CN107370014A - 一种激光器控制电路及激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种激光器控制电路及激光器。本发明实施例控制电路包括信号输入接口，用于接收外部信号输入；可编程模块，与信号输入接口和激光器接口模块连接，用于对控制信号输入接口接收的信号进行解析、合成，并输出合成后的控制信号到激光器接口模块；激光器接口模块，用于与激光器连接，输出控制信号到连接的激光器；监控模块，用于采集激光器控制电路中电路状态信息及激光器接口模块状态信息，并输出到微控制器模块；微控制器模块，与数据采集接口和所述可编程模块连接，用于接收数据采集接口采集的信息，并根据数据采集接口采集的信息控制激光器。本发明实施例，有效对激光器环境以及内部信息进行监控，有效确保系统安全和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及激光器技术领域，特别涉及一种激光器控制电路及激光器。
背景技术
MOPA(Master Oscillator Power-Amplifier)脉冲光纤激光器是近几年发展起来的，MOPA脉冲光纤激光器需要主控协调的光器件有种子源激光器，一级泵浦激光器，二级泵浦激光器。目前都是直接对三个器件进行驱动。
目前的MOPA脉冲光纤激光器电路中，不能处理复杂外部信号和参数内部时序。没有环境以及内部信息监控，不能确保系统安全和稳定性。
发明内容
本发明实施例提供了一种激光器控制电路及激光器，以解决目前的MOPA光纤激光器控制电路中，不能处理复杂外部信号和参数内部时序。没有环境以及内部信息监控，不能确保系统安全和稳定性的问题。
第一方面，本发明提供一种激光器控制电路，所述控制电路包括：
信号输入接口，用于接收外部信号输入；
可编程模块，与所述信号输入接口和激光器接口模块连接，用于对所述控制信号输入接口接收的信号进行解析、合成，并输出合成后的控制信号到激光器接口模块；
激光器接口模块，用于与激光器连接，输出所述控制信号到连接的激光器；
监控模块，用于采集所述激光器控制电路中电路状态信息及所述激光器接口模块状态信息，并输出到微控制器模块；
微控制器模块，与所述数据采集接口和所述可编程模块连接，用于接收所述数据采集接口采集的信息，并根据所述数据采集接口采集的信息控制激光器。
进一步的，所述激光器接口模块包括种子源板FPC接口，所述可编程模块输出种子源脉冲信号到所述种子源板FPC接口。
进一步的，所述监控模块包括种子源PD监控模块，所述种子源PD监控模块分别与所述可编程模块和所述种子源PD监控模块。
进一步的，所述激光器接口模块包括泵浦板FPC接口，所述泵浦板FPC接口通过一级泵浦调制DAC和二级泵浦调制DAC连接所述可编程模块，所述可编程模块输出一级泵浦使能信号和一级泵浦电流监控信号到所述泵浦板FPC接口，所述可编程模块通过所述一级泵浦调制DAC输出一级模拟调制信号到所述泵浦板FPC接口，所述可编程模块通过所述二级泵浦调制DAC输出二级模拟调制信号到所述泵浦板FPC接口。
进一步的，所述激光器控制电路还包括报警反馈模块和DB25接口，所述报警反馈模块分别连接所述微控制模块和所述DB25接口，所述微控制器通过所述报警反馈模块将报警信息通过DB25反馈到外部。
进一步的，所述监控模块包括电路温度采集模块、光路温度采集模块和供电电压采集模块；
所述微控制器模块分别通过电路温度采集模块和光路温度采集模块连接到第一端子，所述微控制器模块通过供电电压采集模块连接到第二端子和所述控制电路中的供电模块。
进一步的，所述激光器控制电路还包括接口ESD防护模块、接口电平转换模块，所述可编程模块通过依次通过连接接口ESD防护模块、接口电平转换模块连接所述信号输入接口。
进一步的，所述激光器控制电路还包括串口转USB模块和USB接口，所述微控制器模块通过串口转USB模块连接到USB接口。
进一步的，所述激光器控制电路还包括用于存储数据的存储模块，所述微控制器模块还与所述存储模块连接。
进一步的，所述激光器控制电路还包括风扇调速模块，所述微控制器模块连接所述风扇调速模块，并通过所述风速调速模块连接所述泵浦板FPC接口。
