MOPA光纤激光器的嵌入式控制系统设计

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随着工业技术的发展、工艺需求的提高,脉冲光纤激光器因其出色的加工性能被广泛应用在精密加工、智能制造等领域。其中,基于MOPA(Master Oscillator Power Amplifier)结构的光纤激光器由于其能够通过操作脉冲电信号获得频率、脉宽可调制的光信号而受到广泛研究。本文通过分析国内外光纤激光器的研究现状,明确了种子源模块作为MOPA光纤激光器核心器件的重要性,并围绕种子源的电路控制系统展开了如下研究:1)激光器控制系统的模块化设计,分析各个模块的功能与职责以及相互间的联系,确定各个模块的核心功能器件。2)设计种子源的驱动电路,包括搭建数字电路产生脉冲发生电信号和以处理器及驱动芯片为核心的种子源温度控制系统。3)建立种子源的温度控制模型,对比经典PID(Proportional–Integral–Derivative)控制器与模糊PID控制器的控制效果,并通过模型的仿真结果决定采用后者进行温度控制。随后详细说明了模糊控制器的设计流程,并基于该流程和模糊算法编写了相应的单片机驱动程序。4)设计激光器的温度、出光和湿度检测电路,实时检测激光器内部是否温度过载以及是否出现漏光现象。设计检测模块的上位机软件,接收并展示串口通信数据,同时能够通过上位机修改硬件电路参数,以简化激光器的操作与调试。本文通过硬件描述语言的设计获得了两路脉冲电信号,并通过逻辑处理生成脉冲宽度为纳秒级别的窄脉冲电信号。种子源温度控制模型的仿真结果验证了模糊PID控制器能够加快系统的响应速度并且提高系统的控制精度。检测和人机交互模块增强了激光器的自我保护能力,使其工作环境更加稳定。
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