光声检测系统中的可调谐激光器数字驱动的设计.pdf

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1、仪器仪表与检测技术《自动化技术与应用2010年第29卷第12期InstrumentationandMeasurment光声检测系统中的可调谐激光器数字驱动的设计★田进，郭锋，王寿全2，刘先勇．余玉江2，郭潇1，胡文z．蒙瑰1(1．西南科技大学光声检测研究室，四川绵阳621010；2．四川省煤炭产业集团有限责任公司技术中心，四川成都610091)摘要：本波计利啪软件III)(比例似分做分)眨馈控带IJ算法实肌r对激比器驱动电流的精确闭环控制．评通过颅没参数_『J’观』激光器驱动电流¨丁州的¨的。通过计光声号的『}亡劣分忻，证叫丁数RID的动块仃”的妓。关键词：半体澉器；

2、llI)；反馈；动iJl}J制Lfj罔分类号：Tt’391：TN242之献怀码：A文章编号：l0037241(2010)12005305DesignonaDigitalDrivingforaTunableLaserinaPhotoacousticDetectionSystemTIANJin，GUOFeng，WANGShou-quan，LIUXian·yong，YUYu-jiang，GUOXiao，HUWen，MENGGui(1．InstituteofPhotoacousficdetection，UniversityofSouthwestUniversityofScie

3、nceandTechnology,Mianyang621010China；2．TechonologyCenterofCoalIndustryGroup，Chengdu610091China)Abstract：ThedesignachievedaPID(proportionalintegraldifferentia1)feedbackcontrolalgorithminthesoftwaretodrivecurrentoflaserpreciseclosedloopcontrol，andthroughsetalaserintendedparameterstothelas

4、erdioadtogetaadjustablecurrentpurposes．Byanalyzingthequalityofphotoacousticsignal，provesthatthisdrivermodulebasedondigitalPIDhavegoodperformances．Keywords：laserdiode；PID：feedback；drivemodulation1引言半导体激光器(LD)对驱动电流都有着较高的要求，甲烷传感器采用甲烷气体对特定波长激光的特征相对于光纤通信用激光器，光声检测用激光器对波长吸收的特性来精确测量甲烷浓度，激光器是光声甲

5、烷传要求苛刻导致对驱动电流也更加严格。传统的激光器感器所需特征波长激光的产生装置，是整个传感器系统驱动多采用开环式或纯硬式驱动原理，一直以来存在中的核心组成部分，激光器的驱动也是光声甲烷传感器着以下问题：(1)开环电流不完全受控，精确度不够高；的重要组成部分，针对激光器的驱动电流的精确调制，(2)器件温漂变化极为容易导致LD波长大幅漂移；(3)驱决定着其能否产生固定波长的单色激光，继而决定着甲动电流往往由多种成分电流叠加，硬件设计中必须考烷传感器是否能够正常工作。虑各种电流的产生和控制，较为复杂；(4)LD驱动模块移植性差，针对LD不同波段的产品化设计过程中，模块参数

6、固定不可调。本设计针对NEC公司的小功率，基金项目：西南科技大学与四川省煤炭产业集团重大合作项目(编号07zh0164)，国防预研基金(编号A321Xx)，四川省教育厅重蝶型封装LD，在其他模块(信号检测模块，温度控制模大培育项目(编号07zz039)，四川省安监局项目(2007—21)块等)工作正常，且指标达标的情况下，通过分析光声信收稿日期：2010—09—08《自动化技术与应用2010年第29卷第12期仪器仪表与检测技术InstrumentationandMeasurment号的质量来评估驱动模块性能的优劣，采用这种方式定于光声池的几何设计；a为气体在激光频率处

7、的吸收的原因：因为激光器的驱动电流是直流偏置电流，LD系数；C为气体浓度；PL为激光功率；SM为微音器灵敏度；本体温度补偿用的锯齿波电流，器件温漂软件补偿电PLN为相干噪声，主要是光声池共振管壁和布鲁斯特窗流，小幅度、高频率的正弦调制电流等多个电流叠加片吸收引起的与激光功率成正比的相干噪声。组成的精确时变电流，其中正弦调制频率高达6000Hz，单一的驱动模块根本不便于采用万用表或示波器直接3系统构成及工作原理测量和观察。实验结果表明基于数字PID的驱动模块3．1硬件模块组成能有效够提高光声信号的质量，间接印证提高了驱动该驱动电路主要由电源模块、基于M