CN2650357Y - 脉宽调制激光器可调恒温控制仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种脉宽调制UV激光器可调恒温控制装置。在激光腔内放置热敏传感元件，用帕尔贴热电效应元件贴在腔内各控温点上，通过外电路跟随器、比较器控制继电器吸合切换，再通过脉宽调制电路及驱动放大器控制帕尔贴热电效应元件正、负极的切换，达到加热或制冷，保持激光光源始终处于恒温环境下工作。本装置结构简单、安装方便，提高了控温、测量精确度，不增加光源体积，成本较低。本装置适用于检测生物气溶胶的特征荧光，它将在环境检测与环境保护中起到重要作用。

Description

脉宽调制激光器可调恒温控制仪

技术领域：

本实用新型属于生物气溶胶激光光学监测领域，更具体是生物气溶胶激光监测用激光器的恒温控制。

背景技术：

UV激光器采用二极管连续激光泵浦Nd:YVO₄激光器、脉冲调Q加非线性频率变换的技术，其高重复频率的三倍频输出波长为355nm，适合于检测生物气溶胶的特征荧光。

二极管激光波长与激光介质的吸收峰重合的越好，泵浦的效率就越高。激光介质的温度变化对1064nm激光输出的稳定性影响极大，而二次谐波的转换效率与基波强度的平方成正比，三次谐波的转换效率与基波强度和二次谐波强度的乘积成正比，因此对355nm输出的影响就更大，所以要对激光介质进行温度控制，然而传统的控温方式有：液体冷却、气体冷却、传导冷却。

液体冷却一般采用循环水进行，因为水是目前最好也是最常用的冷却液，但水一般皆含有矿物质，沉淀后很容易污染激光器和堵塞管道，同时水的冰点为0℃，不适用于野外工作的激光器，并且在整体设计上要有泵液流管等，会增加很大体积，很不方便。2气体冷却是采用强迫气体冷却激光器，一般采用风扇完成，根据耗散的热量和空气流的最大温差来确定，采用这种方法的缺点在于控温不够均匀且不适合在野外探测。3传导冷却是采用紧贴热传导体，如紫铜将热量传给散热器从而使其冷却，但其缺点在于体积较大，散热精度不高，不适合恶劣的环境下工作。

针对现有技术存在的缺点，设计本实用新型，采用先进的电子技术，利用脉宽调制的方法对激光器的光源、晶体进行恒温控制。

实用新型内容：

本实用新型设计了一种新型激光器控温装置，拟在二极管激光器上加高精度温控调谐装置，其中包括：控温元件、探测传感元件、温度控制器三部分组成。

具体技术方案如下：

所述激光器光源包括电源，激光二极管，聚焦系统，1064nm全反镜，激光工作物质，电光Q开关，1064nm输出镜，二倍频器(SHG)，三倍频器(THG)，紫外滤光片，特征是在激光光源腔体中设置探测传感元件，在激光腔体内还设有若干片控温元件贴于每个控温点(部件)上，具体是贴于激光二极管、二倍频器及三倍频器上；所述探测传感元件与激光腔外电阻构成分压电路，通过外电路跟随器、比较器与四路继电器相接，所述跟随器输出信号还通过四路继电器驱动温度控制器，该温度控制器输出信号经驱动放大器和四路继电器控制控温元件，根据环境温度进行加热或制冷。所述探测传感元件为热敏电阻。所述控温元件为帕尔贴效应元件。所述温度控制器为脉宽调制电路(或称控温模块)。

本实用新型实现了UV激光器光源温控调谐的温度恒温控制，使激光器适合于任何环境，同时保证了在测量过程中的一致性，提高了控温、测量精度。并且体积不会增加，确保低成本，结构简单、安装方便。在控温点上达到低温进行加热，高温进行制冷的目的。适用于检测生物气溶胶的特征荧光系统中。本装置将在环境检测与环境保护中起到重要作用。

