CN113054522A - 一种激光器功率调控电路、方法及可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种激光器功率调控电路、方法及可读存储介质。该方案包括光功率监测单元、光功率设定单元、激光功率调控处理器、工作状态比较器、电压调控电路、激光器;其中,所述光功率监测单元和所述光功率设定单元获取实时的激光器输出功率和激光器设定功率值,所述工作状态比较器对比所述激光器输出功率和所述激光器设定功率值,所述激光功率调控处理器获取所述工作状态比较器的输出;当所述激光器输出功率和所述激光器设定功率值存在偏差,则通过所述电压调控电路调整电压,进而调控所述激光器的功率。该方案通过监控激光器工作电流和光功率,实现激光输出的闭环控制,并利用预测控制提升控制精度。
Description
技术领域
本发明涉及电气电子设备技术领域,更具体地,涉及一种激光器功率调控电路、方法及可读存储介质。
背景技术
激光器的功率输出易受到多种因素的影响而导致不稳定,例如外界温度变化、长时间的使用、突然的开机等,功率输出不稳定会影响激光器的正常使用,还会导致机器加速老化,缩短使用寿命等,因此控制激光器的功率变化至关重要。
现有技术中,实用新型专利CN201420540425.7提供了一种激光器功率控制电路,该方案通过引入了由二极管和电容组成的慢启动电路,使激光器不会受到每次开启电源时产生的过流冲击,再通过稳定输出的光功率,使其不随温度升高和使用时间增长而改变,虽然能一定程度上调控激光器功率,但存在调控准确率不高,以及不能灵活调节激光器功率的缺陷。
发明内容
鉴于上述问题,本发明提出了一种激光器功率调控电路、方法及可读存储介质,通过监控激光器工作电流和光功率,实现激光输出的闭环控制,并利用预测控制提升控制精度。
根据本发明实施例第一方面,提供一种激光器功率调控电路。
在一个或多个实施例中,优选地,所述的一种激光器功率调控电路包括:光功率监测单元、光功率设定单元、激光功率调控处理器、工作状态比较器、电压调控电路、激光器;其中,所述光功率监测单元和所述光功率设定单元获取实时的激光器输出功率和激光器设定功率值,所述工作状态比较器对比所述激光器输出功率和所述激光器设定功率值,所述激光功率调控处理器获取所述工作状态比较器的输出,进行激光器功率运行情况的控制;当所述激光器输出功率和所述激光器设定功率值偏差在预设范围内,则所述激光器正常使用;当所述激光器输出功率和所述激光器设定功率值存在偏差,则通过所述电压调控电路调整电压,进而调控所述激光器的功率。
在一个或多个实施例中,优选地,所述光功率监测单元,具体包括:激光器输出测量点、光功率计算单元、温度传感器、雪崩光电二极管、供电电源;
所述雪崩光电二极管和所述温度传感器与所述激光器输出测量点放在再同一位置,所述温度传感器与所述激光器输出测量点与所述光功率计算单元电连接,所述供电电源向所述光功率计算单元供电。
在一个或多个实施例中,优选地,所述光功率设定单元,具体包括:
数字显示器、旋钮开关、第一可变电阻器、光功率输出端、光功率设置存储器;
所述数字显示器与所述光功率设置存储器电连接,所述旋钮开关与所述第一可变电阻器的调节旋钮粘贴固定,所述光功率输出端与所述光功率设置存储器电连接。
在一个或多个实施例中,优选地,所述电压调控电路,具体包括:信号驱动器、光电耦合器、高压供电电源、斩波电路、信号触发接口;
所述信号驱动器与所述激光功率调控处理器电连接,所述光电耦合器与信号驱动器电连接,所述高压供电电源向所述斩波电路提供电能,所述信号触发接口与所述光电耦合器电连接。
在一个或多个实施例中,优选地,所述激光器采用灯泡类型激光灯,具体型号为AQW514。
根据本发明实施例第二方面,提供一种激光器功率调控方法。
在一个或多个实施例中,优选地,所述的一种激光器功率调控方法包括:
读取设备输入信息,并将其保存为输入电压信号;
根据所述输入电压信号计算温度信号、功率信号和光功率信号;
获得所述温度信号、所述功率信号和所述光功率信号,预测下一个功率信号;
根据所述下一个功率信号,进行脉冲占空比信号计算,并将所述脉冲占空比信号发送到电压调控电路。
在一个或多个实施例中,优选地,所述根据所述输入电压信号计算温度信号、功率信号和光功率信号,具体包括:
将全部的所述输入电压信号转化为第一类电压、第二类电压、第三类电压;
将所述第一类电压根据第一计算公式转化为所述温度信号;
将所述第二类电压根据第二计算公式转化为所述功率信号;
