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基于半导体制冷器的激光器温度控制系统设计

于泉泉  
【摘要】:基于激光器吸收光谱技术的瓦斯浓度监测系统在煤炭生产和生活中发挥着重要的作用。由于此类激光器工作时需要保持在高稳定度的恒温状态来保证它的输出功率和波长,且激光器价格高昂需要理想的温度控制装置来保障它的可靠耐用,所以设计高集成、体积小、高稳定度的温度控制系统就成为急需要解决的关键问题。 该系统采用高精度的负温度系数热敏电阻作为温度传感器来测量温度信号,使用半导体制冷器作为执行单元为激光器制冷/加热。惠斯登电桥法测量电压差抑制了温度漂移,MAX1978温控模块为电压差信号提供差分放大和TEC电流驱动。建立半导体制冷器模型,分析它的制冷制热效果。通过DAC设置预置电压可以调节温控系统的预置温度值。通过分析恒温系统的数学模型,运用PID控制原理设计合适的控制器,使控制过程快速高效。通过MCU控制器和FPGA控制温控系统电路的有秩序工作,采集温度值和温度稳定性信号,通过RS-232与上位机串行通信传送命令和数据,控制液晶电路显示等等。利用LabVIEW软件设计上位机控制台程序,在人机交互界面下控制温控过程,采样并保存温度值和温度稳定性数据,绘制温度值和温度稳定性曲线。 通过系统电路仿真确定电路的原理图和参数要求,制作成实际的电路系统,通过上位机控制台采集相应的实验数据,分析并总结实验表明,温度控制系统达到了5m℃的稳定性,预置温度10~40℃范围内可调,且PID控制调温过程快速稳定。


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