CN102983488B - 激光脉冲同步控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光脉冲同步控制器，包括光脉冲信号处理模块、延迟测量控制模块和延迟脉冲信号发生模块。振荡级激光器和放大级激光器分别与光脉冲信号处理模块信号连接，光脉冲信号处理模块与延迟测量控制模块信号连接，延迟测量控制模块与延迟脉冲信号发生模块信号连接，延迟脉冲信号发生模块与振荡级激光器和放大级激光器信号连接。本发明将延迟测量与同步控制集成在一起，实现了激光脉冲的闭环控制，保证激光功率稳定，将微积分的交点作为脉冲延迟时间的测量点，解决了脉冲幅度变化引起的问题，单片机进行数据处理和控制实现激光脉冲同步的闭环控制，大大提高了集成度，节约了成本。

Description

激光脉冲同步控制器
技术领域
本发明属于一种激光脉冲延迟同步控制仪器，具体涉及一种用微积分方法对光脉冲进行处理，用时间测量模块测量脉冲延迟，用单片机系统实现激光脉冲同步闭环控制的激光脉冲同步控制器。 
技术背景
在科学实验、测量和控制领域，许多物理量都与时间间隔相关，需要准确测量时间间隔，并实现同步控制。通常，测量脉冲延时选择脉冲的上升或下降沿作为测量点，但由于激光脉冲幅度的抖动，并且上升、下降沿都有一定的时间，所以，测量点会有很大的抖动或偏差，无法准确测量激光脉冲的延时时间，更不能精确控制。简单采用时间间隔测量装置就会遇到前述问题。
激光脉冲延迟时间的测量还可以采用高速信号采集卡采集光脉冲，再通过计算机软件处理来实现，对于只有几级放大的小型激光振放系统，这样的测量控制系统则过于复杂，成本较高，且占用空间大。
发明内容
本发明是为了克服现有技术存在的缺点，其目的是提供一种高精度、高稳定性、易扩展、低成本的激光脉冲同步装置。
本发明的技术方案是：一种激光脉冲同步控制器，包括光脉冲信号处理模块、延迟测量控制模块和延迟脉冲信号发生模块。振荡级激光器和放大级激光器分别通过光脉冲信号与光脉冲信号处理模块连接，光脉冲信号处理模块分别通过TTL(Transister Transister Logic)电平信号与延迟测量控制模块连接，延迟测量控制模块通过数据传输信号线与延迟脉冲信号发生模块连接，延迟脉冲信号发生模块分别通过触发脉冲与振荡级激光器和放大级激光器连接。 
所述的光脉冲信号处理模块包括光电转换模块、微积分电路、放大调节电路、高速比较器和电平转换电路。其中，光脉冲信号与光电转换模块连接，光电转换模块通过电脉冲信号与微积分电路连接，微积分电路通过积分脉冲与放大调节电路连接，放大调节电路和微积分电路分别通过基准积分脉冲和微分脉冲与高速比较器连接，高速比较器通过ECL（Emitter Coupled Logic）电平信号与电平转换电路连接。
所述的延迟测量控制模块包括时间间隔测量模块、单片机和触摸屏。其中，电平转换电路通过TTL电平信号与时间间隔测量模块的stop1与stop2引脚连接，时间间隔测量模块的D0-D7、A0-A3、RD/WR/ALE的引脚分别通过数据总线、地址线和读写控制线与触摸屏的DB0-DB7引脚和单片机的P0.0-P0.7、P2.0-P2.3、RD/WR/ALE的引脚连接，单片机的P1.0-P1.7引脚通过控制信号线与触摸屏的STA/DIN/DCLK引脚连接，单片机的RXD/TXD引脚通过数据传输信号线与延迟脉冲信号发生模块连接。
本发明的有益效果：
本发明将延迟测量与同步控制集成在一起，实现了激光脉冲的闭环控制，保证激光功率稳定，同时精度和稳定度优于±0.5ns，满足了许多领域的应用。采用微积分方法对光脉冲进行处理，将微积分的交点作为脉冲延迟时间的测量点，解决了脉冲幅度变化引起的问题，采用时间间隔测量模块测量脉冲延迟，单片机进行数据处理和控制实现激光脉冲同步的闭环控制，大大提高了集成度，节约了成本。
