可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜中激光器溫度補(bǔ)償裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜中激光器溫度補(bǔ)償裝置，包括有ARM芯片，與ARM芯片連的有溫度采集及濾波模塊和電源轉(zhuǎn)換模塊，所述的ARM芯片依次通過DAC芯片及濾波模塊和激光器溫控驅(qū)動與DFB激光器連接，ARM芯片依次通過激光器調(diào)制模塊和激光器電流驅(qū)動與DFB激光器連接。本發(fā)明采用低溫漂元件，減小了元器件溫漂對激光器波長的影響，整個裝置集成度高，體積和功耗比較小，有利于系統(tǒng)的集成和小型化，裝置響應(yīng)速度快，精度高，能夠在1s時間內(nèi)對激光器波長的變化進(jìn)行修正補(bǔ)償。
【專利說明】可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜中激光器溫度補(bǔ)償裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及吸收光譜測量【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜中激光器溫度補(bǔ)償裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜技術(shù)(TDLAS)，利用半導(dǎo)體激光器的波長可調(diào)諧和窄線寬特性，通過電流控制波長掃描獲得氣體特征吸收光譜，具有非侵入、快速響應(yīng)和現(xiàn)場實(shí)時測量等優(yōu)點(diǎn)，在大氣環(huán)境監(jiān)測、節(jié)能減排、火災(zāi)早期預(yù)警、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)過程檢測控制、發(fā)動機(jī)檢測等方面具有良好的應(yīng)用前景。
[0003]但可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器在連續(xù)工作中存在波長漂移的問題，造成激光器波長漂移的原因很多。如:(1)電子元器件非零的溫度系數(shù)；(2)設(shè)定溫度和設(shè)定電流可能會漂移；
[3]隨著周圍環(huán)境溫度的變化，激光器芯片和熱沉溫度間的不完全隔離會導(dǎo)致激光器溫度漂離設(shè)定溫度值而向著周圍環(huán)境溫度漂移；(4)熱敏電阻和激光器芯片的非完全熱耦合連接同樣會造成漂移；(5)掃描波形的直流電平漂移也會引起電流的漂移，因而相繼造成波長漂移。因而在補(bǔ)償?shù)臅r候，需要綜合考慮這些因素的影響。
[0004]TDLAS技術(shù)中所采用的分布反饋式(DFB)半導(dǎo)體激光器，已經(jīng)自帶了溫度控制器，激光器的溫度控制器由熱敏電阻(NTC)和半導(dǎo)體制冷器(TEC)組成，當(dāng)環(huán)境溫度變化時，激光器電流驅(qū)動根據(jù)NTC阻值的大小來調(diào)整TEC的電壓，對激光器制冷或制熱，從而實(shí)現(xiàn)溫度的閉環(huán)控制。但在長時間連續(xù)工作過程中，尤其是環(huán)境溫度變化范圍比較大時，目前商用激光器溫控系統(tǒng)并沒有考慮環(huán)境溫度變化對電路板的影響，激光器的波長會隨環(huán)境溫度發(fā)生變化，對吸光度的計算和濃度反演造成影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜中激光器溫度補(bǔ)償裝置。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜中激光器溫度補(bǔ)償裝置，包括有ARM芯片，與ARM芯片相連的有溫度采集及濾波模塊和電源轉(zhuǎn)換模塊，所述的ARM芯片依次通過DAC芯片及濾波模塊和激光器溫控驅(qū)動與DFB激光器連接，ARM芯片依次通過激光器調(diào)制模塊和激光器電流驅(qū)動與DFB激光器連接，將DFB激光器、激光器溫控驅(qū)動、激光器電流驅(qū)動、溫度采集及濾波模塊、激光器調(diào)制模塊、ARM芯片和DAC芯片及濾波模塊集成于同一 PCB電路板上并放入高低溫試驗(yàn)箱中，調(diào)節(jié)高低溫實(shí)驗(yàn)箱的溫度使溫度在O度到60度之間均勻變化，激光器溫控驅(qū)動上電工作，激光器電流驅(qū)動通過軟啟動上電工作，同時激光器調(diào)制模塊輸出調(diào)制波形，調(diào)制DFB激光器的注入電流，使DFB激光器可以掃描到目標(biāo)吸收線，溫度采集及濾波模塊采集此時的環(huán)境溫度，并傳送給ARM芯片的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，ARM芯片根據(jù)接收到的溫度值和該溫度值對應(yīng)的補(bǔ)償量，驅(qū)動DAC芯片，給激光器溫控驅(qū)動一補(bǔ)償信號，當(dāng)此時的環(huán)境溫度變化時，補(bǔ)償信號相應(yīng)的發(fā)生變化，從而保證DFB激光器波長的穩(wěn)定。
[0007]為保證DFB激光器的出光穩(wěn)定性，激光器溫度驅(qū)動要求高的精確度、高的輸出電流和小尺寸。所述的激光器電流驅(qū)動的噪音小于2 μ A，溫漂為100ppm/°C;激光器溫控驅(qū)動最大輸出2.5A，溫度穩(wěn)定性為0.01 °C。兩者尺寸都和別針大小相當(dāng),便于系統(tǒng)的集成化。
[0008]所述的ARM芯片選用ARM Cotex_M3內(nèi)核的STM32F103處理器，72MHz時鐘頻率，64KB SRAM，使用片上ADC進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，分辨率為12bit，采樣率lMsps。
