EDFA泵浦激光器的恒温控制系统的制作方法

本实用新型涉及激光器的技术领域，特别涉及一种EDFA泵浦激光器的恒温控制系统。

背景技术：

在激光器的技术领域，如掺铒光纤放大器的泵浦激光器，即EDFA泵浦激光器，其对温度的稳定性要求较高。目前对EDFA泵浦激光器温度控制主要采用两种方案：

第一种方案：采用单片集成式TEC温度控制器(例如ADI公司生产的ADN8831)来控制，而单片集成式TEC温度控制器价格较高。

第二种方案：采用基于单片机微处理器控制的单闭环温度控制系统来控制EDFA泵浦激光器，而采用基于单片机微处理器控制的单闭环温度控制系统来控制EDFA泵浦激光器方案经常会存在温度的稳态误差较大，受到外界干扰时稳定性不高的缺陷。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本实用新型的主要目的是提供一种EDFA泵浦激光器的恒温控制系统，旨在解决温度的稳态误差较大，受到外界干扰时稳定性不高的缺陷。

为实现上述目的，本实用新型提出的EDFA泵浦激光器的恒温控制系统，其包括：EDFA泵浦激光器，用于检测EDFA泵浦激光器实际温度信号并输出第一温度信号的第一检测放大电路，根据第一温度信号与EDFA泵浦激光器的设定温度信号输出温度差信号的第一计算模块，根据温度差信号输出泵浦激光器的理论TEC电流信号的第一PID控制器，用于检测EDFA泵浦激光器实际输入的TEC电流信号并输出第一电流信号的第二检测放大电路，根据理论TEC电流信号与第一电流信号输出电流差信号的第二计算模块，根据电流差信号输出第二电流信号的第二PID控制器，根据第二电流信号输出TEC电流信号的TEC电流控制电路。第一计算模块、第一PID控制器、第二计算模块及第二PID控制器均设置在微处理器内。

EDFA泵浦激光器的温度信号输出端与第一检测放大电路的输入端连接，第一检测放大电路的输出端与第一计算模块的输入端连接，第一计算模块的输出端与第一PID控制器的输入端连接，第一PID控制器的输出端与第二计算模块的第一输入端连接，第二计算模块的输出端与第二PID控制器的输入端连接，第二PID控制器的输出端与TEC电流控制电路的输入端连接，TEC电流控制电路的第一输出端与第二检测放大电路的输入端连接，TEC电流控制电路的第二输出端与EDFA泵浦激光器的输入端连接，第二检测放大电路的输出端与第二计算模块的第二输入端连接。

优选地，第一检测放大电路包括第一运算放大器，第一运算放大器的同相输入端与EDFA泵浦激光器的温度信号输出端、第一电阻的第一端、第二电容的第一端连接，第一电阻的第二端接电源电压，并与第一电容的第一端连接，第一电容的第二端接地，第二电容的第二端接地。

第一运算放大器的输出端与第一运算放大器的反相输入端、第二电阻的第一端连接，第二电阻的第二端与第三电容的第一端、第一计算模块的输入端连接，第三电容的第二端接地。

优选地，第二检测放大电路包括第二运算放大器。

第二运算放大器的同相输入端与第五电阻的第一端、第四电容的第一端连接，第四电容的第二端接地。第五电阻的第二端与TEC电流控制电路的第一输出端连接，并通过第三电阻与第四电阻构成的并联电路接地。

第二运算放大器的反相输入端与第七电阻的第一端、第八电阻的第一端连接，第七电阻的第二端接地。

第二运算放大器的输出端与第六电阻的第一端连接、第八电阻的第二端连接。第六电阻的第二端与第二计算模块的第二输入端、第五电容的第一端连接，第五电容的第二端接地。

优选地，第二PID控制器的输出端包括第一输出端和第二输出端，TEC电流控制电路的输入端包括第一输入端和第二输入端，TEC电流控制电路的第二输出端包括TEC+输出端和TEC－输出端。

