本实用新型涉及激光器领域，尤其涉及基于激光器的双闭环负反馈控制系统。
背景技术：
现有的激光器恒功率驱动电路的结构一般是通过光电二极管采集激光二极管的功率，处理器根据该功率调节激光二极管输出功率，形成一个负反馈的功率环，实现激光器稳定输出。但是现有的激光器恒功率驱动电路输出功率有较大的波动，并且电路本身存在温度变化等外界干扰情况下会有很大的误差，造成激光器恒功率驱动电路输出的光功率稳定性较差，无法满足实际应用对稳定性的要求。因此，为解决上述问题，本实用新型提供基于激光器的双闭环负反馈控制系统，通过在原有功率环的基础上再增加一个电流环，调节激光器注入电流大小，并与原有的功率环形成双闭环负反馈控制系统，共同控制激光器的输出光功率，使激光器输出光功率稳定。
技术实现要素：
有鉴于此，本实用新型提出了基于激光器的双闭环负反馈控制系统，通过在原有功率环的基础上再增加一个电流环，调节激光器注入电流大小，并与原有的功率环形成双闭环负反馈控制系统，共同控制激光器的输出光功率，使激光器输出光功率稳定。
本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了基于激光器的双闭环负反馈控制系统，其包括恒流源、激光器和处理器，还包括电流反馈电路和功率反馈电路；
激光器内部集成有激光二极管ld和光电二极管pd；
功率反馈电路包括采样电阻rs2、放大电路和电压跟随器；
激光二极管ld的正极与恒流源的输出端电性连接，激光二极管ld的负极通过电流反馈电路接地，处理器的模拟量输出端与电流反馈电路的控制端电性连接；
光电二极管pd的负极与恒流源的输出端电性连接，光电二极管pd的正极通过采样电阻rs2接地，放大电路的输入端与采样电阻rs2的两端电性连接，放大电路的输出端通过电压跟随器与处理器的模拟输入端电性连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，放大电路包括：电阻r60-r62和运算放大器opa2344；
运算放大器opa2344的同相输入端与光电二极管pd的正极电性连接，电阻r61并联在采样电阻rs2的两端，运算放大器opa2344的反向输入端分别与电阻r60的一端和电阻r62的一端电性连接，电阻r60的另一端接地，电阻r62的另一端与运算放大器opa2344的输出端电性连接，运算放大器opa2344的输出端通过电压跟随器与处理器的模拟输入端电性连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，电流反馈电路包括mos管q10、采样电阻rs1、电压采集电路和比较电路；
mos管q10的漏极与激光二极管ld的负极电性连接，mos管q10的源极通过采样电阻rs1接地，电压采集电路的输入端分别与采样电阻rs1的两端电性连接，电压采集电路的输出端与比较电路的第一输入端电性连接，处理器输出参考电压至比较电路的第二输入端，比较电路的输出端与mos管q10的栅极电性连接。
进一步优选的，电压采集电路包括：电阻r54、电阻r57和运算放大器tl082；
运算放大器tl082的同相输入端与采样电阻rs1的一端电性连接，采样电阻rs1的另一端接地，运算放大器tl082的反相输入端分别与电阻r54的一端和电阻r57的一端电性连接，电阻r54的另一端接地，电阻r57的另一端与运算放大器tl082的输出端电性连接，运算放大器tl082的输出端与比较电路的第一输入端电性连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，激光器内部还集成有热敏电阻；
双闭环反馈控制系统还包括温度比较电路；
温度比较电路采集热敏电阻两端的电压信号，并输出至处理器的模拟输入端。
在以上技术方案的基础上，优选的，还包括光强检测电路；
光强检测电路的输入端与光电二极管pd的正极电性连接，光强检测电路的输出端与处理器的模拟输入端电性连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，还包括光耦隔离器和散热器；
处理器的模拟输出端通过光耦隔离器与散热器电性连接。
本实用新型的基于激光器的双闭环负反馈控制系统相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)通过设置功率反馈电路和电流反馈电路，可以构成双闭环负反馈控制系统，功率反馈电路以激光二极管ld的光功率作为反馈信号，控制激光二极管ld的输出光功率；电流反馈电路实时检测流过激光二极管ld的电流大小，根据该电流大小控制与激光二极管ld串联的mos管导通程度，进而控制注入激光二极管ld的电流大小，达到电流动态平衡状态；
