CN115275757A - 一种射频激光器电源 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种射频激光器电源，包括脉冲输入接口、输入脉冲宽度采集电路、微处理器、信号控制与射频信号调制电路、温度采集电路、电压采集电路、放大器Ⅰ、放大器Ⅱ、放大器Ⅲ、可变电容器、射频输出端口、双向操作端口、载波信号发生器、DC/DCⅡ、DC/DCⅠ、直流供电电源输入接口和霍尔电流传感器；所述信号控制与射频电路包括射频调制门电路、外部输入脉冲和调零脉冲与仿真脉冲合成门电路、控制输入脉冲门电路和控制载波门电路。本发明的射频激光电源能够实现准确控制输出光功率，可以实现输出激光自动调零，实现与输入脉宽占空比相对应的激光功率。
Description
技术领域
本发明涉及射频激光技术领域，具体为一种射频激光器电源。
背景技术
激光在现实生产生活中广泛应用，激光器的性能倍受关注，射频激光器以其体积小寿命长，维护成本低等诸多优点得到长足发展。射频激光器需要由射频激励电源来提供能量。现有的射频激光电源控制输出光功率的准确性不高，有待提高。
发明内容
本发明目的在于提供一种射频激光器电源，能够实现准确控制输出光功率，同时实现输出激光自动调零，给出一种实现与输入脉宽占空比相对应的激光功率的射频激光电源。
为达成上述目的，本发明提出如下技术方案：一种射频激光器电源，包括脉冲输入接口、输入脉冲宽度采集电路、微处理器、信号控制与射频信号调制电路、温度采集电路、电压采集电路、放大器Ⅰ、放大器Ⅱ、放大器Ⅲ、可变电容器、射频输出端口、双向操作端口、载波信号发生器、DC/DCⅡ、DC/DCⅠ、直流供电电源输入接口和霍尔电流传感器；
所述信号控制与射频电路包括射频调制门电路、外部输入脉冲和调零脉冲与仿真脉冲合成门电路、控制输入脉冲门电路和控制载波门电路。
进一步的，在本发明中，所述微处理器的A/D转换口与输入脉冲宽度采集电路、温度采集电路、电压采集电路、所述霍尔传感器连接，所述微处理器与DC/DCⅡ连接，所述微处理器与所述射频调制门电路、外部输入脉冲和调零脉冲与仿真脉冲合成门电路、控制输入脉冲门电路、控制载波门电路和双向操作端口连接。
进一步的，在本发明中，所述霍尔传感器通流端的一端与所述直流供电电源输入接口连接，通流端的另一端与所述电压采集电路、所述DC/DCⅠ、所述放大器Ⅱ、所述放大器Ⅲ连接，所述霍尔传感器的信号端与所述微处理器的A/D模数转换口连接。
进一步的，在本发明中，所述DC/DCⅠ输入端+与所述霍尔传感器通流输出端连接，所述DC/DCⅠ输入端与直流供电电源输入接口的V-端连接，所述DC/DCⅠ的输出端连接所述DC/DCⅡ输入端+、连接所述放大器Ⅱ。
进一步的，在本发明中，所述DC/DCⅡ输入端+与所述DC/DCⅠ的输出端连接，所述DC/DCⅡ输入端与直流供电电源输入接口的V-端连接，DC/DCⅡ的输出连接所述微处理器、所述放大器Ⅰ、所述温度采集电路、所述输入脉冲宽度采集电路和所述载波信号发生器相连接。
进一步的，在本发明中，所述直流供电电源输入接口V+端与所述霍尔传感器通流端的一端连接，内部直流三级供电，经过所述霍尔传感器后为供电一级，与所述放大器Ⅲ、所述DC/DCⅠ连接，所述DC/DCⅠ输出为供电二级，与所述DC/DCⅡ输入端+、所述放大器Ⅱ连接，所述DC/DCⅡ输出为供电三级，与所述述微处理器、所述放大器Ⅰ、所述温度采集电路、所述输入脉冲宽度采集电路、所述载波信号发生器连接。
进一步的，在本发明中，所述脉冲输入端接口连接所述输入脉冲宽度采集电路，外部脉宽调制信号经过光电隔离后连接到所述控制输入脉冲门电路，所述微处理器控制门电路，所述控制输入脉冲门电路输出端，连接所述外部输入脉冲和调零脉冲与仿真脉冲合成门电路，所述微处理器产生调零脉冲、仿真脉冲分别输出到所述外部输入脉冲和调零脉冲与仿真脉冲合成门电路，合成门电路输出连接所述射频调制门电路。
进一步的，在本发明中，所述载波信号发生器产生高频正弦波，输出到与之连接的所述控制载波门电路，所述控制载波门电路受与之连接的所述微处理器控制，所述控制载波门电路与所述射频调制门电路连接，受控的高频正弦波被送到射频调制门电路。
