一种基于纯硬件电路结构的激光能量监测电路的制作方法

本发明涉及电子电路技术，尤其涉及一种基于纯硬件电路结构的激光能量监测电路。

背景技术：

在高功率激光器设备使用过程中，常常伴有烧坏光纤的风险，故大部分激光器设备内部都配备了激光能量监测电路，用以监测出光能量以保证设备的正常运行。

常用的激光能量监测电路使用光电转换电路，将光信号转变为微弱的电流信号，再通过电阻将电流信号转变为微弱的电压信号，电压信号经过放大电路放大到所需电压，再通过mcu的模数转换器采集，将电压信号转变为对应的激光能量显示出来或用于能量异常的报错。如图1所示为传统典型的激光能量监测电路，vr1为较零电路的调节电位器，vr2为放大电路的调节电位器。通过vr1、vr2可以随意调节y＝a*x+b中a、b的值，以达到所需的线性关系。该电路的缺点是，该电路受到软件报错的延时影响，在输出光以脉冲模式出光的时候，由于mcu的模数转换器采集所需时间以及处理的延时，且输出能量设定不一样的时候，报警值也不一样，导致mcu需要判断报警值等处理过程，从而导致响应速度的下降，并且在出光条件下调节电位器存在一定的危险性，故存在一定的使用缺陷。另一种激光能量监测电路克服了调节上的局限性。如图2所示，跟上文中的监测电路一样，该监测电路同样需要一个光电转换电路。与上文中的监测电路的主要不同之处在于，该监测电路后端由上文中的监测电路所采用的模数转换器采集加mcu处理报错的方式变为硬件报错的方式，通过spi通信送给电位器的电压值，更改限制电压达到限定报错。这种使用数字电位器的方式降低了调试过程中调试人员直接接触高功率激光器的风险，在各种功率下都能有效监测激光器的输出能量。但是，这种监测电路也有其自身缺点，即不能实时响应异种波形的报错，不能零偏差响应各种复杂出光状况下的激光能量监测。

技术实现要素：

综上所述，本发明主要的目的是为了以解决现有激光能量监测电路不能实时响应异种波形的报错，不能零偏差响应各种复杂出光状况下的激光能量监测的技术问题。而提供一种基于纯硬件电路结构的激光能量监测电路。

本发明的一种基于纯硬件电路结构的激光能量监测电路包括如下技术方案：

一种基于纯硬件电路结构的激光能量监测电路，用于检测激光器的出光功率，包括运算放大器、或门电路、硬件延时电路和奇数个非门电路；所述运算放大器的正相输入端连接所述激光器的出光功率信号，所述运算放大器的反相输入端连接参考功率信号，所述参考功率信号的电压为设定光功率信号的电压的预设比例，所述运算放大器的输出端连接所述或门电路的一个输入端；

所述奇数个非门电路和所述硬件延时电路相互串联形成串联电路，所述串联电路的输入端连接所述激光器的出光使能信号，所述串联电路的输出端连接所述或门电路的另一个输入端，所述串联电路将所述出光使能信号延时并将其电平反转后发送给所述另一个输入端；

所述或门电路的输出端输出对所述激光器出光功率的监测结果信号。

进一步地，所述奇数个非门电路为第一非门电路、第二非门电路、第三非门电路；

所述第一非门电路的输入端连接所述出光使能信号，所述第一非门电路的输出端连接所述硬件延时电路的输入端，所述硬件延时电路的输出端连接所述第二非门电路的输入端，所述第二非门电路的输出端连接所述第三非门电路的输入端，所述第三非门电路的输出端连接所述另一个输入端。

进一步地，所述激光能量监测电路包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8、二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、电容c1、电容c2、电容c3、电容c4；

电阻r1的一端连接所述出光功率信号，电阻r1的另一端连接所述运算放大器的正相输入端；

电阻r2的一端连接所述参考功率信号，电阻r2的另一端连接所述运算放大器的反相输入端；

电阻r3连接在所述运算放大器的反向输入端与所述运算放大器的输出端之间；

电阻r4的一端连接所述运算放大器的输出端，电阻r4的另一端、电阻r5的一端、二极管d1的负极和电容c1的一端连接二极管d2的正极，电阻r5的另一端、二极管d1的正极和电容c1的另一端接地；

