CN106877163A - 一种激光器负反馈控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种激光器负反馈控制电路，包括：控制模块、激光模块和反馈电路，控制模块分别与激光模块连接，激光模块与反馈电路连接；控制模块的功率模拟信号输出端以及激光使能信号输出端分别与激光模块的输入端连接，反馈电路包括运算放大电路和信号补偿电路，激光模块的激光功率反馈输出端与运算放大电路的输入端连接，运算放大电路的输出端与信号补偿电路的输入端连接，信号补偿电路的输出端与激光模块的输入端连接。通过对激光模块的功率进行负反馈，使得激光模块的输出功率得到补偿和校正，使得激光模块在长时间工作仍能够稳定地输出，有效解决了激光器长期工作使用后光电转换效率降低造成的实际输出能量超出误差范围的问题。
Description
技术领域
本发明涉及激光反馈控制技术领域，特别是涉及一种激光器负反馈控制电路。
背景技术
随着激光技术的不断发展，光纤激光器（包括光纤激光器和调Q激光器）及半导体激光器在实际工业生产中的应用越来越广泛，而对光纤激光器长期能量输出稳定性的要求也越来越高。由于光纤激光器泵浦半导体的光电转换效率随着时间推移的老化衰减，使得光纤激光器在使用过程中功率输出不稳定。
为了控制光纤激光器能够稳定输出，传统的光纤激光器均采用电流反馈技术，采用这种技术，在短时间内的工作使用，可以满足输出能量可以稳定保持在一个允许误差范围内，但是长期工作，由于光学器件及泵浦源的老化，使光电转换效率减小造成实际输出能量超出误差范围。
发明内容
综上所述，本发明针对传统的光纤激光器均采用电流反馈技术，在长期工作后，由于光学器件及泵浦源的老化，使光电转换效率减小造成实际输出能量超出误差范围的技术问题，提供一种激光器负反馈控制电路。
一种激光器负反馈控制电路包括：控制模块、激光模块和反馈电路，所述控制模块与所述激光模块连接，所述激光模块与所述反馈电路连接；
所述控制模块的功率模拟信号输出端以及激光使能信号输出端分别与所述激光模块的输入端连接，所述反馈电路包括运算放大电路和信号补偿电路，所述激光模块的激光功率反馈输出端与所述运算放大电路的输入端连接，所述运算放大电路的输出端与所述信号补偿电路的输入端连接，所述信号补偿电路的输出端与所述激光模块的输入端连接。
所述运算放大电路包括运算放大器IC2D、电阻R24、可变电阻VR2和电容C9，所述激光模块的激光功率反馈输出端与所述运算放大器IC2D的正相输入端连接，所述运算放大器IC2D的反相输入端接地，且所述运算放大器IC2D的反相输入端依次通过所述电阻R24和所述可变电阻VR2与所述运算放大器IC2D的输出端连接，所述电容与所述电阻R24以及所述可变电阻VR2并联，所述运算放大器IC2D的输出端与所述信号补偿电路的输入端连接。
所述运算放大电路还包括运算放大器IC2C和电阻R17，所述运算放大器IC2D的输出端与所述运算放大器IC2C的反相输入端连接，所述运算放大器IC2C的正相输入端与所述控制模块的功率模拟信号输出端连接，所述运算放大器IC2C的反相输入端通过所述电阻R17与所述运算放大器IC2C的输出端连接，所述运算放大器IC2C的输出端与所述信号补偿电路的输入端连接。
所述信号补偿电路包括运算放大器IC1D、运算放大器IC2A、电阻R9、电阻R10、电容C7、电容C8和电阻R14，所述运算放大电路的输出端与所述运算放大器IC1D的反相输入端连接，所述运算放大器IC1D的反相输入端通过所述电阻R9与所述运算放大器IC1D的输出端连接，所述电容C7与所述电阻R9并联，所述运算放大器IC1D的正相输入端接地，所述运算放大器IC1D的输出端通过所述电阻R14与所述运算放大器IC2A的反相输入端连接，所述运算放大器IC2A的反相输入端通过所述电阻R10与所述运算放大器IC2A的输出端连接，所述电容C8与所述电阻R10并联，所述运算放大器IC2A的正相输入端接地，所述运算放大器IC2A的输出端与所述激光模块的输入端连接。