进一步的，在本发明中，所述射频调制门电路与所述控制载波门电路、所述外部输入脉冲和调零脉冲与仿真脉冲合成门电路连接，所述射频调制门电路连接所述放大器Ⅰ，所述射频调制门电路，将所述控制载波门电路传来的载波信号、所述外部输入脉冲和调零脉冲与仿真脉冲合成门电路传来的合成脉冲信号，调制成所需的射频信号输送到所述放大器Ⅰ；
所述放大器Ⅰ，将经所述射频调制门电路调制的射频信号，进行整形放大然后送到下一级即与之相连接的所述放大器Ⅱ，所述放大器Ⅱ为功率推动级，提升射频信号驱动能力，使前级和后级放大器协调运行，所述放大器Ⅱ输出与所述放大器Ⅲ输入连接，所述放大器Ⅲ输出接所述可变电容器和所述射频输出端口，所述放大器Ⅲ将射频波进一步放大，经所述射频输出端口输送到激光谐振腔内激发激光媒介物质发出激光，调谐所述可变电容器，使所述放大器Ⅲ与激光谐振腔匹配。
一种智能可精确控制激光输出功率的方法，包括采用如上所述的一种射频激光器电源，包括如下步骤，步骤一：设定最大激光功率；
将调制信号直流供电电源输入接口供电，脉宽输入端口施加10KHz占空比10％的脉冲信号，调节可变电容器使激光器发光，逐步将施加脉冲占空比调到100％,再调节可变电容器，使激光器输出光功率达到目标功率；
步骤二：调零；
关闭外部脉冲输入通道，修改光功率调零通道脉冲宽度，使输出激光功率为零，激光器处于发光临界态；
步骤三：采集外部脉冲宽度数据；
从外部施加脉冲信号，将占空比从1％到100％逐一采集转录成输出光功率分度表；
步骤四：采集生成光功率相关数据表；
调节外部通道输入脉冲信号的占空比，使激光器输出光功率按预设分度值(总功率的百分数)从1％到100％变化，同时采集的对应的电压值数据、电流值数据，计算出输入参照功率(总电功率)，形成光功率与总电功率对应表。在一定条件下激光输出功率和输入电功率间存在对应关系；
步骤五：仿真输出对应光功率；
关闭外部脉冲输入通道，仿真通道输出信号脉冲，A/D模数转换器实时采集外部输入脉冲宽度、电压、电流数据，实时计算出总电功率，将实时总电功率与参照功率作比较，偏差在一定范围内认为吻合，超出设定范围，通过逐步改变仿真脉冲宽度调整，实时总电功率偏大则减小仿真信号宽度，否则增加仿真脉冲宽度，直到功率与参照功率吻合，并一直保持动态吻合状态。
有益效果，本申请的技术方案具备如下技术效果：
本发明的射频激光电源能够实现准确控制输出光功率，可以实现输出激光自动调零，实现与输入脉宽占空比相对应的激光功率。
应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。
结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：
图1为本发明结构框图。
图中，各附图标记的含义如下：1-脉冲输入接口、2-输入脉冲宽度采集电路、3-微处理器、4-信号控制与射频信号调制电路、4001-射频调制门电路、4002-外部输入脉冲和调零脉冲与仿真脉冲合成门电路、4003-控制输入脉冲门电路、4004-控制载波门电路、5-温度采集电路、6-电压采集电路、7-放大器Ⅰ、8-放大器Ⅱ、9-放大器Ⅲ、10-可变电容器、11-射频输出端口、12-双向操作端口、13-载波信号发生器、14-DC/DCⅡ、15-DC/DCⅠ、16-直流供电电源输入接口、17-霍尔电流传感器。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定义在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
如图1所示，一种射频激光器电源，包括脉冲输入接口1、输入脉冲宽度采集电路2、微处理器3、信号控制与射频信号调制电路4、温度采集电路5、电压采集电路6、放大器Ⅰ7、放大器Ⅱ8、放大器Ⅲ9、可变电容器10、射频输出端口11、双向操作端口12、载波信号发生器13、DC/DCⅡ14、DC/DCⅠ15、直流供电电源输入接口16、和霍尔电流传感器17
所述信号控制与射频电路4包括射频调制门电路4001、外部输入脉冲和调零脉冲与仿真脉冲合成门电路4002、控制输入脉冲门电路4003、控制载波门电路4004；
