【摘 要】
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21世纪是海洋的世纪,海洋强国是我国现代化进程中的重要举措。海水流速是重要的海洋动力参数之一。激光测速因其精度高、灵敏度高、非侵入测量、不受电磁干扰等优势成为新一代海水流速测量技术的研究热点。在激光测速系统中,激光器的光学稳定性是保证海水流速测量准确性的关键,基于半导体激光器发光理论,激光器的光学稳定性与注入电流和工作温度密切相关。目前商业激光器在电流和温度的控制精度与稳定性方面虽有良好的表现,但
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21世纪是海洋的世纪,海洋强国是我国现代化进程中的重要举措。海水流速是重要的海洋动力参数之一。激光测速因其精度高、灵敏度高、非侵入测量、不受电磁干扰等优势成为新一代海水流速测量技术的研究热点。在激光测速系统中,激光器的光学稳定性是保证海水流速测量准确性的关键,基于半导体激光器发光理论,激光器的光学稳定性与注入电流和工作温度密切相关。目前商业激光器在电流和温度的控制精度与稳定性方面虽有良好的表现,但其体积大且成本高,难以适用于海水原位流速测量的需求。基于以上问题,本文研发了一款体积小、成本低的半导体激光器驱动与温度控制系统。本文通过对半导体激光器工作原理及特性的分析,归纳出其输出光学特性与注入电流和工作温度的关系。根据项目实际需求确定了设计指标及方案。设计方案主要包括恒流驱动与温度控制两部分。恒流驱动部分利用16位数模转换芯片DAC8501设置控制电压,采用ATLS250MA106作为恒流驱动芯片,实现半导体激光器的高精度恒流驱动。为半导体激光器设计了完善的保护措施,包括防浪涌冲击、延时软启动和限流保护。温度控制部分采用ADN8835作为温控芯片,由上位机预设温度值,利用24位模数转换芯片ADS1255采集半导体激光器的温度信息,将其与预设温度在STM32中央处理单元进行模糊PID算法处理,处理结果经DAC8501转换后用以驱动AND8835内集成的H桥电路,从而控制TEC电流的大小和方向,以此来保证半导体激光器的温度稳定性。本论文对以上设计进行原理图绘制与PCB设计,并实现了尺寸为120 mm*65 mm的控制系统。对该半导体激光器的驱动及温控进行了实验测试与分析,结果显示,驱动电流与控制电压有着良好的线性度,在550 mV、750 mV和950 mV控制电压下分别测试了两个小时内的电流稳定性,电流的最大波动值为0.104 mA。在15℃、25℃和35℃温度下分别测试了一个小时内的稳定性,温度波动最大为0.007℃。对激光器的输出光功率和波长进行测试,两小时内输出光功率波动在0.3 mW内,波长波动为6pm。并将本设计集成到流速测量系统中进行了测试,测得水槽内水流速度信号。本设计在满足设计指标的情况下,做到了小型化与低成本,实现了应用创新。
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