本文選題：半導(dǎo)體激光器 + FPGA��； 參考：《湖北工業(yè)大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：為了實(shí)現(xiàn)對(duì)半導(dǎo)體激光器溫度的高精度控制,利用熱電制冷器、熱敏電阻與相應(yīng)的散熱裝置,結(jié)合可編程邏輯門(mén)陣列(Field㧟Programmable Gate Array,FPGA)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái),設(shè)計(jì)了一套半導(dǎo)體激光器溫度控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。具體涉及到的研究?jī)?nèi)容包括如下:首先,提出了一種基于時(shí)間常數(shù)測(cè)量熱敏電阻阻值來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量的方法,并充分利用FPGA的硬件邏輯功能,實(shí)現(xiàn)了寬范圍高精度的溫度檢測(cè)。實(shí)際的測(cè)量范圍為10°C~50°C,在覆蓋有效利用范圍內(nèi)測(cè)量分辨率達(dá)到0.0031°C。其次,應(yīng)用熱力學(xué)分析方法,對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了理論分析,建立了該溫控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型與相應(yīng)的傳遞函數(shù)。在取得了半導(dǎo)體激光器溫度數(shù)據(jù)的條件下,根據(jù)模型參數(shù)的特點(diǎn),提出了一種結(jié)合階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)曲線,應(yīng)用非線性曲線最小二乘擬合進(jìn)行模型參數(shù)的辨識(shí)方法。在此基礎(chǔ)上,利用模型參數(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)仿真。仿真擬合結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比對(duì)表明:仿真擬合曲線與實(shí)驗(yàn)曲線結(jié)果一致,擬合的模型參數(shù)具有較高的預(yù)測(cè)精度。這些結(jié)論的模型參數(shù)為進(jìn)一步溫度控制算法所涉及的參數(shù)優(yōu)化提供了理論依據(jù)。最后,在結(jié)合傳統(tǒng)比例㧟積分㧟微分溫度控制方法的基礎(chǔ)上,根據(jù)熱電制冷器溫度控制非對(duì)稱(chēng)性的特點(diǎn),提出了一種熱平衡開(kāi)關(guān)式制冷制熱的方法。按照此方法改進(jìn)了熱電制冷器驅(qū)動(dòng)方式,針對(duì)不同環(huán)境與目標(biāo)溫度,設(shè)置了兩種不同的工作模式。在不同工作模式下,提出了一種結(jié)合砰㧟砰控制和PID控制溫度的方案,利用砰㧟砰控制的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)溫控系統(tǒng)快速響應(yīng)。同時(shí),結(jié)合特征辨識(shí)的模型參數(shù),利用數(shù)字PID算法實(shí)現(xiàn)溫度的微調(diào)整。實(shí)驗(yàn)結(jié)論與理論分析驗(yàn)證了,在熱平衡開(kāi)關(guān)制冷制熱的方法下,結(jié)合砰㧟砰控制和PID控制的溫度控制方案的可行性,溫度控制精度優(yōu)于±0.025°C。
[Abstract]:In order to control the temperature of semiconductor laser with high precision, the embedded system development platform is developed by using thermoelectric cooler, thermistor and the corresponding heat dissipation device, combining with the programmable logic gate array (FPGA), the programmable gate array (PLGA) and the programmable gate array (FPGA). An experimental system for temperature control of semiconductor lasers is designed. The specific research contents are as follows: firstly, a method of temperature measurement based on time constant measurement of thermistor resistance is proposed, and the hardware logic function of FPGA is fully utilized to realize wide range and high precision temperature detection. The actual measurement range is 10 擄C ~ (50 擄C) and the resolution is 0.0031 擄C within the range of effective use. Secondly, the thermodynamic analysis method is used to analyze the experimental system theoretically, and the mathematical model and the corresponding transfer function of the temperature control experimental system are established. Under the condition that the temperature data of semiconductor laser are obtained and according to the characteristics of the model parameters, a method of identifying the model parameters by using the least square fitting of the nonlinear curve is proposed, which combines the experimental curve of step response. On this basis, the model parameters are used to simulate the system. The comparison of the simulation results with the experimental results shows that the simulated fitting curve is consistent with the experimental curve, and the fitted model parameters have high prediction accuracy. The model parameters of these conclusions provide a theoretical basis for the optimization of the parameters involved in the further temperature control algorithm. Finally, in combination with traditional proportions? Points? On the basis of the differential temperature control method, according to the characteristics of temperature control asymmetry of thermoelectric chiller, a heat balance switch refrigeration heating method is proposed. According to this method, the driving mode of thermoelectric cooler is improved, and two different working modes are set for different environment and target temperature. In different working modes, a combined bang? Pop control and PID control temperature scheme, using bang? The characteristic of bang control realizes the quick response of temperature control system. At the same time, the digital PID algorithm is used to realize the micro-adjustment of temperature in combination with the model parameters of feature identification. The experimental results and theoretical analysis verify that, under the method of heat balance switch refrigeration and heating, combined with bang? The temperature control scheme of bang control and PID control is feasible, and the precision of temperature control is better than 鹵0.025 擄C.
【學(xué)位授予單位】：湖北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TN248.4

