电子科技
高精度半导体激光器自稳温控系统
中国工程物理研究院流体物理研究所(绵阳621900 江孝国祁双喜王伟
摘要文章介绍了一套精密的温度控制系统, 该控制系统采用PID 控制器的原理, 对发热功率为10～30W 的半导体激光器的控制效果良好, 控温的稳定度可小于±0. 1°C 。关键词PID 控制器热电偶冷却器参数整定半导体激光器在民用及国防上的重要作用已得到广泛的应用, 但半导体激光器在工作时产生的大量热量, 不仅会使器件温度升高, 造成器件的性能下降, 严重者甚至烧毁半导体激光器, 因此, 激光器的散热是重要的, 为了保证器件性能的稳定及寿命, 将器件工作温度在一定的范围内以较高的稳定度稳定在比较低的水平上也同样重要[1]。
本文针对这种高精度的要求, 研制了一套精密的半导体激光器的温度控制系统。该温度控制系统采用了传统的PID 调节原理, 针对系统的热传导特性, 在参数整定方面作了相应的改进, 达到了很好的控制效果, 不仅超调量小, 并且进入稳定区的时间短, 抗干扰能力也比较强。该温度控制系统应用于10～30W 的发热负载的温度控制时, 可以在18～25
图1PID 控制原理
V (t , 实现对受控系统进行自动控制的目的, 它是
一种线性调节器。这种控制原理的优点是不要求知
道受控系统的精确数学模型, 因此, 在自动控制领域
中得到了广泛的应用。
由上可知, 要构成一个PID 控制器, 需要确定
K p 、T i 、T d 三个参数; 确定这三个参数的过程称为
PID 参数整定; 并且, 三个参数直接影响系统的控制
性能。
°C 的温度范围内达到小于±0. 1°C 的稳定度, 起到了良好的控制作用。本文主要介绍半导体温度控制器的PID 参数整定及改进等方面的工作。
2PID 参数的整定
毫无疑问,PID 控制器的参数的整定应该根据实际系统的特性来进行, 一般有凑试法[2]及Ziegler 2Nichols 经验公式法[3]等。凑试法主要是根据实际系统在现场以
闭环的方式进行运行的情况, 由研究人员根据其丰富的经验来确定各参数的值, 并进行不断的调整, 最后达到良好的综合控制效果, 这种方法需要研究人员具有相关的丰富经验并通过现场实验来达到, 并不总是能够满足灵活的控制要求的。Ziegler
2Nichols 经验公式法则要先进一步, 它主要是
1PID 原理简介[2]
PID 控制原理主要是按照误差信号的比例、积
分和微分值计算相应控制量, 并将其作为输入量传递到控制系统而实现自动控制的, 其控制模型为:
V (t =K p e (t +
t
T i
d τ+T d
e (τ
dt
(1
其中:K p 为比例系数; T i 为积分系数; T d 为微分系数; e (t 为误差信号量, e (t =S -y (t , S 为受控量的设定值; y (t 为受控量的输出值; V (t 为控制信号量。
控制结构如图1所示。PID 控制器把设定值S 与受控系统的受控量的实际值y (t 相减, 得到了一个误差量e (t , 误差量e (t 经比例、积分、微分运算
针对带有纯时间延迟的一阶近似模型提出的, 该延迟环节的模型为:
G (s =
1+s T
-sL
(2
在实际的整定中, 它首先要求测量出系统的阶跃响应, 如图2所示, 其次根据响应曲线求出图示的K 、L 、T 等系统的特性参数, 并假设α=KL /T , 再根
后通过线性的组合而得到受控系统的控制输入量
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据表1的计算式计算出相应的PID 参数。这种方法有较大的优点, 对于半导体激光器温控系统而言, 它是一个具有较大延迟的温度控制系统, 具有适用于Ziegler 2Nichols 公式法的特性, 并且该系统的实际阶跃响应曲线容易测量, 如图2所示; 其次, 不须经过大量的现场实验调试, 符合温控系统中半导体激光器件对调试工作条件的要求。系统实际参数的整定结果见表1的本系统的PID 参数一栏所示。
表1Ziegler 2Nichols 设定算法[3]
控制器类型
K p
v (t =K [βS -y (t ]+
-T d
dt
T i
d τ
e (τ0
(3
其主要目的是减小超调量, 并将系统的超调量控制在10%或20%内, 因此引入系数β, 根据不同的超调量及系统的特性, 系数β的计算方法不一样, 本例中, 是按照小于10%的要求计算的, 具体的计算式为β=(533L ～86T /(577L ～34T [3]。由此可见, 改进的Ziegler 2Nichols 方法不仅在参数上, 还在算法上与原
PID 算法有较大的变化, 须重新编程完成。
PID 参数T i
T d
β
P PI PID
1/α0. 9α1. 2/α0. 63350. 65
3L 2L 2. 82. 8
L /2
本系统的PID 参数改进后的PID 参数
0. 70. 7
0.
