專利名稱：激光脈沖同步控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種激光脈沖延遲同步控制儀器，具體涉及一種用微積分方法對(duì)光脈沖進(jìn)行處理，用時(shí)間測(cè)量模塊測(cè)量脈沖延遲，用單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)激光脈沖同步閉環(huán)控制的激光脈沖同步控制器。
背景技術(shù)：
在科學(xué)實(shí)驗(yàn)、測(cè)量和控制領(lǐng)域，許多物理量都與時(shí)間間隔相關(guān)，需要準(zhǔn)確測(cè)量時(shí)間間隔，并實(shí)現(xiàn)同步控制。通常，測(cè)量脈沖延時(shí)選擇脈沖的上升或下降沿作為測(cè)量點(diǎn)，但由于激光脈沖幅度的抖動(dòng)，并且上升、下降沿都有一定的時(shí)間，所以，測(cè)量點(diǎn)會(huì)有很大的抖動(dòng)或偏差，無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量激光脈沖的延時(shí)時(shí)間，更不能精確控制。簡(jiǎn)單采用時(shí)間間隔測(cè)量裝置就會(huì)遇到前述問題。 激光脈沖延遲時(shí)間的測(cè)量還可以采用高速信號(hào)采集卡采集光脈沖，再通過計(jì)算機(jī)軟件處理來實(shí)現(xiàn)，對(duì)于只有幾級(jí)放大的小型激光振放系統(tǒng)，這樣的測(cè)量控制系統(tǒng)則過于復(fù)雜，成本較高，且占用空間大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，其目的是提供一種高精度、高穩(wěn)定性、易擴(kuò)展、低成本的激光脈沖同步裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種激光脈沖同步控制器，包括光脈沖信號(hào)處理模塊、延遲測(cè)量控制模塊和延遲脈沖信號(hào)發(fā)生模塊。振蕩級(jí)激光器和放大級(jí)激光器分別通過光脈沖信號(hào)與光脈沖信號(hào)處理模塊連接，光脈沖信號(hào)處理模塊分別通過TTLCTransisterTransister Logic)電平信號(hào)與延遲測(cè)量控制模塊連接，延遲測(cè)量控制模塊通過數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)線與延遲脈沖信號(hào)發(fā)生模塊連接，延遲脈沖信號(hào)發(fā)生模塊分別通過觸發(fā)脈沖與振蕩級(jí)激光器和放大級(jí)激光器連接。所述的光脈沖信號(hào)處理模塊包括光電轉(zhuǎn)換模塊、微積分電路、放大調(diào)節(jié)電路、高速比較器和電平轉(zhuǎn)換電路。其中，光脈沖信號(hào)與光電轉(zhuǎn)換模塊連接，光電轉(zhuǎn)換模塊通過電脈沖信號(hào)與微積分電路連接，微積分電路通過積分脈沖與放大調(diào)節(jié)電路連接，放大調(diào)節(jié)電路和微積分電路分別通過基準(zhǔn)積分脈沖和微分脈沖與高速比較器連接，高速比較器通過ECL(Emitter Coupled Logic)電平信號(hào)與電平轉(zhuǎn)換電路連接。所述的延遲測(cè)量控制模塊包括時(shí)間間隔測(cè)量模塊、單片機(jī)和觸摸屏。其中，電平轉(zhuǎn)換電路通過TTL電平信號(hào)與時(shí)間間隔測(cè)量模塊的stopl與stop2引腳連接，時(shí)間間隔測(cè)量模塊的D0-D7、A0-A3、RD/WR/ALE的引腳分別通過數(shù)據(jù)總線、地址線和讀寫控制線與觸摸屏的DB0-DB7引腳和單片機(jī)的PO. 0-P0. 7、P2. 0-P2. 3、RD/WR/ALE的引腳連接，單片機(jī)的PI. 0-P1. 7引腳通過控制信號(hào)線與觸摸屏的STA/DIN/DCLK引腳連接，單片機(jī)的RXD/TXD引腳通過數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)線與延遲脈沖信號(hào)發(fā)生模塊連接。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明將延遲測(cè)量與同步控制集成在一起，實(shí)現(xiàn)了激光脈沖的閉環(huán)控制，保證激光功率穩(wěn)定，同時(shí)精度和穩(wěn)定度優(yōu)于±0. 5ns，滿足了許多領(lǐng)域的應(yīng)用。采用微積分方法對(duì)光脈沖進(jìn)行處理，將微積分的交點(diǎn)作為脈沖延遲時(shí)間的測(cè)量點(diǎn)，解決了脈沖幅度變化引起的問題，采用時(shí)間間隔測(cè)量模塊測(cè)量脈沖延遲，單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和控制實(shí)現(xiàn)激光脈沖同步的閉環(huán)控制，大大提高了集成度，節(jié)約了成本。