附图说明
图1 是本发明的激光脉冲同步控制器组成框图；
图2 是本发明的光脉冲信号处理模块组成图；
图3 本发明的延迟测量控制模块组成图。
     其中：
1  振荡级激光器            2  放大级激光器
3  光脉冲信号处理模块      4  延迟测量控制模块
5  延迟脉冲信号发生模块    6  光电转换模块
7  微积分电路              8  放大调节电路
9  高速比较器              10 电平转换电路
11 时间间隔测量模块        12 单片机
13 触摸屏                  20、21光脉冲信号
22、23 TTL电平信号        24 数据传输信号线
25、26  触发脉冲           27电脉冲信号
28 积分脉冲                29 基准积分脉冲
30 微分脉冲                31 ECL电平信号
32 读写控制线              33 地址线
     34 控制信号线              35 数据总线。
具体实施方式
下面,参照附图和实施例对本发明的激光脉冲同步控制器进行详细说明：
    如图１所示，一种激光脉冲同步控制器，包括光脉冲信号处理模块3、延迟测量控制模块4和延迟脉冲信号发生模块5。其中，振荡级激光器1和放大级激光器2分别通过光脉冲信号20、21与光脉冲信号处理模块3连接，光脉冲信号处理模块3分别通过TTL电平信号22、23与延迟测量控制模块4连接，延迟测量控制模块4通过数据传输信号线24与延迟脉冲信号发生模块5连接，延迟脉冲信号发生模块5分别通过触发脉冲25、26与振荡级激光器1和放大级激光器2连接。
如图2所示，光脉冲信号处理模块3包括光电转换模块6、微积分电路7、放大调节电路8、高速比较器9和电平转换电路10。其中，光脉冲信号20与光电转换模块6连接，光电转换模块6通过电脉冲信号27与微积分电路7连接，微积分电路7通过积分脉冲28与放大调节电路8连接，放大调节电路8和微积分电路7分别通过基准积分脉冲29和微分脉冲30与高速比较器9连接，高速比较器9通过ECL电平信号31与电平转换电路10连接。
其中，光电转换模块6采用快反应光电探头（市售），可以实现光电信号的快速转换。微积分电路7由电阻R1、R2和电容C1、C2 组成，对脉冲信号进行微积分处理。放大调节电路8采用两片AD8009芯片（市售）实现对脉冲信号的跟踪放大、调节偏移。高速比较器9采用MAX9600芯片（市售）进行超高速的电平比较。电平转换电路10采用MC10ELT芯片（市售）实现ECL电平到TTL电平的转换。
如图3所示，延迟测量控制模块4包括时间间隔测量模块11、单片机12和触摸屏13。其中，TTL电平信号22、23与时间间隔测量模块11的stop1与stop2引脚连接，时间间隔测量模块11的D0-D7、A0-A3、RD/WR/ALE的引脚分别通过数据总线35、地址线33和读写控制线32与触摸屏13的DB0-DB7引脚和单片机12的P0.0-P0.7、P2.0-P2.3、RD/WR/ALE的引脚连接，单片机12的P1.0-P1.7引脚通过控制信号线34与触摸屏13的STA/DIN/DCLK引脚连接，单片机12的RXD/TXD引脚通过数据传输信号线24与延迟脉冲信号发生模块5连接。
其中，时间间隔测量模块11采用TDC-GP1芯片，单片机12采用W77E58。单片机12其P0口作为数据总线35供时间间隔测量模块11与触摸屏13传输数据，其P2口作为地址线33访问时间间隔测量模块11的地址寄存器，其P1口作为触摸屏13的控制信号线34，其读写使能控制端RD/WR/ALE作为读写控制线32控制时间间隔测量模块11的读写使能端RD/WR/ALE，其串口读写端RXD/TXD作为数据传输信号线24。
