CN108471045A - 一种激光器恒定功率数字控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光器恒定功率数字控制方法及系统，其包括反馈电路、电流控制电路、激光器、主控模块和计算机，所述主控模块包括微处理器、和数模转换器；所述计算机与主控模块的微处理器电连接；所述微处理器电连接数模转化器；所述数模转换器电连接电流控制电路的输入端；所述电流控制电路的输出端电连接激光器；所述激光器的光电二极管与反馈电路电连接；所述反馈电路与电流控制电路的反馈端电连接。本系统用户可以通过系统界面去调节激光器的光功率的大小，而且能够从系统界面上很直观的看到输出的光功率的大小，不再像传统的应用中手动调节变阻器，麻烦不可靠。

Description

一种激光器恒定功率数字控制方法及系统

技术领域

本发明涉及一种激光器，尤其涉及的是一种激光器恒定功率数字控制方法及系统。

背景技术

激光器在医疗器械中的应用比较广泛。在某些高精度的应用中，对激光器光功率的稳定性和调制精度要求很高，这直接影响产品应用中实际数据误差，还会给软件增添许多难度，让仪器的整体性能也下降不少。如在全自动血液细胞分析仪中的应用，不同的血细胞对激光的透射率不一样，如果光功率不够稳定和精确，会造成细胞数量和种类错误，从而导致仪器测量结果的错误，更严重的会让医生误诊。

目前，在CN102185248A中公开了一种激光器输出光功率的数字控制方法及系统，这种方法主要是将激光器里面的光电二极管反馈回来信号通过模数转换器直接传送到微处理器，再通过软件算法和数模转换器对其驱动电流进行设置，使得激光器的光功率恒定。

现有的技术存在以下缺点：首先是功能单一，不具备监控功能、没有数字控制多种光功率切换使用等。对于需要激光器多种光功率切换的应用，传统的激光器驱动电路比较复杂，需要使用很多分立元件来搭电路，不稳定，成本高。监控光功率的精度不高，会存在误差，因为激光器在不同温度下光功率会发生变化，常规的方法是监控激光器的工作电流从而监控激光器大概的功率。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光器恒定功率数字控制方法及系统，旨在解决现有的激光器现实不同恒定光功率的稳定性差和成本高的问题。

本发明的技术方案如下：

一种激光器恒定功率数字控制系统，其包括反馈电路、电流控制电路、激光器、主控模块和计算机，所述主控模块包括微处理器、和数模转换器；所述计算机与主控模块的微处理器电连接；所述微处理器电连接数模转化器；所述数模转换器电连接电流控制电路的输入端；所述电流控制电路的输出端电连接激光器；所述激光器的光电二极管与反馈电路电连接；所述反馈电路与电流控制电路的反馈端电连接；所述用于接收和处理 计算机的功率调整指令；所述数模转化器用于将微处理的信号转换处理后发给电流控制电路；所述电流控制电路用于将根据输入电压固定输出电流，使激光器工作；所述反馈电路用于根据激光器发射光的强弱产生反馈电流信号，输出调整电压信号给电流控制电路。

所述的系统，其还包括电压采集电路、电流监控电路，所述主控模块还包括模数转换器，所述电流监控电路电连接电流控制电路的输出端，监控激光器的驱动电流，并通过模数转换器电连接微处理器，所述微处理器将监控电流数据发送给计算机显示；所述电压采集电路电连接电流控制电路反馈端，采集反馈端的电压，并通过模数转换器电连接微处理器，所述微处理器将监控电压数据发送给计算机显示

所述的系统，其电流控制电路的内部电路是通过运算放大器和三极管组成的，通过电流控制电路中运算放大器闭环电路形成的电压比较器来恒定激光器的光功率。

所述的系统，其所述三极管替换成MOS管，通过控制MOS管栅极与源极的电压，从而控制漏极与源极的输出的驱动电流。

一种激光器恒定功率数字控制方法，其包括以下步骤：

步骤S1：微处理器接收计算机下发的功率调整指令；

步骤S2：微处理器根据指令对数模转换器进行对应参数配置，并通过数模转换器输出一个电压给到电流控制电路；

步骤S3：电流控制电路根据输入电压固定输出一个电流，使激光器工作；

步骤S4：激光器的光电二极管根据激光器发射光的强弱产生一个反馈电流信号给反馈电路；

步骤S5：反馈电路根据反馈的电流信号，输出调整电压信号再对电流控制电路的输出电流进行自动调节。

所述的方法，其特征在于，所述步骤S4和步骤S5替换为：激光器反馈回来的信号通过模数转换器之后直接传送给微处理器再通过微处理器控制数模转换器输出新的电压值来控制驱动电路输出的电流。

