本實(shí)用新型涉及一種激光器，具體是指一種QCW準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器。

背景技術(shù)：

所謂光纖激光器就是用光纖作激光介質(zhì)的激光器，1964年世界上第一代玻璃激光器就是光纖激光器。由于光纖的纖芯很細(xì)，一般的泵浦源（例如氣體放電燈）很難聚焦到芯部。所以在以后的二十余年中光纖激光器沒(méi)有得到很好的發(fā)展。隨著半導(dǎo)體激光器泵浦技術(shù)的發(fā)展，以及光纖通信蓬勃發(fā)展的需要，1987年英國(guó)南安普頓大學(xué)及美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)證明了摻鉺光纖放大器（EDFA）的可行性。它采用半導(dǎo)體激光光泵摻鉺單模光纖對(duì)光信號(hào)實(shí)現(xiàn)放大，這種EDFA已經(jīng)成為光纖通信中不可缺少的重要器件。由于要將半導(dǎo)體激光泵浦入單模光纖的纖芯（一般直徑小于10um），要求半導(dǎo)體激光也必須為單模的，這使得單模EDFA難以實(shí)現(xiàn)高功率，報(bào)道的最高功率也就幾百毫瓦。

為了提高功率，1988年左右有人提出光泵由包層進(jìn)入。初期的設(shè)計(jì)是圓形的內(nèi)包層，但由于圓形內(nèi)包層完美的對(duì)稱(chēng)性，使得泵浦吸收效率不高，直到九十年代初矩形內(nèi)包層的出現(xiàn)，使激光轉(zhuǎn)換效率提高到50%，輸出功率達(dá)到5瓦。1999年用四個(gè)45瓦的半導(dǎo)體激光器從兩端泵浦，獲得了110瓦的單模連續(xù)激光輸出。近兩年，隨著高功率半導(dǎo)體激光器泵浦技術(shù)和雙包層光纖制作工藝的發(fā)展，光纖激光器的輸出功率逐步提高，采用單根光纖，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了1000瓦的激光輸出。

隨著光纖通信系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用和發(fā)展，超快速光電子學(xué)、非線性光學(xué)、光傳感等各種領(lǐng)域應(yīng)用的研究已得到日益重視。其中，以光纖 作基質(zhì)的光纖激光器，在降低閾值、振蕩波長(zhǎng)范圍、波長(zhǎng)可調(diào)諧性能等方面，已明顯取得進(jìn)步，是光通信領(lǐng)域的新興技術(shù)，它可以用于現(xiàn)有的通信系統(tǒng)，使之支 持更高的傳輸速度，是未來(lái)高碼率密集波分復(fù)用系統(tǒng)和未來(lái)相干光通信的基礎(chǔ)。光纖激光器技術(shù)是研究的熱點(diǎn)技術(shù)之一。

光纖激光器由于其具有絕對(duì)理想的光束質(zhì)量、超高的轉(zhuǎn)換效率、完全免維護(hù)、高穩(wěn)定性以及體積小等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)傳統(tǒng)的激光行業(yè)產(chǎn)生巨大而積極的影響。 最新市場(chǎng)調(diào)查顯示：光纖激光器供應(yīng)商將爭(zhēng)奪固體激光器及其他激光器在若干關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域的市場(chǎng)份額，而這些市場(chǎng)份額在未來(lái)幾年將穩(wěn)步看漲。到2010年，光纖激光器將至少占領(lǐng)工業(yè)激光器28億美元市場(chǎng)份額的四分之一。光纖激光器的銷(xiāo)售量將以年增幅愈35%的速度攀升，從2005年的1.4億美元增至2010年的6.8億美元。而同期，工業(yè)激光器市場(chǎng)每年增幅僅9%，2010年達(dá)到28億美元。

現(xiàn)有技術(shù)中光纖激光器主要可分為連續(xù)光纖激光器和長(zhǎng)脈沖光纖激光器；所述的長(zhǎng)脈沖光纖激光器又被稱(chēng)為準(zhǔn)連續(xù)（QCW）光纖激光器，它能產(chǎn)生ms量級(jí)的脈沖，占空比為10%。這使得脈沖光具有比連續(xù)光高十倍以上的峰值功率，對(duì)于鉆孔等應(yīng)用來(lái)說(shuō)非常有利。根據(jù)脈寬可將重復(fù)頻率調(diào)制達(dá)500Hz。因此，連續(xù)就是持續(xù)輸出。準(zhǔn)連續(xù)是脈沖輸出，但是脈沖的占空比比較大。