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李世忠,朱振寧;用于光電流光譜研究的半導(dǎo)體激光器的線性溫度調(diào)制[J];中國(guó)激光;2000年07期

2 盧洪斌,王向朝,王學(xué)鋒,錢(qián)鋒,宋松,陳高庭,方祖捷;半導(dǎo)體激光器光強(qiáng)光熱調(diào)制特性的研究[J];中國(guó)激光;2000年11期

3 胡貴軍,王燕,郭玉彬,李曉濱;半導(dǎo)體激光器噪聲測(cè)試系統(tǒng)[J];長(zhǎng)春郵電學(xué)院學(xué)報(bào);2000年02期

4 何萍譯;半導(dǎo)體激光器在塑料焊接中的應(yīng)用[J];電子產(chǎn)品世界;2000年11期

5 譚朝文;光盤(pán)系統(tǒng)用半導(dǎo)體激光器[J];國(guó)外電子元器件;2000年11期

6 禹延光,穆曉明,強(qiáng)錫富;低于閾值運(yùn)行的半導(dǎo)體激光器內(nèi)自混合干涉現(xiàn)象——實(shí)驗(yàn)觀察及理論分析[J];光學(xué)技術(shù);2000年02期

7 江濤;用半導(dǎo)體激光器栽培萵苣成功[J];紅外;2000年03期

8 李維暉,佟秋麗;淺談半導(dǎo)體激光器在物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J];大學(xué)物理實(shí)驗(yàn);2000年04期

9 ;半導(dǎo)體激光器[J];中國(guó)光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)文摘;2001年01期

10 ;半導(dǎo)體激光器[J];中國(guó)光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)文摘;2001年06期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 張興德;;半導(dǎo)體激光器的進(jìn)展及其在軍事上的應(yīng)用[A];西部大開(kāi)發(fā) 科教先行與可持續(xù)發(fā)展——中國(guó)科協(xié)2000年學(xué)術(shù)年會(huì)文集[C];2000年

2 陳良惠;;我國(guó)半導(dǎo)體激光器的新進(jìn)展(報(bào)告內(nèi)容摘要)[A];光電技術(shù)與系統(tǒng)文選——中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)光電技術(shù)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)成立二十周年暨第十一屆全國(guó)光電技術(shù)與系統(tǒng)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2005年

3 張玉馳;王曉勇;李剛;王軍民;張?zhí)觳?;自由運(yùn)轉(zhuǎn)半導(dǎo)體激光器邊模間的強(qiáng)度起伏關(guān)聯(lián)[A];中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)2006年學(xué)術(shù)大會(huì)論文摘要集[C];2006年

4 雷志鋒;黃云;楊少華;;半導(dǎo)體激光器的可靠性篩選和壽命評(píng)價(jià)[A];中國(guó)電子學(xué)會(huì)可靠性分會(huì)第十三屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文選[C];2006年

5 徐強(qiáng);;半導(dǎo)體激光器的矢量光場(chǎng)分析[A];中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)2011年學(xué)術(shù)大會(huì)摘要集[C];2011年

6 肖樹(shù)妹;梅海平;黃宏華;饒瑞中;;半導(dǎo)體激光器電流頻率調(diào)制率的測(cè)量[A];第九屆全國(guó)光電技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集（上冊(cè)）[C];2010年

7 胡靜芳;陳斌;陸道理;詹敦平;;基于半導(dǎo)體激光器的近紅外農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)專(zhuān)用檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)[A];科學(xué)儀器服務(wù)民生學(xué)術(shù)大會(huì)論文集[C];2011年

8 劉賢炳;梁元濤;李蔚;楊名;丁勇;楊寧;徐國(guó)偉;龍熙平;楊鑄;;直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器的非線性動(dòng)力學(xué)特性研究[A];全國(guó)第十次光纖通信暨第十一屆集成光學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議（OFCIO’2001）論文集[C];2001年