0293
图2温度控制系统的阶跃响应曲线
3PID 参数及算法的改进
由上述方法整定的参数一般能够达到控制的目的, 但有时在控制过程中存在一些不如意的地方, 如超调量过大、进入稳定区的时间过长, 甚至抗干扰能
力不足等; 我们早先研制的系统存在一定的超调[4], 并且不太适用于宽范围的
控制要求, 如热负载发生一定的变化时, 就达不到所要求的控制效果, 因此, 有必要改进控制的能力。3. 1PID 参数的改进
图3PID 参数整定及积分分离控制原理框图
3. 2. 2积分饱和抑制方法[2]
在PID 控制器中, 其中一项
T i
根据资料[3]的显示, 改进的Ziegler 2Nichols 方法整定的参数控制效果比直接由Ziegler 2Nichols 方法整定的参数要好, 并且, 它不要求进行更多的系统特性参数测试, 因此, 我们选用该方法并且稍作一些
修改, 最后的结果见表1的改进后的PID 参数一栏, 其中的系数β是超调量小
于10%的情况下的数值。3. 2PID 算法的改进3. 2. 1PID 控制器结构的改变
d τ与误差
e (τ的积分有关, 称为积分项。在实际的控制过程中, 如果由于负载
变化引起误差发生突变, 导致正常控制量V (t 超过实际控制量的最大值V max , 由
于实际控制量受到系统输出能力的限制, 其变化跟不上受控量的变化, 必然使误差比正常情况下更长时间地维持在正数, 这样, 使积分项得到很大的积累, 即使受控量大于设定值出现负误差, 但由于积分项的积累, 还必须经过较长一段时间才能使控制量小于最大值, 进入正常的控制范围, 在受控量的变化上表现为超调。对于半导体激光器温度控制系统而言, 存
(313
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改进的Ziegler 2Nichols 方法要求如下的PID 控制器结构:
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在这种由于参数选择及算法选择不当而引起的超调现象, 并且半导体激光器的工作温度不允许超过一定值, 过大的超调是需要克服的一种现象。我们选择积分分离法来抑制积分饱和现象的发生。其核心思想是:在开始时, 不进行积分, 当误差达到一定值后, 按正常算法计算控制量, 可防止系统上电时积累过多的积分, 造成过大的控制量; 同时, 也能够在系统进入饱和区后由于较少的积分积累而很快地退出饱和区, 减少超调量。
结合改进的Ziegler 2Nichols 方法及积分饱和的抑制方法, 本温度控制器算法原理框图如图3所示。
器达到了很好的控制性能, 图4中的各图显示了在室温的环境及在18～25°C 的控温要求下对10～30W 的热负载的实际控制效果; 可以看出, 在热负载基本稳定的情况下, 本温控系统的超调较小, 能够平稳地进入平衡控制区, 且温控稳定度较高, 而图4(e 显示了热负载从10W 突变到30W 的控制情况, 温度变化范围只有约1°C 的大小, 可见达到了很好的抑制干扰的控制效果。图中横座标为时间, 单位为秒。
5结束语
本文研究的PID 控制器结合了改进的Zielger 2Nichols PID 参数的整定方法及采用了积分分离法来抑制超调现象的发生,
该控制器完全达到了设计
4实验结果
经过多次的调试后, 该半导体激光器温度控制(a 环境温度25. 5°C , 设定温度17. 87°
C
(b 环境温度25. 7°C , 设定温度19. 83°
C
(c 环境温度26. 3°C , 设定温度19. 84°
C
(d 环境温度26. 5°C , 设定温度24. 79°
C
(e 环境温度26. 1°C , 设定温度24. 84°C ; 负载功率从10W 突变到30W
图4温控系统的实际控制效果
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新型单键密码楼梯灯
五邑大学(广东江门529020 陈业仙
摘要文章主要论述利用常用的CD4017为核心组成的一个简单实用的单键密码楼梯灯。
