PIV耦合监测系统的设计与实现

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PIV耦合监测系统是用来在激光器生产耦合的过程中快速、准确地监测激光器特性曲线和特性参数变化的系统。目前国内外大多数激光器参数测试仪,都是用来对激光器工作参数和曲线性能的测试,这些仪器具有高的测试精度,但是测试的速度普遍较低,所以,这些仪器并不适用于生产监测。随着半导体激光器应用的日益广泛,其需求量大增,为了满足市场需要、提高生产效率,设计一个能够快速准确测量激光器耦合效率和工作性能的测试系统就显得非常重要。本论文设计并实现了一种性价比较高,在实际生产中比较实用的PIV耦合监测系统。系统的设计需求主要是在激光器耦合的过程中:(1)实时显示LD的阂值(Ith)、发射的光功率P、驱动电压V和监视光电流Im等参数,参数的精度要求一般要在±0.1%以内;(2)要在小于等于20ms的时间内实时刷新TFT显示的电压-电流(V-I)曲线、功率-电流(P-I)曲线和监视电流-电流(Im-I)等三条曲线,即液晶的刷新频率要大于50Hz。系统的实现难点主要是计算的精度和测量的速度。本文针对系统的设计要求和主要的设计难点,提出可行的设计思路和方法。(1)首先考虑的是参数的计算精度问题,要提高精度一方面要保证驱动电路输出的信号噪声要小;另一方面在参数的处理过程中需要视情况采用合理的软件滤波算法。要降低模拟电路输出信号的噪声,首先使用一个高精度的DAC输出质量较高的驱动信号;然后接入模拟滤波器进一步降低噪声,信号输出端接滤波电路滤波以后输送给ADC;最后使用高精度ADC采集模拟信号。软件的数据处理模块加入了均值滤波算法进一步提高数据精度。(2)刷新速度问题,液晶的刷新时间包括DAC、ADC和数据处理的时间,DAC和ADC采用MCU内部集成外设,具有较高的精度和较快的转换速度,数据处理的时间与MCU主频有关,因此本设计选用了一款主频高达72MHz的单片机,单片机集成的DAC和ADC外设能够满足设计的需求。经过对测试结果的分析,波形的刷新时间大约为16.3ms,刷新频率满足工业用仪器的响应度要求;各个参数的精度为:功率的误差小于0.2dB,驱动电流精度为0.1mA,驱动电压精度为0.01V,监视光电流精度为luA,阈值电流的计算误差小于0.5mA,满足设计要求。因此整个测试系统满足设计的要求,也符合设计的标准。
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