所述信号补偿电路还包括电阻R20与运算放大器IC2B，所述运算放大器IC2A的输出端通过所述电阻R20与所述运算放大器IC2B的正相输入端连接，所述运算放大器IC2B的反相输入端与所述运算放大器IC2B的输出端连接，所述运算放大器IC2B的输出端与所述激光模块的输入端连接。
还包括反馈模式选择电路，所述控制模块的反馈信号选择输出端与所述反馈模式选择电路连接，所述反馈模式选择电路与所述激光模块连接。
所述反馈模式选择电路包括光耦PC1、光耦PC2、U2A、电阻R3、电阻R4、电阻R25、电容C1、电容C2、指示灯LED1和指示灯LED2，所述控制模块的反馈信号选择输出端分别与所述光耦PC1的第一输入端以及所述光耦PC2的第一输入端连接，所述光耦PC1的第二输入端以及所述光耦PC2的第二输入端分别用于与电源连接，所述光耦PC1的第一输出端接地，所述光耦PC1的第一输出端通过所述电容C1接地，且所述光耦PC1的第一输出端与所述U2A的第一输入端以及第二输入端连接，所述U2A的第一输入端以及第二输入端还通过所述电阻R3与电源连接，所述U2A的输出端与指示灯LED1的负极连接，指示灯LED1的正极通过所述电阻R25与电源连接，所述光耦PC2的第一输出端用于与反馈板使能端连接，所述光耦PC2的第二输出端通过所述电容C2与所述反馈板使能端连接，所述光耦PC2的第二输出端还通过所述电阻R4与所述指示灯LED2的负极连接，所述指示灯LED2的正极与电源连接。
还包括延时电路，所述控制模块的激光使能信号输出端通过所述延时电路与所述激光模块的输入端连接。
所述延时电路包括电阻R6、可变电阻VR1、电容C3、电容C4、二极管D1和U2C，所述电阻R6的一端与所述控制模块的激光使能信号输出端连接，所述电阻R6的另一端分别与所述U2C的第一输入端、所述电容C3的第一端以及所述电容C4的第一端连接，所述电容C3的第二端以及所述电容C4的第二端接地，所述可变电阻VR1与所述电阻R6并联，所述二极管D1的正极与所述控制模块的激光使能信号输出端连接，所述二极管D1的负极与所述U2C的第二输入端连接，所述U2C的输出端与所述激光模块的输入端连接。
本发明的有益效果在于：通过对激光模块的功率进行负反馈，使得激光模块的输出功率得到补偿和校正，使得激光模块在长时间工作仍能够稳定地输出，有效解决了激光器长期工作使用后光电转换效率降低造成的实际输出能量超出误差范围的问题。
附图说明
图1是本发明的电路模块框图；
图2是本发明的反馈模式选择电路的电路原理图；
图3是本发明的反馈模式选择电路的电路原理图；
图4是本发明的反馈模式选择电路的电路原理图。
具体实施方式
下列实施例是对本发明的进一步解释和补充，对本发明不构成任何限制。
如图1所示，本发明的激光器负反馈控制电路10，包括：控制模块110、激光模块120及反馈电路130，所述控制模块110与所述激光模块120连接，所述激光模块120与所述反馈电路130连接。
所述控制模块的功率模拟信号输出端以及激光使能信号输出端分别与所述激光模块的输入端连接，所述反馈电路包括运算放大电路和信号补偿电路，所述激光模块的激光功率反馈输出端与所述运算放大电路的输入端连接，所述运算放大电路的输出端与所述信号补偿电路的输入端连接，所述信号补偿电路的输出端与所述激光模块的输入端连接。