关键词单键密码楼梯灯目前, 仍有很大一部分商品房, 尤其是早期的商品房没有设置公用梯灯, 有些家庭不得不自己安装楼梯灯, 市面上较流行使用的是一种用钥匙开启的带锁延时楼梯灯, 这种方法可以有效避免别人滥用自家的电灯, 但是仍存在不少缺点, 例如:由于钥匙必须带在身上, 容易丢失; 这种锁头一般质量较差, 暴露在室外容易氧化生锈而失效, 且外观笨重, 影响美观; 这种开关一般没有指示灯, 在晚上没有灯光时找钥匙以及开关的位置都颇为不便; 另外这种开关一旦启动后必须达到延时时间才能自动关闭。本文设计的密码延时开关, 无需任何钥匙, 只要掌握密码, 便可对梯灯进行任意的开关动作, 且设有指示灯, 方便操作, 并且可以随时变更密码。本设计电路简单, 成本低廉, 适于大批量生产, 并且可推广应用到其他类似的保密要求不是很高的电子密码锁等方面, 达到用一个公用的控制器控制各自电器的目的。
图1控制器的框图
利用这一个高电平来启动与之相联的亮灯延时电
路, 这样, 通过选择不同的输出端, 则可达到密码控制的作用。这里, 我们还考虑了几种情况:第一, 如果输入错误或忘记了自己已按了多少次按键时, 电路应有自动复位的措施, 也就是对按键有监视电路; 第二, 当输入密码正确时, 电路应稍作延时才启动, 这样可以增加猜码的难度; 第三, 电路启动后, 计数器应及时复位, 但不会影响亮灯延时电路的继续工作, 但这时再按一次按键即可立即中断亮灯延时电路的工作, 使梯灯组熄灭, 故CD4017的第一次按键输出(Y1 保留作此用途, 即只有第2至第9按键共八个状态可供设为密码, 第10次按键回复至复位状态; 第四, 户内须设置一个直接启动亮灯延时电路的按钮, 无须输入密码。1. 2电路原理图及工作原理
本电路由电源电路、密码电路、输入电路和亮灯延时控制电路组成, 如图2所示:电源电路由降压电容C 1、整流二极管D 1和D 2、滤波电容C 2和C 3、限
业出版社. 1995. 5:102～107
2陈汝全、林水生、夏利. 实用微机与单片机控制技术. 成
1电路组成及原理
1. 1系统框图与原理
楼梯灯控制器组成框图如图1所示, 主要由
CD4017接收按键进行十进制计数, 在相应的输出端产生一个高电平, 启动电灯延时电路, 从而达到密码控制的目的。
CD4017是CMOS 十进制计数器, 在计数器的
输入端每输入一个低电平, 计数器进行加1计数, 即对应的输出端输出高电平, 而其它输出端为低电平
, 的控制要求, 并且抑制超调能力强, 进入稳定控制区的时间短, 可以在较大的控制范围内正常进行工作, 比原系统的性能有大大的提高, 非常适合用于大功率的半导体激光器的温度控制。
都:电子科技大学出版社,1998. 11:13～34
3薛定宇. 控制系统计算机辅助设计———MA TLAB 语言及
参考文献
应用. 北京:清华大学出版社,1998. 3(4版 ,253～260
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自动化. 2000(5 :13～15
《电子技术》2002年第5期中国传感器http ://www. sensor. com. cn (315 59
精馏过程提馏段温度的前馈和免疫PID-P 串级控制一般的精馏装置由精馏塔、再沸器、冷凝器、回流罐及回流泵等设备组成。精馏是在一定的物料平衡和能量平衡的基础上进行的。影响物料平衡的因素包括进料流量和进料成分的变化，以及顶部馏出物及底部出料的变化。影响能量平衡的因素主要是进料温度的变化、再沸器加热量和冷凝器冷却量的变化，此外还有塔的环境温度变化等。 针对精馏过程内部机理复杂、参数动态变化的特点，降低受蒸汽压力波动使产品返回操作或不合格品的处理，减少蒸汽能耗及物料损耗，同时也为避免因产品质量不好而降负荷操作，使产品的质量和精馏塔操作的稳定性大大提高。提出一种采用温度作为间接产品质量指标的前馈补偿和免疫PID-P串级控制方法。下面是给控制系统的原理图，从图中可以看出此系统包括以提馏段温度作为外环，再沸器的加热量控制作为内环的串集控制系统，同时有进料量的一个前馈补偿。 此系统的主回路采用串级控制系统，其主、副调节器所起作用各有侧重。主调节器起定值控制作用，且主控参数（提馏段温度）允许波动范围很小，一般要求无余差，因此采用需要高精度的免疫PID 控制器；由于再沸器加热量的变化能够较快地反映在提馏段温度变化上，且能够通过阀门进行控制，因此选择再沸器的加热量控制作为串级控制的副控参主回路采用串级控制系统，其主、副调节器所起作用各有侧重。主调节器起定值控制作用，且主控参数（提馏段温度）允许波动范围很小，一般要求无余差，因此采用需要高精度的免疫PID 控制器；由于再沸器加热量的变化能够较快地反映在提馏段温度变化上，且能够通过阀门进行控制，因此选择再沸器的加热量控制作为串级控制的副控参