电阻r6的一端连接所述出光使能信号，电阻r6的另一端和电容c2的一端连接所述第一非门电路的输入端，电容c2的另一端接地；

第一非门电路的输出端连接二极管d3的正极，二极管d3的负极连接第二非门电路的输入端，电阻r7连接在二极管d3的正负极之间；

电容c3的一端连接第二非门电路的输入端，电容c3的另一端接地；

第二非门电路的输出端连接第三非门电路的输入端，第三非门电路的输出端连接二极管d4的正极，二极管d4的负极、二极管d2的负极、电阻r8的一端和电容c4的一端相互连接，电阻r8的另一端和电容c4的另一端接地；

二极管d3、电阻r7和电容c3构成所述硬件延时电路，二极管d2和二极管d4构成所述或门电路。

进一步地，所述运算放大器型号为tl074。

进一步地，二极管d1、二极管d2、二极管d3和二极管d4的型号为1n4148。

进一步地，所述第一非门电路、所述第二非门电路和所述第三非门电路型号为74hc14。

进一步地，所述预设比例为80%。

采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明所产生的有益效果在于：本发明提供的激光能量监测电路基于纯硬件电路结构，采用运算放大器、或门电路、硬件延时电路和奇数个非门电路相结合以实现对激光器出光功率的实时监测。该激光能量监测电路中大部分电路都是使用的i/o开关信号和模拟量信号控制出光能量波形，无需软件算法，不会受到软件报错的延时影响，通过设置合理的奇数个非门电路，能够提高电路的响应速度，实现几乎实时的响应对各种异种波形的报错，零偏差响应各种复杂出光状况下的激光能量监测。

【附图说明】

图1是现有技术的激光能量监测电路的电路结构示意图；

图2是另一种现有激光能量监测电路的电路结构示意图；

图3是本发明实施例基于纯硬件电路结构的激光能量监测电路的组成原理示意图；

图4是本发明实施例基于纯硬件电路结构的激光能量监测电路的电路结构示意图；

图5是本发明实施例基于纯硬件电路结构的激光能量监测电路的监测时序示意图。

【具体实施方式】

下列实施例是对本发明的进一步解释和补充，对本发明不会构成任何限制。

本发明实施例提供的基于纯硬件电路结构的激光能量监测电路，用于检测激光器的出光功率，如图3所示，该激光能量监测电路包括运算放大器1、或门电路6、硬件延时电路3和奇数个非门电路。其中：所述运算放大器1的正相输入端连接所述激光器的出光功率信号，激光器的出光功率信号为实际检测得到的激光器的出光功率信号。所述运算放大器1的反相输入端连接参考功率信号，所述参考功率信号的电压为设定光功率信号的电压的预设比例，具体地，该预设比例可设为80%，即将设定光功率信号功率的80%输入运算放大器1的反相输入端与激光器的出光功率信号进行比较。所述运算放大器1的输出端连接所述或门电路6的一个输入端。

所述奇数个非门电路和所述硬件延时电路3相互串联形成串联电路，所述串联电路的输入端连接所述激光器的出光使能信号（即用于控制激光器输出激光的使能信号），所述串联电路的输出端连接所述或门电路6的另一个输入端，所述串联电路将所述出光使能信号延时并将其电平反转后发送给所述另一个输入端。

或门电路6的各输入端中只要有一个输入端输入的信号为高电平，则其输出端输出信号就为高电平信号，除非各个输入端输入的信号都为低电平，其输出端输出的信号才为低电平信号。所述或门电路6的输出端输出对所述激光器出光功率的监测结果信号。监测结果信号有两种状态，一种是高电平状态，表示正常，另一种是低电平状态，表示错误。