本发明的有益效果：本发明通过一种激光器通过数字控制方法实现不同恒定光功率，同时可以精确的实时监控激光器输出的光功率大小以及工作情况。本发明功能全面，应用方便，不仅能使激光器的光功率恒定，实时监控光功率的大小，还可以使激光器在多种光功率切换使用，在恒定功率的激光器应用中适用范围广。

附图说明

图1是本发明提供的激光器恒定功率数字控制系统框图。

图2是本发明提供的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。

参见图1，本发明提供激光器恒定功率数字控制系统包括反馈电路、电流控制电路、激光器、主控模块和计算机。所述主控模块包括微处理器和数模转换器。

所述计算机与主控模块的微处理器电连接；所述微处理器电连接数模转化器；所述数模转换器电连接电流控制电路的输入端；所述电流控制电路的输出端电连接激光器；所述激光器的光电二极管与反馈电路电连接；所述反馈电路与电流控制电路的反馈端电连接。

所述微处理器用于接收和处理计算机的功率调整指令；所述数模转化器用于将微处理的信号转换处理后发给电流控制电路；所述电流控制电路用于将根据输入电压固定输出电流，使激光器工作；所述反馈电路用于根据激光器发射光的强弱产生反馈电流信号，输出调整电压信号给电流控制电路。

所述数字控制系统还包括一电流监控电路，所述主控模块还包括模数转换器。

所述电流监控电路电连接电流控制电路的输出端，监控激光器的驱动电流，并通过模数转换器电连接微处理器，所述微处理器将监控电流数据发送给计算机显示。

所述数字控制系统还包括一电压采集电路。

所述电压采集电路电连接电流控制电路反馈端，采集反馈端的电压，并通过模数转换器电连接微处理器，所述微处理器将监控电压数据发送给计算机显示。

所述激光器是由一个半导体激光器和一个光电二极管组成的。所述激光器工作时半导体激光器产生一定强度的光，然后通过光电二极管转换成一个电流信号。光的强度越强，光电二极管输出的电流就越大；光的强度越弱，光电二极管产生的电流越小。当半导体激光器工作时，光电二极管会根据激光器产生的光的强度实时的将光信号转换为电流信号，然后输入反馈电路。所述半导体激光器通过恒定的电压和电流，即恒定功率后就产生恒定波长的光束。所述反馈电路用于将激光器反馈过来的电流信号调理并转换成电压信号给到电流控制电路。

本发明自动调节恒定光功率输出，通过光电二极管反馈回来的信号对电流控制电路的输出电流进行调整，使得激光器输出恒定的光功率。

电流控制电路的内部电路是一个由运算放大器(简称：运放)和三极管组成的电流控制电路。主要控制激光器电流大小的元件是三极管，在同样的阻抗情况下，电流的大小由电压决定，而这个电压受反馈电路的电压信号和微处理器的数字控制信号的影响。例如通过控制MOS管栅极G与源 极S的电压，从而控制漏极D与源极S的输出的驱动电流，这是一种电压控制型元器件。还可以利用集成电路，通过改变电压值，从而输出不同的恒定的驱动电流。

由于数字控制的电压一般设置好后都是不会变化的，它只是选择输出电流大小的时候会有所变化，所以激光器恒定功率下工作由反馈信号决定。假设激光器随着外界温度的降低输出功率增大，光电二极管产生的反馈电流也会加大，通过反馈电路转换的反馈电压也会增大，然后通过电流控制电路后将减小激光器的输出电流；反之，假设激光器的输出功率随着外界的温度升高输出功率降低，则电流控制电路会增大输出电流，正是通过这一原理来让激光器在恒定的功率下工作。

参见图2，本发明提供的控制方法包括以下流程：

步骤S1：微处理器接收计算机下发的功率调整指令；

步骤S2：微处理器根据指令对数模转换器进行对应参数配置，并通过数模转换器输出一个电压给到电流控制电路；

步骤S3：电流控制电路根据输入电压固定输出电流，使激光器工作；

步骤S4：激光器的光电二极管根据激光器发射光的强弱产生一个反馈电流信号给反馈电路；

步骤S5：反馈电路根据反馈的电流信号，输出调整电压信号再对电流控制电路的输出电流进行自动调节。

因为，激光器受温度影响比较大，假如激光器随着温度升高而光功率变小，此时，反馈回来的信号将会增大电流控制电路的输出电流，从而使得激光器输出恒定的光功率。

所述电流监控电路实时采集电流控制电路输出给激光器的驱动电流，通过其电流的大小判断激光器工作状态以及大概的功率情况。

然后通过电压采集电路对电流控制电路中的运放输入端进行电压采集，这个电压的大小跟激光器输出的光功率成正比关系，进而可以通过电压的大小得知激光器输出的光功率的大小，然后将采集的结果通过模数转换器发送到主控模块的微处理器。