将所述第三类电压根据第三计算公式转化为所述光功率信号;
所述第一计算公式为:
Y1=A1X1+B1
其中,Y1为所述温度信号,A1为第一系数,X1为所述第一类电压,B1为第二系数;
所述第二计算公式为:
Y2=A2X2+B2
其中,Y2为所述功率信号,A2为第三系数,X2为所述第一类电压,B2为第四系数;
所述第三计算公式为:
Y3=A3X3+B3
其中,Y3为所述光功率信号,A3为第五系数,X3为所述第一类电压,B3为第六系数。
在一个或多个实施例中,优选地,所述获得所述温度信号、所述功率信号和所述光功率信号,预测下一个功率信号,具体包括:
对比所述功率信号和所述光功率信号,当所述光功率信号大于所述功率信号时,发出启动调整命令;
激光功率调控处理器收到所述启动调整命令后,根据所述温度信号从预设的数据库中调用预测系数;
根据所述预测系数利用第四计算公式计算下一个功率信号;
所述第四计算公式为:
其中,Y4为所述下一个功率信号,A4为第七系数,A5为第八系数,A6为第九系数,A7为第十系数,B4为第十一系数。
在一个或多个实施例中,优选地,所述根据所述下一个功率信号,进行脉冲占空比信号计算,并将所述脉冲占空比信号发送到电压调控电路,具体包括:
根据所述下一个功率信号与所述功率信号求平均值,作为功率预设值;
将所述功率预设值转化为脉冲占空比信号;
将所述脉冲占空比信号发送给电压调控电路。
根据本发明实施例第三方面,提供一种计算机可读存储介质,其上存储计算机程序指令,所述计算机程序指令在被处理器执行时实现如本发明实施例第一方面中任一项所述的方法。
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果:
1)本发明实施例中,在调控功率时通过对激光器工作电流采样和光功率的大小进行监测,进而确保功率调控的准确度,保证激光器运行平稳。
2)本发明实施例通过1至25W范围内的调节功率大小,使激光器能应对不同需求的情况下使用。
3)本发明实施例中通过对于获得功率数据进行预测,生成了未来10秒内的功率输出,利用预测控制提升了功率控制的准确性。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一个实施例的一种激光器功率调控电路的结构图。
图2是本发明一个实施例的一种激光器功率调控电路中的光功率监测单元的结构图。
图3是本发明一个实施例的一种激光器功率调控电路中的光功率设定单元的结构图。
图4是本发明一个实施例的一种激光器功率调控电路中的电压调控电路的结构图。
图5是本发明一个实施例的一种激光器功率调控方法的流程图。
图6是本发明一个实施例的一种激光器功率调控方法中的根据所述输入电压信号计算温度信号、功率信号和光功率信号的流程图。
图7是本发明一个实施例的一种激光器功率调控方法中的获得所述温度信号、所述功率信号和所述光功率信号,预测下一个功率信号的流程图。
图8是本发明一个实施例的一种激光器功率调控方法中的根据所述下一个功率信号,进行脉冲占空比信号计算,并将所述脉冲占空比信号发送到电压调控电路的流程图。
具体实施方式
在本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的描述的一些流程中,包含了按照特定顺序出现的多个操作,但是应该清楚了解,这些操作可以不按照其在本文中出现的顺序来执行或并行执行,操作的序号如101、102等,仅仅是用于区分开各个不同的操作,序号本身不代表任何的执行顺序。另外,这些流程可以包括更多或更少的操作,并且这些操作可以按顺序执行或并行执行。需要说明的是,本文中的“第一”、“第二”等描述,是用于区分不同的消息、设备、模块等,不代表先后顺序,也不限定“第一”和“第二”是不同的类型。
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,本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
激光器的功率输出易受到多种因素的影响而导致不稳定,例如外界温度变化、长时间的使用、突然的开机等,功率输出不稳定会影响激光器的正常使用,还会导致机器加速老化,缩短使用寿命等,因此控制激光器的功率变化至关重要。
现有技术中,提供了一种激光器功率控制电路,该方案通过引入了由二极管和电容组成的慢启动电路,使激光器不会受到每次开启电源时产生的过流冲击,再通过稳定输出的光功率,使其不随温度升高和使用时间增长而改变,虽然能一定程度上调控激光器功率,但存在调控准确率不高,以及不能灵活调节激光器功率的缺陷。