TEC电流控制电路包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管以及第四MOS管。第一MOS管的栅极与第二二极管的正向端、第十一电阻的第一端、第二三极管的集电极、第四MOS管的栅极连接，第一MOS管的源极、第二二极管的反向端、第十一电阻的第二端接电源电压，第二三极管的发射极接地，第二三极管的基极与第十二电阻的第一端连接。第十二电阻的第二端作为TEC电流控制电路的第二输入端，并与第二PID控制器的第二输出端连接。第一MOS管的漏极与第四MOS管的源极、第二电感的第一端连接。第二电感的第二端作为TEC电流控制电路的TEC－输出端，且与泵浦激光器的制冷器输入端连接，并通过第七电容接地。

第二MOS管的栅极与第一二极管的正向端、第十电阻的第一端、第三MOS管的栅极、第一三极管的集电极连接，第一三极管的发射极接地，第一三极管的基极与第九电阻的第一端连接。第九电阻的第二端作为TEC电流控制电路的第一输入端，并与第二PID控制器的第一输出端连接。第二MOS管的源极与第一电感的第一端、第三MOS管的的漏极连接，第一电感的第二端作为TEC电流控制电路的TEC+输出端，且与泵浦激光器的制热器输入端连接，并通过第六电容接地。第二MOS管的漏极与第二检测放大电路的输入端、第四MOS管的漏极连接。

第三MOS管的源极、第一二极管的反向端、第十电阻的第二端接电源电压。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：解决了现有EDFA泵浦激光器恒温控制系统温度的稳态误差较大，受到外界干扰时稳定性不高的缺陷。

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示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型的系统示意图；

图2为第一检测放大电路的原理图；

图3为第二检测放大电路的原理图；

图4为微处理器接口示意图；

图5为TEC电流控制电路的原理图；

本实用新型目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

本实用新型提出一种EDFA泵浦激光器的恒温控制系统。

参照图1-5，图1为本实用新型的系统示意图，图2为第一检测放大电路的原理图，图3为第二检测放大电路的原理图，图4为微处理器接口示意图，图5为TEC电流控制电路的原理图。

如图1所示，在本实用新型实施例中，该EDFA泵浦激光器的恒温控制系统包括：EDFA泵浦激光器100、第一检测放大电路200、第二检测放大电路300、TEC电流控制电路400、微处理器500。该微处理器500包括第一计算模块510、第一PID控制器520、第二计算模块530及第二PID控制器540。

第一检测放大电路200的输入端与EDFA泵浦激光器100的温度信号输出端连接，用于检测EDFA泵浦激光器100实际温度信号并输出第一温度信号T1。具体地，在本实施例中，如图2所示，第一检测放大电路200包括：第一运算放大器A1，第一运算放大器A1的同相输入端与EDFA泵浦激光器100的温度信号输出端、第一电阻R1的第一端、第二电容C2的第一端连接，第一电阻R1的第二端接电源电压Vcc，并与第一电容C1的第一端连接，第一电容C1的第二端接地，第二电容C2的第二端接地。

第一运算放大器A1的输出端与第一运算放大器A1的反相输入端、第二电阻R2的第一端连接，第二电阻R2的第二端对应第一检测放大电路200的输出端，并与第三电容C3的第一端、第一计算模块510的输入端连接，第三电容C3的第二端接地。

第二检测放大电路300的输入端与TEC电流控制电路400的第一输出端连接，用于检测TEC电流控制电路400输出给EDFA泵浦激光器100工作的实际TEC电流信号，并输出第一电流信号I1。具体地，在本实施例中，如图3所示，该第二检测放大电路300包括第二运算放大器A2。

第二运算放大器A2的同相输入端与第五电阻R5的第一端、第四电容C4的第一端连接，第四电容C4的第二端接地。第五电阻R5的第二端与TEC电流控制电路400的第一输出端连接，并通过第三电阻R3与第四电阻R4构成的并联电路接地。

第二运算放大器A2的反相输入端与第七电阻R7的第一端、第八电阻R8的第一端连接，第七电阻R7的第二端接地。

第二运算放大器A2的输出端与第六电阻R6的第一端连接、第八电阻R8的第二端连接。第六电阻R6的第二端对应第二检测放大电路300的输出端，并与第二计算模块530的第二输入端、第五电容C5的第一端连接，第五电容C5的第二端接地。

具体地，在本实施例中，如图4所示，微处理器500包括T1引脚、I1引脚、PWM(1)引脚以及PWM(2)引脚，其中，T1引脚与第一计算模块510的输入端对应，I1引脚与第二计算模块530的第二输入端对应。第二PID控制器的输出端包括第一输出端和第二输出端，PWM(1)引脚与第二PID控制器540的第一输出端对应，PWM(2)引脚与第二PID控制器540的第二输出端对应。