本案例主要通过改变运算放大器的输入端的电压从而控制激光器的输出电流，在不同的输入电压时，激光器的的光功率会不一样，通过这一规律将输入电压和输出的光功率做一个对应表格，通过精密光功率测量仪器监测光功率大小。然后就可通过监测到的电压从而得到具体得光功率。但是在不同的温度情况下，这种方法也会造成光功率的不稳定，因此在实际应用中需要做恒温装置，至少保证温度在一定的范围内。

本发明还提供一些替换技术，例如通过激光器反馈回来的信号通过模数转换器之后直接传送给微处理器再通过微处理器控制数模转换器输出一个特定的电压来控制驱动电路输出的电流，这需要找到这个控制输出的电压与驱动电路里面的驱动电流以及反馈回来信号的关系，从而用软件 去控制激光器恒定的功率。

因为光电二极管的原理，在不同光功率下产生出的电流大小会不一样，从而经过反馈电路后，输出的电压大小也会不一样，通过这一原理将不同光功率下输出的电压，该电压为光电二极管电流转换成的电压，与光功率大小也可以做一个数据统计，前提时再一定的温度范围，这里也需要恒温装置，这样处理虽然比较复杂，但是测量与监控更加稳定。

通过以上两种方式可以获知当前激光器光功率的大小，通过控制电流控制电路的输入电压即可实现光功率大小的控制。

在本方案中也监控了输出端的电流，主要是因为在实际的应用中便于维护，有时候机器出现故障，如果只检测前端的电压，而后端电路输出问题时，就需要一一的排除找问题根源。本方案还监控了电流控制电路里面运放的输入端的电压，这个电压和输出光功率的大小存在一种关系，这采集这里的电压得出的光功率结果更为精确，准确度高。

与现有的技术比有以下优点：(1)可以选择不同的输出的光功率。用户可以通过系统界面去调节激光器的光功率的大小，而且能够从系统界面上很直观的看到输出的光功率的大小，不再像传统的应用中手动调节变阻器，麻烦不可靠。(2)能够准确的采集激光器的光功率，在批量仪器的应用中会节省很多调试的时间。本方案通过采集电流控制电路里面运放输入端B端的电压，可以精确的确定输出的光功率，传统调节激光器输出的光功率需要借助相关的测量设备，这样对于批量设备的应用时调试起来很麻烦，而且会因为环境和外界光的干扰存在一定的差异。(3)整体实现的功能很全面，应用广泛，成本低，可根据不同的应用选择行的删减部分功能，如监控电路、主控模块。传统激光器驱动电路实现的功能比较单一，要实现本方案的所有功能，电路会很繁琐，整个成本也会增加。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种激光器恒定功率数字控制系统，其特征在于，包括反馈电路、电流控制电路、激光器、主控模块和计算机，所述主控模块包括微处理器、和数模转换器；所述计算机与主控模块的微处理器电连接；所述微处理器电连接数模转化器；所述数模转换器电连接电流控制电路的输入端；所述电流控制电路的输出端电连接激光器；所述激光器的光电二极管与反馈电路电连接；所述反馈电路与电流控制电路的反馈端电连接；所述用于接收和处理计算机的功率调整指令；所述数模转化器用于将微处理的信号转换处理后发给电流控制电路；所述电流控制电路用于将根据输入电压固定输出电流，使激光器工作；所述反馈电路用于根据激光器发射光的强弱产生反馈电流信号，输出调整电压信号给电流控制电路。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括电压采集电路、电流监控电路，所述主控模块还包括模数转换器，所述电流监控电路电连接电流控制电路的输出端，监控激光器的驱动电流，并通过模数转换器电连接微处理器，所述微处理器将监控电流数据发送给计算机显示；所述电压采集电路电连接电流控制电路反馈端，采集反馈端的电压，并通过模数转换器电连接微处理器，所述微处理器将监控电压数据发送给计算机显示

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，电流控制电路的内部电路是通过运算放大器和三极管组成的，通过电流控制电路中的电压比较器来恒定激光器的光功率，所述电压比较器是由运算放大器闭环电路形成。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述三极管替换成MOS管，通过控制MOS管栅极与源极的电压，从而控制漏极与源极的输出的驱动电流。

5.一种激光器恒定功率数字控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：微处理器接收计算机下发的功率调整指令；

步骤S2：微处理器根据指令对数模转换器进行对应参数配置，并通过数模转换器输出一个电压给到电流控制电路；

步骤S3：电流控制电路根据输入电压固定输出一个电流，使激光器工作；

步骤S4：激光器的光电二极管根据激光器发射光的强弱产生一个反馈电流信号给反馈电路；

步骤S5：反馈电路根据反馈的电流信号，输出调整电压信号再对电流控制电路的输出电流进行自动调节。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤S4和步骤S5替换为：激光器反馈回来的信号通过模数转换器之后直接传送给微处理器再通过微处理器控制数模转换器输出新的电压值来控制驱动电路输出的电流。