，计算实际输出功率，并反馈控制驱动输出；

3、对环境温度、相对湿度、PD值等内部环境参数进行采集，以采集结果为依据对激光器工作环境进行控制；

本发明所述激光器监控终端，包含激光器监控单元板与监控终端之间搭建的总线结构，两者之间的通信协议约定以及监控终端的上位机软件。

附图说明

图1是本发明半导体激光器智能化嵌入式监控系统组成结构框图。

图2是半导体激光器监控单元板的工作流程图。

图3是半导体激光器智能化嵌入式监控系统智能控制模块结构框图。

图4是半导体激光器智能化嵌入式监控系统的通信协议说明图。

图5是半导体激光器智能化嵌入式监控系统监控终端上位机软件界面图。

具体实施方式

1、功率回路参数的采集与控制

（1）与电路相关参数输出电压，输出电流，电路中重要节点处电流等皆转化为电压信号形式，由差分放大器对电压进行采样，再传至AD进行处理转换得到测量结果，采样的精度和数据处理的方式，越接近实际的采样结果能使系统的准确控制能力大大提高。

（2）输出脉冲由微控制器产生并采集，其输出频率、正脉冲宽度、数量通过微控制器的定时器结构进行测量。

（3）结合输出电压、输出电流以及输出脉冲的正脉冲宽度，微控制器用下式计算出激光器的实时输出功率。其中D_pulse为输出脉冲的占空比。

实时输出功率作为反馈量作用于功率输出部分，对功率回路进行控制。

2、内部环境参数的采集与控制

（1）环境温度采集与控制

采集环境温度使用电阻模拟温度变化的方式，使用的温度传感器种类分为热电偶、热电阻、热敏电阻、集成温度传感器等。

以NTC热敏电阻为例，它能根据环境温度的变化改变自身的阻值。一般情况下，当温度逐渐升高，其阻值不断降低，具体的函数关系如下式：。式中，T₁、T₂的温度单位都为开尔文（K），以绝对温度进行衡量。R_t是NTC在T₁温度下的阻值，R为NTC在常温T₂下的标称阻值，B则是与NTC相关的热敏系数。根据该式，系统能直接采样热敏电阻的当前阻值，进行转换运算后得到相应的采集点温度。

微控制器根据采集点温度，对温度控制系统进行操作。温度控制系统包括散热器、风冷系统、水冷系统等。在激光器工作时，温度控制系统处于开启状态，当采集点温度过高时，温控系统的工作功率提高，对工作系统进行降温，维持工作系统温度的恒定。

（2）相对湿度RH值采集