TEC电流控制电路的输入端包括第一输入端和第二输入端，TEC电流控制电路的第二输出端包括TEC+输出端和TEC－输出端。在本实施例中，如图5所示，该TEC电流控制电路400包括：包括第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3以及第四MOS管Q4。

第一MOS管Q1的栅极与第二二极管D2的正向端、第十一电阻R11的第一端、第二三极管T2的集电极、第四MOS管Q4的栅极连接，第一MOS管Q1的源极、第二二极管D2的反向端、第十一电阻R11的第二端接电源电压Vcc，第二三极管T2的发射极接地，第二三极管T2的基极与第十二电阻R12的第一端连接。第十二电阻R12的第二端作为TEC电流控制电路400的第二输入端，并与微处理器500的PWM(2)引脚连接。第一MOS管Q1的漏极与第四MOS管Q4的源极、第二电感L2的第一端连接。第二电感L2的第二端作为TEC电流控制电路400的TEC－输出端，且与泵浦激光器100的制冷器输入端连接，并通过第七电容C7接地。

第二MOS管Q2的栅极与第一二极管D1的正向端、第十电阻R10的第一端、第三MOS管Q3的栅极、第一三极管T1的集电极连接，第一三极管T1的发射极接地，第一三极管T1的基极与第九电阻R9的第一端连接。第九电阻R9的第二端作为TEC电流控制电路400的第一输入端，并与微处理器500的PWM(1)引脚连接。第二MOS管Q2的源极与第一电感L1的第一端、第三MOS管Q3的的漏极连接。第一电感L1的第二端作为TEC电流控制电路400的TEC+输出端对应，且与泵浦激光器100的制热器输入端连接，并通过第六电容C6接地。第二MOS管Q2的漏极与第二检测放大电路300的输入端、第四MOS管的漏极连接。

第三MOS管Q3的源极、第一二极管D1的反向端、第十电阻R10的第二端接电源电压Vcc。

工作时，微处理器500从PWM(1)引脚输出PWM(1)电流信号，PWM(1)电流信号输入到TEC电流控制电路400中，控制EDFA泵浦激光器的制热器工作；或者，微处理器500从PWM(2)引脚输出PWM(2)电流信号，PWM(2)电流信号输入到TEC电流控制电路400中，控制EDFA泵浦激光器100的制冷器工作。

本实用新型的工作原理：第一检测放大电路200检测并放大EDFA泵浦激光器100的实际温度信号，并根据实际温度信号输出第一温度信号T1给第一计算模块。第一计算模块510根据第一温度信号T1和EDFA泵浦激光器100设定的温度信号计算出温度差信号，并将该温度差信号输出给第一PID控制器520。第一PID控制器520根据温度差信号输出理论TEC电流信号给第二计算模块530。第二检测放大电路300检测并放大TEC电路控制电路400输出给EDFA泵浦激光器100工作的实际TEC电流信号，并根据实际TEC电流信号输出第一电流信号I1给第二计算模块530。第二计算模块530根据理论TEC电流信号与第一电流信号I1，计算理论TEC电流值与第一电流值的差值并输出电流差信号给第二PID控制器540。第二PID控制器540根据电流差信号输出PWM(1)电流信号或PWM(2)电流信号给TEC电流控制电路400，控制EDFA泵浦激光器100的制热或制冷，以实现EDFA泵浦激光器100的恒温控制。

本实用新型经实验验证表明，当预设EDFA泵浦激光器100的工作温度稳定为25℃，且不加外界热源时，可以控制EDFA泵浦激光器100的工作温度稳定在25℃±0.2℃。当用温度设定为100℃的热风枪给EDFA泵浦激光器100加热时，EDFA泵浦激光器100的温度偏差在±0.5℃以内。

本实用新型通过以被控对象实际温度作为负反馈量的温度外环和以TEC实际电流作为负反馈量的电流内环组成的双闭环控制系统来控制EDFA泵浦激光器100，可以降低泵浦激光器温度的稳态误差，并且加快温度外环由非稳态到稳态的变换。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：解决了现有EDFA泵浦激光器恒温控制系统温度的稳态误差较大，受到外界干扰时稳定性不高的缺陷。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。