第二方面，本发明实施例中提供了一种激光器，激光器包括激光器控制电路，所述激光器控制电路为如第一方面中任一所述的激光器控制电路。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明实施例中采用可编程模块和微控制器模块两个处理模块，进而可以处理复杂外部信号和参数内部时序，同时设置有监控模块，可以有效对激光器环境以及内部信息进行监控，有效确保系统安全和稳定性。
附图说明
图1是本发明实施例中激光器控制电路的一个实施例示意图；
图2是本发明实施例中激光器控制电路的另一个实施例示意图；
图3是本发明实施例中激光器控制电路的另一个实施例示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
请参阅图1，本发明提供一种激光器控制电路，所述激光器控制电路：
信号输入接口，用于接收外部信号输入；
可编程模块，与所述信号输入接口和激光器接口模块连接，用于对所述控制信号输入接口接收的信号进行解析、合成，并输出合成后的控制信号到激光器接口模块；
激光器接口模块，用于与激光器连接，输出所述控制信号到连接的激光器；
监控模块，用于采集所述激光器控制电路中电路状态信息及所述激光器接口模块状态信息，并输出到微控制器模块；
微控制器模块，与所述数据采集接口和所述可编程模块连接，用于接收所述数据采集接口采集的信息，并根据所述数据采集接口采集的信息控制激光器。
其中，微控制模块可以是微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)，可编程模块可以是现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)，信号输入接口可以是DB25接口。
本发明实施例中描述的激光器优选为MOPA(Master Oscillator Power-Amplifier)脉冲光纤激光器。
本发明实施例中采用可编程模块和微控制器模块两个处理模块，进而可以处理复杂外部信号和参数内部时序，同时设置有监控模块，可以有效对激光器环境以及内部信息进行监控，有效确保系统安全和稳定性。
进一步的，如图2所示，所述激光器接口模块包括种子源板FPC接口，所述可编程模块输出种子源脉冲信号到所述种子源板FPC接口。
进一步的，如图2所示，所述监控模块包括种子源PD监控模块，所述种子源PD监控模块分别与所述可编程模块和所述种子源PD监控模块。
进一步的，如图2所示，所述激光器接口模块包括泵浦板FPC接口，所述泵浦板FPC接口通过一级泵浦调制DAC和二级泵浦调制DAC连接所述可编程模块，所述可编程模块输出一级泵浦使能信号和一级泵浦电流监控信号到所述泵浦板FPC接口，所述可编程模块通过所述一级泵浦调制DAC输出一级模拟调制信号到所述泵浦板FPC接口，所述可编程模块通过所述二级泵浦调制DAC输出二级模拟调制信号到所述泵浦板FPC接口。
进一步的，如图2所示，所述激光器控制电路还包括报警反馈模块和DB25接口，所述报警反馈模块分别连接所述微控制模块和所述DB25接口，所述微控制器通过所述报警反馈模块将报警信息通过DB25反馈到外部。
进一步的，如图2所示，所述监控模块包括电路温度采集模块、光路温度采集模块和供电电压采集模块；
所述微控制器模块分别通过电路温度采集模块和光路温度采集模块连接到第一端子，所述微控制器模块通过供电电压采集模块连接到第二端子和所述控制电路中的供电模块。
其中，第一端子可以是2.54mm端子，第二端子可以是5.04mm端子。
进一步的，如图2所示，所述激光器控制电路还包括接口ESD防护模块、接口电平转换模块，所述可编程模块通过依次通过连接接口ESD防护模块、接口电平转换模块连接所述信号输入接口。
其中，ESD(Electro-Static discharge)的意思是“静电释放”。ESD是20世纪中期以来形成的以研究静电的产生、危害及静电防护等的学科。因此，国际上习惯将用于静电防护的器材统称为ESD，中文名称为静电阻抗器。上述接口ESD防护模块指的是静电防护模块。种子源PD监控模块可以是PD探测器，用于探测种子源背发射光的强度，监控激光器的功率衰变，如果激光器要求恒功率输出，可以将这个信号作为反馈调节工作电流。