本发明实施例中,提供了一种激光器功率调控电路、方法及可读存储介质。该方案通过监控激光器工作电流和光功率,实现激光输出的闭环控制,并利用预测控制提升控制精度。
根据本发明实施例第一方面,提供一种激光器功率调控电路。
图1是本发明一个实施例的一种激光器功率调控电路的结构图。
如图1所示,在一个或多个实施例中,优选地,所述的一种激光器功率调控电路包括:光功率监测单元101、光功率设定单元102、激光功率调控处理器103、工作状态比较器104、电压调控电路105、激光器106;其中,所述光功率监测单元101和所述光功率设定单元102获取实时的激光器输出功率和激光器设定功率值,所述工作状态比较器104对比所述激光器输出功率和所述激光器设定功率值,所述激光功率调控处理器103获取所述工作状态比较器104的输出,进行激光器功率运行情况的控制;当所述激光器输出功率和所述激光器设定功率值偏差在预设范围内,则所述激光器106正常使用;当所述激光器输出功率和所述激光器设定功率值存在偏差,则通过所述电压调控电路105调整电压,进而调控所述激光器106的功率。
在本发明实施例中,提供了一种完整的激光功率可控的电路,通过该电路,实现了对于光功率输出的实时监控,并根据实际的光功率需求进行功率的调整,在执行过程中效率高,属于闭环的功率控制。
图2是本发明一个实施例的一种激光器功率调控电路中的光功率监测单元的结构图。
如图2所示,在一个或多个实施例中,优选地,所述光功率监测单元101,具体包括:激光器输出测量点201、光功率计算单元202、温度传感器203、雪崩光电二极管204、供电电源205;
所述雪崩光电二极管204和所述温度传感器203与所述激光器输出测量点201放在再同一位置,所述温度传感器203与所述激光器输出测量点201与所述光功率计算单元202电连接,所述供电电源205向所述光功率计算单元202供电。
在本发明实施例中,通过对激光器输出设定固定的测量点,保证每次测量的光功率的功率水平和温度水平都在同一个基准下,不会出现因为每次的距离不同的而产生精度下降的问题。在此基础上,进行了对于光功率的计算和温度计算,在不同的温度下,实际获得的光功率可能的调节曲线也不太,以此为基础进行调控能够更加准确。
图3是本发明一个实施例的一种激光器功率调控电路中的光功率设定单元的结构图。
如图3所示,在一个或多个实施例中,优选地,所述光功率设定单元102,具体包括:
数字显示器301、旋钮开关302、第一可变电阻器303、光功率输出端304、光功率设置存储器305;
所述数字显示器301与所述光功率设置存储器305电连接,所述旋钮开关302与所述第一可变电阻器303的调节旋钮粘贴固定,所述光功率输出端304与所述光功率设置存储器305电连接。
在本发明实施例中,通过对于具体的功率设定值,并未采用键盘等方式输入,而是直接采用旋钮方式,能够有效的降低组件数量和复杂度,此外由于数字显示器上能够获得目前所设定的光功率,可以直接保证数据输出的有效性的同时,还能够最大限度的降低成本。
图4是本发明一个实施例的一种激光器功率调控电路中的电压调控电路的结构图。
如图4所示,在一个或多个实施例中,优选地,所述电压调控电路105,具体包括:信号驱动器401、光电耦合器402、高压供电电源403、斩波电路404、信号触发接口405;
所述信号驱动器401与所述激光功率调控处理器103电连接,所述光电耦合器402与信号驱动器401电连接,所述高压供电电源403向所述斩波电路404提供电能,所述信号触发接口405与所述光电耦合器402电连接。
在本发明实施例中,通过信号驱动器将处理器输出的低压信号转化为5V或者更高电压的驱动信号,此外为了保证驱动功率,在经过光电耦合器之后,电功率大小也将会被抬升,最终通过斩波电路直接进行信号触发接口的供电,由于在处理器中输出的触发信号为根据处理器控制需求生成的脉冲信号,脉冲信号的占空比将直接决定输出的电功率大小。
在一个或多个实施例中,优选地,所述激光器106采用灯泡类型激光灯,具体型号为AQW514。
在本发明实施例中,所述灯泡类型激光灯由基座和镜头盖组装,所述灯座为类型为双针型,具体型号优选为AQW514,可以保证预设的1-25W功率级别的激光发出。
根据本发明实施例第二方面,提供一种激光器功率调控方法。
图5是本发明一个实施例的一种激光器功率调控方法的流程图。
