本文關(guān)鍵詞：應(yīng)用于CO氣體檢測的DFB激光器驅(qū)動及溫控電路的設(shè)計

  更多相關(guān)文章： CO氣體檢測 DFB激光器 可編程波形發(fā)生器 壓控恒流源 溫度控制器

【摘要】：一氧化碳（CO）是一種無色、無味且有劇毒性的氣體，會使人在毫無察覺的情況下中毒。工業(yè)生產(chǎn)過程中，由于爐門密封不嚴(yán)、礦井下煤炭自燃等原因會導(dǎo)致的CO泄露，往往會引發(fā)重大人員傷亡事故。因此，研制針對CO氣體檢測的預(yù)警系統(tǒng)將會對工業(yè)安全生產(chǎn)提供重要的保障。可調(diào)諧激光二極管吸收光譜（TDLAS）技術(shù)如今廣泛應(yīng)用于氣體檢測中，它是利用激光器輸出特定波段的光譜掃描被檢測氣體的吸收躍遷譜線，并提取探測信號中的二次諧波獲取相應(yīng)的氣體濃度信息。該類氣體檢測系統(tǒng)中通常使用分布負(fù)反饋(DFB)激光器作為光源,由于DFB激光器的輸出光功率及波長受到工作電流和工作溫度雙重因素影響，，所以需要專門設(shè)計激光器驅(qū)動及溫度控制電路對工作條件加以控制。 本論文針對應(yīng)用于CO氣體檢測的1563nm DFB激光器設(shè)計了一款具有高精度的激光器驅(qū)動及溫控電路系統(tǒng)。硬件電路設(shè)計中，采用了可編程波形發(fā)生器產(chǎn)生高頻正弦波和低頻三角波，經(jīng)調(diào)制后的驅(qū)動信號控制壓控恒流源對激光器進(jìn)行驅(qū)動；采用熱電制冷器驅(qū)動芯片LTC1923驅(qū)動熱電制冷器(TEC),根據(jù)模擬PID控制原理使DFB激光器工作在指定溫度；設(shè)計了一款低噪聲高精度的穩(wěn)壓電源對系統(tǒng)供電，以提高驅(qū)動電路工作穩(wěn)定度；激光器保護(hù)部分設(shè)計了電源軟啟動、過流保護(hù)電路、浪涌保護(hù)等一系列保護(hù)措施；人機(jī)交互部分設(shè)計了LCD顯示、鍵盤陣列、通信接口等電路。軟件部分設(shè)計包括：溫度控制程序、中斷程序、接口程序等。測試實(shí)驗(yàn)部分開展了電源性能測試、驅(qū)動波形測試、恒流源性能測試、激光器溫度控制實(shí)驗(yàn)。 本論文中激光器驅(qū)動及溫控系統(tǒng)功能指標(biāo)如下： （1）激光器驅(qū)動及溫控由低紋波低噪聲的線性穩(wěn)壓電源供電，輸出電壓+5V時，紋波幅度為2mV，紋波系數(shù)為0.04%。 （2）雙DDS可以同步輸出兩種頻率、幅度可調(diào)的三角波和正弦波，經(jīng)加法器疊加后輸出調(diào)制驅(qū)動信號。 （3）壓控恒流源輸出電流范圍可調(diào)控在0mA-200mA之間，并且兼具良好的非線性誤差和穩(wěn)定性。 （4）溫控器可以將DFB激光器的工作溫度準(zhǔn)確地控制在[6℃，50℃]區(qū)間內(nèi)的任意值，溫度調(diào)節(jié)響應(yīng)僅耗時10秒，長時間溫度控制誤差可以控制在±0.01℃以內(nèi)。 （5）本系統(tǒng)為DFB激光器設(shè)計了上電軟啟動、過流保護(hù)、過溫保護(hù)、熱敏電阻開路/短路保護(hù)、TEC過壓/過流保護(hù)以及防浪涌措施等多種保護(hù)電路。
【關(guān)鍵詞】：CO氣體檢測 DFB激光器 可編程波形發(fā)生器 壓控恒流源 溫度控制器
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：R134.4;TN248
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 緒論12-17
• 1.1 課題選題背景及研究意義12-13
• 1.2 國內(nèi)外研究進(jìn)展13-16
• 1.2.1 國內(nèi)外半導(dǎo)體激光器驅(qū)動器研究進(jìn)展13-14
• 1.2.2 國內(nèi)外半導(dǎo)體激光器溫度控制器研究進(jìn)展14-16
