高精度半導(dǎo)體激光器溫度傳感與控制系統(tǒng)

　　在精密測(cè)量、激光測(cè)距、激光準(zhǔn)直、光信息處理、光存儲(chǔ)、光計(jì)算機(jī)以及激光引信等方面，半導(dǎo)體激光器具有超小型，高效率、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、易于調(diào)制等優(yōu)點(diǎn)，獲得了廣泛的應(yīng)用。但是溫度的不穩(wěn)定嚴(yán)重影響了半導(dǎo)體激光器的工作狀態(tài)，同時(shí)使得半導(dǎo)體激光器的輸出波長(zhǎng)發(fā)生漂移，大大影響了邁克爾遜干涉測(cè)量。因此在實(shí)際應(yīng)用半導(dǎo)體激光器的時(shí)候，必須對(duì)其工作溫度進(jìn)行精密控制。

　　本文以半導(dǎo)體激光器溫度控制為目的，利用RC串聯(lián)系統(tǒng)充放電原理與熱敏電阻的溫度特性，設(shè)計(jì)了高精度寬范圍的溫度傳感電路，并通過(guò)設(shè)計(jì)二次充放電電路加快充放電時(shí)間，縮短測(cè)量時(shí)間。針對(duì)此系統(tǒng)，利用FPGA+USB的架構(gòu)，設(shè)計(jì)用于數(shù)據(jù)采集的相差脈沖計(jì)數(shù)模塊以及用于數(shù)據(jù)通訊的USB接口模塊。最后，利用固件程序配置USB芯片CY7C68013A，將溫度數(shù)據(jù)通過(guò)USB傳輸?shù)?a target='_blank' class='arckwlink_none'>上位機(jī)，通過(guò)TEC半導(dǎo)體制冷器驅(qū)動(dòng)電路對(duì)激光器加熱或者制冷，并對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了相關(guān)的分析。主要研究?jī)?nèi)容如下：

　　首先，簡(jiǎn)單介紹了半導(dǎo)體激光器的特性，分析了影響半導(dǎo)體激光器輸出波長(zhǎng)的各種因素，得出了溫度是重要因素的結(jié)論，并結(jié)合邁克爾遜干涉實(shí)驗(yàn)，從干涉條紋質(zhì)量的角度說(shuō)明了對(duì)其進(jìn)行溫度控制的必要性。

　　其次，選馭了熱敏電阻為溫度傳感器，通過(guò)與傳統(tǒng)電橋電路比較分析，利用熱敏電阻的負(fù)溫度系數(shù)特性設(shè)計(jì)了RC串聯(lián)充放電電路，其中包括正弦信號(hào)源產(chǎn)生設(shè)計(jì)，二階濾波電路設(shè)計(jì)，放大與比較電路設(shè)計(jì)等。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)和分析了加快充放電時(shí)間的二次充放電電路，也從數(shù)學(xué)角度分析了電阻與溫度的關(guān)系以及比較電壓選取等，同時(shí)也簡(jiǎn)單介紹了整體電路PCB板的制作。

　　第三，系統(tǒng)采用FPGA+USB的架構(gòu)，F(xiàn)PGA作為控制器，USB作為數(shù)據(jù)的傳輸通道。介紹了FPGA與USB相關(guān)技術(shù)，利用Verilog語(yǔ)言設(shè)計(jì)了電路產(chǎn)生的脈寬脈沖計(jì)數(shù)模塊以及數(shù)據(jù)通訊的USB的接口模塊。軟件上，設(shè)計(jì)了USB驅(qū)動(dòng)程序，USB控制芯片的固件程序，與PC通信的Nios II程序。上位機(jī)界面在VC++6.0平臺(tái)下開(kāi)發(fā)，實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)，并控制下位機(jī)通過(guò)TEC驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)TEC進(jìn)行溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)。

　　最后，對(duì)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析。
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