目前，國(guó)內(nèi)外QCW準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器已經(jīng)全面使用，特別是在激光焊接和激光切割領(lǐng)域有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)；和連續(xù)光纖激光器相比，其峰值功率可以達(dá)到連續(xù)光纖激光器的十倍以上，并且具有出色的脈沖功率和能量穩(wěn)定性；但是其應(yīng)用門(mén)檻高，功能相對(duì)簡(jiǎn)單，為應(yīng)對(duì)復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)工藝要求，外圍設(shè)備要求較多，使用人員必須具備較高的專(zhuān)業(yè)技能；特別是在焊接工藝要求復(fù)雜多變的輸出功率時(shí)，由于現(xiàn)有的控制機(jī)構(gòu)操作復(fù)雜，只能提供簡(jiǎn)單的矩形波或三角波，達(dá)不到很好的焊接效果，實(shí)用性不強(qiáng)；而且現(xiàn)有的控制機(jī)構(gòu)無(wú)法監(jiān)控實(shí)時(shí)的功率和能量，隨著功率衰減，容易造成現(xiàn)場(chǎng)工藝達(dá)不到要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種操作更簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，能應(yīng)對(duì)不同的工藝要求的QCW準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案為：一種QCW準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器，它包括互相信號(hào)連接的光纖激光器控制機(jī)構(gòu)和光纖激光器發(fā)射機(jī)構(gòu)；所述的光纖激光器控制機(jī)構(gòu)包括直流電源模塊、主控制模塊和人機(jī)交互模塊；所述的直流電源模塊用于為主控制模塊和人機(jī)交互模塊提供電源；所述的直流電源模塊的電源輸入端到輸出端之間依次電連接有電磁濾波電路、PFC電路、功率變換電路、變壓器和整流濾波電路；所述的PFC電路和功率變換電路之間還并聯(lián)有數(shù)字控制電路；所述的數(shù)字控制電路分別通過(guò)PWM驅(qū)動(dòng)電路與PFC電路和功率變換電路電連接；所述的主控制模塊包括DSP主控制芯片和485通訊接口、AD采樣激光峰值功率模塊和能量反饋運(yùn)算模塊；所述的DSP主控制芯片分別與485通訊接口、AD采樣激光峰值功率模塊和能量反饋運(yùn)算模塊電連接；所述的人機(jī)交互模塊與主控制模塊電連接。

作為優(yōu)選，所述的主控制模塊上設(shè)置有外部控制接口，調(diào)波形接口、緩升緩降接口、功率外控接口和高速分光接口。

作為優(yōu)選，所述的人機(jī)交互模塊為帶有可通過(guò)上位機(jī)進(jìn)行編程設(shè)置的觸控屏。

采用上述結(jié)構(gòu)后，本實(shí)用新型具有如下有益效果：本實(shí)用采用自主研發(fā)的多個(gè)模塊協(xié)同實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖激光器發(fā)射機(jī)構(gòu)的精準(zhǔn)控制。所述直流電源模塊，是所述系統(tǒng)的供電核心，包括電磁濾波回路；PFC回路，完成功率因素校正；功率逆變電路，完成高頻交流電壓的轉(zhuǎn)換；整流濾波電路、數(shù)字控制電路，采用DSP為核心的控制芯片，完成對(duì)PFC電路，以及功率逆變電路的控制；為后級(jí)恒流電路提供穩(wěn)定的直流電源。所述主控制模塊，是所述系統(tǒng)的控制核心，采用DSP為主控制芯片，主要完成與人機(jī)交互模塊的通訊，采用485通訊，抗干擾能力強(qiáng)，傳輸距離遠(yuǎn)，并且具有多從機(jī)的優(yōu)點(diǎn)；AD采樣激光峰值功率，進(jìn)行PID運(yùn)算，為恒流電路提供穩(wěn)定的基準(zhǔn)從而達(dá)到能量反饋的目的；提供多種外部控制接口，調(diào)波形接口、緩升緩降接口、功率外控接口、高速分光接口等，滿足各種工藝現(xiàn)場(chǎng)的控制需求。所述人機(jī)交互模塊，是所述系統(tǒng)的直觀輸入輸出界面，通過(guò)自由通訊協(xié)議，與主控制模塊完成通訊，可以采用觸摸屏的方式，也可以采用上位機(jī)軟件進(jìn)行編程；主要完成各種控制操作任務(wù)，模式選擇，參數(shù)設(shè)置，激光器實(shí)時(shí)狀態(tài)查詢(xún)，實(shí)時(shí)能量顯示，設(shè)置波形與實(shí)時(shí)波形的對(duì)比，各種報(bào)警信息顯示等。