所述微处理器3的A/D转换口与所述输入脉冲宽度采集电路2、所述温度采集电路5、所述电压采集电路6、所述霍尔传感器17连接，所述微处理器3与DC/DCⅡ14连接，所述微处理器3与所述射频调制门电路4001、外部输入脉冲和调零脉冲与仿真脉冲合成门电路4002、控制输入脉冲门电路4003、控制载波门电路4004、双向操作端口12连接；
所述霍尔传感器17的通流端的一端与所述直流供电电源输入接口16连接，通流端的另一端与所述电压采集电路6、所述DC/DCⅠ15、所述放大器Ⅱ8、所述放大器Ⅲ9连接。所述霍尔传感器17的信号端与所述微处理器3的A/D模数转换口连接；
所述DC/DCⅠ15输入端+与所述霍尔传感器17通流输出端连接，所述DC/DCⅠ15输入端-直流供电电源输入接口16的V-端连接，所述DC/DCⅠ15的输出端接所述DC/DCⅡ14输入端+、接所述放大器Ⅱ8。
所述DC/DCⅡ14输入端+与所述DC/DCⅠ15的输出端连接，所述DC/DCⅡ14输入端-直流供电电源输入接口的V-端连接，DC/DCⅡ14的输出连接所述微处理器3、所述放大器Ⅰ7、所述温度采集电路5、所述输入脉冲宽度采集电路2、所述载波信号发生器13相连接；
所述直流供电电源输入接口16V+端与所述霍尔传感器17的通流端的一端连接，内部直流三级供电，经过所述霍尔传感器17后为供电一级，与所述放大器Ⅲ9、所述DC/DCⅠ15连接，所述DC/DCⅠ15输出为供电二级，与所述DC/DCⅡ14输入端+、所述放大器Ⅱ8连接，所述DC/DCⅡ14输出为供电三级，与所述述微处理器3、所述放大器Ⅰ7、所述温度采集电路5、所述输入脉冲宽度采集电路2、所述载波信号发生器13连接；
所述脉冲输入端接口1连接所述输入脉冲宽度采集电路2，外部脉宽调制信号经过光电隔离后连接到所述控制输入脉冲门电路4003，所述微处理器3控制门电路4003，所述控制输入脉冲门电路4003输出端，连接所述外部输入脉冲和调零脉冲与仿真脉冲合成门电路4002，所述微处理器3产生调零脉冲、仿真脉冲分别输出到所述外部输入脉冲和调零脉冲与仿真脉冲合成门电路4002，合成门电路4002输出连接所述射频调制门电路4001；
所述载波信号发生器13产生高频正弦波，输出到与之连接的所述控制载波门电路4004，所述控制载波门电路4004受与之连接的所述微处理器3控制，所述控制载波门电路4004与所述射频调制门电路4001连接，受控的高频正弦波被送到射频调制门电路4001；
所述射频调制门电路4001与所述控制载波门电路4004、所述外部输入脉冲和调零脉冲与仿真脉冲合成门电路4002连接，所述射频调制门电路4001连接所述放大器Ⅰ7，所述射频调制门电路4001，将所述控制载波门电路4004传来的载波信号、所述外部输入脉冲和调零脉冲与仿真脉冲合成门电路4002传来的合成脉冲信号，调制成所需的射频信号输送到所述放大器Ⅰ7
所述放大器Ⅰ7，将经所述射频调制门电路4001调制的射频信号，进行整形放大然后送到下一级即与之相连接的所述放大器Ⅱ8，所述放大器Ⅱ8为功率推动级，提升射频信号驱动能力，使前级和后级放大器协调运行，所述放大器Ⅱ8输出与所述放大器Ⅲ9输入连接，所述放大器Ⅲ9输出接所述可变电容器10和所述射频输出端口11，所述放大器Ⅲ9将射频波进一步放大，经所述射频输出端口11输送到激光谐振腔内激发激光媒介物质发出激光，调谐所述可变电容器10，使所述放大器Ⅲ9与激光谐振腔匹配；
本发明所述采集温度数据用于监视判断激光器运行状况适时做出保护控制，本发明所述采集电压数据用于计算总体电功率以及判断电源供电状况，超出预定界限做出必要保护控制，本发明所述采集电流数据用计算总体电功率，总电功率转假作输出光功率参考来调整仿真脉冲宽度，本发明所述外部脉冲宽度采样数据用于激光输出目标功率，所述双向控制端口12用于内外指示与交互控制；
本发明具有三个脉冲信号，外部脉宽调制信号、功率调零脉冲信号、仿真输出脉冲信号，结合相应硬件及算法实现激光器激光功率精确输出；
一种智能可精确控制激光输出功率的方法，包括采用如上所述的一种射频激光器电源，包括如下步骤，设定最大激光功率，给直流供电电源输入接口10供电，在脉宽输入端口1施加5KHz～20KHz占空比10％的脉冲信号，调节可变电容器10使激光器发光，逐步将施加脉冲占空比调到100％,再调节可变电容器10，使激光器输出光功率达到目标功率。
