本发明专利技术提供了一种操作更简单，实用性强，能应对不同的工艺要求的QCW准连续光纤激光器及其能量反馈算法。光纤激光器包括互相信号连接的光纤激光器控制机构和光纤激光器发射机构；光纤激光器控制机构包括直流电源模块、主控制模块和人机交互模块；直流电源模块用于为主控制模块和人机交互模块提供电源；直流电源模块包括电磁滤波电路、PFC电路、功率变换电路、变压器和整流滤波电路；PFC电路和功率变换电路由数字控制电路实现软件控制；能量反馈算法，通过采集能量信号Ec和电流信号Ic；按公式En=Eset‑Ec，Iset=Kp*（En‑En‑1）+Ki*En，PWM=Kp*（In‑In‑1）+Ki*In进行运算。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种激光器及其能量反馈算法，具体是指一种QCW准连续光纤激光器及其能量反馈算法。
技术介绍
所谓光纤激光器就是用光纤作激光介质的激光器，1964年世界上第一代玻璃激光器就是光纤激光器。由于光纤的纤芯很细，一般的泵浦源（例如气体放电灯）很难聚焦到芯部。所以在以后的二十余年中光纤激光器没有得到很好的发展。随着半导体激光器泵浦技术的发展，以及光纤通信蓬勃发展的需要，1987年英国南安普顿大学及美国贝尔实验室实验证明了掺铒光纤放大器（EDFA）的可行性。它采用半导体激光光泵掺铒单模光纤对光信号实现放大，这种EDFA已经成为光纤通信中不可缺少的重要器件。由于要将半导体激光泵浦入单模光纤的纤芯（一般直径小于10um），要求半导体激光也必须为单模的，这使得单模EDFA难以实现高功率，报道的最高功率也就几百毫瓦。为了提高功率，1988年左右有人提出光泵由包层进入。初期的设计是圆形的内包层，但由于圆形内包层完美的对称性，使得泵浦吸收效率不高，直到九十年代初矩形内包层的出现，使激光转换效率提高到50%，输出功率达到5瓦。1999年用四个45瓦的半导体激光器从两端泵浦，获得了110瓦的单模连续激光输出。近两年，随着高功率半导体激光器泵浦技术和双包层光纤制作工艺的发展，光纤激光器的输出功率逐步提高，采用单根光纤，已经实现了1000瓦的激光输出。随着光纤通信系统的广泛应用和发展，超快速光电子学、非线性光学、光传感等各种领域应用的研究已得到日益重视。其中，以光纤 作基质的光纤激光器，在降低阈值、振荡波长范围、波长可调谐性能等方面，已明显取得进步，是光通信领域的新兴技术，它可以用于现有的通信系统，使之支 持更高的传输速度，是未来高码率密集波分复用系统和未来相干光通信的基础。光纤激光器技术是研究的热点技术之一。光纤激光器由于其具有绝对理想的光束质量、超高的转换效率、完全免维护、高稳定性以及体积小等优点，对传统的激光行业产生巨大而积极的影响。 最新市场调查显示：光纤激光器供应商将争夺固体激光器及其他激光器在若干关键应用领域的市场份额，而这些市场份额在未来几年将稳步看涨。到2010年，光纤激光器将至少占领工业激光器28亿美元市场份额的四分之一。光纤激光器的销售量将以年增幅愈35%的速度攀升，从2005年的1.4亿美元增至2010年的6.8亿美元。而同期，工业激光器市场每年增幅仅9%，2010年达到28亿美元。现有技术中光纤激光器主要可分为连续光纤激光器和长脉冲光纤激光器；所述的长脉冲光纤激光器又被称为准连续（QCW）光纤激光器，它能产生ms量级的脉冲，占空比为10%。这使得脉冲光具有比连续光高十倍以上的峰值功率，对于钻孔等应用来说非常有利。根据脉宽可将重复频率调制达500Hz。因此，连续就是持续输出。准连续是脉冲输出，但是脉冲的占空比比较大。目前，国内外QCW准连续光纤激光器已经全面使用，特别是在激光焊接和激光切割领域有其独特的优势；和连续光纤激光器相比，其峰值功率可以达到连续光纤激光器的十倍以上，并且具有出色的脉冲功率和能量稳定性；但是其应用门槛高，功能相对简单，为应对复杂的现场工艺要求，外围设备要求较多，使用人员必须具备较高的专业技能；特别是在焊接工艺要求复杂多变的输出功率时，由于现有的控制机构操作复杂且存在相应的算法缺陷，只能提供简单的矩形波或三角波，达不到很好的焊接效果，实用性不强；而且现有的控制机构无法监控实时的功率和能量，随着功率衰减，容易造成现场工艺达不到要求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，提供一种操作更简单，实用性强，能应对不同的工艺要求的QCW准连续光纤激光器及其能量反馈算法。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种QCW准连续光纤激光器，它包括互相信号连接的光纤激光器控制机构和光纤激光器发射机构；所述的光纤激光器控制机构包括直流电源模块、主控制模块和人机交互模块；所述的直流电源模块用于为主控制模块和人机交互模块提供电源；所述的直流电源模块的电源输入端到输出端之间依次电连接有电磁滤波电路、PFC电路、功率变换电路、变压器和整流滤波电路；所述的PFC电路和功率变换电路之间还并联有数字控制电路；所述的数字控制电路分别通过PWM驱动电路与PFC电路和功率变换电路电连接；所述的主控制模块包括DSP主控制芯片和485通讯接口、AD采样激光峰值功率模块和能量反馈运算模块；所述的DSP主控制芯片分别与485通讯接口、AD采样激光峰值功率模块和能量反馈运算模块电连接；所述的人机交互模块与主控制模块电连接。