具体地，激光模块用于发射激光，该激光模块的输入端为信号输入端，该信号输入端用于接收信号，根据该信号发出相应功率的光，而所述激光模块的激光功率反馈输出端为信号输出端，用于反馈其发光功率。
本实施例中，通过对激光模块的功率进行负反馈，使得激光模块的输出功率得到补偿和校正，使得激光模块在长时间工作仍能够稳定地输出，有效解决了激光器长期工作使用后光电转换效率降低造成的实际输出能量超出误差范围的问题。具体地，控制模块控制激光模块按预设功率输出能量，反馈电路检测激光器实际输出能量，当实际输出能量与预设功率一致时，反馈电路不做计算处理，当实际输出能量与反馈电路不一致时，反馈电路对实际输出能量进行处理，给予补偿，使实际输出能量达到预设功率，进而使得激光模块在长时间工作仍能够稳定地输出。
应该理解的是，激光器负反馈控制电路包括两种反馈模式，包括电流负反馈模式以及能量负反馈模式，为了实现不同反馈模式的选择或者切换，进一步地，激光器负反馈控制电路还包括反馈模式选择电路，所述控制模块的反馈信号选择输出端与所述反馈模式选择电路连接，所述反馈模式选择电路与所述激光模块连接。
进一步地，如图2所示，所述反馈模式选择电路包括光耦PC1、光耦PC2、U2A、电阻R3、电阻R4、电阻R25、电容C1、电容C2、指示灯LED1和指示灯LED2，所述控制模块的反馈信号选择输出端分别与所述光耦PC1的第一输入端以及所述光耦PC2的第一输入端连接，所述光耦PC1的第二输入端以及所述光耦PC2的第二输入端分别用于与电源连接，所述光耦PC1的第一输出端接地，所述光耦PC1的第一输出端通过所述电容C1接地，且所述光耦PC1的第一输出端与所述U2A的第一输入端以及第二输入端连接，所述U2A的第一输入端以及第二输入端还通过所述电阻R3与电源连接，所述U2A的输出端与指示灯LED1的负极连接，指示灯LED1的正极通过所述电阻R25与电源连接，所述光耦PC2的第一输出端用于与反馈板使能端连接，所述光耦PC2的第二输出端通过所述电容C2与所述反馈板使能端连接，所述光耦PC2的第二输出端还通过所述电阻R4与所述指示灯LED2的负极连接，所述指示灯LED2的正极与电源连接。
具体地，当激光器工作在能量负反馈模式时，控制模块的反馈信号选择输出端输出激光反馈选择信号MODE，激光反馈选择信号MODE为高电平，此时光耦PC1和光耦PC2导通，U2A的第一输入端以及第二输入端（图中U2A的2管脚和3管脚）为低电平，U2A的输出端（1管脚）为高电平，U2A的输出端连接指示灯LED1的负极，指示灯LED1的正极通过电阻R25与+5V电源连接，此时，指示灯LED1熄灭。光耦PC2导通，指示灯LED2的正极与电源VCC连接，指示灯LED2的负极通过电阻R4与光耦PC2的第二输出端（第4管脚）相连，光耦PC2的第一输出端和第二输出端（3管脚和4管脚）之间并联一个电容C2，光耦PC2的第一输出端（3管脚）与激光模块连接，具体地，反馈板使能端用于接收反馈板使能信号P-ENABLE，，光耦PC2的第一输出端输出反馈板使能信号P-ENABLE至控制模块，控制模块接收到反馈板使能信号P-ENABLE后，切换继电器的线圈至正极，使得激光模块处于能量负反馈模式，此时，光耦PC2的负边形成回路，指示灯LED2亮。
反之，当进入电流负反馈模式时，激光反馈选择信号MODE为低电平，指示灯LED1点亮，指示灯LED2熄灭。
具体地，当接入能量负反馈时，激光器模式选择信号选择电流负反馈模式时，指示灯LED1亮、LED2熄灭，此时激光器工作在电流负反馈模式下，能量负反馈不工作；激光器模式选择信号选择能量负反馈时，指示灯LED2亮、LED1熄灭，此时激光器工作在能量负反馈模式下，能量负反馈工作。
