使用于光源驱动电驱动路的光纤传感
时间: 2018-11-03 11:53    来源: 未知|作者:admin 浏览次数:

  APC电路节制历程如下:当因为某种缘由,使LD的输出光功率低落时,耦合至光电二极管的电流也同比例减小,即V1减小,如许,凡是形态下的均衡被攻破,使得运放1输出真个电压即V3将会增大,于是,三极管Q1的基极电流增大,集电极电流也随之增大,而集电极电流恰是流入LD的电流。因而,流入激光器的电流增大,输出光功率响应增大,从而使输出光功率连结稳定;反之,亦然。

  按照本传感器的激光器的机能参数,取舍符合的电阻电容进行婚配,调理电位器,能够获得分歧的光功率输出值。图5是在室温(25℃)下进行的尝试曲线图,从图中能够看出:该光纤传感器LD光源的阈值电流在8 mA摆布,不变事情在10~30mA之间。输出功率与驱动电流在大于阈值电流后呈较好的线性关系。一般事情时能输出-0.1,-1,-2,-5,-10 dB等可调的不变的光功率值。电路中的参数设置装备摆设,使流入LD的电流不会跨越其极限值。

  光纤传感器自20世纪70年代以来,以其拥有的活络度高、耐侵蚀、抗电磁滋扰威力强、平安靠得住等特点取得了飞速的成长。同时,这些特征也使它能够实现某些特殊前提下的丈量事情,比起通例检测手艺拥有诸多劣势,是传感手艺成长的一个主导标的目的。

  图4所示的APC电路由运算放大器1,2和晶体管Q1以及外围电路构成,该电路是一个以三极管为焦点的负反馈体系,拥有主动不变激光器光输出功率的功效。反馈取自LD的背向光,由背向光监测二极管检出并转换成响应的电流,经电容器C1滤波后,进入运放的反向输入端,将电流信号转换成电压信号V1。运放的同向输入端由LM336和运放构成的+2.5 V不变基准源及变位器R5构成。基准电压的输出为V2,能够通过变位器进行调理。

  LD的根基布局为:垂直于PN结面的一对平行平面形成法布里-珀罗谐振腔,它们能够是半导体晶体的解理面,也能够是颠末抛光的平面。其余两侧面则相对粗拙,用以消弭主标的目的外其他标的目的的激光感化。当半导体的PN结加有正向电压时,会减弱PN结势垒,迫使电子从N区经PN结注入P区,空穴从P区颠末PN结注入N区,这些注入PN结左近的非均衡电子和空穴将会产生复合,从而发射出波长为的光子,其公式。

  尝试证实:该设想电路准确可行,基于背向监测器的主动光功率反馈包管了光纤传感器可以或许在功率恒定的环境下一般事情。

  作为光纤传感器中环节的光学元件之一的光源,其不变度间接影响着光纤传感器的精确度。本文所涉及的光纤传感器采用的是半导体激光器光源,半导体激光用具有单色性好、标的目的性好、体积小、光功率操纵率高档长处,可是,光功率输出受外界情况变迁的影响较大。因而,本文针对半导体激光光源的事情道理和特征,设想了一种简略可行的主动功率节制(APC)驱动电路,通过背向监测光电流构成反馈,实现恒功率节制。而且,引入了慢启动电路,预防电源电压的滋扰,使激光器不会遭到每次开启电源时发生的过流打击,耽误了激光器的利用寿命。经尝试验证,该电路处理了激光器在利用中输出功率不不变的问题,其不变度优于0.5%,到达了较好的稳流结果。

  在给驱动电路加上电压的霎时,会发生一个较大的打击电流,霎时电流的大变迁会影响半导体激光器的利用寿命。别的,正常环境下,电源电压都是由交换220 V经变压整流供给给驱动电路电压,外部串入的滋扰信号也会发生霎时的大电流,如许,持久事情也会影响半导体激光器的利用寿命。