附图说明：

图1是UV激光光源示意图。其中：1电源，2激光二极管，3聚焦系统，4为1064nm全反镜，5激光工作物质，6电光Q开关，7为1064nm输出镜，8为二倍频器(SHG)，9为三倍频器(THG)，10为紫外滤光片，11为探测传感元件，14为控温元件。在激光器中需要控温点有；激光二极管2、二倍频器8及三倍频器9。

图2为本实用新型总框图。M为激光腔体，11是探测传感元件，12跟随器，13比较器，14控温元件，15四路继电器，16温度控制器，17驱动放大器。

具体实施方式：

本实用新型所用温度探测传感元件11，在装置中选用负温度系数(NTC)的高精度热敏电阻，具体选用的是TH-C320型热敏电阻，其在10℃下的阻值为36kΩ。热敏电阻是放在激光腔M内，由d、e端引至腔外，它根据实际激光腔M内的温度，进行实时监视测量。随激光腔M内的温度变化，热敏电阻的阻值在变化，通过跟随器12上电压的变化反演表现出来，选用LF353放大器构成的跟随器12输出信号通过四路继电器15接入温度控制器16。该温度控制器16选用TL494模块，是一种脉宽调制电路。

因为本装置首先要根据热敏电阻的测量进行升温、降温的判定，所以需设计比较器13，该比较器13采用LM393完成，它与参比电压进行比较，控制四路继电器15的吸合切换。所述四路继电器15主要完成：左面两组是控制输出升温、降温选择通道，右面两组为控制控温元件14的正、负极加热、制冷切换。所述控温元件14选用帕尔贴效应(Peltier effect)元件，将它具体贴在激光光源腔M体内的控温点上：即激光二极管2、二倍频器(SHG)8和三倍频器(THG)9上。由于热敏电阻的阻值随激光腔M内温度而变化，通过外部电路的连锁反应直接控制帕尔贴的正、负极切换，使其进入升温或降温的过程，达到激光光源始终在恒温环境工作的目的。

温度控制器16是采用由PWM开关电源控制器TL494构成的闭环控制系统组成，通过功率开关控制其工作。TL494实现温度控制，其内部设有两个误差放大器，具有死区调整功能，软启动功能，输出形式既可单端也可双端，可实现振荡外同步。最高工作频率300kHz，内部基准电压5V，输入电压≤41V，工作温度范围-20℃～85℃。通过两路误差放大器分别进行高、低温状态监测，其切换电路由LM393构成比较电路13和放大控制电路及四路继电器15切换电路完成。在温度控制器16中a和b两路给TL494提供需加热或制冷的唯一参比电压。c是输出PWM脉宽调制后的状态信号，经过驱动放大器17和四路继电器15连接到控温元件14的端点(f、g)以便控制帕尔贴元件完成加热、降温的全过程。

Claims (4)

1.一种脉宽调制激光器可调恒温控制仪，该激光器光源包括电源，激光二极管，聚焦系统，1064nm全反镜，激光工作物质，电光Q开关，1064nm输出镜，二倍频器，三倍频器，紫外滤光片，其特征是在激光光源腔M体中设置探测传感元件，在激光腔M体内还设有若干片控温元件贴于每个控温点部件上，所述探测传感元件与激光腔M外电阻构成分压电路，通过外电路跟随器，比较器与四路继电器相接，所述跟随器输出信号通过四路继电器驱动温度控制器，该温度控制器经驱动放大器及四路继电器控制控温元件。

2.如权利要求1所述脉宽调制激光器可调恒温控制仪，其特征在于所述探测传感元件为热敏电阻。

3.如权利要求1所述脉宽调制激光器可调恒温控制仪，其特征在于所述控温元件为帕尔贴效应元件。

4.如权利要求1所述脉宽调制激光器可调恒温控制仪，其特征在于所述温度控制器为脉宽调制电路。