本发明专利技术激光在线气体分析仪中激光器的温度控制系统；解决的技术问题为：提供一种具有较高的温度控制精度的激光在线气体分析仪中激光器的温度控制系统；采用的技术方案为：包括激光器本体、热电制冷器驱动电路、FPGA芯片、PID控制器、减法器、电压跟随器、DAC转换器、ADC转换器和温度监控电路，热电制冷器驱动电路分别与FPGA芯片、PID控制器和激光器本体相连，减法器分别与PID控制器、电压跟随器和激光器本体相连，电压跟随器通过DAC转换器与FPGA芯片相连，FPGA芯片还通过ADC转换器分别与热电制冷器驱动电路和温度监控电路相连，温度监控电路与激光器本体相连；适用于激光器领域。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术激光在线气体分析仪中激光器的温度控制系统；解决的技术问题为：提供一种具有较高的温度控制精度的激光在线气体分析仪中激光器的温度控制系统；采用的技术方案为：包括激光器本体、热电制冷器驱动电路、FPGA芯片、PID控制器、减法器、电压跟随器、DAC转换器、ADC转换器和温度监控电路，热电制冷器驱动电路分别与FPGA芯片、PID控制器和激光器本体相连，减法器分别与PID控制器、电压跟随器和激光器本体相连，电压跟随器通过DAC转换器与FPGA芯片相连，FPGA芯片还通过ADC转换器分别与热电制冷器驱动电路和温度监控电路相连，温度监控电路与激光器本体相连；适用于激光器领域。【专利说明】激光在线气体分析仪中激光器的温度控制系统
本专利技术涉及一种温度控制系统，具体涉及激光在线气体分析仪中激光器的温度控制系统。
技术介绍
在激光在线气体分析系统中，激光器是非常重要的器件，在目前的激光在线气体分析系统中，采用的技术有两种:直接吸收光谱技术和波长调制光谱技术(WMS)，相较于直接吸收光谱技术，波长调制光谱技术(WMS)由于其可将系统的测量灵敏度提高10(Γ1000倍而得到更广泛的应用；在采用WMS的激光在线气体分析系统中，要想精确地测量出气体的浓度，就需要能够线性地、高分辨率地改变激光器的波长，而激光器的波长和探头中的光线光栅易受温度的影响而产生漂移，进而使整个气体分析系统的性能受到影响。 为了解决上述问题，通常会在激光器中设置温度控制器，以使激光器的内部温度保持在一定范围内，从而达到对激光器输出波长的精确调谐，而在激光器中设置温度控制器的普遍方式是:在激光器内部集成热电制冷器(TEC)和热敏电阻，其中，热电制冷器(TEC)又称半导体制冷器，当有电流从TEC流过时，电流产生的热量会从TEC的一侧传到另一侧，这样，达到了 TEC —端吸热、另一端放热的效果，进而实现TEC的加热和制冷功能，；工作时，热敏电阻实时检测激光器内部的温度，经过温度控制电路来控制流过TEC的电流的大小和方向，使热量从TEC的一侧传到另一侧，从而控制激光器的内部管芯温度，保证激光器的正常工作；目前DFB激光器的波长调谐范围只达到:T5nm，气体的吸收线宽一般为1pm量级，通过理论计算，要想实现激光器波长的精确调谐，温控系统的温度稳定度要达到0.02°C以上；目前，常用的TEC温度控制电路大都采用分立元器件搭建而成，而且均根据设计人员的经验来确定参数值，控制精度较低，并且分立元器件在设计中较易受到噪声的干扰，不仅使得精度不易控制，还使得温控完成难度较大、稳定性较低，而国内市场上较好的温度控制器其温控稳定度才达到0.1°C，国外市场上能满足需求的温度控制器又价钱高昂，有的甚至高达几万美金，因此，亟需寻求一种自主研发的、具有高精度的温度控制性能的用于激光在线气体分析仪中激光器的温度控制系统，以达到对激光器波长的稳定控制输出。
技术实现思路
本专利技术克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为:提供一种具有较高的温度控制精度的激光在线气体分析仪中激光器的温度控制系统。 为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为:激光在线气体分析仪中激光器的温度控制系统，包括:内部设有热电制冷器和热敏电阻的激光器本体，所述温度控制系统还包括:热电制冷器驱动电路、FPGA芯片、PID控制器、减法器、电压跟随器、DAC转换器、ADC转换器和温度监控电路，所述热电制冷器驱动电路分别与FPGA芯片、PID控制器和激光器本体相连，所述减法器分别与PID控制器、电压跟随器和激光器本体相连，所述电压跟随器通过DAC转换器与FPGA芯片相连，所述FPGA芯片还通过ADC转换器分别与热电制冷器驱动电路和温度监控电路相连，所述温度监控电路与激光器本体相连。 