一种激光器温度控制系统的软启动方法技术方案

本发明专利技术属于激光气体检测领域，涉及一种激光器温度控制系统的软启动方法，通过本方法计算得到激光器温度控制系统的延迟启动时间，以降低激光气体检测装置上电瞬态大电流，减小激光器温度控制电路常规启动电流和启动功耗，保证整机工作稳定性，增加整机传输距离，从而解决当环境温度差异过大造成激光气体检测装置测量偏差过大、测量失效以及无法正常启动的问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
一种激光器温度控制系统的软启动方法


[0001]本专利技术属于激光气体检测领域，涉及一种激光器温度控制系统的软启动方法。

技术介绍

[0002]可调谐二极管激光吸收光谱技术(TDLAS)是一种将激光应用于吸收光谱测量技术的光学和光谱学测量方法。TDLAS利用半导体激光窄线宽和快速调谐的特性，通过检测吸收分子的一条孤立的振转吸收线，可以实现对气体的快速检测。激光气体检测装置是基于TDLAS原理，通过单片机控制电路对激光器进行电流调制，使激光器发出特定波长的激光穿过气体监测区域后，到达反射面并被反射回光探测器，若激光穿过的气体区域中存在被检测的特征气体，激光将与被该气体吸收，特征气体浓度越高，吸收量越大，光探测器将监测到激光强度的变化并反馈至单片机控制电路进行处理，最终由信号输出电路将浓度结果显示出来。
[0003]目前采用可调谐半导体激光吸收光谱原理的(TDLAS)检测装置，主要安装在工况条件恶劣的环境中长期工作，检测装置容易受到环境异常高温、低温及高湿度等因素影响，导致激光器与散热结构耦合效率衰减、激光器温度控制系统效率下降等现象。当环境温度差异过大时，由于上述问题导致激光器温控系统在上电时，启动电流过大产生温控电路震荡，致使检测装置测量偏差过大、测量失效，或者因本安电源限流，检测装置无法正常启动。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种激光器温度控制系统的软启动方法，以降低激光气体检测装置在上电阶段出现的温控电路瞬态大电流，同时减小激光器温度控制电路常规启动电流和启动功耗，保证整机工作稳定性，增加整机传输距离，满足工矿企业的长期安全生产需求。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]激光器温度控制系统包括微控制器、环境温度检测电路、激光器电流扫描电路、激光器温度负反馈控制系统，所述激光器温度负反馈控制系统包括数模转换模块、DFB激光器、PID控制单元、TEC控制器；包括以下步骤：
[0007]S1：根据DFB激光器的热沉特性，调节PID控制单元参数，使激光器温度负反馈控制系统的响应时间t
rise
≤10s，系统的稳定建立时间t
setting
≤150s；
[0008]S2：微控制器禁止TEC控制器上电工作，读取环境温度检测电路测量的环境温度为T
E
；
[0009]S3：根据DFB激光器中心吸收峰对应的工作温度值，MCU设定激光器的目标温度T
S
；
[0010]S4：计算目标温度T
S
与环境温度T
E
的温差，判断温差是否大于等于预设温差阈值；
[0011]S5：设定调节激光器温度的正向迭代总步长为N
H
，负向迭代总步长为N
C
，n＝1，迭代间隔时间周期τ＝t
rise
，t
rise
为激光器温度负反馈控制系统的冲激响应时间；
[0012]当温差大于等于预设温差阈值，在微控制器MCU启动集成TEC控制器时，立即启动
注入激光器扫描电流I
L
，协同集成TEC控制器给DFB激光器加热，然后计算调节激光器温度值f(n)；
[0013]当温差小于等于预设温差阈值，则在激光器完成温度迭代调节软启动前，激光器停止注入扫描电流I
L
，以减小激光器温控系统的启动电流，先计算调节激光器温度值f(n)；
[0014]S6：令n＝n+1，当n小于正向迭代总步长或负向迭代总步长时，对调节激光器温度值f(n)进行迭代；当n等于正向迭代总步长或负向迭代总步长时，结束迭代；
[0015]S7：根据迭代次数N计算软启动时间t
soft
，使激光温度控制系统延迟t
soft