为了实现温度的高精度控制，主回路选用免疫PID控制器作为主控制器；串级控制系统能够迅速克服进入副环的扰动对系统的影响。此处副回路中再沸器的加热量控制是为了保证提馏段温度的控制质量，允许有余差，因此选用P 控制器，快速消除再沸器蒸汽压力不稳定波动，通过调节蒸汽管路阀门改变再沸器的加热量，保证温度的精确控制。当进料量、进料温度发生变化引起提馏段温度发生变化时，此时采用前馈补偿控制器对该干扰实现完全补偿。 在反馈控制过程中，若遇到控制通道滞后较大等情况，会使控制质量满足不了工艺要求，此时引入前馈控制可以明显改善系统的控制品质。通过采用前馈补偿控制，克服外界主要干扰给提馏段温度带来的影响，进一步保证了提馏段温度的稳定性。 特点：由于采用了串级控制系统，改善了被控过程的动态特性； 提高了系统的工作频率；具有较强的抗干扰能力；具有一定得自适应能力；用于克服被控过程较大的容量滞后；用于抑制变化剧烈而且幅度大的扰动； 前馈：动作及时
目录 一、系统设计方案的研究 (2) （一）系统的控制特点与性能要求 (2) 1.系统控制结构组成 (2) 2.系统的性能特点 (3) 3.系统的设计原理 (3) 二、系统的结构设计 (4) （一）电源电路的设计 (4) （二）相对湿度电路的设计 (6) 1.相对湿度检测电路的原理及结构图 (6) 3.对数放大器及相对湿度校正电路 (7) 3.断点放大器 (8) 4.温度补偿电路 (8) 5.相对湿度检测电路的调试 (9) （三）转换模块的设计 (9) 1.模数转换器接受 (9) 2.A/D转换器ICL7135 (9) （四）处理器模块的设计 (11) 1.单片机AT89C51简介及应用 (11) 2.单片机与ICL7135接口 (14) 3.处理器的功能 (15) 4.CPU 监控电路 (15) （五）湿度的调节模块设计 (15) 1.湿度调节的原理 (15) 2.湿度调节的结构框图 (16) 3.湿度调节硬件结构图 (16) 4.湿度调节原理实现 (16) （六）显示模块设计 (17) 1.LED显示器的介绍 (17) 2.单片机与LED接口 (17) （七）按键模块的设计 (18) 1.键盘接口工作原理 (18) 2.单片机与键盘接口 (19) 3.按键产生抖动原因及解决方案 (19) 4.窜键的处理 (19) 三、软件的设计及实现 (19) （一）程序设计及其流程图 (20) （二）程序流程图说明 (21) 四、致谢 (22) 参考文献： (22)
智能温度控制系统设计 摘要: 此系统采用了精密的检测电路（包刮精密对称方波发生器、对数放大及半波整流、温度补偿及温度自动校正及滤波电路等几部分电路组成），能够自动、准确检测环境空气的相对湿度,并将检测数据通过A/D转换后，送到处理器（AT89C51）中，然后通过软件的编程，将当前环境的相对湿度值转换为十进制数字后，再通过数码管来显示；而且，通过软件编程，再加上相应的控制电路（光电耦合及继电器等部分电路组成），设计出可以自动的调节当前环境的相对湿度：当室内空气湿度过高时，控制系统自动启动抽风机，减少室内空气中的水蒸气，以达到降低空气湿度的目的；当室内空气湿度过低时，控制系统自动启动蒸汽机，增加空气的水蒸气，以达到增加湿度的目的，使空气湿度保持在理想的状态；键盘设置及调整湿度的初始值，另外在设计个过程当中，考虑了处理器抗干扰，加入了单片机监视电路。 关键词： 湿度检测; 对数放大; 湿度调节; 温度补偿 一、系统设计方案的研究 （一）系统的控制特点与性能要求 1.系统控制结构组成 （1）湿度检测电路。用于检测空气的湿度[9]。 （2）微控制器。采用ATMEL公司的89C51单片机，作为主控制器。 （3）电源温压电路。用于对输入的200V交流电压进行变压、整流。 （4）键盘输入电路。用于设定初始值等。 （5）LED显示电路。用于显示湿度[10]。 （6）功率驱动电路（湿度调节电路）
摘要 随着信息时代的到来，传感器技术得到了快速发展，其应用领域越来越广泛，对其要求越来越高，需求越来越迫切。传感器技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一。随着人们生活水平的提高，智能化的液体加热制冷类家电越来越多地出现在人们的日常生活中，这些产品大多采用发热管或PTC热敏电阻进行加热，仅仅具有加热功能；而使用半导体制冷片可以具备加热和制冷双重功能，但缺陷是传统的半导体制冷片的方向控制大多使用继电器来完成，继电器属于机械式开关，当频繁导通或关断时不仅会发出噪音，而且还会降低其使用寿命。因此，有必要探索一种高效、静噪、安全的半导体制冷片控制方法。本设计将H桥驱动电路引入半导体制冷片进行控制，通过控制H桥的通断方向来控制半导体制冷片的加热和制冷，从而实现控温。 关键词：传感器；TEC；H桥