本发明实施例中同时设置有电路温度采集模块、光路温度采集模块、接口ESD防护模块和种子源PD监控模块等多个监控模块，可以有效对激光器环境以及内部信息进行监控，有效确保系统安全和稳定性。
进一步的，如图2所示，所述激光器控制电路还包括串口转USB模块和USB接口，所述微控制器模块通过串口转USB模块连接到USB接口。
进一步的，如图2所示，所述激光器控制电路还包括用于存储数据的存储模块，所述微控制器模块还与所述存储模块连接。
进一步的，如图2所示，所述激光器控制电路还包括风扇调速模块，所述微控制器模块连接所述风扇调速模块，并通过所述风速调速模块连接所述泵浦板FPC接口。
进一步的，如图2所示，所述激光器控制电路中还包括用于监控种子源板FPC接口温度的种子源温度报警模块，所述种子源温度报警模块连接所述种子源板FPC接口。
进一步的，所述可编程模块用于从所述信号输入接口接收从外部传递过来的功率信号，串行协议的脉宽信号，不定占空比的频率信号，以及开光信号，并对这些信号接收解析，对得到频率信号和脉宽信号进行合成得到纳秒级的“种子源脉冲信号”然后通过“种子源板FPC接口”传递给种子源驱动板使用。
进一步的，所述可编程模块还用于将得到的功率信号、频率信号和脉宽信号合成得到一级调制信号、二级调制信号、一级泵浦使能信号和二级泵浦使能信号，所述一级调制信号通过一级泵浦调制DAC调制得到一级模拟调制信号，并通过所述泵浦板FPC接口传输给外部泵浦驱动板使用，所述二级调制信号通过二级泵浦调制DAC调制得到二级模拟调制信号，并通过所述泵浦板FPC接口传输给外部泵浦驱动板使用当在开光信号为开光状态时，在没报警信号的情况下，所述FPGA使得所述一级泵浦使能信号和所述二级泵浦使能信号为使能状态，通过泵浦FPC接口传递给外部的泵浦驱动板。
进一步的，所述微控制器模块可以为STM32，所上STM32和所述可编程模块之间通过SPI协议来进行数据交换，所述STM32用于通过USB接口与外部用户进行通讯，以达到控制激光器和查询激光器状态的目的。
STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARMCortex-M3内核(ST's product portfolio contains a comprehensive range ofmicrocontrollers,from robust,low-cost 8-bit MCUs up to 32-bit ARM-based-M0 and M0+,-M3,-M4 Flash microcontrollers with agreat choice of peripherals.ST has also extended this range to include anultra-low-power MCU platform)[1]。按内核架构分为不同产品：
其中STM32F系列有：
STM32F103“增强型”系列
STM32F101“基本型”系列
STM32F105、STM32F107“互联型”系列
增强型系列时钟频率达到72MHz，是同类产品中性能最高的产品；基本型时钟频率为36MHz，以16位产品的价格得到比16位产品大幅提升的性能，是32位产品用户的最佳选择。两个系列都内置32K到128K的闪存，不同的是SRAM的最大容量和外设接口的组合。时钟频率72MHz时，从闪存执行代码，STM32功耗36mA，相当于0.5mA/MHz。
下面结合图1对本发明原理进行描述：以可编程模块为FPGA、微控制器模块为STM32、信号输入接口为DB25接口为例。
图3为激光器控制电路图，其中FPGA为系统的核心“大脑”，其接收从外部“DB25接口”传递过来的8bit功率信号，串行协议的脉宽信号，不定占空比的频率信号，以及开光信号。FPGA可以对这些数据进行接收解析，然后对得到频率信号和脉宽信号进行合成得到纳秒级的“种子源脉冲信号”然后通过“种子源板FPC接口”传递给种子源驱动板使用；将得到的功率信号和频率信号和脉宽信号合成得到“一级调制信号”、“二级调制信号”的8bit数字信号以及一级泵浦使能信号、二级泵浦使能信号。一级调制信号、二级调制信号的8bit数字信号传递到8位的DAC(Digital to analog converter，数字模拟转化器)芯片(如图1中的一级泵浦调制DAC、二级泵浦调制DAC)产生出一级模拟调制信号、二级模拟调制信号，并通过泵浦板FPC接口传输给泵浦驱动板使用。当在开光信号为开光状态时，在没报警信号的情况下FPGA就会让一级泵浦使能信号、二级泵浦使能信号为使能状态，让其通过泵浦FPC接口传递给外界的泵浦驱动板。