本实施例中，所述奇数个非门电路为第一非门电路2、第二非门电路4、第三非门电路5。所述第一非门电路2的输入端连接所述出光使能信号，所述第一非门电路2的输出端连接所述硬件延时电路3的输入端，所述硬件延时电路3的输出端连接所述第二非门电路4的输入端，所述第二非门电路4的输出端连接所述第三非门电路5的输入端，所述第三非门电路5的输出端连接所述另一个输入端。设置三个非门电路有助于提高电路响应速度，结合硬件延时电路3实现几乎实时的响应对各种异种波形的报错，零偏差响应各种复杂出光状况下的激光能量监测。

具体地，如图4所示，该激光能量监测电路包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8、二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、电容c1、电容c2、电容c3、电容c4。其中，电阻r1的一端连接所述出光功率信号，电阻r1的另一端连接所述运算放大器1的正相输入端。电阻r2的一端连接所述参考功率信号，电阻r2的另一端连接所述运算放大器1的反相输入端。电阻r3连接在所述运算放大器1的反向输入端与所述运算放大器1的输出端之间。电阻r4的一端连接所述运算放大器1的输出端，电阻r4的另一端、电阻r5的一端、二极管d1的负极和电容c1的一端连接二极管d2的正极，电阻r5的另一端、二极管d1的正极和电容c1的另一端接地。电阻r6的一端连接所述出光使能信号，电阻r6的另一端和电容c2的一端连接所述第一非门电路2的输入端，电容c2的另一端接地。第一非门电路2的输出端连接二极管d3的正极，二极管d3的负极连接第二非门电路4的输入端，电阻r7连接在二极管d3的正负极之间。电容c3的一端连接第二非门电路4的输入端，电容c3的另一端接地。第二非门电路4的输出端连接第三非门电路5的输入端，第三非门电路5的输出端连接二极管d4的正极，二极管d4的负极、二极管d2的负极、电阻r8的一端和电容c4的一端相互连接，电阻r8的另一端和电容c4的另一端接地。在该具体电路中，由二极管d3、电阻r7和电容c3构成所述硬件延时电路3，二极管d2和二极管d4构成所述或门电路6。

该具体电路中，power为实际检测到的激光器的出光功率信号，ref为设定光功率信号的80%，pulse为出光使能信号，powererror为监测结果信号（即报错信号）。运算放大器1将检测到的激光器的出光功率值（即power电压值）与设定光功率值的80%（即ref电压值）做比较，若正常，则输出高电平，高电平经二极管d2输出。出光使能信号pulse为高电平时，经过三个非门电路变为低电平，再经过二极管d4输出。其中二极管d3、电阻r7、电容c3构成硬件延时电路3。二极管d2和二极管d4实际构成了该或门电路6，二极管d2和二极管d4中只要有一个二极管的输入端输入的信号为高电平信号，则该或门电路6输出的信号（即监测结果信号powererror）就为高电平信号，二极管d2和二极管d4的输入端均输入低电平信号时，该或门电路6输出的信号才为低电平信号。监测结果信号powererror为高电平时表示电路正常，为低电平时表示电路错误。在图5所示时序图中，在oa段监测结果信号为高电平，表示电路正常，在ab段监测结果信号为低电平，表示电路错误，在bc段监测结果信号为高电平，表示电路正常。

在本实施例中，所述运算放大器1型号为tl074。tl074是一种集成4个运放放大器的运算放大器1集成电路，具有噪声低、压摆率高、输入偏置和失调电流低、失调电压温度系数低、谐波失真低和噪声低等优良特性。二极管d1、二极管d2、二极管d3和二极管d4的型号均为1n4148。1n4148是一种小型的高速开关二极管，开关迅速，广泛用于信号频率较高的电路进行单向导通隔离。所述第一非门电路2、所述第二非门电路4和所述第三非门电路5型号为74hc14。74hc14是一款兼容ttl器件引脚的高速cmos器件，逻辑功能为6路斯密特触发反相器，其耗电量低，速度快，可将缓慢变化的输入信号转换成清晰、无抖动的输出信号。

尽管通过以上实施例对本发明进行了揭示，但是本发明的范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下，以上各构件可用所属技术领域人员了解的相似或等同元件来替换。