  本文利用的是波长为1310 nm的FP同轴激光器,其事情电流为25.0 mA,输出功率为0.96 mW,内部光路道理布局如图2所示。LD与背向检测探测器PD组合,并封装在一路,LD是正向接法,PD是反向接法。PD用来检测激光器的背向输出光功率,其输出光功率取决于LD的输出值。

  若是注入电流足够大,则会构成和热均衡形态相反的载流子漫衍,即粒子数反转。当有源层内的载流子在大量反转环境下,少量自觉辐射发生的光子因为谐振腔两头面来去反射而发生感到辐射,形成选频谐振正反馈,或者说对某一频次拥有增益。当增益大于接收损耗时,就可从PN结发出标的目的性好、相关性强、亮度高、频带窄的激光。LD除了具备正常激光的相关性好、标的目的性强、发散角小、能量高度集中外,还拥有光电转换效率高、输出功率大、体积小、分量轻、布局简略、抗震性强等特点。

  为了便利进行光功率主动节制,凡是,激光器内部将LD和背向光检测器PD集成在一路,见图2。此中,LD有2个光输出头具名,主光输出头具名输出的光供用户利用,次光输出头具名输出的光(即背向光)被光电二极管PD领受,所发生的光电流用于监控LD的事情形态。背向光检测器的监测电流与主输出头具名光输出功率呈线性关系,按照背向光检测器对LD的耦合特征,可设想恰当的外围电路完成对LD的主动光功率节制。

  本文所设想的驱动电路,通过慢启动和功率主动节制电路处理了激光器在利用中输出功率不不变的问题,其不变度优于0.5%,到达了较好的稳流结果。本文中的光纤传感器是使用于液氮的低温情况下,本次尝试是在室温下进行,将其耦合器和其驱动电路部门通过光纤引来由于室温(25℃)下,温度变迁不是很大,因而,没有引入温度弥补节制电路。下一步尝试将使光纤传感器处于液氮的低温情况下事情,温度颠簸较大,必要思量插手主动温度弥补电路,实现恒温节制。

  目前,现实使用的光源有概况光发射二极管(LED)、激光二极管(LD)、超辐射二极管(SLD)、超荧光光源(SFS)等。跟着光纤传感手艺的敏捷成长,体积小、品质轻、功耗小、容易与光纤耦合的LD等半导体光源使用越来越普遍。本文次要钻研半导体LD的驱动设想。

  由图3能够看出:LD与监测二极管是集成在一路的元器件。流入LD的电流颠末APC电路的预偏置电流。APC电路通过电流负反馈电路抑止因为温度变迁、器件老化等惹起的光功率的变迁。APC电路部门采用背向光反馈主动偏置节制体例,即用半导体激光器组件中的PD光电二极管监测LD背向输出的光功率。由于背向输出光功率能跟踪前向输出光功率的变迁,通过闭关键制体系就能够调理激光器的电流,到达输出不变光功率的目标。

  图1是一种典范的半导体激光器在分歧温度下的输出功率与正向驱动电流的关系曲线。为了便于看清晰,图中底部的近似直线部门成心抬高了一些。由图1中能够看出:当驱动电流低于阈值时,激光器只能发射出荧光,只要当驱动电流大于激光器的阈值电流时,激光器才能一般事情发出激光,因而,要使LD发射激光,就要提供LD略大于阈值电流的事情电流。并且,LD的阈值电流受温度的影响,温度越高,响应的阈值电流越大。在某一温度下,当驱动电流低于阈值电流时,输出光功率近似为零;当驱动电流高于阈值时,输出激光,光输出功率跟着驱动电流的增大而敏捷添加,并近似呈线性上升。

  基于这种环境,在设想中惹人慢启动电路,即在基准源的输入端并接二极管和电容,此中的电容在10~470F摆布,其最佳值在22~47F。如许,驱动电路不受电源电压的滋扰,拥有慢启动结果,使激光器不会遭到每次开启电源时发生的过流打击,耽误了激光器的利用寿命。

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