綜上所述，本實(shí)用新型提供了一種操作更簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，能應(yīng)對(duì)不同的工藝要求的QCW準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型中QCW準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器的方框結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型QCW準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器的直流電源模塊結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實(shí)用新型QCW準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器的激光峰值功率AD采樣電路圖。

如圖所示：1、光纖激光器控制機(jī)構(gòu)，2、光纖激光器發(fā)射機(jī)構(gòu)，3、直流電源模塊，4、主控制模塊，5、人機(jī)交互模塊。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

結(jié)合附圖1到附圖3，一種QCW準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器，它包括互相信號(hào)連接的光纖激光器控制機(jī)構(gòu)1和光纖激光器發(fā)射機(jī)構(gòu)2；所述的光纖激光器控制機(jī)構(gòu)1包括直流電源模塊3、主控制模塊4和人機(jī)交互模塊5；所述的直流電源模塊3用于為主控制模塊4和人機(jī)交互模塊5提供電源；所述的直流電源模塊3的電源輸入端到輸出端之間依次電連接有電磁濾波電路、PFC電路、功率變換電路、變壓器和整流濾波電路；所述的PFC電路和功率變換電路之間還并聯(lián)有數(shù)字控制電路；所述的數(shù)字控制電路分別通過(guò)PWM驅(qū)動(dòng)電路與PFC電路和功率變換電路電連接；所述的主控制模塊4包括DSP主控制芯片和485通訊接口、AD采樣激光峰值功率模塊和能量反饋運(yùn)算模塊；所述的DSP主控制芯片分別與485通訊接口、AD采樣激光峰值功率模塊和能量反饋運(yùn)算模塊電連接；所述的人機(jī)交互模塊5與主控制模塊4電連接。

作為優(yōu)選，所述的主控制模塊4上設(shè)置有外部控制接口，調(diào)波形接口、緩升緩降接口、功率外控接口和高速分光接口。

作為優(yōu)選，所述的人機(jī)交互模塊5為帶有可通過(guò)上位機(jī)進(jìn)行編程設(shè)置的觸控屏。

采用上述結(jié)構(gòu)后，本實(shí)用新型具有如下有益效果：本實(shí)用采用自主研發(fā)的多個(gè)模塊協(xié)同實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖激光器發(fā)射機(jī)構(gòu)的精準(zhǔn)控制。所述直流電源模塊，是所述系統(tǒng)的供電核心，包括電磁濾波回路；PFC回路，完成功率因素校正；功率逆變電路，完成高頻交流電壓的轉(zhuǎn)換；整流濾波電路、數(shù)字控制電路，采用DSP為核心的控制芯片，完成對(duì)PFC電路，以及功率逆變電路的控制；為后級(jí)恒流電路提供穩(wěn)定的直流電源。所述主控制模塊，是所述系統(tǒng)的控制核心，采用DSP為主控制芯片，主要完成與人機(jī)交互模塊的通訊，采用485通訊，抗干擾能力強(qiáng)，傳輸距離遠(yuǎn)，并且具有多從機(jī)的優(yōu)點(diǎn)；AD采樣激光峰值功率，進(jìn)行PID運(yùn)算，為恒流電路提供穩(wěn)定的基準(zhǔn)從而達(dá)到能量反饋的目的；提供多種外部控制接口，調(diào)波形接口、緩升緩降接口、功率外控接口、高速分光接口等，滿足各種工藝現(xiàn)場(chǎng)的控制需求。所述人機(jī)交互模塊，是所述系統(tǒng)的直觀輸入輸出界面，通過(guò)自由通訊協(xié)議，與主控制模塊完成通訊，可以采用觸摸屏的方式，也可以采用上位機(jī)軟件進(jìn)行編程；主要完成各種控制操作任務(wù)，模式選擇，參數(shù)設(shè)置，激光器實(shí)時(shí)狀態(tài)查詢(xún)，實(shí)時(shí)能量顯示，設(shè)置波形與實(shí)時(shí)波形的對(duì)比，各種報(bào)警信息顯示等。