1、系统方案设计 本系统分为MCU ，温度显示，温度控制，温度采集，本系统采用STC12C5A16S2作为核心芯片，使用TEC1-12706半导体制冷片作为核心加热制冷与案件，采用DS18B20温度传感器采集温度，通过上位机和单片机通讯，上位机可以显示实时温度值，并且可以进行温度设置，半导体制冷片控制部分采用H 桥驱动控制电路进行电压翻转，H 桥的导通和截止采用三极管开关电路进行控制，从而达到加热和制冷的自动控制目的。 PC 机显示温度、 温度控制 设置温度 RS232 PWM ······· 加热制冷 温度采集 图1 系统结构 STC12C5A16S2 DS18B20 TEC H 桥
1.1微型控制单元 MCU采用宏晶STC12系列单片机，其工作电压为5.5-3.5V，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍，本单片机晶振频率为22.184MHz，本系统PWM的时钟源是Fosc，不用Timer，PWM的频率为Fosc/2，此单片机完全能够满足本系统的设计要求。 1.2 TEC12706半导体制冷片 TEC(Themoelectric cooling modules)即半导体制冷器,它的工作原理是基于珀尔贴效应(J.C.A.Peltier在1834年发现),即当电流以不同方向通过双金属片所构成的结时能对与其接触的物体制冷或加热。两个电偶臂分别用P型和N型半导体材料制成,然后上下分别用金属桥连接,由于电子在金属中的能量要低于在N 型半导体中的能量,故在P型电偶臂和N型电偶臂两端加上电压后,电子从金属流到N型半导体需吸收能量,而从N型半导体流到金属中需放出能量,这样a端是电子从金属流向N型半导体,故为吸热端,而b端是电子从N型半导体流向金属故为放热端;反之,当在电偶臂两端加上反向电压时,此时a端则为放热端,而b端则为吸热端。由此可知,若将a端与某物体接触,通过改变回路中电压极性和电流的大小即可以实现对物体的制冷与加热。 图2 TEC结构
大功率半导体激光器件最新发展现状分析 1 引言 半导体激光器由于具有体积小、重量轻、效率高等众多优点，诞生伊始一直是激光领域的关注焦点，广泛应用于工业、军事、医疗、通信等众多领域。但是由于自身量子阱波导结构的限制，半导体激光器的输出光束质量与固体激光器、CO2激光器等传统激光器相比较差，阻碍了其应用领域的拓展。近年来，随着半导体材料外延生长技术、半导体激光波导结构优化技术、腔面钝化技术、高稳定性封装技术、高效散热技术的飞速发展，特别是在直接半导体激光工业加工应用以及大功率光纤激光器抽运需求的推动下，具有大功率、高光束质量的半导体激光器飞速发展，为获得高质量、高性能的直接半导体激光加工设备以及高性能大功率光纤激光抽运源提供了光源基础。 2 大功率半导体激光器件最新进展 作为半导体激光系统集成的基本单元，不同结构与种类的半导体激光器件的性能提升直接推动了半导体激光器系统的发展，其中最为主要的是半导体激光器件输出光束发散角的降低以及输出功率的不断增加。 2.1 大功率半导体激光器件远场发散角控制 根据光束质量的定义，以激光光束的光参数乘积（BPP）作为光束质量的衡量指标，激光光束的远场发散角与BPP成正比，因此半导体激光器高功率输出条件下远场发散角控制直接决定器件的光束质量。从整体上看，半导体激光器波导结构导致其远场光束严重不对称。快轴方向可认为是基模输出，光束质量好，但发散角大，快轴发散角的压缩可有效降低快轴准直镜的孔径要求。慢轴方向为多模输出，光束质量差，该方向发散角的减小直接提高器件光束质量，是高光束半导体激光器研究领域关注的焦点。 在快轴发散角控制方面，如何兼顾快轴发散角和电光效率的问题一直是该领域研究热点，尽管多家研究机构相续获得快轴发散角仅为3o，甚至1o的器件，但是基于功率、光电效率及制备成本考虑，短期内难以推广实用。2010年初，德国费迪南德-伯恩研究所(Ferdinand-Braun-Inst itu te)的P. Crump等通过采用大光腔、低限制因子的方法获得了30o快轴发散角（95%能量范围），光电转换效率为55%，基本达到实用化器件标准。而目前商用高功率半导体激光器件的快轴发散角也由原来的80o左右（95%能量范围）降低到50o以下，大幅度降低了对快轴准直镜的数值孔径要求。 