作为优选，所述的主控制模块上设置有外部控制接口，调波形接口、缓升缓降接口、功率外控接口和高速分光接口。作为优选，所述的人机交互模块为带有可通过上位机进行编程设置的触控屏。作为优选，所述的AD采样激光峰值功率模块包括电阻R24、电阻R107、电阻R108、电阻R109、电阻R110、电阻R111、电阻R113、电容C10、电容C101和运算器U5B；所述的运算器U5B的第五引脚通过电阻R113接地，所述的运算器U5B的第五引脚同时通过电阻R110与激光器功率输出端相连；所述的运算器U5B的第六引脚通过电阻R109接入GND1， GND1和激光器功率输出端之间连接有电容C101，所述的GND1和激光器功率输出端之间还连接有电阻R107和电阻R108；所述的电阻R107和电阻R108相串联，电阻R107和电阻R108所在的支路与电容C101所在的支路并联；电阻R107和电阻R108之间设置有一接地的节点；所述的运算器U5B的第七引脚通过电阻R24与ADCTNB1信号接口相连；所述的电阻R24与ADCTNB1信号接口之间设置有一个节点，所述的节点通过电容C10接地；所述的运算器U5B的第六引脚与运算器U5B的第七引脚之间通过电阻R111相连接。本专利技术还提供了一种运用于上述的QCW准连续光纤激光器的能量反馈算法，它包括如下步骤：第一步，中断开始；第二步，通过传感装置采集能量信号Ec和电流信号Ic；第三步，按公式En=Eset-Ec，计算出能量偏差En；第四步，按如下公式进行能量环计算，Iset=Kp*（En-En-1）+Ki*En；第五步，按如下公式进行电流环计算，PWM= Kp*（In-In-1）+Ki*In；第六步，结束运算。采用上述结构后，本专利技术具有如下有益效果：直流电源模块的额定输出功率为2000W，输出48V/42A，其交流输入电压范围90-264V，能适应各地的电压标准，满载时的功率因素达到0.97，具有过载、过压、过温保护。PFC电路采用Boost电路，控制方法采用平均电流法；平均电流模式是目前被广泛使用的一种PFC控制方法，以输入的电压和输出误差放大信号的乘积为电流基准，并且电流环调节电感电流平均值，使其与输入电压同相位并接近正弦波；直接检测电感电流信号，与基准电流比较，其高频分量的变化，通过电流误差放大器平均化处理，经PID运算后，给开关管提供驱动信号，并决定其占空比，于是电流误差被迅速的校正。功率逆变电路采用LLC全桥谐振变换器结构，提高转换效率，它是在全桥变换器的基础上增加了一个串联谐振电容Cr、一个串联谐振电感Lr和一个并联谐振电感Lm；它的优点是在原边能够实现ZVS开通、副边实现ZCS关本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种QCW准连续光纤激光器，其特征在于：它包括互相信号连接的光纤激光器控制机构（1）和光纤激光器发射机构（2）；所述的光纤激光器控制机构（1）包括直流电源模块（3）、主控制模块（4）和人机交互模块（5）；所述的直流电源模块（3）用于为主控制模块（4）和人机交互模块（5）提供电源；所述的直流电源模块（3）的电源输入端到输出端之间依次电连接有电磁滤波电路、PFC电路、功率变换电路、变压器和整流滤波电路；所述的PFC电路和功率变换电路之间还并联有数字控制电路；所述的数字控制电路分别通过PWM驱动电路与PFC电路和功率变换电路电连接；所述的主控制模块（4）包括DSP主控制芯片和485通讯接口、AD采样激光峰值功率模块和能量反馈运算模块；所述的DSP主控制芯片分别与485通讯接口、AD采样激光峰值功率模块和能量反馈运算模块电连接；所述的人机交互模块（5）与主控制模块（4）电连接。
【技术特征摘要】
1.一种QCW准连续光纤激光器，其特征在于：它包括互相信号连接的光纤激光器控制机构（1）和光纤激光器发射机构（2）；所述的光纤激光器控制机构（1）包括直流电源模块（3）、主控制模块（4）和人机交互模块（5）；所述的直流电源模块（3）用于为主控制模块（4）和人机交互模块（5）提供电源；所述的直流电源模块（3）的电源输入端到输出端之间依次电连接有电磁滤波电路、PFC电路、功率变换电路、变压器和整流滤波电路；所述的PFC电路和功率变换电路之间还并联有数字控制电路；所述的数字控制电路分别通过PWM驱动电路与PFC电路和功率变换电路电连接；所述的主控制模块（4）包括DSP主控制芯片和485通讯接口、AD采样激光峰值功率模块和能量反馈运算模块；所述的DSP主控制芯片分别与485通讯接口、AD采样激光峰值功率模块和能量反馈运算模块电连接；所述的人机交互模块（5）与主控制模块（4）电连接。2.根据权利要求1所述的QCW准连续光纤激光器，其特征在于：所述的主控制模块（4）上设置有外部控制接口，调波形接口、缓升缓降接口、功率外控接口和高速分光接口。3.根据权利要求1所述的QCW准连续光纤激光器，其特征在于：所述的人机交互模块（5）为带有可通过上位机进行编程设置的触控屏。4.根据权利要求1所述的QCW准连续光纤激光器，其特征在于：所述的AD采样激光峰值功率模块包括电阻R24、电阻R107、电阻R108、...
【专利技术属性】
技术研发人员：任俊闯，李勇，
申请(专利权)人：武汉一本光电有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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