本實(shí)用新型在具體實(shí)施時(shí)，直流電源模塊的額定輸出功率為2000W，輸出48V/42A，其交流輸入電壓范圍90-264V，能適應(yīng)各地的電壓標(biāo)準(zhǔn)，滿載時(shí)的功率因素達(dá)到0.97，具有過(guò)載、過(guò)壓、過(guò)溫保護(hù)。PFC電路采用Boost電路，控制方法采用平均電流法；平均電流模式是目前被廣泛使用的一種PFC控制方法，以輸入的電壓和輸出誤差放大信號(hào)的乘積為電流基準(zhǔn)，并且電流環(huán)調(diào)節(jié)電感電流平均值，使其與輸入電壓同相位并接近正弦波；直接檢測(cè)電感電流信號(hào)，與基準(zhǔn)電流比較，其高頻分量的變化，通過(guò)電流誤差放大器平均化處理，經(jīng)PID運(yùn)算后，給開(kāi)關(guān)管提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并決定其占空比，于是電流誤差被迅速的校正。

功率逆變電路采用LLC全橋諧振變換器結(jié)構(gòu)，提高轉(zhuǎn)換效率，它是在全橋變換器的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)串聯(lián)諧振電容Cr、一個(gè)串聯(lián)諧振電感Lr和一個(gè)并聯(lián)諧振電感Lm；它的優(yōu)點(diǎn)是在原邊能夠?qū)崿F(xiàn)ZVS開(kāi)通、副邊實(shí)現(xiàn)ZCS關(guān)斷；LLC諧振變換器有兩個(gè)諧振頻率，一個(gè)是諧振電感Lr和諧振電容Cr的諧振頻率Fs，一個(gè)是Lm加上Lr、Cr的諧振頻率Fm。數(shù)字控制電路采用TI的定點(diǎn)32位DSP芯片，通過(guò)采樣電壓、電流等信號(hào)，內(nèi)部進(jìn)行PID運(yùn)算，輸出PWM波形對(duì)PFC電路和功率逆變電路進(jìn)行控制，達(dá)到穩(wěn)定輸出的目的，在進(jìn)行控制算法的計(jì)算過(guò)程中，根據(jù)定點(diǎn)控制器的特性，以及控制精度的要求，采用Q12定標(biāo)的方式，既能保證運(yùn)算速度，又能保證運(yùn)算的精度。

主控制模塊AD采樣電路，激光器輸出的功率信號(hào)為0V-1V，采用運(yùn)算放大器的差分輸入的方式，有效抑制共模信號(hào)，并且可以不共地，減少干擾，達(dá)到精確采樣的目的；其中運(yùn)算放大器采用單電源5V供電，完全能滿足0-1V的信號(hào)需求，且電路簡(jiǎn)單，故障率低；電路的放大倍數(shù)選擇為1倍，DSP的AD采樣端輸入電壓最高為3V，為保護(hù)其輸入端口加入限幅電路。調(diào)波形接口、緩升緩降接口采用IO口控制，通過(guò)光耦進(jìn)行內(nèi)部和外部電源的隔離，采用TTL電平的輸入方式，能夠匹配所有的外部設(shè)備，其中調(diào)波形采用2進(jìn)制的方式，4個(gè)IO口，可以實(shí)現(xiàn)16組波形的調(diào)用，能夠滿足多樣的現(xiàn)場(chǎng)工藝要求；調(diào)波形的具體方法如下：當(dāng)4個(gè)IO口的輸入全部為低電平時(shí)，則調(diào)用0號(hào)波形；當(dāng)4個(gè)IO口的輸入全部為高電平時(shí)，則調(diào)用15號(hào)波形；所以只需要改變4個(gè)IO口的狀態(tài)，就能實(shí)現(xiàn)從0-15號(hào)波形的調(diào)用；緩升緩降功能分為外控和內(nèi)控模式，外控模式對(duì)于密封焊有良好的效果，內(nèi)控模式可以隨意設(shè)置激光各個(gè)點(diǎn)的能量大小，完全可以解決激光器由于光學(xué)特性引起的首點(diǎn)能量大的問(wèn)題。