在慢轴发散角控制方面，最近研究表明，除器件自身结构外，驱动电流密度与热效应共同影响半导体激光器慢轴发散角的大小，即长腔长单元器件的慢轴发散角最易控制，而在阵列器件中，随着填充因子的增大，发光单元之间热串扰的加剧会导致慢轴发散角的增大。2009年，瑞士Bookham公司制备获得的5 mm腔长，9XX nm波段10 W商用器件，成功将慢轴发散角（95%能量范围）由原来的10o～12o降低到7o左右；同年，德国Osram公司、美国相干公司制备阵列器件慢轴发散角（95%能量范围）也达7o水平。 2.2 半导体激光标准厘米阵列发展现状 标准厘米阵列是为了获得高功率输出而在慢轴方向尺度为1 cm的衬底上横向并联集成多个半导体激光单元器件而获得的半导体激光器件，长期以来一直是大功率半导体激光器中最常用的高功率器件形式。伴随着高质量、低缺陷半导体材料外延生长技术及腔面钝化技术的提高，现有CM Bar的腔长由原来的0.6～1.0 mm增大到2.0～5.0mm，使得CM Bar输出功率大幅度提高。2008年初，美国光谱物理公司Hanxuan Li等制备的5 mm腔长，填充因子为83%的半导体激光阵列，利用双面微通道热沉冷却，在中心波长分别为808 nm，940 nm，980 nm处获得800 W/bar，1010W/bar，950 W/bar的当前实验室最高CM Bar连续功率输出水平。此外，德国的JENOPTIK公司、瑞士的Oclaro公司等多家半导体激光供应商也相续制备获得千瓦级半导体激光阵列，其中Oclaro公司的J. Müller等更是明确指出，在现有技术
半导体激光器的发展与运用 0 引言激光器的结构从同质结发展成单异质结、双异质结、量子 阱 （单、多量子阱）等多种形式, 制作方法从扩散法发展到液相外延（LP日、气相外延（VPE）、分子束外延（MBE）、金属有机化合物气相淀积（MOCVD）、化学束外延（CBE 以及它们的各种结合型等多种工艺[5].半导体激光器的应用范围十分广泛，而且由于它的体积小，结构简单,输入能量低,寿命长,易于调制和价格低等优点, 使它已经成为当今光电子科学的核心技术,受到了世界各国的高度 重视。 1 半导体激光器的历史 半导体激光器又称激光二极管（LD）。随着半导体物理的发展,人们早在20 世纪50 年代就设想发明半导体激光器。 20 世纪60 年代初期的半导体激光器是同质结型激光器, 是一种只能以脉冲形式工作的半导体激光器。在1962 年7 月召开的固体器件研究国际会议上,美国麻省理工学院林肯实验室的两名学者克耶斯（KeyeS和奎斯特（Quist、报告了砷化镓材料的光发射现象。 半导体激光器发展的第二阶段是异质结构半导体激光器,它是由两种不同带隙的半导体材料薄层，如GaAs,GaAIAs所组成的激光器。单异质结注人型激光器（SHLD，它是利用异质结提供的势垒把注入电子限制在GaAsP 一N 结的P 区之内,以此来降低阀值电流密度的激光
器。 1970 年,人们又发明了激光波长为9 000? 在室温下连续工作的双异质结GaAs-GaAlAs（砷化稼一稼铝砷）激光器. 在半导体激光器件中,目前比较成熟、性能较好、应用较广的是具有双异质结构的电注人式GaAs 二极管激光器. 从20 世纪70 年代末开始, 半导体激光器明显向着两个方向发展,一类是以传递信息为目的的信息型激光器;另一类是以提高光功率为目的的功率型激光器。在泵浦固体激光器等应用的推动下, 高功率半导体激光器（连续输出功率在100W 以上,脉冲输出功率在5W 以上, 均可称之谓高功率半导体激光器）在20 世纪90 年代取得了突破性进展,其标志是半导体激光器的输出功率显著增加,国外千瓦级的高功率半导体激光器已经商品化,国内样品器件输出 已达到600W另外，还有高功率无铝激光器、红外半导体激光器和量子级联激光器等等。其中,可调谐半导体激光器是通过外加的电场、磁场、温度、压力、掺杂盆等改变激光的波长,可以很方便地对输出 光束进行调制。 20 世纪90 年代末,面发射激光器和垂直腔面发射激光器得到了迅速的发展。 目前,垂直腔面发射激光器已用于千兆位以太网的高速网络,为了满足21 世纪信息传输宽带化、信息处理高速化、信息存储大容量以及军用装备小型、高精度化等需要,半导体激光器的发展趋势主要是向高速宽带LD大功率LD短波长LD盆子线和量子点激光器、中红外LD