(2)通过温度比较电路检测激光器温度，并将该温度值传输至处理器，在处理器中根据实际应用对激光器的温度进行设定，处理器将设定信号与激光器内部热敏电阻获得的反应温度的信号相比较，通过比较的结果输出控制散热器的控制信号，该控制信号通过光耦隔离器进行隔离，从而达到让激光器温度稳定的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型基于激光器的双闭环负反馈控制系统的结构图；
图2为本实用新型基于激光器的双闭环负反馈控制系统的电路图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，本实用新型的基于激光器的双闭环负反馈控制系统，其包括恒流源、激光器、处理器、功率反馈电路、电流反馈电路、温度比较电路、光强检测电路、光耦隔离器和散热器。
激光器，输出光功率稳定的光信号。激光器在工作时，即使电流保持恒定，由于工作会产生热量，散热不及时温度就会变高，影响激光器的输出特性，因此，高稳定度的温控对激光器而言十分重要。本实施例中，激光器选用内部集成有激光二极管、光电二极管和热敏电阻的激光器，将激光二极管标记为ld，光电二极管标记为pd。优选的，可以采用中心波长为1650nm的蝶型尾纤式封装激光器。为了实现对激光器的温控，本实施例中，还设置有温度比较电路，通过温度比较电路检测激光器温度，并将该温度值传输至处理器，在处理器中根据实际应用对激光器的温度进行设定，处理器将设定信号与激光器内部热敏电阻获得的反应温度的信号相比较，通过比较的结果输出控制散热器的控制信号，该控制信号通过光耦隔离器进行隔离，从而达到让激光器温度稳定的效果。
恒流源，输出稳定的电流给激光器。可以采用现有技术实现，在此不再累述。
功率反馈电路，以激光二极管ld的光功率作为反馈信号，共同控制激光二极管ld的输出光功率。本实施例中，功率反馈电路包括采样电阻rs2、放大电路和电压跟随器。
光电二极管pd采集激光二极管ld的光功率，并将该光功率转换为电信号。
采样电阻rs2，将光电二极管pd所处线路中的电流转换为电压信号。
放大电路，采集采样电阻rs2两端的电压，并对其进行放大处理。优选的，如图2所示，放大电路包括：电阻r60-r62和运算放大器opa2344；具体的，运算放大器opa2344的同相输入端与光电二极管pd的正极电性连接，电阻r61并联在采样电阻rs2的两端，运算放大器opa2344的反向输入端分别与电阻r60的一端和电阻r62的一端电性连接，电阻r60的另一端接地，电阻r62的另一端与运算放大器opa2344的输出端电性连接，运算放大器opa2344的输出端通过电压跟随器与处理器的模拟输入端电性连接。其中，调节电阻r62和电阻r61的阻值可以调节放大电路的放大倍数，本实施例中，放大电路的放大倍数为11倍。
电压跟随器，其输入端连接放大电路的输出端，其输出端连接处理器的a/d采样端口，用于限制处理器的a/d采样端口电压，保护处理器的a/d采样端口不被烧坏。可以采用现有技术实现，在此不再累述。本实施中，如图2所示，a/d表示处理器的a/d采样端口。
电流反馈电路，实时检测流过激光二极管ld的电流大小，根据该电流大小控制与激光二极管ld串联的mos管导通程度，进而控制注入激光二极管ld的电流大小，达到电流动态平衡状态。本实施例中，功率反馈电路包括mos管q10、采样电阻rs1、电压采集电路和比较电路。
mos管q10，串联在激光二极管ld所处线路中，根据其控制信号电压调节其导通程度，进而控制注入激光二极管ld的电流大小，达到电流动态平衡状态。本实施例中，mos管q10的漏极与激光二极管ld的负极电性连接，mos管q10的源极通过采样电阻rs1接地，mos管q10的栅极与比较电路的输出端电性连接。
采样电阻rs1，将激光二极管ld所处线路中的电流转换为电压信号。
电压采集电路，实时采集采样电阻rs1两端的电压。本实施例中，如图2所示，电压采集电路包括：电阻r54、电阻r57和运算放大器tl082；具体的，运算放大器tl082的同相输入端与采样电阻rs1的一端电性连接，采样电阻rs1的另一端接地，运算放大器tl082的反相输入端分别与电阻r54的一端和电阻r57的一端电性连接，电阻r54的另一端接地，电阻r57的另一端与运算放大器tl082的输出端电性连接，运算放大器tl082的输出端与比较电路的第一输入端电性连接。
比较电路，其第一输入端输入电压采集电路输出的电压信号，其第二输入端输入处理器提供的参考电压，比较电路将该电压信号和参考电压进行比较，并输出比较结果，由该比较结果控制mos管q10导通程度，进而控制注入激光二极管ld的电流大小，达到电流动态平衡状态。本实施例中，处理器提供的参考电压标记dac_1。
