低功耗高稳定激光器温度闭环控制系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种低功耗高稳定激光器温度闭环控制系统及方法，该系统包括语音芯片、非平衡电桥、仪表放大器和功率放大器，语音芯片包括第一DAC电路、双通道ADC电路、第二DAC电路和DSP内核处理器，非平衡电桥分别与热敏电阻以及第一DAC电路连接，仪表放大器与非平衡电桥连接，双通道ADC电路分别与第一DAC电路和仪表放大器连接，DSP内核处理器根据电桥激励信号和放大后的电桥输出信号计算获取温度控制电压信号，功率放大器与第二DAC电路连接，功率放大器用于放大温度控制电压信号并根据放大的温度控制电压信号激励电加热片。应用本发明专利技术的技术方案，以解决现有技术中激光器温度控制系统测温漂移较大，不宜用于低功耗、低温漂的工程应用环境的技术问题。的工程应用环境的技术问题。的工程应用环境的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
低功耗高稳定激光器温度闭环控制系统及方法


[0001]本专利技术涉及激光器
，尤其涉及一种低功耗高稳定激光器温度闭环控制系统及方法。

技术介绍

[0002]VCSEL激光器用于原子磁强计和原子陀螺的原子驱动与信号检测，其温度稳定性直接影响激光频率的稳定性，从而影响传感器磁场测量及闭环控制的稳定性，制约着原子陀螺、磁强计精度的提升。
[0003]交流温度测量方法是利用单个热敏电阻作为温度敏感元件，利用非平衡交流电桥差动检测热敏电阻阻值变化引起的交流电压的幅值变化，进而实现温度的测量；交流加热则是通过幅度可调的正弦信号进行驱动。传统的幅值解调方式采用的是高速ADC芯片对电桥激励信号和输出信号进行同步采样，然后利用数字相关运算等方式在处理器中实现解调；加热驱动信号则是通过高速DAC芯片直接产生幅度变化的正弦信号，再通过功率器件进行二级放大，实现对VCSEL激光器的加热。但该方法对ADC芯片、DAC芯片及处理器的运行速度等指标要求较高，功耗较大；而且由于采用的均是分立器件，高低温环境下，系统测温漂移较大，不宜用于低功耗、低温漂的工程应用环境。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种低功耗高稳定激光器温度闭环控制系统及方法，能够解决现有技术中激光器温度控制系统测温漂移较大，不宜用于低功耗、低温漂的工程应用环境的技术问题。
[0005]根据本专利技术的一方面，提供了一种低功耗高稳定激光器温度闭环控制系统，低功耗高稳定激光器温度闭环控制系统包括：语音芯片，语音芯片包括第一DAC电路、双通道ADC电路、第二DAC电路和DSP内核处理器，第一DAC电路、双通道ADC电路、第二DAC电路分别与DSP内核处理器连接，第一DAC电路用于产生电桥激励信号；非平衡电桥，非平衡电桥分别与热敏电阻以及第一DAC电路连接，热敏电阻贴敷于激光器上，非平衡电桥用于根据电桥激励信号以及热敏电阻的阻值生成电桥输出信号；仪表放大器，仪表放大器与非平衡电桥连接，仪表放大器用于对非平衡电桥的电桥输出信号进行放大，双通道ADC电路分别与第一DAC电路和仪表放大器连接，双通道ADC电路用于将电桥激励信号和放大后的电桥输出信号输出至DSP内核处理器，DSP内核处理器根据电桥激励信号和放大后的电桥输出信号完成自相关运算和互相关运算以获取激光器的温度以及根据激光器的温度计算获取温度控制电压信号；功率放大器，功率放大器与第二DAC电路连接，第二DAC电路用于将温度控制电压信号输出至功率放大器，功率放大器用于放大温度控制电压信号并根据放大的温度控制电压信号激励电加热片以实现激光器的温度闭环控制。