FPGA在监控上监控了来至种子源FPC接口的“种子源温度报警”“种子源PD监控”，以及来至泵浦板FPC接口的一级电流。STM32在该系统中主要做了监控，通信和控制工作，其监控了来至电路和光路的温度，以及监控了来及供电接口的电压值，采集了来至泵浦板FPC接口的二级泵浦激光器电流值。STM32还通过采集到的温度通过风扇调速模块来做闭环的风扇调速工作。STM32还将用户通过USB接口设置的应用或者系统参数，以及报警次数信息等存储在EEPROM里。用户可以通过USB接口来和STM32进行串口通信，起到控制激光器和查询激光器状态的目的。STM32还将采集到的报警信息通过DB25反馈到外部。STM32和FPGA之间通过SPI协议来进行数据交换。
本发明实施例中还提供了一种激光器，该激光器包括如上述方案中任一所述的激光器控制电路。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种激光器控制电路，其特征在于，所述电路包括：
信号输入接口，用于接收外部信号输入；
可编程模块，与所述信号输入接口和激光器接口模块连接，用于对所述控制信号输入接口接收的信号进行解析、合成，并输出合成后的控制信号到激光器接口模块；
激光器接口模块，用于与激光器连接，输出所述控制信号到连接的激光器；
监控模块，用于采集所述激光器控制电路中电路状态信息及所述激光器接口模块状态信息，并输出到微控制器模块；
微控制器模块，与所述数据采集接口和所述可编程模块连接，用于接收所述数据采集接口采集的信息，并根据所述数据采集接口采集的信息控制激光器。
2.根据权利要求1所述的激光器控制电路，其特征在于，所述激光器接口模块包括种子源板FPC接口，所述可编程模块输出种子源脉冲信号到所述种子源板FPC接口。
3.根据权利要求2所述的激光器控制电路，其特征在于，所述监控模块包括种子源PD监控模块，所述种子源PD监控模块分别与所述可编程模块和所述种子源PD监控模块。
4.根据权利要求1所述的激光器控制电路，其特征在于，所述激光器接口模块包括泵浦板FPC接口，所述泵浦板FPC接口通过一级泵浦调制DAC和二级泵浦调制DAC连接所述可编程模块，所述可编程模块输出一级泵浦使能信号和一级泵浦电流监控信号到所述泵浦板FPC接口，所述可编程模块通过所述一级泵浦调制DAC输出一级模拟调制信号到所述泵浦板FPC接口，所述可编程模块通过所述二级泵浦调制DAC输出二级模拟调制信号到所述泵浦板FPC接口。
5.根据权利要求1所述的激光器控制电路，其特征在于，所述激光器控制电路还包括报警反馈模块，所述报警反馈模块分别连接所述微控制模块和所述信号输入接口，所述微控制器通过所述报警反馈模块将报警信息通过所述信号输入接口反馈到外部。
6.根据权利要求1所述的激光器控制电路，其特征在于，所述监控模块包括电路温度采集模块、光路温度采集模块和供电电压采集模块；
所述微控制器模块分别通过电路温度采集模块和光路温度采集模块连接到第一端子，所述微控制器模块通过供电电压采集模块连接到第二端子和所述控制电路中的供电模块。
7.根据权利要求1所述的激光器控制电路，其特征在于，所述激光器控制电路还包括接口ESD防护模块、接口电平转换模块，所述可编程模块通过依次通过连接接口ESD防护模块、接口电平转换模块连接所述信号输入接口。
8.根据权利要求1所述的激光器控制电路，其特征在于，所述激光器控制电路还包括用于存储数据的存储模块，所述微控制器模块还与所述存储模块连接。
9.根据权利要求1所述的激光器控制电路，其特征在于，所述激光器控制电路还包括风扇调速模块，所述微控制器模块连接所述风扇调速模块，并通过所述风速调速模块连接所述泵浦板FPC接口。
10.一种激光器，其特征在于，所述激光器包括激光器控制电路，所述激光器控制电路为如权利要求1至9中任一所述的激光器控制电路。
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