所述热电制冷器驱动电路包括:型号为MAX1968的驱动芯片Ul，所述驱动芯片Ul的模拟电源输入端VDD并接所有电源输入端PVDDl和所有电源输入端PVDD2后与+3.3V电压相连，所述驱动芯片Ul的开关频率选择端FREQ接地，所述驱动芯片Ul的模拟电源输入端VDD和模拟地之间设置有滤波电容Cl，所述驱动芯片Ul的所有连接在一起的电源输入端PVDDl和所有连接在一起的电源功率地端PGNDl之间设置有滤波电容C2，所述驱动芯片Ul的所有连接在一起的电源输入端PVDD2和所有连接在一起的电源功率地端PGND2之间设置有滤波电容C3，所述驱动芯片Ul的参考电压输出端REF并接滤波电容C4的一端和电阻Rl的一端后与电阻R2的一端相连，所述滤波电容C4的另一端接地，所述电阻Rl的另一端串接电阻R3后接地，所述电阻R2的另一端串接电阻R4后接地，所述驱动芯片Ul的最大正向电流端MAXIP与参考电压输出端REF相连，所述驱动芯片Ul的最大反向电流端MAXIN与电阻Rl和电阻R3之间的连线相连，所述驱动芯片Ul的最大电压端MAXV与电阻R2和电阻R4之间的连线相连，所述驱动芯片Ul的EP端与模拟地端GND相连，所述驱动芯片Ul的关断控制输入端SHEN#并接电阻R5的一端后与所述FPGA芯片的控制信号输出端Al相连，所述电阻R5的另一端接地，所述驱动芯片Ul的电流镜像输出端ITEC与所述ADC转换器的信号输入端BI相连，所述驱动芯片Ul的电流控制补偿端COMP通过电容C5接地，所述驱动芯片Ul的所有驱动电流输出端LX2连接在一起后与电感L2的一端相连，所述电感L2的另一端并接去耦电容C6的一端后与电压输出感应端0S2相连，所述去耦电容C6的另一端接地，所述驱动芯片Ul的所有驱动电流输出端LXl连接在一起后与电感LI的一端相连，所述电感LI的另一端并接去耦电容C7的一端后与电流输出感应端CS相连，所述去耦电容C7的另一端接地；所述激光器本体中热电制冷器的正输入端TEC+并接电阻R6的一端后与所述驱动芯片Ul的电压输出感应端OSl相连，所述电阻R6的另一端与所述驱动芯片Ul的电流输出感应端CS相连，所述激光器本体中热电制冷器的负输入端TEC-并接电容CS的一端后与所述驱动芯片Ul的电压输出感应端0S2相连，所述电容CS的另一端与所述驱动芯片Ul的电流输出感应端CS相连，所述激光器本体中热敏电阻的TH-端接地，热敏电阻的TH+端串接电阻R7后与所述驱动芯片Ul的参考电压输出端REF相连；所述减法器包括:运算放大器U2，所述运算放大器U2的反相输入端并接电阻R13的一端后与所述热敏电阻的TH+端和电阻R7之间的连线相连，所述运算放大器U2的同相输入端串接电阻R8后与运算放大器U2的输出端相连，所述运算放大器U2的电源端并接电容C9的一端后与+5V电压相连，所述电容C9的另一端和运算放大器U2的接地端均接地；所述电压跟随器包括:运算放大器U3，所述运算放大器U3的同相输入端与所述DAC转换器的输出端Cl相连，所述运算放大器U3的反相输入端并接电阻R9的一端后与运算放大器U3的输出端相连，所述电阻R9的另一端与所述运算放大器U2的同相输入端相连；所述PID控制器包括:运算放大器U4，所述运算放大器U4的同相输入端与所述驱动芯片Ul的参考电压输出端REF相连，所述运算放大器U4的反相输入端并接电阻RlO的一端、本文档来自技高网...
【技术保护点】
激光在线气体分析仪中激光器的温度控制系统，包括：内部设有热电制冷器（1）和热敏电阻（2）的激光器本体（3），其特征在于：所述温度控制系统还包括：热电制冷器驱动电路（4）、FPGA芯片（5）、PID控制器（6）、减法器（7）、电压跟随器（8）、DAC转换器（9）、ADC转换器（10）和温度监控电路（11），所述热电制冷器驱动电路（4）分别与FPGA芯片（5）、PID控制器（6）和激光器本体（3）相连，所述减法器（7）分别与PID控制器（6）、电压跟随器（8）和激光器本体（3）相连，所述电压跟随器（8）通过DAC转换器（9）与FPGA芯片（5）相连，所述FPGA芯片（5）还通过ADC转换器（10）分别与热电制冷器驱动电路（4）和温度监控电路（11）相连，所述温度监控电路（11）与激光器本体（3）相连。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：武学春，郭晓成，董超，刘武洲，丁桂峰，
申请(专利权)人：山西森达源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山西;14
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