[0006]进一步地，激光器的温度可根据来获取，热敏电阻的阻值
R可根据来获取，其中，R0为非平衡电桥的桥臂电阻，R1为仪表放大器的放大倍数调节电阻，P
out1
″
为滤波及简化后的互相关运算的结果，P
out2
″
为滤波及简化后的自相关运算的结果。
[0007]进一步地，DSP内核处理器根据对放大后的电桥输出信号与电桥激励信号之间进行互相关计算，其中，V
O
′
UT
为放大后的电桥输出信号，V
IN
为电桥激励信号，A为电桥激励信号的幅值，B为放大后的电桥输出信号的幅值，ω
c
为放大后的电桥输出信号与电桥激励信号的频率，θ1为电桥激励信号的相位，θ2为放大后的电桥输出信号的相位，P
out1
为互相关运算的结果。
[0008]进一步地，DSP内核处理器根据对电桥激励信号进行自相关计算，其中，P
out2
为互相关运算的结果。
[0009]进一步地，DSP内核处理器根据V
HEAT
＝u(k)
·
V
DAC
输出温度控制电压信号V
HEAT
，其中，V
DAC
为第二DAC电路输出的标准信号，k
p
为比例系数，k
i
为积分系数，k
d
为微分系数，k为当前时刻，k
‑
1为上一时刻，e(k)为当前时刻激光器温度T与期望值T
set
之间的差值，e(k
‑
1)为上一时刻激光器温度T与期望值T
set
之间的差值。
[0010]进一步地，激光器温度闭环控制系统还包括第一二阶低通滤波器和第一二阶高通滤波器，第一DAC电路、第一二阶低通滤波器、第一二阶高通滤波器以及非平衡电桥依次相连接，第一二阶低通滤波器用于对第一DAC电路输出的电桥激励信号进行低通滤波，第一二阶高通滤波器用于对低通滤波后的电桥激励信号进行高通滤波。
[0011]进一步地，激光器温度闭环控制系统还包括阻抗匹配电路，阻抗匹配电路分别与仪表放大器以及双通道ADC电路连接，阻抗匹配电路用于提高放大后的电桥输出信号与语音芯片的控制电路之间的阻抗匹配性能。
[0012]进一步地，激光器温度闭环控制系统还包括第二二阶低通滤波器，第二二阶低通滤波器分别与阻抗匹配电路和双通道ADC电路连接，第二二阶低通滤波器用于对放大后的电桥输出信号以及电桥激励信号进行低通滤波。
[0013]进一步地，激光器温度闭环控制系统还包括第三二阶低通滤波器和第二二阶高通滤波器，第二DAC电路、第三二阶低通滤波器、第二二阶高通滤波器以及功率放大器依次连接，第三二阶低通滤波器用于对温度控制电压信号进行低通滤波，第二二阶高通滤波器用于对低通滤波后的温度控制电压信号进行高通滤波。
[0014]根据本专利技术的另一方面，提供了一种低功耗高稳定激光器温度闭环控制方法，低功耗高稳定激光器温度闭环控制方法使用如上所述的低功耗高稳定激光器温度闭环控制系统进行温度闭环控制，激光器温度闭环控制方法包括：由语音芯片的第一DAC电路产生电
桥激励信号；非平衡电桥根据电桥激励信号以及热敏电阻的阻值生成电桥输出信号；仪表放大器对电桥输出信号进行放大；语音芯片的双通道ADC电路将电桥激励信号和放大后的电桥输出信号输出至语音芯片的DSP内核处理器；DSP内核处理器根据电桥激励信号和放大后的电桥输出信号完成自相关运算和互相关运算以获取激光器的温度以及根据激光器的温度计算获取温度控制电压信号；语音芯片的第二DAC电路将温度控制电压信号输出至功率放大器；功率放大器用于放大温度控制电压信号并根据放大的温度控制电压信号激励电加热片以实现激光器的温度闭环控制。
