[实用新型]数字控制式直流升压装置及其应用

说明书

技术领域

 本实用新型属于光纤传感技术领域，具体地说是一种特别适用于分布式光纤测温系统中的，能够保证APD增益稳定，增加测温的准确度的数字控制式直流升压装置及其应用。

背景技术

20世纪80年代以来，光纤传感技术在发达国家得到了迅速的发展，各种光纤传感器以其独特的优势广泛应用于工业、国防、航空航天、交通运输等领域。从20世纪70年代末，我国开始从事这方面的研究，目前国内比较成熟的光纤传感产品是：分布式光纤测温产品。分布式光纤测温系统基于光纤后向拉曼散射技术，如何获取后向拉曼的斯托克斯光和反斯托克斯光信号是该系统的关键。由于斯托克斯光和反斯托克斯光信号很微弱，目前使用的方法就是通过APD（雪崩光电二极管）将光信号转换为电信号，然后通过运算放大经采集卡完成数据采集上传。

光电信号的转换主要依靠APD的光电雪崩效应将光信号转换为电信号，APD产生光电雪崩的条件为：一、施加一定电压（25℃大约在200V）；二、有一定数量的光子打入。数字控制式直流升压电源为APD提供一个稳定的高电压。

光电转换电路中从APD输出的信号很微弱，大约在1uA左右，为了尽可能小的引入噪声，直流升压电源的高压输出波动越小越好。同时为了降低光电转换输出信号的波动，APD增益必须保持稳定，APD增益与其所处环境温度、所加电压有关，为了保证APD增益稳定，需要根据APD所处环境温度来调节APD所加电压。目前解决这个问题的主要方法是保证APD所处环境温度稳定，给APD施加固定电压，其方法为将APD制作成蝶形封装，将温度控制器件与APD集成于一体。采用这种方式虽然可以保证APD温度稳定，只要保证APD所加电压稳定就可以保证APD增益稳定，但是采用这种方式需要增加大量的温控外围电路，而且增加了APD的加工工艺，APD价格也大幅增加。

发明内容

本实用新型针对现有保持APD增益稳定方法的不足，提出了一种结构合理、工作可靠，可以使用数字方法实现对电压输出的闭环控制，APD增益稳定性好的数字控制式直流升压装置及其应用。

本实用新型可以通过以下措施达到：

一种数字控制式直流升压装置，包括数字控制电路、APD模块、温度检测单元、直流升压电路、模拟PI电路以及电压检测电路，其特征在于数字控制电路内设有ARM控制器、分别与ARM控制器相连接的A/D转换器和D/A转换器，A/D转换器和D/A转换器的另一端分别与电压检测电路输出端和模拟PI电路的输入端相连接，模拟PI电路的输出端与直流升压电路的输入端相连接，直流升压电路与APD模块相连接，温度检测单元粘贴在APD表面，其输出端与ARM控制器相连接。

本实用新型中所述直流升压电路设有脉冲发生器U1，储能电感L1，储能电容CD1和MOSFET管T1，其中脉冲发生器U1的脉冲输出端与MOSFET管T1相连接，MOSFET管的另外两个管脚分别与储能电感L1、储能电容CD1相连接，储能电感L1与储能电容CD1之间设有二极管D1，在使用时，模拟PI向脉冲发生器U1内输入一个高于2.5V的电压信号，脉冲发生器U1脉冲输出被使能，向MOSFET管T1发出固定频率，固定占空比的脉冲信号（如：频率100kHz，占空比95%），当脉冲信号处于高电平时，MOSFET管T1处于导通状态，储能电感L1处于充电状态，储能电感L1将储存一定的电能，当脉冲信号处于低电平时，MOSFET管T1处于截止状态，储能电感L1处于放电状态，储能电感L1通过二极管D1释放电能给储能电容CD1，储能电容CD1获得电能，电位升高，一个脉冲周期储能电容CD1两端的电位上升的电压达不到设定值，可以通过多个脉冲周期逐渐将储能电容CD1电位升到设定的值，储能电容CD1两端的电位升到设定值，模拟PI电路输出一个低于2.5V的电压信号，脉冲发生器U1经电压检测电路检测到脉冲输出使能引脚的电平低于2.5V，停止脉冲输出，保持输出低电平。

本实用新型中的模拟PI电路中设有三只运算放大器，数字控制电路输出控制信号送给运算放大器U1，用于实现电压跟随的运算放大器U1输出的信号按强度1比1的送给运算放大器U2的反相输入端，运算放大器U2将电压检测电路输出与运算放大器U1输出的差值进行一定比例的放大运算后，输出送给运算放大器U3的反相输入端，运算放大器U3将2.5V电压与运算放大器U2输出的差值进行积分放大运算后的输出作为模拟PI电路的最终输出。