应用于co气体检测的dfb激光器驱动及温控电路的设计

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1、应用于CO气体检测的DFB激光器驱动及温控电路的设计TheDesignofDFBLaserDriverandTemperatureControllerAppliedinCOGasDetectionSystem作者姓名：王宇专业名称：电路与系统指导教师：张宇副教授王一丁教授学位类别：工学硕士答辩日期：2015年6月2日应用于CO气体检测的DFB激光器驱动及温控电路的设计摘要一氧化碳（CO）是一种无色、无味且有剧毒性的气体，会使人在毫无察觉的情况下中毒。工业生产过程中，由于炉门密封不严、矿井下煤炭自燃等原因会导致的CO泄露，往往会引发

2、重大人员伤亡事故。因此，研制针对CO气体检测的预警系统将会对工业安全生产提供重要的保障。可调谐激光二极管吸收光谱（TDLAS）技术如今广泛应用于气体检测中，它是利用激光器输出特定波段的光谱扫描被检测气体的吸收跃迁谱线，并提取探测信号中的二次谐波获取相应的气体浓度信息。该类气体检测系统中通常使用分布负反馈(DFB)激光器作为光源,由于DFB激光器的输出光功率及波长受到工作电流和工作温度双重因素影响，所以需要专门设计激光器驱动及温度控制电路对工作条件加以控制。本论文针对应用于CO气体检测的1563nmDFB激光器设计了一款具有高精度的

3、激光器驱动及温控电路系统。硬件电路设计中，采用了可编程波形发生器产生高频正弦波和低频三角波，经调制后的驱动信号控制压控恒流源对激光器进行驱动；采用热电制冷器驱动芯片LTC1923驱动热电制冷器(TEC),根据模拟PID控制原理使DFB激光器工作在指定温度；设计了一款低噪声高精度的稳压电源对系统供电，以提高驱动电路工作稳定度；激光器保护部分设计了电源软启动、过流保护电路、浪涌保护等一系列保护措施；人机交互部分设计了LCD显示、键盘阵列、通信接口等电路。软件部分设计包括：温度控制程序、中断程序、接口程序等。测试实验部分开展了电源性能测

4、试、驱动波形测试、恒流源性能测试、激光器温度控制实验。本论文中激光器驱动及温控系统功能指标如下：（1）激光器驱动及温控由低纹波低噪声的线性稳压电源供电，输出电压+5V时，纹波幅度为2mV，纹波系数为0.04%。（2）双DDS可以同步输出两种频率、幅度可调的三角波和正弦波，经加法器叠加后输出调制驱动信号。（3）压控恒流源输出电流范围可调控在0mA-200mA之间，并且兼具良好的I非线性误差和稳定性。（4）温控器可以将DFB激光器的工作温度准确地控制在[6℃，50℃]区间内的任意值，温度调节响应仅耗时10秒，长时间温度控制误差可以控制

5、在±0.01℃以内。（5）本系统为DFB激光器设计了上电软启动、过流保护、过温保护、热敏电阻开路/短路保护、TEC过压/过流保护以及防浪涌措施等多种保护电路。关键词：CO气体检测，DFB激光器，可编程波形发生器，压控恒流源，温度控制器IITheDesignofDFBLaserDriverandTemperatureControllerAppliedinCOGasDetectionSystemAbstractCOisakindofcolorless,tasteless,toxicanddangerousgas.Peoplealway

6、sgetpoisonedwithnoawarenessofit.However,inrecentyears,COleakagesduetogasexplosionandfurnacedoorlaxsealinghappenedfrequentlyinsteelmaking,coking,cementproduction,kilnprocessinindustrialproduction.Theseaccidentshaveseizedhundredsofpeople’slives.Therefore,todevelopeaseto

7、feffectiveCOgasdetectionwarningsystemwillprovideanimportantprotectioninindustrialproduction.Inthispaper,IdesignalaserdriverwithhightemperaturecontrolaccuracybasedontheDFBlaserappliedinCOgasdetectionsystem.Inthedesignofhardwarecircuit,theprogrammablewaveformgeneratorpr

8、ovidedrivingwaveformcomprisedoftrianglewaveandsinewavetothevoltagecontrolledconstantcurrentsource.Usingthethermoelectriccool