圖I是本發(fā)明的激光脈沖同步控制器組成框 圖2是本發(fā)明的光脈沖信號(hào)處理模塊組成 圖3本發(fā)明的延遲測(cè)量控制模塊組成圖。
其中
I振蕩級(jí)激光器2放大級(jí)激光器
3光脈沖信號(hào)處理模塊 4延遲測(cè)量控制模塊 5延遲脈沖信號(hào)發(fā)生模塊 6光電轉(zhuǎn)換模塊 7微積分電路8放大調(diào)節(jié)電路
9高速比較器10電平轉(zhuǎn)換電路
11時(shí)間間隔測(cè)量模塊12單片機(jī)
13觸摸屏20、21光脈沖信號(hào)
22,23 TTL電平信號(hào)24數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)線
25、26觸發(fā)脈沖27電脈沖信號(hào)
28積分脈沖29基準(zhǔn)積分脈沖
30微分脈沖31 ECL電平信號(hào)
32讀寫控制線33地址線
34控制信號(hào)線35數(shù)據(jù)總線。
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的激光脈沖同步控制器進(jìn)行詳細(xì)說明
如圖I所示，一種激光脈沖同步控制器，包括光脈沖信號(hào)處理模塊3、延遲測(cè)量控制模塊4和延遲脈沖信號(hào)發(fā)生模塊5。其中，振蕩級(jí)激光器I和放大級(jí)激光器2分別通過光脈沖信號(hào)20、21與光脈沖信號(hào)處理模塊3連接,光脈沖信號(hào)處理模塊3分別通過TTL電平信號(hào)22,23與延遲測(cè)量控制模塊4連接，延遲測(cè)量控制模塊4通過數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)線24與延遲脈沖信號(hào)發(fā)生模塊5連接，延遲脈沖信號(hào)發(fā)生模塊5分別通過觸發(fā)脈沖25、26與振蕩級(jí)激光器I和放大級(jí)激光器2連接。如圖2所示，光脈沖信號(hào)處理模塊3包括光電轉(zhuǎn)換模塊6、微積分電路7、放大調(diào)節(jié)電路8、高速比較器9和電平轉(zhuǎn)換電路10。其中，光脈沖信號(hào)20與光電轉(zhuǎn)換模塊6連接，光電轉(zhuǎn)換模塊6通過電脈沖信號(hào)27與微積分電路7連接，微積分電路7通過積分脈沖28與放大調(diào)節(jié)電路8連接，放大調(diào)節(jié)電路8和微積分電路7分別通過基準(zhǔn)積分脈沖29和微分脈沖30與高速比較器9連接，高速比較器9通過ECL電平信號(hào)31與電平轉(zhuǎn)換電路10連接。其中，光電轉(zhuǎn)換模塊6采用快反應(yīng)光電探頭(市售)，可以實(shí)現(xiàn)光電信號(hào)的快速轉(zhuǎn)換。微積分電路7由電阻R1、R2和電容C1、C2組成，對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行微積分處理。放大調(diào)節(jié)電路8采用兩片AD8009芯片(市售)實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖信號(hào)的跟蹤放大、調(diào)節(jié)偏移。高速比較器9采用MAX9600芯片(市售)進(jìn)行超高速的電平比較。電平轉(zhuǎn)換電路10采用MC10ELT芯片(市售)實(shí)現(xiàn)ECL電平到TTL電平的轉(zhuǎn)換。如圖3所示，延遲測(cè)量控制模塊4包括時(shí) 間間隔測(cè)量模塊11、單片機(jī)12和觸摸屏13。其中，TTL電平信號(hào)22,23與時(shí)間間隔測(cè)量模塊11的stopl與stop2引腳連接，時(shí)間間隔測(cè)量模塊11的D0-D7、A0-A3、RD/WR/ALE的引腳分別通過數(shù)據(jù)總線35、地址線33和讀寫控制線32與觸摸屏13的DB0-DB7引腳和單片機(jī)12的PO. 0-P0. 