一種激光器恒定功率數字控制系統的制作方法

本實用新型涉及一種激光器，尤其涉及的是一種激光器恒定功率數字控制系統。

背景技術：

激光器在醫療器械中的應用比較廣泛。在某些高精度的應用中，對激光器光功率的穩定性和調制精度要求很高，這直接影響產品應用中實際數據誤差，還會給軟件增添許多難度，讓儀器的整體性能也下降不少。如在全自動血液細胞分析儀中的應用，不同的血細胞對激光的透射率不一樣，如果光功率不夠穩定和精確，會造成細胞數量和種類錯誤，從而導致儀器測量結果的錯誤，更嚴重的會讓醫生誤診。

目前，在CN102185248A中公開了一種激光器輸出光功率的數字控制方法及系統，這種方法主要是將激光器里面的光電二極管反饋回來信號通過模數轉換器直接傳送到微處理器，再通過軟件算法和數模轉換器對其驅動電流進行設置，使得激光器的光功率恒定。

現有的技術存在以下缺點：首先是功能單一，不具備監控功能、沒有數字控制多種光功率切換使用等。對于需要激光器多種光功率切換的應用，傳統的激光器驅動電路比較復雜，需要使用很多分立元件來搭電路，不穩定，成本高。監控光功率的精度不高，會存在誤差，因為激光器在不同溫度下光功率會發生變化，常規的方法是監控激光器的工作電流從而監控激光器大概的功率。

因此，現有技術還有待于改進和發展。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于提供一種激光器恒定功率數字控制方法及系統，旨在解決現有的激光器現實不同恒定光功率的穩定性差和成本高的問題。

本實用新型的技術方案如下：

一種激光器恒定功率數字控制系統，其包括反饋電路、電流控制電路、激光器、主控模塊和計算機，所述主控模塊包括微處理器、和數模轉換器；所述計算機與主控模塊的微處理器電連接；所述微處理器電連接數模轉化器；所述數模轉換器電連接電流控制電路的輸入端；所述電流控制電路的輸出端電連接激光器；所述激光器的光電二極管與反饋電路電連接；所述反饋電路與電流控制電路的反饋端電連接；所述用于接收和處理計算機的功率調整指令；所述數模轉化器用于將微處理的信號轉換處理后發給電流控制電路；所述電流控制電路用于將根據輸入電壓固定輸出電流，使激光器工作；所述反饋電路用于根據激光器發射光的強弱產生反饋電流信號，輸出調整電壓信號給電流控制電路。

所述的系統，其還包括電壓采集電路、電流監控電路，所述主控模塊還包括模數轉換器，所述電流監控電路電連接電流控制電路的輸出端，監控激光器的驅動電流，并通過模數轉換器電連接微處理器，所述微處理器將監控電流數據發送給計算機顯示；所述電壓采集電路電連接電流控制電路反饋端，采集反饋端的電壓，并通過模數轉換器電連接微處理器，所述微處理器將監控電壓數據發送給計算機顯示

所述的系統，其電流控制電路的內部電路是通過運算放大器和三極管組成的，通過電流控制電路中運算放大器閉環電路形成的電壓比較器來恒定激光器的光功率。

所述的系統，其所述三極管替換成MOS管，通過控制MOS管柵極與源極的電壓，從而控制漏極與源極的輸出的驅動電流。

本實用新型的有益效果：本實用新型通過一種激光器通過數字控制方法實現不同恒定光功率，同時可以精確的實時監控激光器輸出的光功率大小以及工作情況。本實用新型功能全面，應用方便，不僅能使激光器的光功率恒定，實時監控光功率的大小，還可以使激光器在多種光功率切換使用，在恒定功率的激光器應用中適用范圍廣。

附圖說明

圖1是本實用新型提供的激光器恒定功率數字控制系統框圖。

圖2是本實用新型提供的方法流程圖。

具體實施方式

為使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對本實用新型進一步詳細說明。

參見圖1，本實用新型提供激光器恒定功率數字控制系統包括反饋電路、電流控制電路、激光器、主控模塊和計算機。所述主控模塊包括微處理器和數模轉換器。

所述計算機與主控模塊的微處理器電連接；所述微處理器電連接數模轉化器；所述數模轉換器電連接電流控制電路的輸入端；所述電流控制電路的輸出端電連接激光器；所述激光器的光電二極管與反饋電路電連接；所述反饋電路與電流控制電路的反饋端電連接。

所述微處理器用于接收和處理計算機的功率調整指令；所述數模轉化器用于將微處理的信號轉換處理后發給電流控制電路；所述電流控制電路用于將根據輸入電壓固定輸出電流，使激光器工作；所述反饋電路用于根據激光器發射光的強弱產生反饋電流信號，輸出調整電壓信號給電流控制電路。

所述數字控制系統還包括一電流監控電路，所述主控模塊還包括模數轉換器。

所述電流監控電路電連接電流控制電路的輸出端，監控激光器的驅動電流，并通過模數轉換器電連接微處理器，所述微處理器將監控電流數據發送給計算機顯示。

所述數字控制系統還包括一電壓采集電路。

所述電壓采集電路電連接電流控制電路反饋端，采集反饋端的電壓，并通過模數轉換器電連接微處理器，所述微處理器將監控電壓數據發送給計算機顯示。

所述激光器是由一個半導體激光器和一個光電二極管組成的。所述激光器工作時半導體激光器產生一定強度的光，然后通過光電二極管轉換成一個電流信號。光的強度越強，光電二極管輸出的電流就越大；光的強度越弱，光電二極管產生的電流越小。當半導體激光器工作時，光電二極管會根據激光器產生的光的強度實時的將光信號轉換為電流信號，然后輸入反饋電路。所述半導體激光器通過恒定的電壓和電流，即恒定功率后就產生恒定波長的光束。所述反饋電路用于將激光器反饋過來的電流信號調理并轉換成電壓信號給到電流控制電路。

