0放大處理后的所述電壓信號(hào)，并使所述溫度補(bǔ)償控制電路130輸出的信號(hào)趨于穩(wěn) 定;所述制冷器驅(qū)動(dòng)電路140分別與所述半導(dǎo)體激光器150和所述溫度補(bǔ)償控制電路130連 接，以控制所述半導(dǎo)體激光器150制冷或制熱，使得所述半導(dǎo)體激光器的150工作環(huán)境溫度 恒定。
[0031] 具體來(lái)說(shuō)，對(duì)于溫度測(cè)量電路110而言，溫度測(cè)量110電路至少包括溫度傳感器。而 在溫度傳感器中，熱敏電阻的溫度敏感性最高，常用在高精度溫控中。請(qǐng)如圖4所示是電阻 電橋電路，它可用來(lái)測(cè)量電阻的微小變化。由連成四邊形的四個(gè)電阻組成，其中一個(gè)對(duì)角接 激勵(lì)電壓源V b，而另一個(gè)對(duì)角則接電壓檢測(cè)器，電壓檢測(cè)器測(cè)量?jī)蓚€(gè)分壓電阻中點(diǎn)間的電 壓V。在電橋應(yīng)用中，常常存在多個(gè)可變器件作為傳感器，下表示出了一個(gè)到四個(gè)可變器件 的
[0032]
電橋電路。表中線性誤差0.5%/%表示變化元件的變化率為△ R/R時(shí)，電橋的非線性為 0.5 AR/R，這種非線性不是變化元件引起的，而是電橋自身引起的。通常情況下，變化元件 也有非線性，總的非線性是兩種非線性的疊加。
[0033] 在本發(fā)明實(shí)施例中，由于在設(shè)計(jì)電路中，熱敏電阻變化是非常微弱的，必須用專門(mén) 的電路來(lái)測(cè)量這種微弱的變化。因此，請(qǐng)參閱圖5,本發(fā)明實(shí)施例選用惠斯通電橋電路來(lái)檢 測(cè)熱敏電阻阻值變化，使電阻值的線性變化轉(zhuǎn)化為電壓差的線性變化。作為優(yōu)選，本發(fā)明實(shí) 施例提供的惠斯通電橋電路由高精密電阻R5、R6、R7和熱敏電阻Rth，電位器Rset連成四邊 形，稱為電橋的四個(gè)臂。四邊形的一個(gè)對(duì)角線輸出，稱為"橋"；四邊形的另一對(duì)角線接上電 源，稱為電橋的"電源對(duì)角線"。通過(guò)設(shè)定Rset的阻值大小來(lái)設(shè)定系統(tǒng)的工作溫度。當(dāng)熱敏電 阻檢測(cè)溫度和設(shè)定溫度大小相等時(shí)，AV = 0;當(dāng)系統(tǒng)溫度改變時(shí)，使得電橋平衡被打破，輸 出AV矣0。電路將這種不平衡輸入到后面的電路中進(jìn)行溫度調(diào)控。需要說(shuō)明的是，在本發(fā)明 實(shí)施例中，惠斯通電橋電路設(shè)計(jì)，發(fā)揮了電橋比較差值的特點(diǎn)，通過(guò)差值比較的方法，一定 程度上提高了熱敏電阻測(cè)量精度。其中電橋使用高精度電阻，可達(dá)到最大精度的技術(shù)效果。
[0034] 正如上述所述，作為優(yōu)選，本發(fā)明實(shí)施例中所述溫度傳感器是采用具有負(fù)溫度系 數(shù)的熱敏電阻；且所述溫度測(cè)量電路還包括惠斯通電橋電路，以通過(guò)所述惠斯通電橋電路 來(lái)檢測(cè)所述熱敏電阻的阻值變化。需要說(shuō)明的是，采用具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻的溫度 傳感器也僅是本發(fā)明實(shí)施例中的一種實(shí)施方式，并非局限。
[0035]進(jìn)一步地，對(duì)于放大電路120而言，請(qǐng)參閱圖6所示的傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單運(yùn)放電路。此電路 形式簡(jiǎn)單，能夠?qū)崿F(xiàn)單電源工作，但性能不佳。運(yùn)放的輸入偏置電流和反饋電阻Rp導(dǎo)致電橋 不對(duì)稱，漂移大同時(shí)必須仔細(xì)地選擇反饋電阻以滿足運(yùn)放的共模抑制比，而且輸出是非線 性的，同時(shí)請(qǐng)參閱圖7。在本發(fā)明實(shí)施例中，放大電路120是由0P07D構(gòu)成的運(yùn)放差分放大電 路，由于差分放大電路，具有求差的功能，在數(shù)學(xué)領(lǐng)域即可作為比較模塊。在比較模塊中，電 路的作用是差分放大，可以將電橋產(chǎn)生的微弱電壓差值表征出來(lái)，實(shí)現(xiàn)高精度溫度測(cè)量，有 了高精度的溫度監(jiān)測(cè)，即可為高精度溫度控制打基礎(chǔ)。