具体地，所述控制模块的功率模拟信号输出端以及激光使能信号输出端分别用于输出激光功率输出模拟信号REF及激光输出使能信号FLASH，所述激光模块的激光功率反馈输出端用于输出激光功率反馈信号LD-LASER。所述控制模块的功率模拟信号输出端以及激光使能信号输出端分别输出激光功率输出模拟信号REF至激光模块，所述激光模块的输入端用于接收信号L-REF进行工作。
应该理解的是，由于每个激光模块及电子半导体器件本身的差异性，激光实际功率反馈信号会有差异，为了使得每一个激光模块的功率均能得到补偿和校正，进一步地，如图4所示，所述运算放大电路包括运算放大器IC2D、电阻R24、可变电阻VR2和电容C9，所述激光模块的激光功率反馈输出端与所述运算放大器IC2D的正相输入端连接，所述运算放大器IC2D的反相输入端接地，且所述运算放大器IC2D的反相输入端依次通过所述电阻R24和所述可变电阻VR2与所述运算放大器IC2D的输出端连接，所述电容与所述电阻R24以及所述可变电阻VR2并联，所述运算放大器IC2D的输出端与所述信号补偿电路的输入端连接。
进一步地，请再次参见图4，所述运算放大电路还包括运算放大器IC2C和电阻R17，所述运算放大器IC2D的输出端与所述运算放大器IC2C的反相输入端连接，所述运算放大器IC2C的正相输入端与所述控制模块的功率模拟信号输出端连接，所述运算放大器IC2C的反相输入端通过所述电阻R17与所述运算放大器IC2C的输出端连接，所述运算放大器IC2C的输出端与所述信号补偿电路的输入端连接。
进一步地，请再次参见图4，所述信号补偿电路包括运算放大器IC1D、运算放大器IC2A、电阻R9、电阻R10、电容C7、电容C8和电阻R14，所述运算放大电路的输出端与所述运算放大器IC1D的反相输入端连接，所述运算放大器IC1D的反相输入端通过所述电阻R9与所述运算放大器IC1D的输出端连接，所述电容C7与所述电阻R9并联，所述运算放大器IC1D的正相输入端接地，所述运算放大器IC1D的输出端通过所述电阻R14与所述运算放大器IC2A的反相输入端连接，所述运算放大器IC2A的反相输入端通过所述电阻R10与所述运算放大器IC2A的输出端连接，所述电容C8与所述电阻R10并联，所述运算放大器IC2A的正相输入端接地，所述运算放大器IC2A的输出端与所述激光模块的输入端连接。
进一步地，请再次参见图4，所述信号补偿电路还包括电阻R20与运算放大器IC2B，所述运算放大器IC2A的输出端通过所述电阻R20与所述运算放大器IC2B的正相输入端连接，所述运算放大器IC2B的反相输入端与所述运算放大器IC2B的输出端连接，所述运算放大器IC2B的输出端与所述激光模块的输入端连接。
激光功率反馈输出端输出激光反馈功率信号LD-LASER至运算放大电路，由于可变电阻VR2可调，因此，调整可变电阻VR2的阻值，使得节点TP10的信号在接收到不同的功率时，均能够保持一致，也就是说对于接收到的不同的激光反馈功率信号LD-LASER，运算放大器IC2D输出至节点TP10的信号均一致。
随后，激光功率输出模拟信号REF与激光功率反馈信号LD-LASER经过IC2C与R17组成的电路进行运算以后的输出信号LD-LASER1，信号LD-LASER1通过运算放大器IC1D、运算放大器IC2A、电阻R9、电阻R10、电容C7、电容C8和电阻R14组成信号补偿电路，进行加法积分预算，使在节点TP2位置得到的信号是经过补偿的信号。随手节点TP2的信号通过R20、运算放大器IC2B以及电阻R21输出信号至激光模块的的输入端，该输入端用于接收信号L-REF，信号L-REF输入到激光模块中，使激光模块的实际输出功率达到补偿校正。
