一种法布里‑珀罗谐振腔驱动电路的实现方法与流程

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一种法布里‑珀罗谐振腔驱动电路的实现方法与流程

本发明提供一种法布里-珀罗谐振腔驱动电路的实现方法,能够对法布里珀罗进行电压驱动,包括基准电压电路、控制电路、数字模拟转换电路、电压跟随电路和电压放大电路,属于硬件电路设计技术领域。



背景技术:

光学中,法布里-珀罗谐振腔是一种由两块平行的玻璃板组成的多光束滤波器,其中两块玻璃板相对的内表面都具有高反射率,特性为当入射光的频率满足其共振条件时,其透射频谱会出现很高的峰值,对应着很高的透射率。

常用的光纤光栅传感器解调方法有基于法布里-珀罗谐振腔的光栅传感器波长解调法、基于光栅传感器波长偏移的应变传感器信号解调法、基于光栅传感器波长偏移的温度传感器信号解调法,其中基于法布里-珀罗谐振腔的光栅传感器波长解调法因实现方法简单精度高被广泛的应用在实际工程中,法布里-珀罗谐振腔的驱动电路在解调的过程中起着重要的作用,因此驱动电路的精度与稳定性对解调有着重要的影响,但是现有的法布里-珀罗谐振腔的驱动电路的精度较低,无法满足实际应用中的需求。

为了能够更好的对光纤光栅传感器进行解调,提高解调的精度,基于以上现状和问题,本发明一种基于的法布里-珀罗谐振腔驱动电路的实现方法,包括基准电压电路、控制电路、数字模拟转换电路、电压跟随电路和电压放大电路,能够提高法布里-珀罗谐振腔的驱动电路的精度和稳定性,从而改进基于法布里-珀罗谐振腔的光栅传感器波长解调法,提高光纤光栅传感器的解调精度,便于实际应用。



技术实现要素:

(一)本发明的目的是:

本发明的目的是实现一种法布里-珀罗谐振腔驱动电路的实现方法,它涉及一种法布里-珀罗谐振腔驱动电路的实现,包括基准电压电路、控制电路、数字模拟转换电路、电压跟随电路和电压放大电路,有利于提高法布里-珀罗谐振腔驱动电路的精度,能够满足实际的应用的需求。

(二)其具体技术方案如下:

本发明一种法布里-珀罗谐振腔驱动电路的实现方法,即一种法布里-珀罗谐振腔驱动电路的实现方法,其具体步骤如下:

步骤一,选择基准电压稳压芯片,进行基准电压电路的设计,基准电压电路决定数字模拟转换芯片的精度;

步骤二,通过单片机控制产生数字信号,控制数字模拟转换电路数字量的输入;

步骤三,选择数字模拟转换芯片,设计数字模拟转换电路,将数字信号转换成模拟信号;

步骤四,选择电压跟随芯片,设计电压跟随电路,电压跟随电路实现输出随输入变化,能够解决驱动电压加载到法布里-珀罗谐振腔上时产生的失真;

步骤五,选择电压放大芯片,设计电压放大电路,将电压放大产生驱动法布里-珀罗谐振腔的锯齿波电压;

步骤六,进行实验验证,将设计的电路输出信号进行测试;

其中,在步骤一中所述的“选择基准电压稳压芯片,进行基准电压电路的设计”,其作法如下:根据设计的要求以及电路的使用环境选择基准电压稳压芯片,本发明采用基准电压稳压芯片REF195来提供基准电压,并根据该芯片的芯片手册中的电路图设计电路。

其中,在步骤二中所述的“通过单片机控制产生数字信号,控制数字模拟转换电路数字量的输入”,其作法如下:使用型号为XC7Z020-1CLG484I的集成开发板Miz702(南京米联电子),采用利用现场可编程门阵列(即Field-Programmable Gate Array,以下简称FPGA)控制数字模拟电路数字量,依次循环产生从0到65535的数字量作为数字模拟转换电路的输入。

其中,在步骤三中所述的“选择数字模拟转换芯片,设计数字模拟转换电路”,其作法如下:选用DAC8728芯片作为数模转换芯片,并根据该芯片的芯片手册中的电路图设计电路。

其中,在步骤四中所述的“选择电压跟随芯片,设计电压跟随电路”,其作法如下:选用OPA277芯片作为电压跟随芯片,并根据该芯片的芯片手册中的电路图设计电路。

其中,在步骤五中所述的“选择电压放大芯片,设计电压放大电路”,其作法如下:选用OPA551芯片作为电压跟随芯片,并根据该芯片的芯片手册中的电路图设计电路。

其中,在步骤六中所述的“进行实验验证,将设计的电路输出信号进行测试”,其作法如下:将本发明所述电路加上电之后,利用示波器对电路输出的波形进行显示,并用示波器测量输出的最大最小值,重复操作,观察输出波形的稳定性。