[0036] 進(jìn)一步地，對(duì)于溫度補(bǔ)償控制電路130而言，請(qǐng)參閱圖8所示的PID調(diào)節(jié)器示意圖， 具體而言，PID調(diào)節(jié)器是一種線性調(diào)節(jié)器，它將給定值r(t)與實(shí)際輸出值c(t)的偏差的比例 (P)、積分(I)、微分(D)通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制。PID調(diào)節(jié)器的微分
.，式中e(t)=r(t)-c(t);PID調(diào)節(jié)器的傳輸函數(shù)
在本發(fā)明實(shí)施例中，PID調(diào)節(jié)器各校正環(huán)節(jié)的作用：比例 環(huán)節(jié)：即時(shí)成比例地反應(yīng)控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生控制作 用以減小偏差。積分環(huán)節(jié):主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無(wú)差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于 積分時(shí)間常數(shù)TI，TI越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。微分環(huán)節(jié):能反應(yīng)偏差信號(hào)的變化趨 勢(shì)(變化速率），并能在偏差信號(hào)的值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信 號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減小調(diào)節(jié)時(shí)間。
[0037] 在本發(fā)明實(shí)施例中的溫度補(bǔ)償控制電路130,通過(guò)比例環(huán)節(jié)Ρ，即時(shí)成比例地反應(yīng) 控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用以減小偏差。通過(guò)積分 環(huán)節(jié)I主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無(wú)差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)TI，TI 越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。通過(guò)微分環(huán)節(jié)，反應(yīng)偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)(變化速率），并 能在偏差信號(hào)的值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng) 的動(dòng)作速度，減小調(diào)節(jié)時(shí)間。最終進(jìn)過(guò)PID調(diào)節(jié)電路，使輸出信號(hào)趨于穩(wěn)定。
[0038] 進(jìn)一步地，對(duì)于制冷器驅(qū)動(dòng)電路140而言，請(qǐng)參閱圖9所示的制冷器驅(qū)動(dòng)電路140中 硬件分布示意圖。其中，制冷器驅(qū)動(dòng)電路140至少包括銅連接器160和半導(dǎo)體制冷器170。所 述銅連接器160將所述半導(dǎo)體激光器150和所述半導(dǎo)體制冷器170連接在一起，且所述熱敏 電阻置于所述銅連接器160中。本發(fā)明實(shí)施例中的半導(dǎo)體制冷器170是用兩種不同半導(dǎo)體材 料(Ρ型和Ν型）組成ΡΝ結(jié)，當(dāng)ΡΝ結(jié)中有直流電通過(guò)時(shí)，由于兩種材料中的電子和空穴在跨越 ΡΝ結(jié)移動(dòng)過(guò)程中的熱效應(yīng)（即帕爾帖效應(yīng)），就會(huì)使ΡΝ結(jié)表現(xiàn)出制冷或制熱的效果，改變電 流方向即可實(shí)現(xiàn)TEC的制冷或制熱，調(diào)節(jié)電流大小即可控制制冷量輸出。為此本發(fā)明實(shí)施例 在電路中還設(shè)計(jì)了一個(gè)線性驅(qū)動(dòng)電路，以滿足半導(dǎo)體制冷器170的正常工作。