调零，关闭外部脉冲输入通道即控制输入脉冲门电路4003，修改光功率调零通道脉冲宽度，使激光器输出激光功率为零，处于发光临界态。
采集外部脉冲宽度数据，在脉宽输入端口1外部施加脉冲信号，占空比从1％到100％逐一采集并转录成输出光功率分度表。
采集生成光功率相关数据表，调节外部通道脉宽输入端口1输入的脉冲信号占空比，使激光器输出光功率按预设目标功率分度值(总功率的百分数)从1％到100％变化，同时采集的对应的电压值数据、电流值数据，计算出输入参照功率(总电功率)，形成光功率与总电功率对应表。在一定条件下激光输出功率和输入电功率间存在对应关系。
仿真输出对应光功率，关闭外部脉冲输入通道即关闭控制输入脉冲门电路4003，由微处理器3输出仿真信号脉冲输出到射频调制门电路4001将载波信号调制成所需射频信号送到，放大器Ⅰ7，进行整形放大然后送到下一级即放大器Ⅱ8提升射频信号驱动能力，之后输出到放大器Ⅲ9，将射频波进一步放大，经射频输出端口11输送到激光谐振腔内激发激光媒介物质发出激光，调谐可变电容器10，使放大器Ⅲ9与激光谐振腔匹配。微处理器3经A/D模数转换器输入口，实时采集外部输入脉冲宽度、电压、电流数据，实时计算出总电功率，将实时总电功率与所述参照功率作比较，偏差值在一定范围内认为吻合，不需调节仿真脉冲宽度，偏差值超出设定范围，改变仿真脉冲宽度，实时总电功率偏大则减小仿真信号宽度，否则增加仿真脉冲宽度，改变仿真脉冲宽度同时，数据采集、计算、判断一直在重复进行，直到实时总电功率与参照功率吻合，不在改变仿真脉冲宽度，并一直保持动态吻合状态。实现精确控制激光输出功率目的。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (10)
1.一种射频激光器电源，其特征在于：包括脉冲输入接口、输入脉冲宽度采集电路、微处理器、信号控制与射频信号调制电路、温度采集电路、电压采集电路、放大器Ⅰ、放大器Ⅱ、放大器Ⅲ、可变电容器、射频输出端口、双向操作端口、载波信号发生器、DC/DCⅡ、DC/DCⅠ、直流供电电源输入接口和霍尔电流传感器；
所述信号控制与射频电路包括射频调制门电路、外部输入脉冲和调零脉冲与仿真脉冲合成门电路、控制输入脉冲门电路和控制载波门电路。
2.根据权利要求1所述的一种射频激光器电源，其特征在于：所述微处理器的A/D转换口与输入脉冲宽度采集电路、温度采集电路、电压采集电路、所述霍尔传感器连接，所述微处理器与DC/DCⅡ连接，所述微处理器与所述射频调制门电路、外部输入脉冲和调零脉冲与仿真脉冲合成门电路、控制输入脉冲门电路、控制载波门电路和双向操作端口连接。
3.根据权利要求1所述的一种射频激光器电源，其特征在于：所述霍尔传感器通流端的一端与所述直流供电电源输入接口连接，通流端的另一端与所述电压采集电路、所述DC/DCⅠ、所述放大器Ⅱ、所述放大器Ⅲ连接，所述霍尔传感器的信号端与所述微处理器的A/D模数转换口连接。
4.根据权利要求1所述的一种射频激光器电源，其特征在于：所述DC/DCⅠ输入端+与所述霍尔传感器通流输出端连接，所述DC/DCⅠ输入端与直流供电电源输入接口的V-端连接，所述DC/DCⅠ的输出端连接所述DC/DCⅡ输入端+、连接所述放大器Ⅱ。
5.根据权利要求1所述的一种射频激光器电源，其特征在于：所述DC/DCⅡ输入端+与所述DC/DCⅠ的输出端连接，所述DC/DCⅡ输入端与直流供电电源输入接口的V-端连接，DC/DCⅡ的输出连接所述微处理器、所述放大器Ⅰ、所述温度采集电路、所述输入脉冲宽度采集电路和所述载波信号发生器相连接。
6.根据权利要求1所述的一种射频激光器电源，其特征在于：所述直流供电电源输入接口V+端与所述霍尔传感器通流端的一端连接，内部直流三级供电，经过所述霍尔传感器后为供电一级，与所述放大器Ⅲ、所述DC/DCⅠ连接，所述DC/DCⅠ输出为供电二级，与所述DC/DCⅡ输入端+、所述放大器Ⅱ连接，所述DC/DCⅡ输出为供电三级，与所述述微处理器、所述放大器Ⅰ、所述温度采集电路、所述输入脉冲宽度采集电路、所述载波信号发生器连接。