9 陳炳林;張河;孫全意;;微型大電流窄脈寬半導(dǎo)體激光器電源的研究[A];中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)論文集[C];2004年

10 許文海;王艷;林龍濤;;半導(dǎo)體激光器環(huán)境溫度控制儀的研究[A];2004全國(guó)測(cè)控、計(jì)量與儀器儀表學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（下冊(cè)）[C];2004年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 ;半導(dǎo)體激光器應(yīng)用市場(chǎng)廣闊[N];中國(guó)電子報(bào);2000年

2 正　子;超寬帶半導(dǎo)體激光器問(wèn)世[N];光明日?qǐng)?bào);2002年

3 王晶;朗訊貝爾實(shí)驗(yàn)室推出新款半導(dǎo)體激光器[N];通信產(chǎn)業(yè)報(bào);2002年

4 周碩;日亞化學(xué)推出488nm波長(zhǎng)半導(dǎo)體激光器[N];電子資訊時(shí)報(bào);2008年

5 ;高性能超寬帶半導(dǎo)體激光器[N];人民郵電;2002年

6 記者 齊芳邋通訊員 劉力;我國(guó)氮化鎵藍(lán)光半導(dǎo)體激光器研究取得重大突破[N];光明日?qǐng)?bào);2007年

7 中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所研究員 惠州市中科光電有限公司副總經(jīng)理 李玉璋;光存儲(chǔ)技術(shù)升級(jí)考驗(yàn)元器件配套能力[N];中國(guó)電子報(bào);2005年

8 劉晶;超寬帶半導(dǎo)體激光器問(wèn)世[N];中國(guó)電子報(bào);2002年

9 邵珍珍 本報(bào)記者 張顯峰;藍(lán)光半導(dǎo)體激光器讓300張光盤(pán)變1張[N];科技日?qǐng)?bào);2005年

10 記者 張兆軍;我大功率半導(dǎo)體激光器“刺破”國(guó)外技術(shù)壁壘[N];科技日?qǐng)?bào);2012年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 鄧軍;半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)模式與可靠性研究[D];吉林大學(xué);2008年

2 郜峰利;半導(dǎo)體激光器低頻電噪聲的特性及其檢測(cè)技術(shù)研究[D];吉林大學(xué);2008年

3 馮列峰;半導(dǎo)體激光器光電特性的研究[D];天津大學(xué);2007年

4 李再金;半導(dǎo)體激光器腔面光學(xué)膜關(guān)鍵技術(shù)研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所）;2010年

5 常國(guó)龍;半導(dǎo)體激光器輻射效應(yīng)及影響研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

6 范賢光;脈沖注入式半導(dǎo)體激光器電—光—熱特性及其測(cè)試技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

7 程?hào)|明;無(wú)鋁半導(dǎo)體激光器列陣及其組裝技術(shù)的研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所）;2003年

8 曹軍勝;半導(dǎo)體激光器及其列陣的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)研究[D];吉林大學(xué);2007年

9 徐強(qiáng);半導(dǎo)體激光器光束傳輸特性研究[D];西安電子科技大學(xué);2007年

10 張明江;光注入半導(dǎo)體激光器的非線性動(dòng)態(tài)特性及其應(yīng)用研究[D];天津大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 曹瑞明;半導(dǎo)體激光器功率穩(wěn)定性的研究[D];哈爾濱理工大學(xué);2008年

2 段啟金;半導(dǎo)體激光器自混合干涉式振動(dòng)測(cè)量研究[D];華中科技大學(xué);2007年

3 王瑩;半導(dǎo)體激光器電導(dǎo)數(shù)測(cè)量與可靠性分析[D];吉林大學(xué);2009年

4 唐曦;延時(shí)光電反饋半導(dǎo)體激光器雙穩(wěn)特性研究[D];西南大學(xué);2009年

5 朱琳;高精度溫控半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)[D];電子科技大學(xué);2009年

6 陳兆麟;脈沖式半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)器的研究與設(shè)計(jì)[D];東北師范大學(xué);2009年

7 劉璐;延遲光電反饋半導(dǎo)體激光器中混沌動(dòng)力學(xué)研究[D];長(zhǎng)春理工大學(xué);2009年

8 王立東;連續(xù)可調(diào)恒流的半導(dǎo)體激光器恒溫控制[D];大連理工大學(xué);2008年

9 謝海鶴;半導(dǎo)體激光器的解耦控制理論及方法研究[D];南昌航空大學(xué);2009年

10 華大龍;雙路連續(xù)輸出半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)[D];江南大學(xué);2009年

，

本文編號(hào)：1915652