本實用新型自動調節恒定光功率輸出，通過光電二極管反饋回來的信號對電流控制電路的輸出電流進行調整，使得激光器輸出恒定的光功率。

電流控制電路的內部電路是一個由運算放大器(簡稱：運放)和三極管組成的電流控制電路。主要控制激光器電流大小的元件是三極管，在同樣的阻抗情況下，電流的大小由電壓決定，而這個電壓受反饋電路的電壓信號和微處理器的數字控制信號的影響。例如通過控制MOS管柵極G與源極S的電壓，從而控制漏極D與源極S的輸出的驅動電流，這是一種電壓控制型元器件。還可以利用集成電路，通過改變電壓值，從而輸出不同的恒定的驅動電流。

由于數字控制的電壓一般設置好后都是不會變化的，它只是選擇輸出電流大小的時候會有所變化，所以激光器恒定功率下工作由反饋信號決定。假設激光器隨著外界溫度的降低輸出功率增大，光電二極管產生的反饋電流也會加大，通過反饋電路轉換的反饋電壓也會增大，然后通過電流控制電路后將減小激光器的輸出電流；反之，假設激光器的輸出功率隨著外界的溫度升高輸出功率降低，則電流控制電路會增大輸出電流，正是通過這一原理來讓激光器在恒定的功率下工作。

參見圖2，本實用新型提供的控制方法包括以下流程：

步驟S1：微處理器接收計算機下發的功率調整指令；

步驟S2：微處理器根據指令對數模轉換器進行對應參數配置，并通過數模轉換器輸出一個電壓給到電流控制電路；

步驟S3：電流控制電路根據輸入電壓固定輸出電流，使激光器工作；

步驟S4：激光器的光電二極管根據激光器發射光的強弱產生一個反饋電流信號給反饋電路；

步驟S5：反饋電路根據反饋的電流信號，輸出調整電壓信號再對電流控制電路的輸出電流進行自動調節。

因為，激光器受溫度影響比較大，假如激光器隨著溫度升高而光功率變小，此時，反饋回來的信號將會增大電流控制電路的輸出電流，從而使得激光器輸出恒定的光功率。

所述電流監控電路實時采集電流控制電路輸出給激光器的驅動電流，通過其電流的大小判斷激光器工作狀態以及大概的功率情況。

然后通過電壓采集電路對電流控制電路中的運放輸入端進行電壓采集，這個電壓的大小跟激光器輸出的光功率成正比關系，進而可以通過電壓的大小得知激光器輸出的光功率的大小，然后將采集的結果通過模數轉換器發送到主控模塊的微處理器。

本案例主要通過改變運算放大器的輸入端的電壓從而控制激光器的輸出電流，在不同的輸入電壓時，激光器的的光功率會不一樣，通過這一規律將輸入電壓和輸出的光功率做一個對應表格，通過精密光功率測量儀器監測光功率大小。然后就可通過監測到的電壓從而得到具體得光功率。但是在不同的溫度情況下，這種方法也會造成光功率的不穩定，因此在實際應用中需要做恒溫裝置，至少保證溫度在一定的范圍內。

本實用新型還提供一些替換技術，例如通過激光器反饋回來的信號通過模數轉換器之后直接傳送給微處理器再通過微處理器控制數模轉換器輸出一個特定的電壓來控制驅動電路輸出的電流，這需要找到這個控制輸出的電壓與驅動電路里面的驅動電流以及反饋回來信號的關系，從而用軟件去控制激光器恒定的功率。

因為光電二極管的原理，在不同光功率下產生出的電流大小會不一樣，從而經過反饋電路后，輸出的電壓大小也會不一樣，通過這一原理將不同光功率下輸出的電壓(光電二極管電流轉換成的電壓)與光功率大小也可以做一個數據統計，前提時再一定的溫度范圍，這里也需要恒溫裝置，這樣處理雖然比較復雜，但是測量與監控更加穩定。

通過以上兩種方式可以獲知當前激光器光功率的大小，通過控制電流控制電路的輸入電壓即可實現光功率大小的控制。

在本方案中也監控了輸出端的電流，主要是因為在實際的應用中便于維護，有時候機器出現故障，如果只檢測前端的電壓，而后端電路輸出問題時，就需要一一的排除找問題根源。本方案還監控了電流控制電路里面運放的輸入端的電壓，這個電壓和輸出光功率的大小存在一種關系，這采集這里的電壓得出的光功率結果更為精確，準確度高。

與現有的技術比有以下優點：(1)可以選擇不同的輸出的光功率。用戶可以通過系統界面去調節激光器的光功率的大小，而且能夠從系統界面上很直觀的看到輸出的光功率的大小，不再像傳統的應用中手動調節變阻器，麻煩不可靠。(2)能夠準確的采集激光器的光功率，在批量儀器的應用中會節省很多調試的時間。本方案通過采集電流控制電路里面運放輸入端B端的電壓，可以精確的確定輸出的光功率，傳統調節激光器輸出的光功率需要借助相關的測量設備，這樣對于批量設備的應用時調試起來很麻煩，而且會因為環境和外界光的干擾存在一定的差異。(3)整體實現的功能很全面，應用廣泛，成本低，可根據不同的應用選擇行的刪減部分功能，如監控電路、主控模塊。傳統激光器驅動電路實現的功能比較單一，要實現本方案的所有功能，電路會很繁瑣，整個成本也會增加。

應當理解的是，本實用新型的應用不限于上述的舉例，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，所有這些改進和變換都應屬于本實用新型所附權利要求的保護范圍。