应该理解的是，由于激光模块工作时，其输出的信号存在延时，也即激光功率信号LD-LASER延时，为了使激光开始的实际输出功率不偏移，进一步地，激光器负反馈控制电路还包括延时电路，所述控制模块的激光使能信号输出端通过所述延时电路与所述激光模块的输入端连接。
进一步地，如图3所示，所述延时电路包括电阻R6、可变电阻VR1、电容C3、电容C4、二极管D1和U2C，所述电阻R6的一端与所述控制模块的激光使能信号输出端连接，所述电阻R6的另一端分别与所述U2C的第一输入端、所述电容C3的第一端以及所述电容C4的第一端连接，所述电容C3的第二端以及所述电容C4的第二端接地，所述可变电阻VR1与所述电阻R6并联，所述二极管D1的正极与所述控制模块的激光使能信号输出端连接，所述二极管D1的负极与所述U2C的第二输入端连接，所述U2C的输出端与所述激光模块的输入端连接。
进一步地，如图3所示，所述U2C的输出端与U3的第一输入端（图中11管脚）连接，U2D的第二输入端（12管脚）与控制模块的激光使能信号输出端连接，U2D的输出端（13管脚）分别与电子开关U1C的13管脚（图中未示）以及12管脚（图中未示）连接，电子开关U1C的8管脚与所述控制模块的功率模拟信号输出端连接，电子开关U1C的9管脚与运算放大器IC1A的正相输入端连接，运算放大器IC1A的反相输入端与运算放大器IC1A的输出端连接，运算放大器IC1A的输出端与激光模块的输入端连接。
具体地，控制模块的激光使能信号输出端输出激光输出使能信号FLASH，U2D的输出端输出一个极短正脉冲，当U2D的输出端为高电平时，电子开关U1C的8管脚和9管脚导通，电子开关U1C的10管脚和11管脚导通，激光模块接收到信号L-REF，此时激光按照预设功率出光。经过一个简短的延时以后，U2D的13管脚恢复低电平，电子开关U1C的8管脚和9管脚关断，电子开关U1C的10管脚和11管脚关断，且激光功率反馈信号LD-LASER也返回并反馈至反馈电路中。
尽管通过以上实施例对本发明进行了揭示，但是本发明的范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下，以上各构件可用所属技术领域人员了解的相似或等同元件来替换。
Claims (9)
1.一种激光器负反馈控制电路，其特征在于，包括：控制模块、激光模块及反馈电路，所述控制模块与所述激光模块连接，所述激光模块与所述反馈电路连接；
所述控制模块的功率模拟信号输出端以及激光使能信号输出端分别与所述激光模块的输入端连接，所述反馈电路包括运算放大电路和信号补偿电路，所述激光模块的激光功率反馈输出端与所述运算放大电路的输入端连接，所述运算放大电路的输出端与所述信号补偿电路的输入端连接，所述信号补偿电路的输出端与所述激光模块的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的激光器负反馈控制电路，其特征在于，所述运算放大电路包括运算放大器IC2D、电阻R24、可变电阻VR2和电容C9，所述激光模块的激光功率反馈输出端与所述运算放大器IC2D的正相输入端连接，所述运算放大器IC2D的反相输入端接地，且所述运算放大器IC2D的反相输入端依次通过所述电阻R24和所述可变电阻VR2与所述运算放大器IC2D的输出端连接，所述电容与所述电阻R24以及所述可变电阻VR2并联，所述运算放大器IC2D的输出端与所述信号补偿电路的输入端连接。
3.根据权利要求2所述的激光器负反馈控制电路，其特征在于，所述运算放大电路还包括运算放大器IC2C和电阻R17，所述运算放大器IC2D的输出端与所述运算放大器IC2C的反相输入端连接，所述运算放大器IC2C的正相输入端与所述控制模块的功率模拟信号输出端连接，所述运算放大器IC2C的反相输入端通过所述电阻R17与所述运算放大器IC2C的输出端连接，所述运算放大器IC2C的输出端与所述信号补偿电路的输入端连接。
