CN204256387U - 一种tec四线测量方式数字化处理系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种TEC四线测量方式数字化处理系统，包括四线测量方式模块、数字PID调节电路、驱动电路和执行器件。本实用新型采用输入和输出线性度小于1％的驱动电路和数字PID算法，调整简单、灵活、方便，通过建立范围内的关闭温度场、两级TEC、增量式数字PID、高精度和高线性度驱动电路解决了温度控制精度的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种数字化处理系统，具体是一种TEC四线测量方式数字化处理系统。
背景技术
在光电应用的一些领域，如密集波分复用系统(DWDM)、EDFA光放大器、LD泵浦固体激光器、多晶硅红外探测器等应用中，需要对器件的温度做精确控制，以保证系统正常工作。此时温度控制的精确度和长期稳定性将直接影响到光电器件参数及整个系统的工作性能。半导体激光器具有体积小、寿命长、容易调制、结构简单、转换效率高等优点，被广泛应用于激光通讯、激光打印、测距、激光雷达和激光干扰等方面。因LD需在不同的环境温度下工作及工作时产生的热量，会使LD小环境内的温度在短时间内发生急剧地变化导致输出功率下降，因而高精度、实时的温度控制系统对于LD而言是必不可少的，在已出现的激光器温度控制产品中，国外做得领先的是WAVELENGTH公司，可以使LD在-99～150的宽温环境内进行工作，且温度控制精度可以到达+0.001而国内产品通常在0～50窄温环境下工作，温度控制精度在0.1。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种高精度、高线性度的TEC四线测量方式数字化处理系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种TEC四线测量方式数字化处理系统，包括四线测量方式模块、数字PID调节电路、驱动电路和执行器件，所述四线测量方式模块包括输入电压设定电路和反馈电压采集电路，所述数字PID调节电路包括比例电路、微分电路和积分电路，所述驱动电路包括TEC驱动电路和TEC过流、过压、过载保护电路，所述执行器件包括TEC、散热片及其附属器件。
作为本实用新型进一步的方案：所述输入电压设定电路采用稳定的4530精密电压基准参考，温度传感器采用参量范围宽、测量精度高的NTC热敏电阻。
作为本实用新型进一步的方案：所述比例电路传递系数Kp与所述微分电路传递系数Kd取0.1时，控制信号u(t)中包含了偏差信号e(t)过去的信息；所述比例电路传递系数Kp与所述积分电路传递系数Ki取5时，控制信号u(t)在偏差信号e(t)大幅度变化前产生一个修正信号，提高控制系统反应速度。
作为本实用新型再进一步的方案：所述积分电路有效消除闭环控制系统的静差。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型采用输入和输出线性度小于1％的驱动电路和数字PID算法，调整简单、灵活、方便，通过建立范围内的关闭温度场、两级TEC、增量式数字PID、高精度和高线性度驱动电路解决了温度控制精度的问题。
附图说明
图1为TEC四线测量方式数字化处理系统的系统框图；
图2为TEC四线测量方式数字化处理系统的主程序流程；
图3为TEC四线测量方式数字化处理系统中四线测量方式电路图；
图4为TEC四线测量方式数字化处理系统中数字PID调节流程图；
图5为TEC四线测量方式数字化处理系统中驱动电路图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1～5，本实用新型实施例中，一种TEC四线测量方式数字化处理系统，包括四线测量方式模块、数字PID调节电路、驱动电路和执行器件，四线测量方式模块包括输入电压设定电路和反馈电压采集电路，数字PID调节电路包括比例电路、微分电路和积分电路，驱动电路包括TEC驱动电路和TEC过流、过压、过载保护电路，执行器件包括TEC、散热片及其附属器件。
输入电压设定电路采用稳定的4530精密电压基准参考，温度传感器采用参量范围宽、测量精度高的NTC热敏电阻。
比例电路传递系数Kp与微分电路传递系数Kd取0.1时，控制信号u(t)中包含了偏差信号e(t)过去的信息；比例电路传递系数Kp与积分电路传递系数Ki取5时，控制信号u(t)在偏差信号e(t)大幅度变化前产生一个修正信号，提高控制系统反应速度。
积分电路有效消除闭环控制系统的静差。
本实用新型的工作原理是：四线测量方式模块中采用电桥电路检测温度，从而提高检测灵敏度；电阻随温度变化台阶为1度，利用其分段线性函数标定，采样精度可达0.001度，系统可以对0.001度温度变化做出反应。
温度调节采用变速积分增量式PID算法，以减小静差，实现较高的温度控制精度，其变速积分增量式为[3]
式中：Kp—比例增量
Ki—积分系数
Kd—微分系数
E(k)、e(k-1)表示第k和k-1次采样时刻测量值与设定目标值的偏差f[e(k)]为e(k)的函数，在[0，1]区间内变化。A，B两参数分别设定为0.6℃和0.4℃，当e(k)温度误差大于1℃，即采用PD算法，实现快速加热或制冷，电压误差越大，加热量或制冷量越大：e(k)＜0.4℃时，采用增量式PID算法，0.4℃＜e(k)≤1℃，采用变速积分增量式PID算法。
系统工作流程是:通过键盘输入设定温度，单片机将该温度值查表得到该温度下热敏电阻阻值，并换算成对应的电压设定值送到D/A转换器，D/A转换器将其转换为模拟电压值，然后与负温度系数(NTC)热敏电阻反馈回的电压信号一起输入PID处理电路进行差分和比例、积分、微分信号处理，最后将PID信号输入MAX1968的引脚CTLI，作为TEC的控制信号，控制TEC制冷或制热，使被控温对象保持在设定温度。MAX1968的TEC电流监测信号及热敏电阻的反馈信号通过D/A转换器转换为数字信号输入到单片机，即可在LCD或LED数码管上实时显示TEC电流值与热沉温度。本系统中PID处理电路通过硬件电路实现，采用运放构成。当然也可采用软PID处理，即单片机获得热敏电阻电压值后，与设定值差分后通过PID运算程序计算TEC电流控制量，再经D/A转换后直接输入TEC驱动器来控制TEC制冷或制热。
Claims (4)
1.一种TEC四线测量方式数字化处理系统，包括四线测量方式模块、数字PID调节电路、驱动电路和执行器件，其特征在于，所述四线测量方式模块包括输入电压设定电路和反馈电压采集电路，所述数字PID调节电路包括比例电路、微分电路和积分电路，所述驱动电路包括TEC驱动电路和TEC过流、过压、过载保护电路，所述执行器件包括TEC、散热片及其附属器件。
2.根据权利要求1所述的TEC四线测量方式数字化处理系统，其特征在于，所述输入电压设定电路采用稳定的4530精密电压基准参考，温度传感器采用参量范围宽、测量精度高的NTC热敏电阻。
3.根据权利要求1所述的TEC四线测量方式数字化处理系统，其特征在于，所述比例电路传递系数Kp与所述微分电路传递系数Kd取0.1时，控制信号u(t)中包含了偏差信号e(t)过去的信息；所述比例电路传递系数Kp与所述积分电路传递系数Ki取5时，控制信号u(t)在偏差信号e(t)大幅度变化前产生一个修正信号，提高控制系统反应速度。
4.根据权利要求1所述的TEC四线测量方式数字化处理系统，其特征在于，所述积分电路有效消除闭环控制系统的静差。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN106227265A (zh) * | 2016-08-31 | 2016-12-14 | 电子科技大学 | 一种基于积分分离的可调太赫兹探测器温控系统 |
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2014
- 2014-10-13 CN CN201420591037.1U patent/CN204256387U/zh not_active Expired - Fee Related
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