• 1.3 論文主要內(nèi)容安排16-17
• 第二章 系統(tǒng)設(shè)計原理17-29
• 2.1 紅外吸收法 CO 檢測系統(tǒng)原理17-18
• 2.2 DFB 激光器基本原理18-22
• 2.2.1 DFB 激光器內(nèi)部結(jié)構(gòu)18-19
• 2.2.2 DFB 激光器基本特性19-22
• 2.3 DFB 激光器溫度控制原理22-28
• 2.3.1 DFB 激光器的封裝結(jié)構(gòu)22-24
• 2.3.2 DFB 激光器 TEC 驅(qū)動器24-25
• 2.3.3 PID 控制原理25-27
• 2.3.4 模擬 PID 控制器27-28
• 2.4 本章小結(jié)28-29
• 第三章 硬件電路設(shè)計29-52
• 3.1 硬件電路總體結(jié)構(gòu)29-30
• 3.2 DFB 激光器驅(qū)動電路30-34
• 3.2.1 調(diào)制波形發(fā)生電路30-32
• 3.2.2 低通濾波器以及加法器電路32-33
• 3.2.3 壓控恒流源電路33-34
• 3.3 DFB 激光器溫度控制電路34-42
• 3.3.1 溫度設(shè)置與差分放大電路35-36
• 3.3.2 TEC 控制器36-41
• 3.3.2.1 H 橋推挽輸出驅(qū)動37-39
• 3.3.2.2 脈沖式電流限制功能39-40
• 3.3.2.3 NTC 熱敏電阻短路/開路監(jiān)測及工作狀態(tài)指示40-41
• 3.3.2.4 TEC 電壓鉗制41
• 3.3.3 A/D 采樣電路41-42
• 3.4 供電電源及保護(hù)電路42-45
• 3.4.1 直流穩(wěn)壓電源42-43
• 3.4.2 基準(zhǔn)源電路43
• 3.4.3 電源軟啟動電路43-44
• 3.4.4 過流保護(hù)電路44-45
• 3.5 主控制器及外設(shè)電路45-48
• 3.5.1 主控制器45-46
• 3.5.2 USB 接口電平轉(zhuǎn)換電路46-47
• 3.5.3 LCD 液晶顯示47-48
• 3.5.4 按鍵48
• 3.6 印刷電路板（PCB）焊接與調(diào)試48-51
• 3.6.1 印刷電路板的設(shè)計48-50
• 3.6.2 系統(tǒng)焊接調(diào)試50-51
• 3.7 本章小結(jié)51-52
• 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計52-62
• 4.1 系統(tǒng)軟件總體結(jié)構(gòu)52-53
• 4.2 溫度控制程序53-55
• 4.3 中斷程序55-57
• 4.3.1 外部中斷與按鍵55-56
• 4.3.2 定時器中斷與串行數(shù)據(jù)傳輸56-57
• 4.4 接口程序57-61
• 4.4.1 DDS 接口程序57-58
• 4.4.2 A/D 接口程序58-59
• 4.4.3 D/A 接口程序59-60
• 4.4.4 LCD 接口程序60-61
• 4.5 本章小結(jié)61-62
• 第五章 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析62-71
• 5.1 電源性能測試62-63
• 5.2 驅(qū)動波形測試63-65
• 5.3 恒流源性能測試65-66
• 5.3.1 恒流源線性度測試65-66
• 5.3.2 恒流源穩(wěn)定性測試66
• 5.4 激光器溫控實(shí)驗(yàn)66-69
• 5.4.1 激光器溫度控制測試66-68
• 5.4.2 溫度控制穩(wěn)定性測試68
• 5.4.3 溫度控制范圍測試68-69
• 5.5 本章小結(jié)69-71
• 第六章 總結(jié)與展望71-73
• 6.1 總結(jié)71
• 6.2 展望71-73
• 參考文獻(xiàn)73-77
• 附錄77-78
• 致謝78

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：964333