4.根据权利要求1所述的激光器负反馈控制电路，其特征在于，所述信号补偿电路包括运算放大器IC1D、运算放大器IC2A、电阻R9、电阻R10、电容C7、电容C8和电阻R14，所述运算放大电路的输出端与所述运算放大器IC1D的反相输入端连接，所述运算放大器IC1D的反相输入端通过所述电阻R9与所述运算放大器IC1D的输出端连接，所述电容C7与所述电阻R9并联，所述运算放大器IC1D的正相输入端接地，所述运算放大器IC1D的输出端通过所述电阻R14与所述运算放大器IC2A的反相输入端连接，所述运算放大器IC2A的反相输入端通过所述电阻R10与所述运算放大器IC2A的输出端连接，所述电容C8与所述电阻R10并联，所述运算放大器IC2A的正相输入端接地，所述运算放大器IC2A的输出端与所述激光模块的输入端连接。
5.根据权利要求4所述的激光器负反馈控制电路，其特征在于，所述信号补偿电路还包括电阻R20与运算放大器IC2B，所述运算放大器IC2A的输出端通过所述电阻R20与所述运算放大器IC2B的正相输入端连接，所述运算放大器IC2B的反相输入端与所述运算放大器IC2B的输出端连接，所述运算放大器IC2B的输出端与所述激光模块的输入端连接。
6.根据权利要求1所述的激光器负反馈控制电路，其特征在于，还包括反馈模式选择电路，所述控制模块的反馈信号选择输出端与所述反馈模式选择电路连接，所述反馈模式选择电路与所述激光模块连接。
7.根据权利要求6所述的激光器负反馈控制电路，其特征在于，所述反馈模式选择电路包括光耦PC1、光耦PC2、U2A、电阻R3、电阻R4、电阻R25、电容C1、电容C2、指示灯LED1和指示灯LED2，所述控制模块的反馈信号选择输出端分别与所述光耦PC1的第一输入端以及所述光耦PC2的第一输入端连接，所述光耦PC1的第二输入端以及所述光耦PC2的第二输入端分别用于与电源连接，所述光耦PC1的第一输出端接地，所述光耦PC1的第一输出端通过所述电容C1接地，且所述光耦PC1的第一输出端与所述U2A的第一输入端以及第二输入端连接，所述U2A的第一输入端以及第二输入端还通过所述电阻R3与电源连接，所述U2A的输出端与指示灯LED1的负极连接，指示灯LED1的正极通过所述电阻R25与电源连接，所述光耦PC2的第一输出端用于与反馈板使能端连接，所述光耦PC2的第二输出端通过所述电容C2与所述反馈板使能端连接，所述光耦PC2的第二输出端还通过所述电阻R4与所述指示灯LED2的负极连接，所述指示灯LED2的正极与电源连接。
8.根据权利要求1所述的激光器负反馈控制电路，其特征在于，还包括延时电路，所述控制模块的激光使能信号输出端通过所述延时电路与所述激光模块的输入端连接。
9.根据权利要求8所述的激光器负反馈控制电路，其特征在于，所述延时电路包括电阻R6、可变电阻VR1、电容C3、电容C4、二极管D1和U2C，所述电阻R6的一端与所述控制模块的激光使能信号输出端连接，所述电阻R6的另一端分别与所述U2C的第一输入端、所述电容C3的第一端以及所述电容C4的第一端连接，所述电容C3的第二端以及所述电容C4的第二端接地，所述可变电阻VR1与所述电阻R6并联，所述二极管D1的正极与所述控制模块的激光使能信号输出端连接，所述二极管D1的负极与所述U2C的第二输入端连接，所述U2C的输出端与所述激光模块的输入端连接。
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