7.根据权利要求1所述的一种射频激光器电源，其特征在于：所述脉冲输入端接口连接所述输入脉冲宽度采集电路，外部脉宽调制信号经过光电隔离后连接到所述控制输入脉冲门电路，所述微处理器控制门电路，所述控制输入脉冲门电路输出端，连接所述外部输入脉冲和调零脉冲与仿真脉冲合成门电路，所述微处理器产生调零脉冲、仿真脉冲分别输出到所述外部输入脉冲和调零脉冲与仿真脉冲合成门电路，合成门电路输出连接所述射频调制门电路。
8.根据权利要求1所述的一种射频激光器电源，其特征在于：所述载波信号发生器产生高频正弦波，输出到与之连接的所述控制载波门电路，所述控制载波门电路受与之连接的所述微处理器控制，所述控制载波门电路与所述射频调制门电路连接，受控的高频正弦波被送到射频调制门电路。
9.根据权利要求1所述的一种射频激光器电源，其特征在于：所述射频调制门电路与所述控制载波门电路、所述外部输入脉冲和调零脉冲与仿真脉冲合成门电路连接，所述射频调制门电路连接所述放大器Ⅰ，所述射频调制门电路，将所述控制载波门电路传来的载波信号、所述外部输入脉冲和调零脉冲与仿真脉冲合成门电路传来的合成脉冲信号，调制成所需的射频信号输送到所述放大器Ⅰ；
所述放大器Ⅰ，将经所述射频调制门电路调制的射频信号，进行整形放大然后送到下一级即与之相连接的所述放大器Ⅱ，所述放大器Ⅱ为功率推动级，提升射频信号驱动能力，使前级和后级放大器协调运行，所述放大器Ⅱ输出与所述放大器Ⅲ输入连接，所述放大器Ⅲ输出接所述可变电容器和所述射频输出端口，所述放大器Ⅲ将射频波进一步放大，经所述射频输出端口输送到激光谐振腔内激发激光媒介物质发出激光，调谐所述可变电容器，使所述放大器Ⅲ与激光谐振腔匹配。
10.一种智能可精确控制激光输出功率的方法，包括采用如权利要求1-9任意一项所述的一种射频激光器电源，其特征在于：包括如下步骤，步骤一：设定最大激光功率；
将调制信号直流供电电源输入接口供电，脉宽输入端口施加10KHz占空比10％的脉冲信号，调节可变电容器使激光器发光，逐步将施加脉冲占空比调到100％,再调节可变电容器，使激光器输出光功率达到目标功率；
步骤二：调零；
关闭外部脉冲输入通道，修改光功率调零通道脉冲宽度，使输出激光功率为零，激光器处于发光临界态；
步骤三：采集外部脉冲宽度数据；
从外部施加脉冲信号，将占空比从1％到100％逐一采集转录成输出光功率分度表；
步骤四：采集生成光功率相关数据表；
调节外部通道输入脉冲信号的占空比，使激光器输出光功率按预设分度值(总功率的百分数)从1％到100％变化，同时采集的对应的电压值数据、电流值数据，计算出输入参照功率(总电功率)，形成光功率与总电功率对应表。在一定条件下激光输出功率和输入电功率间存在对应关系；
步骤五：仿真输出对应光功率；
关闭外部脉冲输入通道，仿真通道输出信号脉冲，A/D模数转换器实时采集外部输入脉冲宽度、电压、电流数据，实时计算出总电功率，将实时总电功率与参照功率作比较，偏差在一定范围内认为吻合，超出设定范围，通过逐步改变仿真脉冲宽度调整，实时总电功率偏大则减小仿真信号宽度，否则增加仿真脉冲宽度，直到功率与参照功率吻合，并一直保持动态吻合状态。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN116339174A (zh) * | 2023-05-24 | 2023-06-27 | 山东谦和云科技有限公司 | 一种脉冲激发控制系统 |
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Cited By (1)
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| CN116339174A (zh) * | 2023-05-24 | 2023-06-27 | 山东谦和云科技有限公司 | 一种脉冲激发控制系统 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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