[0009]使用溫度采集及濾波模塊對環(huán)境溫度進(jìn)行采集，溫度采集及濾波模塊的精度為
0.3°C，同時使用ARM芯片及濾波模塊對溫度進(jìn)行采集，ARM芯片及濾波模塊同時還負(fù)責(zé)激光器調(diào)制波的產(chǎn)生。
[0010]裝置采用16位DAC芯片，可以提高激光器溫度補(bǔ)償?shù)木?。[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:本發(fā)明綜合考慮諸多導(dǎo)致激光器波長漂移的因素，采用低溫漂元件，減小了元器件溫漂對激光器波長的影響，整個裝置集成度高，體積和功耗比較小，有利于系統(tǒng)的集成和小型化，裝置響應(yīng)速度快，精度高，能夠在Is時間內(nèi)對激光器波長的變化進(jìn)行修正補(bǔ)償。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2為本發(fā)明的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]如圖1、2所示，一種可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜中激光器溫度補(bǔ)償裝置，包括有ARM芯片1，與ARM芯片I相連的有溫度采集及濾波模塊7、上位機(jī)9和電源轉(zhuǎn)換模塊5，所述的ARM芯片I依次通過DAC芯片及濾波模塊6和激光器溫控驅(qū)動2與DFB激光器3連接，ARM芯片I依次通過激光器調(diào)制模塊8和激光器電流驅(qū)動4與DFB激光器3連接，將DFB激光器3、激光器溫控驅(qū)動2、激光器電流驅(qū)動4、溫度采集及濾波模塊7、激光器調(diào)制模塊8、ARM芯片I和DAC芯片及濾波模塊6集成于同一 PCB電路板上并放入高低溫試驗(yàn)箱中，調(diào)節(jié)高低溫實(shí)驗(yàn)箱的溫度使溫度在O度到60度之間均勻變化，激光器溫控驅(qū)動2上電工作，激光器電流驅(qū)動4通過軟啟動上電工作，同時激光器調(diào)制模塊8輸出調(diào)制波形，調(diào)制DFB激光器的注入電流，使DFB激光器可以掃描到目標(biāo)吸收線，溫度采集及濾波模塊7采集此時的環(huán)境溫度，并與上位機(jī)9進(jìn)行通訊，上位機(jī)9采集水汽的吸收譜線和溫度采集及濾波模塊7傳送的溫度值，從而得到激光器波長隨環(huán)境溫度變化的特征值，進(jìn)而得到確切的補(bǔ)償量，將此補(bǔ)償量燒寫至ARM芯片I中，ARM芯片I根據(jù)接收到的溫度值和確定的補(bǔ)償量，驅(qū)動DAC芯片及濾波模塊6，給激光器溫控驅(qū)動2 —補(bǔ)償信號，當(dāng)此時的環(huán)境溫度變化時，補(bǔ)償信號相應(yīng)的發(fā)生變化，從而保證DFB激光器波長的穩(wěn)定。
[0015]所述的激光器電流驅(qū)動4的噪音小于2 μ Α，溫漂為IOOppm/°C ;激光器溫控驅(qū)動2最大輸出2.5A，溫度穩(wěn)定性為0.01 °C。
[0016]所述的ARM芯片I選用ARM Cotex_M3內(nèi)核的STM32F103處理器，72MHz時鐘頻率，64KB SRAM，使用片上ADC進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，分辨率為12bit，采樣率lMsps。
【權(quán)利要求】
1.一種可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜中激光器溫度補(bǔ)償裝置，其特征在于:包括有ARM芯片，與ARM芯片相連的有溫度采集及濾波模塊、電源轉(zhuǎn)換模塊，所述的ARM芯片依次通過DAC芯片及濾波模塊和激光器溫控驅(qū)動與DFB激光器連接，ARM芯片依次通過激光器調(diào)制模塊和激光器電流驅(qū)動與DFB激光器連接，將DFB激光器、激光器溫控驅(qū)動、激光器電流驅(qū)動、溫度采集及濾波模塊、激光器調(diào)制模塊、ARM芯片和DAC芯片及濾波模塊集成于同一 PCB電路板上并放入高低溫試驗(yàn)箱中，調(diào)節(jié)高低溫實(shí)驗(yàn)箱的溫度使溫度在O度到60度之間均勻變化，激光器溫控驅(qū)動上電工作，激光器電流驅(qū)動通過軟啟動上電工作，同時激光器調(diào)制模塊輸出調(diào)制波形，調(diào)制DFB激光器的注入電流，使DFB激光器可以掃描到目標(biāo)吸收線，溫度采集及濾波模塊采集此時的環(huán)境溫度，ARM芯片根據(jù)接收到的溫度值，驅(qū)動DAC芯片，給激光器溫控驅(qū)動一補(bǔ)償信號，當(dāng)此時的環(huán)境溫度變化時，補(bǔ)償信號相應(yīng)的發(fā)生變化，從而保證DFB激光器波長的穩(wěn)定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜中激光器溫度補(bǔ)償裝置，其特征在于:所述的激光器電流驅(qū)動的噪音小于2 μ A，溫漂為100ppm/°C ;激光器溫控驅(qū)動最大輸出2.5A，溫度穩(wěn)定性為0.01°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)諧半導(dǎo)體激光吸收光譜中激光器溫度補(bǔ)償裝置，其特征在于:所述的ARM芯片選用ARM Cotex-M3內(nèi)核的STM32F103處理器，72MHz時鐘頻率，64KBSRAM，使用片上ADC進(jìn)行數(shù)據(jù)·采集，分辨率為12bit，采樣率lMsps。
【文檔編號】H01S5/068GK103594923SQ201310454490
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】闞瑞峰, 袁松, 何亞柏, 許振宇, 阮俊, 姚路, 陳久瑛 申請人:中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所