如图5所示,在一个或多个实施例中,优选地,所述的一种激光器功率调控方法包括:
S501、读取设备输入信息,并将其保存为输入电压信号;
S502、根据所述输入电压信号计算温度信号、功率信号和光功率信号;
S503、获得所述温度信号、所述功率信号和所述光功率信号,预测下一个功率信号;
S504、根据所述下一个功率信号,进行脉冲占空比信号计算,并将所述脉冲占空比信号发送到电压调控电路。
本发明实施例中,对于输入数据进行数据处理,首先将电压信号全部转化为对应类型的实际信号。进而对实际信号进行数据预测,根据数据预测和实测值进行数据输出的控制。
图6是本发明一个实施例的一种激光器功率调控方法中的根据所述输入电压信号计算温度信号、功率信号和光功率信号的流程图。
如图6所示,在一个或多个实施例中,优选地,所述根据所述输入电压信号计算温度信号、功率信号和光功率信号,具体包括:
S601、将全部的所述输入电压信号转化为第一类电压、第二类电压、第三类电压;
S602、将所述第一类电压根据第一计算公式转化为所述温度信号;
S603、将所述第二类电压根据第二计算公式转化为所述功率信号;
S604、将所述第三类电压根据第三计算公式转化为所述光功率信号;
所述第一计算公式为:
Y1=A1X1+B1
其中,Y1为所述温度信号,A1为第一系数,X1为所述第一类电压,B1为第二系数;
所述第二计算公式为:
Y2=A2X2+B2
其中,Y2为所述功率信号,A2为第三系数,X2为所述第一类电压,B2为第四系数;
所述第三计算公式为:
Y3=A3X3+B3
其中,Y3为所述光功率信号,A3为第五系数,X3为所述第一类电压,B3为第六系数。
本发明实施例中,通过对于第一类电压、第二类电压、第三类电压分别采用不同的转换函数,进行计算,最终获得温度信号、功率信号和光功率信号。功率信号主要是给定值,光功率信号主要是监测到的激光信号,温度信号为在检测点获得的温度值。
图7是本发明一个实施例的一种激光器功率调控方法中的获得所述温度信号、所述功率信号和所述光功率信号,预测下一个功率信号的流程图。
如图7所示,在一个或多个实施例中,优选地,所述获得所述温度信号、所述功率信号和所述光功率信号,预测下一个功率信号,具体包括:
S701、对比所述功率信号和所述光功率信号,当所述光功率信号大于所述功率信号时,发出启动调整命令;
S702、激光功率调控处理器收到所述启动调整命令后,根据所述温度信号从预设的数据库中调用预测系数;
S703、根据所述预测系数利用第四计算公式计算下一个功率信号;
所述第四计算公式为:
其中,Y4为所述下一个功率信号,A4为第七系数,A5为第八系数,A6为第九系数,A7为第十系数,B4为第十一系数。
本发明实施例中,由于不同温度下,光功率的变化曲线不同,在进行计算之前先提前预制了各个温度下的光功率输出曲线。在此基础上,当获得了最新的光功率后,则可以根据实际的数据直接输出预测的下一个功率信号。下一个功率信号为预测的10秒后的光功率值。
图8是本发明一个实施例的一种激光器功率调控方法中的根据所述下一个功率信号,进行脉冲占空比信号计算,并将所述脉冲占空比信号发送到电压调控电路的流程图。
如图8所示,在一个或多个实施例中,优选地,所述根据所述下一个功率信号,进行脉冲占空比信号计算,并将所述脉冲占空比信号发送到电压调控电路,具体包括:
S801、根据所述下一个功率信号与所述功率信号求平均值,作为功率预设值;
S802、将所述功率预设值转化为脉冲占空比信号;
S803、将所述脉冲占空比信号发送给电压调控电路。
本发明实施例中,由于所述功率信号为下一时刻的实际数据,而产生的下一个功率信号为预测的数据,因此可以通过该方式直接修正数据结果。
根据本发明实施例第三方面,提供一种计算机可读存储介质,其上存储计算机程序指令,所述计算机程序指令在被处理器执行时实现如本发明实施例第一方面中任一项所述的方法。
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果:
1)本发明实施例中,在调控功率时通过对激光器工作电流采样和光功率的大小进行监测,进而确保功率调控的准确度,保证激光器运行平稳。
2)本发明实施例通过1至25W范围内的调节功率大小,使激光器能应对不同需求的情况下使用。
3)本发明实施例中通过对于获得功率数据进行预测,生成了未来10秒内的功率输出,利用预测控制提升了功率控制的准确性。