一种高精度的温控电路 阅览次数：423 作者：陈天平单位： 【摘要】本文重点讲述一种利用电阻电桥实现的高精度温度控制电路，采用不间断电 流方式，可以将温度控制在±0.1℃范围之内，从而实现动态的温度平衡。 【关键字】电阻电桥运算放大器功率放大铂电阻开关电源 现在的军事、工业、商业中，温度控制是一种最常见、最普通的应用。但是在控温精度要求不高的地方大多末级采用继电器来控制，靠继电器的吸合来实现的，其控制精度大约在±10℃范围之内。即使随着单片机的发展出现的PID调节，也只是对前一部分放大部分作一些处理，而末级仍旧采用继电器实现的，但控温精度有所提高，一般在±0.1℃~±5℃范围之内，这在某些对温度要求较高的方面是很难实现的。当然，也有利用可控硅和电磁阀等来控制的，其精度稍高。 随着军事、工业的发展，对许多高端产品的调试环境都有进一步的要求，其环境温度变化很小，有±1℃、±0.5℃、±0.3℃、±0.2℃、±0.1℃等，有的甚至要求更高。例如，石英挠性加速度计调试环境要求55±0.1℃，捷联惯组的调试温度要求70±0.1℃。显然，靠继电器来实现温度控制是远不能满足要求的。于是经过多方面的搜集资料，并通过多方面的试验，我设计出一种利用大进大出原理（即可以实现频繁的热交换）实现的一种不间断电流的温度控制系统。此种设计思想可以保证被加热体的内外保持良好的热交换，从而起到更好的控温效果。 整体系统框图如下： 由图可知，由加热器和控温铂电阻构成的热-电微型电路构成了闭环控制回路。控制过程
可以通过调整控温电阻的大小来设定控制的温度点。测温铂电阻用来测量被加热环境的温度。其中的微调是用来做微小的调整用的，在加温过程中可能由于外界环境温度的变化会引起控制温度点的偏差，此时可以通过调整微调来实现控温的准确性，此时若不做微调能会使温度控制在非设定的温度点，但控温精度不会改变，只是控温点有所变化。 在电路图中Vcc0是一个要求有高的稳定性的电源，它在某一时期的稳定性应要求比较高。Vcc1是T1、T2工作所需用的工作电压。电路由R2、R3、Rc、Rt构成电阻电桥，其中Rc为控制控温点的电阻，Rt为控温铂电阻，T3是大功率调整管。其中R2、R3、R6、R7、R8应选用精度较高的金膜电阻，其精度要求0.1~0.01%，在调试中定。T1、T2应选则放大倍数匹配的晶体管以便构成功率符合管。控制部分电路图 控温原理：其中 当调试环境温度与设置的温度点相差较大时（一般时由低温到高温的升温），Uab输出的就较大，此时通过运放放大后输出的Ue较大，然后在通过由T1和T2组成的复合功率
高频炉智能温度控制系统 摘要GP15-B型高频炉自动控温系统开发的目的是将高频炉旧有的手动控制系统改造成微机监控的自动控制系统，以提高控制质量、生产效率和减轻人的劳动强度。基于工业PC的高频炉自动控温系统具有实时监测、数据处理、操作指导提示、智能控制等功能。该系统的控制算法采用仿人智能控制算法(SHIC)，其最主要的优点是不需要事先知道被控对象的精确模型，就能够实现既快速又高精度的控制。 关键词智能控制控制系统高频感应加热 Abstract Temperature in intelligent control system of GP15-B high frequency induction heating furnace is to replace the old hand-control system by computer-control system, and improve the quality of control, increase the efficiency and reduce labor intensity. The temperature automatic control system has some important function, such as real time monitor, data processing, intelligent control, and etc. This system is adept simulating human intelligent control algorithm (SHIC), the most eminent advantage of SHIC is that it can realize quickly and high precision control without the accurate math model of controlled object. Keywords intelligent control control system high frequency induction heating 1 系统结构简介 GP15-B型高频炉自动控温系统是为满足高熔点材料熔化特性测试目的而开发的，对提高高熔点材料性能测试水平和充分利用原系统具有实用意义。