启动。
[0016]进一步，所述预设温差阈值为5℃。
[0017]进一步，在所述S5中，计算调节激光器温度值f(n)的方法为：
[0018][0019]其中，n＝1,2,3
…
N
H
，N
C
(N＝N
C
≥5)。一般N
C
≥N
H
≥5时，大幅减小TEC启动工作电流I。
[0020]进一步，所述S7中，计算软启动时间t
soft
的方法具体为：
[0021]t
soft
＝τ
·
N
C
＝t
rise
·
N。
[0022]进一步，所述S5中，扫描工作电流I
L
的注入扫描时间为：
[0023][0024]其中，ε(n)为单位阶跃函数，n＝1,2,3
…
N
C
(N＝N
C
≥5)。
[0025]进一步，激光器温度负反馈控制系统的响应时间t
rise
≤6s，系统的稳定建立时间t
setting
≤120s。本方案采取更加精确的范围数值，计算出的软启动延迟时间对于系统启动整体的稳定性更好。
[0026]本专利技术的有益效果在于：
[0027]采用本方案后，可大幅减小温控系统启动电流I，避免由于启动电流I过大使热电制冷器TEC处于低效能值区域，从而避免温控系统由负反馈反转为正反馈统产生自激震荡，进而提高温控系统的稳定性，避免因温控系统崩溃导致传感器无法正常启动和工作。同时，温控系统的启动I幅值明显减小，使激光气体传感器最远带载传输距离达到6km以上。
[0028]本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0029]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作优选的详细描述，其中：
[0030]图1为激光器温度控制系统软启动原理框图；
[0031]图2为激光器温控系统软启动算法流程；
[0032]图3为DAC温度设置电路及环境温度采用电路；
[0033]图4为激光器波长扫描电路；
[0034]图5为GO(s)冲激响应曲线；
[0035]图6为高温60℃温控瞬态启动大电流；
[0036]图7为高温60℃温控软启动瞬态大电流；
[0037]图8为本方法启动下可达到的最远带载传输距离实验结果。
具体实施方式
[0038]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光器温度控制系统的软启动方法，激光器温度控制系统包括微控制器、环境温度检测电路、激光器电流扫描电路、激光器温度负反馈控制系统，所述激光器温度负反馈控制系统包括数模转换模块、DFB激光器、PID控制单元、TEC控制器；其特征在于：包括以下步骤：S1：根据DFB激光器的热沉特性，调节PID控制单元参数，使激光器温度负反馈控制系统的响应时间t
rise
≤10s，系统的稳定建立时间t
setting
≤150s；S2：微控制器禁止TEC控制器上电工作，读取环境温度检测电路测量的环境温度为T
E
；S3：根据DFB激光器中心吸收峰对应的工作温度值，MCU设定激光器的目标温度T
S
；S4：计算目标温度T
S
与环境温度T
E
的温差，判断温差是否大于等于预设温差阈值；S5：设定调节激光器温度的正向迭代总步长为N
H
，负向迭代总步长为N
C
，n＝1，迭代间隔时间周期τ＝t
rise
，t
rise
为激光器温度负反馈控制系统的冲激响应时间；当温差大于等于预设温差阈值，在微控制器MCU启动集成TEC控制器时，立即启动注入激光器扫描电流I
L
，协同集成TEC控制器给DFB激光器加热，然后计算调节激光器温度值f(n)；当温差小于等于预设温差阈值，则在激光器完成温度迭代调节软启动前，激光器停止注入扫描电流I
L
，以减小激光器温控系统的启动电流，先计算调节激光器温度值f(n)；S6：令n＝n+1...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭清华，于庆，樊荣，饶兴鑫，张书林，孙世岭，王尧，槐利，梁光清，张远征，赵庆川，吴科，周德胜，张华乾，
申请(专利权)人：中煤科工集团重庆研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：