功率外控采用模擬信號(hào)控制，在進(jìn)行切割工藝時(shí)，激光功率需要跟隨材料不斷變化，采用激光功率外控的方式能夠很好的解決這類(lèi)應(yīng)用，外控的模擬信號(hào)為0V-3V的電壓輸入，DSP通過(guò)運(yùn)算放大器的差分輸入采集模擬信號(hào)，在給定激光功率時(shí)，根據(jù)這個(gè)模擬信號(hào)的變換而變換，從而達(dá)到外控功率的目的；激光功率外控要求激光輸出功率完全跟隨外部信號(hào)變化，所以其對(duì)實(shí)時(shí)性的要求較高，程序處理時(shí)在中斷函數(shù)中進(jìn)行較為合適，所以在功率外控模式使能時(shí)，每10us的中斷函數(shù)中，采集外部模擬信號(hào)，并進(jìn)行必要的軟件濾波，然后更改輸出功率的設(shè)定值，即可以實(shí)現(xiàn)激光輸出功率緊密跟隨外部信號(hào)而變化。

人機(jī)交互采用7寸觸摸屏實(shí)現(xiàn)，界面操作分為三個(gè)部分，參數(shù)設(shè)置、模式選擇、狀態(tài)查詢(xún)。參數(shù)設(shè)置界面中可以設(shè)置脈沖模式下的功率峰值、頻率、波形參數(shù)，以及連續(xù)模式下的激光功率，其中脈沖模式和連續(xù)模式的參數(shù)獨(dú)立設(shè)置并保存到各個(gè)波形組中；其中波形參數(shù)的設(shè)置采用設(shè)置坐標(biāo)點(diǎn)的方式，在XY坐標(biāo)軸中，先繪制幾個(gè)坐標(biāo)，用直線把這些坐標(biāo)連起來(lái)，就是設(shè)定的激光波形，由于坐標(biāo)點(diǎn)的多樣性，設(shè)定的波形也是靈活多變的。模式選擇中主要完成脈沖、連續(xù)模式的切換，調(diào)波形功能的使能，緩升緩降功能的使能，功率外控功能的使能等。狀態(tài)查詢(xún)界面可以查詢(xún)實(shí)時(shí)的激光器狀態(tài)，通過(guò)串口與主控制器實(shí)時(shí)通訊，上傳激光器的各個(gè)狀態(tài)，并通過(guò)列表的方式逐條顯示狀態(tài)，方便直觀；其中主要的報(bào)警信息如下：出光過(guò)快報(bào)警，根據(jù)激光器的功率限定出光的能量和頻率的大小，防止激光器過(guò)載運(yùn)行，保證激光器的安全；參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤報(bào)警，限定激光器的峰值功率、脈寬、頻率等，使其在激光器允許的范圍內(nèi)；溫度報(bào)警，激光器的工作溫度是嚴(yán)格要求的，當(dāng)其工作溫度超出范圍時(shí)，必須保護(hù)并停止出光，保護(hù)激光器；功率衰減報(bào)警，激光器在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，輸出能量會(huì)有嚴(yán)重酸堿，能量反饋已經(jīng)無(wú)法保證輸出能量的穩(wěn)定，此報(bào)警提醒用戶激光器的能量已不能滿足焊接需求。所有報(bào)警信息都有歸檔保存，便于查詢(xún)維護(hù)。

綜上所述，本實(shí)用新型提供了一種操作更簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，能應(yīng)對(duì)不同的工藝要求的QCW準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器。

以上對(duì)本實(shí)用新型及其實(shí)施方式進(jìn)行了描述，該描述沒(méi)有限制性，附圖中所示的也只是本實(shí)用新型的實(shí)施方式之一，實(shí)際的結(jié)構(gòu)并不局限于此?？偠灾绻绢I(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本實(shí)用新型創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)出與該技術(shù)方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實(shí)施例，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。