[发明专利]基于CPLD的脉冲光纤激光器驱动电源控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及脉冲光纤激光器领域。具体而言，本发明涉及一种基于CPLD的脉冲光纤激光器驱动电源控制系统。

背景技术

在精密加工领域，激光功率是激光器最主要的参量之一，激光输出功率严重的影响着激光加工的质量。在激光加工过程中，如何能实时监控激光功率的变化，提高激光功率的稳定性和控制精度，对产品的精密加工有着极其重要的作用。

目前，在光纤激光器、光通信、光传感等领域控制系统已经成为了一个比较重要的部分。主要的控制系统一般采用模拟电路与处理器或嵌入式相结合的方法进行控制，主要的控制算法多采用PID控制。处理器主要采用单片机、DSP、ARM等芯片进行控制。软件算法主要有负反馈算法、增量式PID算法、模糊PID算法等。近年来，随着控制器件特别是微控制器技术的不断进步，光源的控制方式也特到了快速发展，以单片机、DSP和ARM等器件为核心的控制系统先后被提出。

在整个脉冲光纤激光器的系统中，驱动电源主要包括半导体激光器的驱动电源和声光调制器的驱动电源。而要实现整个激光器的运转对其驱动电源的控制至关重要。主要分为功率稳恒、温度稳恒、声光调制器的脉冲控制、功率分配等。

目前，有针对光纤激光器的泵浦源半导体激光器做出了温度和功率专用的控制模块，可以实现温度和功率的恒定。如Wavelength公司、ILXLightwave公司、Thorlabs公司等。优点是控制精确，并且模块化，但其缺点是体积大且价格昂贵，调节范围受到一定限制，不易于整合到光纤激光器系统。整合到光纤激光器中的控制系统目前主要是各大光纤激光器生产公司如IPG、SPI等公司的产品。但其控制系统主要是针对激光打标的控制，即与上位机的通信等，对温度和功率的控制做得不够精准。国内的主要激光器生产公司如武汉锐科公司甚至没有考虑温度的控制，只是单纯的风冷。这就导致其输出功率和中心波长都不太稳定。

因此，在激光加工过程中，如何能实时监控激光功率的变化，提高激光功率的稳定性和控制精度，对产品的精密加工有着极其重要的作用。此类型激光器其功率值在不同的加工设计中其平均功率是变化的，这就给光功率的实时采集和控制带来了麻烦。

因此，需要一种价格成本低廉且稳定的脉冲激光器驱动电源系统，能克服现有技术中的缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于CPLD的脉冲光纤激光器驱动电源控制系统，包括微控制单元、第一数模转换器、第二数模转换器、多路转换器、CPLD控制芯片、泵浦源、脉冲光纤激光器和光电信号处理单元，其中，所述微控制单元包括主芯片、JTAG下载电路、寄存器、复位电路、晶振、电源，接收来自上位机的信号和指令，进行初始化设置、功率设定和功率锁存，并输出为可用于输出到后端模块的数字控制信号；所述第一数模转换器和第二数模转换器将来自所述微控制单元输出的信号转化为模拟信号进行输出；所述多路选择器用于在来自所述CPLD控制芯片输出的选控信号控制下对所述第一数模转换器和第二数模转换器输出的多路模拟信号进行选择；所述CPLD控制芯片用于接收所述激光器发出的反馈信号从而实现对所述脉冲光纤激光器驱动电源的整体控制，包括激光器功率的设定、调节、泵浦源功率的调节，控制激光器的稳恒输出、激光器工作温度的调节、功率的反馈，声光调制器的脉宽调制调制；所述激光器用于在所述CPLD控制芯片的控制下，接收来自所述泵浦源的泵浦光发出所需的脉冲激光信号；以及光电信号处理单元采集来自所述激光器的功率信号，转换处理后送入所述微控制单元进行反馈控制。

优选地，所述上位机是激光打标控制系统或激光编码控制系统。

优选地，所述微控制单元通过其内部的寄存器对激光器的功率进行锁存。

优选地，所述第一数模转换器和所述第二数模转换器为12位电压方式数/模转换器。

优选地，所述多路选择器为三通道多路选择器，三个控制端从六路数据中选择三路。

优选地，所述泵浦源为主振荡和功率放大（MO-PA）结构。

优选地，所述CPLD控制芯片通过热敏电阻作为传感器采集来自光路部分的温度信号进行温度控制。

优选地，所述温度调节采用PID增量控制算法。

优选地，所述光电信号处理单元包括光电转换器模块和小信号处理模块。

优选地，所述小信号处理模块采用两级放大电路对光电转换器模块采集到的微弱光信号进行放大。