[0015]应用本专利技术的技术方案，提供了一种低功耗高稳定激光器温度闭环控制系统，该温度闭环控制系统采用基于语音芯片等低功耗集成电路的温度解调方法及加热驱动信号控制，代替传统的基于高速ADC、高速DAC及FPGA等高功率分立器件的温度解调方法及加热驱动信号控制，在保证控温稳定性的基础上，减小温度测量漂移，降低系统功耗，进而提高系统的环境适应性，满足原子磁强计和原子陀螺的工程应用需求。
附图说明
[001本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低功耗高稳定激光器温度闭环控制系统，其特征在于，所述低功耗高稳定激光器温度闭环控制系统包括：语音芯片(10)，所述语音芯片(10)包括第一DAC电路(11)、双通道ADC电路(12)、第二DAC电路(13)和DSP内核处理器(14)，所述第一DAC电路(11)、所述双通道ADC电路(12)、所述第二DAC电路(13)分别与所述DSP内核处理器(14)连接，所述第一DAC电路(11)用于产生电桥激励信号；非平衡电桥(20)，所述非平衡电桥(20)分别与热敏电阻以及所述第一DAC电路(11)连接，所述热敏电阻贴敷于激光器上，所述非平衡电桥(20)用于根据所述电桥激励信号以及热敏电阻的阻值生成电桥输出信号；仪表放大器(30)，所述仪表放大器(30)与所述非平衡电桥(20)连接，所述仪表放大器(30)用于对所述非平衡电桥(20)的电桥输出信号进行放大，所述双通道ADC电路(12)分别与所述第一DAC电路(11)和所述仪表放大器(30)连接，所述双通道ADC电路(12)用于将所述电桥激励信号和放大后的所述电桥输出信号输出至所述DSP内核处理器(14)，所述DSP内核处理器(14)根据所述电桥激励信号和放大后的所述电桥输出信号完成自相关运算和互相关运算以获取激光器的温度以及根据所述激光器的温度计算获取温度控制电压信号；功率放大器(40)，所述功率放大器(40)与所述第二DAC电路(13)连接，所述第二DAC电路(13)用于将所述温度控制电压信号输出至所述功率放大器(40)，所述功率放大器(40)用于放大所述温度控制电压信号并根据放大的温度控制电压信号激励电加热片以实现激光器的温度闭环控制。2.根据权利要求1所述的低功耗高稳定激光器温度闭环控制系统，其特征在于，所述激光器的温度可根据来获取，所述热敏电阻的阻值R可根据来获取，其中，R0为所述非平衡电桥(20)的桥臂电阻，R1为所述仪表放大器(30)的放大倍数调节电阻，P
out1
″
为滤波及简化后的互相关运算的结果，P
out2
″
为滤波及简化后的自相关运算的结果。3.根据权利要求2所述的低功耗高稳定激光器温度闭环控制系统，其特征在于，所述DSP内核处理器(14)根据对放大后的所述电桥输出信号与所述电桥激励信号之间进行互相关计算，其中，V
′
OUT
为放大后的所述电桥输出信号，V
IN
为电桥激励信号，A为所述电桥激励信号的幅值，B为放大后的所述电桥输出信号的幅值，ω
c
为放大后的所述电桥输出信号与所述电桥激励信号的频率，θ1为所述电桥激励信号的相位，θ2为放大后的所述电桥输出信号的相位，P
out1
为互相关运算的结果。4.根据权利要求1至3中任一项所述的低功耗高稳定激光器温度闭环控制系统，其特征
在于，所述DSP内核处理器(14)根据对所述电桥激励信号进行自相关计算，其中，P
out2
为互相关运算的结果。5.根据权利要求4所述的低功耗高稳定激光器温度闭环控制系统，其特征在于，所述DSP内核处理器(14)根据V
HEAT
＝u(k)
·
V
DAC
输出温度控制电压信号V
HEAT
，其中，V
DAC...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦杰，薛帅，万双爱，刘建丰，
申请(专利权)人：北京自动化控制设备研究所，
类型：发明
国别省市：