延迟脉冲信号发生模块5为已有技术《采用脉冲延迟信号发生器（专利号：ZL：200720096960.8）》。
本发明的工作过程是：
首先，手动测量、调节振荡级激光器与放大级激光器输出的两路激光的延迟时间间隔，使激光振放链系统输出功率最大，将此时两路激光的时间间隔存储并作为基准延迟。系统运行中，光脉冲信号处理模块和延迟测量控制模块不断处理和测量，获得两路激光信号的时间间隔相对于基准延迟的偏差，通过数据传输信号线控制延迟脉冲信号发生模块，实时调节输出的两路触发脉冲的时间间隔，实现激光脉冲同步的闭环控制。
光脉冲信号处理模块接收光信号后，采用光电转换模块将光脉冲信号转换为电脉冲信号，采用微积分方法确定延迟测量点，解决激光脉冲幅度变化的问题；将积分脉冲进行跟踪放大、调节偏移后，与微分脉冲经过超高速比较器进行比较，产生ECL电平信号,经过电平转换电路输出稳定的TTL电平信号。
延迟测量控制模块采用时间间隔测量模块测量两路TTL电平信号之间的时间间隔，单片机设定基准延迟，实时读取时间间隔测量值并通过控制触摸屏进行实时显示。当测量的时间间隔与基准延迟不匹配时，单片机进行相应的调节，将脉冲的同步延迟值通过数据传输信号线输出给延迟脉冲信号发生器模块。
本发明采用微积分方法对光脉冲进行处理，将微积分的交点作为脉冲延迟时间的测量点，解决了脉冲幅度变化引起的问题，再采用时间间隔测量模块测量脉冲延迟，采用单片机进行数据处理和控制实现激光脉冲同步的闭环控制，大大提高了集成度，节约了成本。

Claims (1)

1.一种激光脉冲同步控制器，包括光脉冲信号处理模块（3）、延迟测量控制模块（4）和延迟脉冲信号发生模块（5）,其特征在于：振荡级激光器（1）和放大级激光器（2）分别通过光脉冲信号（20、21）与光脉冲信号处理模块（3）连接，光脉冲信号处理模块（3）分别通过TTL电平信号（22、23）与延迟测量控制模块（4）连接，延迟测量控制模块（4）通过数据传输信号线（24）与延迟脉冲信号发生模块（5）连接，延迟脉冲信号发生模块（5）分别通过触发脉冲（25、26）与振荡级激光器（1）和放大级激光器（2）连接；
所述的光脉冲信号处理模块（3）包括光电转换模块（6）、微积分电路（7）、放大调节电路（8）、高速比较器（9）和电平转换电路（10），其中，光脉冲信号（20）与光电转换模块（6）连接，光电转换模块（6）通过电脉冲信号（27）与微积分电路（7）连接，微积分电路（7）通过积分脉冲（28）与放大调节电路（8）连接，放大调节电路（8）和微积分电路（7）分别通过基准积分脉冲（29）和微分脉冲（30）与高速比较器（9）连接，高速比较器（9）通过ECL电平信号（31）与电平转换电路（10）连接；
所述的延迟测量控制模块（4）包括时间间隔测量模块（11）、单片机（12）和触摸屏（13），光脉冲信号处理模块（3）接收光信号后，光电转换模块（6）将光脉冲信号（20）转换为电脉冲信号（27），采用微积分方法确定延迟测量点，将微积分的交点作为脉冲延迟时间的测量点，将积分脉冲（28）进行跟踪放大、调节偏移后，与微分脉冲（28）经过超高速比较器进行比较，产生ECL电平信号（31）,经过电平转换电路（10）输出稳定的TTL电平信号（22），延迟测量控制模块（4）采用时间间隔测量模块（11）测量两路TTL电平信号之间的时间间隔，单片机（12）设定基准延迟，实时读取时间间隔测量值并通过控制触摸屏（13）进行实时显示，当测量的时间间隔与基准延迟不匹配时，单片机（12）进行相应的调节，将脉冲的同步延迟值通过数据传输信号线（24）输出给延迟脉冲信号发生模块（5）。
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