7、P2. 0-P2. 3、RD/WR/ALE的引腳連接，單片機(jī)12的PL 0-P1. 7引腳通過控制信號(hào)線34與觸摸屏13的STA/DIN/DCLK引腳連接，單片機(jī)12的RXD/TXD引腳通過數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)線24與延遲脈沖信號(hào)發(fā)生模塊5連接。其中，時(shí)間間隔測(cè)量模塊11采用TDC-GPl芯片，單片機(jī)12采用W77E58。單片機(jī)12其PO 口作為數(shù)據(jù)總線35供時(shí)間間隔測(cè)量模塊11與觸摸屏13傳輸數(shù)據(jù)，其P2 口作為地址線33訪問時(shí)間間隔測(cè)量模塊11的地址寄存器，其Pl 口作為觸摸屏13的控制信號(hào)線34，其讀寫使能控制端RD/WR/ALE作為讀寫控制線32控制時(shí)間間隔測(cè)量模塊11的讀寫使能端RD/WR/ALE，其串口讀寫端RXD/TXD作為數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)線24。延遲脈沖信號(hào)發(fā)生模塊5為已有技術(shù)《采用脈沖延遲信號(hào)發(fā)生器(專利號(hào)ZL:200720096960. 8)》。本發(fā)明的工作過程是
首先，手動(dòng)測(cè)量、調(diào)節(jié)振蕩級(jí)激光器與放大級(jí)激光器輸出的兩路激光的延遲時(shí)間間隔，使激光振放鏈系統(tǒng)輸出功率最大，將此時(shí)兩路激光的時(shí)間間隔存儲(chǔ)并作為基準(zhǔn)延遲。系統(tǒng)運(yùn)行中，光脈沖信號(hào)處理模塊和延遲測(cè)量控制模塊不斷處理和測(cè)量，獲得兩路激光信號(hào)的時(shí)間間隔相對(duì)于基準(zhǔn)延遲的偏差，通過數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)線控制延遲脈沖信號(hào)發(fā)生模塊，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)輸出的兩路觸發(fā)脈沖的時(shí)間間隔，實(shí)現(xiàn)激光脈沖同步的閉環(huán)控制。光脈沖信號(hào)處理模塊接收光信號(hào)后，采用光電轉(zhuǎn)換模塊將光脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)，采用微積分方法確定延遲測(cè)量點(diǎn)，解決激光脈沖幅度變化的問題；將積分脈沖進(jìn)行跟蹤放大、調(diào)節(jié)偏移后，與微分脈沖經(jīng)過超高速比較器進(jìn)行比較，產(chǎn)生ECL電平信號(hào)，經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換電路輸出穩(wěn)定的TTL電平信號(hào)。延遲測(cè)量控制模塊采用時(shí)間間隔測(cè)量模塊測(cè)量?jī)陕稵TL電平信號(hào)之間的時(shí)間間隔，單片機(jī)設(shè)定基準(zhǔn)延遲，實(shí)時(shí)讀取時(shí)間間隔測(cè)量值并通過控制觸摸屏進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。當(dāng)測(cè)量的時(shí)間間隔與基準(zhǔn)延遲不匹配時(shí)，單片機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，將脈沖的同步延遲值通過數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)線輸出給延遲脈沖信號(hào)發(fā)生器模塊。本發(fā)明采用微積分方法對(duì)光脈沖進(jìn)行處理，將微積分的交點(diǎn)作為脈沖延遲時(shí)間的測(cè)量點(diǎn)，解決了脈沖幅度變化引起的問題，再采用時(shí)間間隔測(cè)量模塊測(cè)量脈沖延遲，采用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和控制實(shí)現(xiàn)激光脈沖同步的閉環(huán)控制，大大提高了集成度，節(jié)約了成本。