光强检测电路，用于检测激光器输出光信号强度。光强检测电路的输入端与光电二极管pd的正极电性连接，光强检测电路的输出端与处理器的模拟输入端电性连接。可以采用现有技术实现，因此，在此不再累述。
本实施例的工作原理：以激光二极管ld为被控对象，通过与激光二极管ld串联的精密采样电阻rs1取样，并将取样值经过电压采集电路后传送至比较电路的第一输入端，比较电路将该电压以及处理器提供的参考电压进行比较，根据比较结果共同控制mos管q10的导通程度，进而控制注入激光二极管ld的电流大小，最终达到一个负反馈的动态平衡状态，实现激光二极管ld电流的精确控制和稳定输出；
在经过电流反馈电路对注入激光二极管ld电流的进一步调节和稳定后，就可以得到输出量，即光功率，与光电二极管pd串联的采样电阻rs2对光功率取样后形成反馈量，反馈量经放大电路处理后从处理器的a/d口反馈至处理器，与预设功率共同决定控制电压。
本实施例的有益效果为：通过设置功率反馈电路和电流反馈电路，可以构成双闭环负反馈控制系统，功率反馈电路以激光二极管ld的光功率作为反馈信号，控制激光二极管ld的输出光功率；电流反馈电路实时检测流过激光二极管ld的电流大小，根据该电流大小控制与激光二极管ld串联的mos管导通程度，进而控制注入激光二极管ld的电流大小，达到电流动态平衡状态；
通过温度比较电路检测激光器温度，并将该温度值传输至处理器，在处理器中根据实际应用对激光器的温度进行设定，处理器将设定信号与激光器内部热敏电阻获得的反应温度的信号相比较，通过比较的结果输出控制散热器的控制信号，该控制信号通过光耦隔离器进行隔离，从而达到让激光器温度稳定的效果。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
1.基于激光器的双闭环负反馈控制系统，其包括恒流源、激光器和处理器，其特征在于：还包括电流反馈电路和功率反馈电路；
所述激光器内部集成有激光二极管ld和光电二极管pd；
所述功率反馈电路包括采样电阻rs2、放大电路和电压跟随器；
所述激光二极管ld的正极与恒流源的输出端电性连接，激光二极管ld的负极通过电流反馈电路接地，处理器的模拟量输出端与电流反馈电路的控制端电性连接；
所述光电二极管pd的负极与恒流源的输出端电性连接，光电二极管pd的正极通过采样电阻rs2接地，放大电路的输入端与采样电阻rs2的两端电性连接，放大电路的输出端通过电压跟随器与处理器的模拟输入端电性连接。
2.如权利要求1所述的基于激光器的双闭环负反馈控制系统，其特征在于：所述放大电路包括：电阻r60-r62和运算放大器opa2344；
所述运算放大器opa2344的同相输入端与光电二极管pd的正极电性连接，电阻r61并联在采样电阻rs2的两端，运算放大器opa2344的反向输入端分别与电阻r60的一端和电阻r62的一端电性连接，电阻r60的另一端接地，电阻r62的另一端与运算放大器opa2344的输出端电性连接，运算放大器opa2344的输出端通过电压跟随器与处理器的模拟输入端电性连接。
3.如权利要求1所述的基于激光器的双闭环负反馈控制系统，其特征在于：所述电流反馈电路包括mos管q10、采样电阻rs1、电压采集电路和比较电路；
所述mos管q10的漏极与激光二极管ld的负极电性连接，mos管q10的源极通过采样电阻rs1接地，电压采集电路的输入端分别与采样电阻rs1的两端电性连接，电压采集电路的输出端与比较电路的第一输入端电性连接，处理器输出参考电压至比较电路的第二输入端，比较电路的输出端与mos管q10的栅极电性连接。
4.如权利要求3所述的基于激光器的双闭环负反馈控制系统，其特征在于：所述电压采集电路包括：电阻r54、电阻r57和运算放大器tl082；
所述运算放大器tl082的同相输入端与采样电阻rs1的一端电性连接，采样电阻rs1的另一端接地，运算放大器tl082的反相输入端分别与电阻r54的一端和电阻r57的一端电性连接，电阻r54的另一端接地，电阻r57的另一端与运算放大器tl082的输出端电性连接，运算放大器tl082的输出端与比较电路的第一输入端电性连接。
5.如权利要求1所述的基于激光器的双闭环负反馈控制系统，其特征在于：所述激光器内部还集成有热敏电阻；
所述双闭环反馈控制系统还包括温度比较电路；
所述温度比较电路采集热敏电阻两端的电压信号，并输出至处理器的模拟输入端。
6.如权利要求1所述的基于激光器的双闭环负反馈控制系统，其特征在于：还包括光强检测电路；
所述光强检测电路的输入端与光电二极管pd的正极电性连接，光强检测电路的输出端与处理器的模拟输入端电性连接。
7.如权利要求1所述的基于激光器的双闭环负反馈控制系统，其特征在于：还包括光耦隔离器和散热器；
所述处理器的模拟输出端通过光耦隔离器与散热器电性连接。
技术总结