由于溫度控制 電路要求驅(qū)動(dòng)TEC的電流是雙向的，因此本發(fā)明實(shí)施例選擇應(yīng)用TEC的開(kāi)關(guān)式功率驅(qū)動(dòng)電。 且作為溫度調(diào)節(jié)部分，TEC必須與被控對(duì)象半導(dǎo)體激光器結(jié)合，這樣才能實(shí)現(xiàn)溫度的調(diào)制。 需要特別說(shuō)明的是，在本發(fā)明實(shí)施例中，通過(guò)銅連接器160將所述半導(dǎo)體激光器150和所述 半導(dǎo)體制冷器170連接在一起，銅具有良好的導(dǎo)熱性。熱敏電阻置于銅連接器160中，這樣能 更好更均勻的檢測(cè)整系統(tǒng)的溫度。
[0039] 在本發(fā)明實(shí)施例中，作為優(yōu)選，在各部件連接處用導(dǎo)熱硅膠將空隙填滿.各端面均 勻涂導(dǎo)熱硅膠，并保證端面接觸面平整.由于TEC需要的電流很大，所以R取一個(gè)較低阻值的 大功率電阻，且要遠(yuǎn)離溫度器件和傳感器以避免其自身發(fā)熱影響系統(tǒng)工作。
[0040] 請(qǐng)繼續(xù)如圖2所示，本發(fā)明的又一實(shí)施例提供了一種用于高敏檢測(cè)的方法，具體包 括如下步驟：
[0041] 步驟201，檢測(cè)半導(dǎo)體激光器工作過(guò)程中的溫度信號(hào)；其中，通過(guò)內(nèi)部集成的負(fù)溫 度系數(shù)的熱敏電阻檢測(cè)半導(dǎo)體激光器工作過(guò)程中的溫度信號(hào)。
[0042]步驟202,將所述溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)；其中，通過(guò)惠斯通電橋電路將所述溫 度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。
[0043]步驟203,將所述電壓信號(hào)與預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)溫度作比較得出差值信號(hào)；
[0044]步驟204,通過(guò)溫度補(bǔ)償控制電路對(duì)所述差值信號(hào)進(jìn)行控制，使其輸出信號(hào)趨于穩(wěn) 定；
[0045]步驟205,依據(jù)所述輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制所述半導(dǎo)體激光器制冷或者制熱， 以保證所述半導(dǎo)體激光器在恒溫環(huán)境下工作。
[0046]在步驟204之前，本發(fā)明的又一實(shí)施例先將所述差值信號(hào)通過(guò)放大電路進(jìn)行放大 后，在通過(guò)溫度補(bǔ)償控制電路對(duì)所述差值信號(hào)進(jìn)行控制，使其輸出信號(hào)趨于穩(wěn)定。且所述放 大電路是由0P07D構(gòu)成的運(yùn)放差分放大電路。
[0047] 具體而言，激光的波長(zhǎng)與溫度有關(guān)，隨著溫度的升高，半導(dǎo)體激光器150的發(fā)射波 長(zhǎng)以階躍形式跳躍變化，每一步內(nèi)的變化，是由諧振腔內(nèi)模式的變化引起的，跳躍是由增益 曲線移動(dòng)的縱模之間的跳變引起的。準(zhǔn)確的檢測(cè)被控對(duì)象的溫度是實(shí)現(xiàn)高精確度溫度控制 的前提，因此也是硬件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一步。在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，通過(guò)內(nèi)部集成的負(fù)溫度 系數(shù)的熱敏電阻把溫度變化的信號(hào)快速轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后與預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)溫度作比較 得到差值。在這里本發(fā)明的又一實(shí)施例用到了惠斯通電橋，它能將微弱的電阻信號(hào)轉(zhuǎn)化為 電壓信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的精密控制。再將微弱的電壓信號(hào)經(jīng)儀用放大電路放大，經(jīng)信號(hào) 處理后驅(qū)動(dòng)同樣是其內(nèi)部集成的致冷器，以