權(quán)利要求
1.一種激光脈沖同步控制器，包括光脈沖信號(hào)處理模塊(3)、延遲測(cè)量控制模塊(4)和延遲脈沖信號(hào)發(fā)生模塊(5)，其特征在于振蕩級(jí)激光器(I)和放大級(jí)激光器(2)分別通過光脈沖信號(hào)(20、21)與光脈沖信號(hào)處理模塊(3)連接，光脈沖信號(hào)處理模塊(3)分別通過TTL電平信號(hào)(22、23 )與延遲測(cè)量控制模塊(4 )連接，延遲測(cè)量控制模塊(4 )通過數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)線(24)與延遲脈沖信號(hào)發(fā)生模塊(5)連接，延遲脈沖信號(hào)發(fā)生模塊(5)分別通過觸發(fā)脈沖(25、26 )與振蕩級(jí)激光器(I)和放大級(jí)激光器(2 )連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光脈沖同步控制器，其特征在于所述的光脈沖信號(hào)處理模塊(3)包括光電轉(zhuǎn)換模塊(6)、微積分電路(7)、放大調(diào)節(jié)電路(8)、高速比較器(9)和電平轉(zhuǎn)換電路(10),其中，光脈沖信號(hào)(20)與光電轉(zhuǎn)換模塊(6)連接,光電轉(zhuǎn)換模塊(6)通過電脈沖信號(hào)(27)與微積分電路(7)連接，微積分電路(7)通過積分脈沖(28)與放大調(diào)節(jié)電路(8)連接，放大調(diào)節(jié)電路(8)和微積分電路(7)分別通過基準(zhǔn)積分脈沖(29)和微分脈沖(30 )與高速比較器(9 )連接，高速比較器(9 )通過ECL電平信號(hào)(31)與電平轉(zhuǎn)換電路(10 )連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的激光脈沖同步控制器，其特征在于所述的延遲測(cè)量控制模塊(4)包括時(shí)間間隔測(cè)量模塊(11)、單片機(jī)(12)和觸摸屏(13)，其中，TTL電平信號(hào)(22、23)與時(shí)間間隔測(cè)量模塊(11)的stopl與stop2引腳連接，時(shí)間間隔測(cè)量模塊(11)的D0-D7、A0-A3、RD/WR/ALE的引腳分別通過數(shù)據(jù)總線(35)、地址線(33)和讀寫控制線(32)與觸摸屏(13)的DB0-DB7引腳和單片機(jī)(12)的PO. 0-P0. 7、P2. 0-P2. 3,RD/WR/ALE的引腳連接，單片機(jī)(12)的PL 0-P1. 7引腳通過控制信號(hào)線(34)與觸摸屏(13)的STA/DIN/DCLK引腳連接，單片機(jī)(12)的RXD/TXD引腳通過數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)線(24)與延遲脈沖信號(hào)發(fā)生模塊(5)連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種激光脈沖同步控制器，包括光脈沖信號(hào)處理模塊、延遲測(cè)量控制模塊和延遲脈沖信號(hào)發(fā)生模塊。振蕩級(jí)激光器和放大級(jí)激光器分別與光脈沖信號(hào)處理模塊信號(hào)連接，光脈沖信號(hào)處理模塊與延遲測(cè)量控制模塊信號(hào)連接，延遲測(cè)量控制模塊與延遲脈沖信號(hào)發(fā)生模塊信號(hào)連接，延遲脈沖信號(hào)發(fā)生模塊與振蕩級(jí)激光器和放大級(jí)激光器信號(hào)連接。本發(fā)明將延遲測(cè)量與同步控制集成在一起，實(shí)現(xiàn)了激光脈沖的閉環(huán)控制，保證激光功率穩(wěn)定，將微積分的交點(diǎn)作為脈沖延遲時(shí)間的測(cè)量點(diǎn)，解決了脈沖幅度變化引起的問題，單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和控制實(shí)現(xiàn)激光脈沖同步的閉環(huán)控制，大大提高了集成度，節(jié)約了成本。
文檔編號(hào)H01S3/101GK102983488SQ201210485690
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月26日
發(fā)明者談小虎, 劉蓮花, 郭文成 申請(qǐng)人:核工業(yè)理化工程研究院