通过以上步骤,实现了一种法布里-珀罗谐振腔驱动电路的实现方法,相比于其他的方法精度高,能够使法布里-珀罗谐振腔驱动电路输出结果更可靠,同时结合基准电压电路、控制电路、数字模拟转换电路、电压跟随电路和电压放大电路,使结果更加的稳定,适用于对精度稳定性要求高的应用场合中。

(三)本发明的优点在于:

一种法布里-珀罗谐振腔驱动电路的实现方法,解决了传统的法布里-珀罗谐振腔驱动电路精度低,稳定性差的问题,并且通过选择高精度的芯片,同时结合基准电压电路、控制电路、数字模拟转换电路、电压跟随电路和电压放大电路,能使法布里-珀罗谐振腔驱动电路更加符合实际应用的需要,在此基础上,对电路进行模块化的封装,更便于调试,有利于推广应用。

附图说明

图1本发明所述方法流程图。

图2本发明所述电路输出结果图。

具体实施方式

本发明一种法布里-珀罗谐振腔驱动电路的实现方法,见图1所示,其具体步骤如下:

步骤一,选择基准电压稳压芯片,进行基准电压电路的设计,基准电压电路能使模数转换电路有精准、可靠的电源输出,对数模转换的精度起着决定性的作用。因此基准电压稳压芯片应该具有一些特性,如初始精度准确,在一些特殊的情况下能够保证电压不随环境而变化,在具体的电路设计的过程中,根据设计的要求以及电路的使用环境选择基准电压稳压芯片。

本发明采用基准电压稳压芯片REF195来提供基准电压,REF195是精密、微功耗、低压差、低压基准电压源,能很好的适应电路及负载的变化,其具有低温度漂移(5ppm/℃)、低电源电流(45uA)、高输出电流(30mA)等特性,应用于数据采集系统以及精密仪器中。

基准电压电路的输出测试结果如表1所示:

表1基准电压电路输出测量结果

步骤二,通过单片机控制产生数字信号,控制数字模拟转换电路数字量的输入,本发明使用型号为XC7Z020-1CLG484I的集成开发板Miz702(南京米联电子),利用现场可编程门阵列(即Field-Programmable Gate Array,以下简称FPGA)控制数字模拟电路数字量的输入,依次循环产生从0到65535的数字量作为数字模拟转换电路的输入;

步骤三,设计数字模拟转换电路,将输入的数字信号变换成模拟信号输出,在电路的应用中,信号的类型是数字信号,而识别的系统需要的输入信号是模拟信号,因此需要数字模拟转换电路,将两种信号进行转换,以便符合实际系统的需要;

选用DAC8728芯片作为数字模拟转换芯片,DAC8728分辨率为16位,输出的是电压信号,特点是功耗低,有16位并行接口,其最小工作温度为负40摄氏度,最大的工作温度达到正105摄氏度,工作电压为9V-36V,建立时间为15us。

模拟数字转换电路的输出测量结果如表2所示:

表2模拟数字转换电路的输出测量结果

步骤四,设计电压跟随电路,电压跟随电路实现输出随输入变化,能够解决驱动电压加载到法布里-珀罗谐振腔上时产生的失真;

电压跟随电路是实现输出随输入变化,能够在输入电路与输出电路之间起到隔离的作用,同时能够增加带负载的能力,提高输出功率,防止前级电路对输出造成干扰,能够提高系统的精度。为了避免驱动电压加载到法布里-珀罗谐振腔上产生失真和减弱上级电路对法布里-珀罗谐振腔的影响,采用型号为OPA277的电压跟随芯片设计电压跟随电路。

OPA277是具有高开环增益(134dB)、低偏置电流(最大为1nA)和宽电源电压输入范围(±2V至±18V)的运算放大器,有单、双和四通道版本,能很好的应用到各种电路中去,多应用于电压跟随电路。

电压跟随电路的输出测量结果如表3所示:

表3电压跟随电路的输出测量结果

步骤五,电压放大电路将电压放大产生驱动法布里-珀罗谐振腔的锯齿波电压,电压放大器的主要作用是对信号进行放大,电压放大器的输出信号主要是电信号,具有高增益的特点,能对电流、电压进行转换,并且在实际的应用中,因为实际电路较短,不容易产生干扰。采用型号为OPA551的电压放大芯片将锯齿波放大到满足法布里-珀罗谐振腔腔驱动信号电压幅值的要求。

OPA551芯片具有高电压、大电流、单位增益稳定的特点,工作在-40℃至+125℃的温度范围,失调电压为3mV,失调漂移为7uV/C,输入偏置电流最大为100pA,并设有高压摆率(15V/μs)和宽带宽(3MHz),器件设有内部保护,以防止过热和电流过载。

电压放大电路的输出测量结果如表4所示:

表4基准电压源电路输出测量结果

步骤六,进行实验验证,将设计的电路输出信号进行测试,经实验验证,本驱动电路可以产生12V至30V的扫描信号,通过示波器对电路产生的波形进行显示,本发明所述电路的输出的结果如图2所示,可以看出,设计的驱动信号发生电路输出波形干扰较小,信号稳定,充分满足法布里-珀罗谐振腔的驱动需求。

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