本领域内的技术人员应明白,本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种激光器功率调控电路,其特征在于,该系统包括:光功率监测单元(101)、光功率设定单元(102)、激光功率调控处理器(103)、工作状态比较器(104)、电压调控电路(105)、激光器(106);其中,所述光功率监测单元(101)和所述光功率设定单元(102)获取实时的激光器输出功率和激光器设定功率值,所述工作状态比较器(104)对比所述激光器输出功率和所述激光器设定功率值,所述激光功率调控处理器(103)获取所述工作状态比较器(104)的输出,进行激光器功率运行情况的控制;当所述激光器输出功率和所述激光器设定功率值偏差在预设范围内,则所述激光器(106)正常使用;当所述激光器输出功率和所述激光器设定功率值存在偏差,则通过所述电压调控电路(105)调整电压,进而调控所述激光器(106)的功率。
2.如权利要求1所述的一种激光器功率调控电路,其特征在于,所述光功率监测单元(101),具体包括:激光器输出测量点(201)、光功率计算单元(202)、温度传感器(203)、雪崩光电二极管(204)、供电电源(205);
所述雪崩光电二极管(204)和所述温度传感器(203)与所述激光器输出测量点(201)放在再同一位置,所述温度传感器(203)与所述激光器输出测量点(201)与所述光功率计算单元(202)电连接,所述供电电源(205)向所述光功率计算单元(202)供电。
3.如权利要求1所述的一种激光器功率调控电路,其特征在于,所述光功率设定单元(102),具体包括:
数字显示器(301)、旋钮开关(302)、第一可变电阻器(303)、光功率输出端(304)、光功率设置存储器(305);
所述数字显示器(301)与所述光功率设置存储器(305)电连接,所述旋钮开关(302)与所述第一可变电阻器(303)的调节旋钮粘贴固定,所述光功率输出端(304)与所述光功率设置存储器(305)电连接。
4.如权利要求1所述的一种激光器功率调控电路,其特征在于,所述电压调控电路(105),具体包括:信号驱动器(401)、光电耦合器(402)、高压供电电源(403)、斩波电路(404)、信号触发接口(405);
所述信号驱动器(401)与所述激光功率调控处理器(103)电连接,所述光电耦合器(402)与信号驱动器(401)电连接,所述高压供电电源(403)向所述斩波电路(404)提供电能,所述信号触发接口(405)与所述光电耦合器(402)电连接。
5.如权利要求1所述的一种激光器功率调控电路,其特征在于,所述激光器(106)采用灯泡类型激光灯,具体型号为AQW514。
6.一种激光器功率调控方法,其特征在于,该方法包括:
读取设备输入信息,并将其保存为输入电压信号;
根据所述输入电压信号计算温度信号、功率信号和光功率信号;
获得所述温度信号、所述功率信号和所述光功率信号,预测下一个功率信号;
根据所述下一个功率信号,进行脉冲占空比信号计算,并将所述脉冲占空比信号发送到电压调控电路。
7.如权利要求6所述的一种激光器功率调控方法,其特征在于,所述根据所述输入电压信号计算温度信号、功率信号和光功率信号,具体包括:
将全部的所述输入电压信号转化为第一类电压、第二类电压、第三类电压;
将所述第一类电压根据第一计算公式转化为所述温度信号;
将所述第二类电压根据第二计算公式转化为所述功率信号;
将所述第三类电压根据第三计算公式转化为所述光功率信号;
所述第一计算公式为:
Y1=A1X1+B1
其中,Y1为所述温度信号,A1为第一系数,X1为所述第一类电压,B1为第二系数;
所述第二计算公式为:
Y2=A2X2+B2
其中,Y2为所述功率信号,A2为第三系数,X2为所述第一类电压,B2为第四系数;
所述第三计算公式为:
Y3=A3X3+B3
其中,Y3为所述光功率信号,A3为第五系数,X3为所述第一类电压,B3为第六系数。
9.如权利要求6所述的一种激光器功率调控方法,其特征在于,所述根据所述下一个功率信号,进行脉冲占空比信号计算,并将所述脉冲占空比信号发送到电压调控电路,具体包括:
根据所述下一个功率信号与所述功率信号求平均值,作为功率预设值;
将所述功率预设值转化为脉冲占空比信号;
将所述脉冲占空比信号发送给电压调控电路。
10.一种计算机可读存储介质,其上存储计算机程序指令,其特征在于,所述计算机程序指令在被处理器执行时实现如权利要求6-9中任一项所述的方法。
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