本系统的基本组成如图1所示，控制的基本过程是：用光电高温计读取加热设备的温度，输出一个与温度对应的电压信号，此信号经过放大、滤波处理后送到A/D(模/数)转换器，转换成相应的数字量。微机定时地对A/D进行读取，将所得到的数字电压经过电压-温度转换程序转换成数字温度(即实际温度的数字量)，将此温度与用户设定温度相比较，得出温度偏差值E，SHIC仿人智能控制器判断E的大小及E的变化趋势(增大、减小或不变)，输出一个合适的控制量，控制量经过D/A(数/模)转换器转换成相应的控制电压，控制电压的大小将决定可控硅移相触发电路的触发相位，从而控制了高频感应加热设备的输入功率，进而调节温度。系统的温度控制范围为800～3000℃。
智能温控水杯系统
设计作品名称 摘要 本项目主要完成对水壶改造，实现水壶壶盖室外饮水。并在此基础上设计了智能水温检测，通过温度传感器对水杯温度进行实时监控。利用微处理器对水温数据进行分段处理，实现不同人员对水温的不同需求。并通过按键实现不同需求（不同模式)的选择，当水温达到对应需求时可进行短信提示饮水。除此之外，手机App也可查询对应的数据。 关键词：温度传感器；App; 短信提示
目录 摘要.................................................................. I 第一章绪论 (4) 1.1设计背景 4 1.2所涉技术发展现状 2 1.2.1国内外技术发展 2 1.2.2存在的技术问题 3 1.3创新点 4 1.3.1主要解决的问题 4 1.3.2设计内容简介 4 第二章方案设计 (6) 2.1水杯外形结构设计 6 2.2 智能水杯软件设计7 2.2.1 方案叙述8
2.2.2 模块介绍8 2.3 技术应用前景12 2.3.1消费者需求 12 2.3.2技术优势 13 参考文献 (15) 致谢 (16)
第一章绪论 1.1设计背景 随着中国经济越来越发达，人们的生活的水平越来越高，对于生活的质量的要求越来越高。现代人越来越注重健康的生活方式，健康是每个人的追求，在日常生活中，我们总是在寻找各种各样的方式来保养，因为我们已经明白，保养和预防比治疗更重要。而水的重要性就不言而喻了。众所周知的是水的分类，比如说矿泉水、纯净水、苏打水等等。 会喝水才健康水作为人类生存的三大要素之一，没有人能够离开它，而且随着人们生活水平的提高和人们健康意识的逐渐增强，人们越来越关心自己的饮水健康。但水这个看似最熟悉、最常用的“生命素”，对于人类来说，其实也是最陌生的！因为，由于不健康、不科学饮水所导致的健康危机正在成为人类最大的威胁之一。 会喝水才健康世界卫生组织WHO调查发现：人类疾病80%与水有关。现代营养学家认为：饮水质量是我们生活质量的重要组成部分。你今天的饮水习惯也将决定着你10年后的健康状况。 很少人知道水的温度也是影响我们健康的重要原因， 其一，饮水过热易得消化道癌经常饮用温度过高的水，会使口腔、食道或胃黏膜发生炎症，长期发炎下去，可引起黏膜的质变，发生癌症。尤其是老人，比起壮年人他们需要的温度更加温和 其二，会喝水才健康，白开水具有生物活性科学研究表明，白开水放凉到25℃时，具有特异的生物活性。观察证实，习惯喝白开水的人，体内脱氢醇的活大大提高，肌肉中的乳酸积累减少，人也不易感到疲惫。这个温度的水，适合于大部分的人群饮用。 所以针对可能存在的健康隐患，我们团队利用所学的知识设计了智能温控水杯，其核心就是使用温度传感器感知水杯中的水温的变化计算其变凉做需要的时间，绘制
题目：半导体激光器的发展与应用学院：理 专业：光 姓名：刘
半导体激光器的发展与应用 摘要：激光技术自1960年面世以来便得到了飞速发展，作为激光技术中最关键的器件激光器的种类层出不穷，这其中发展最为迅速，应用作为广泛的便是半导体激光器。半导体激光器的独特性能及优点，使其获得了广泛应用。本文就简要回顾半导体激光器的发展历程，着重介绍半导体激光器在日常生活与军用等各个领域中的应用。 关键词：激光技术、半导体激光器、军事应用、医学应用
引言 激光技术最早于1960年面世，是一种因刺激产生辐射而强化的光。激光被广泛应用是因为它具有单色性好、方向性强、亮度高等特性。激光技术的原理是：当光或电流的能量撞击某些晶体或原子等易受激发的物质，使其原子的电子达到受激发的高能量状态，当这些电子要回复到平静的低能量状态时，原子就会射出光子，以放出多余的能量；而接着，这些被放出的光子又会撞击其它原子，激发更多的原子产生光子，引发一连串的“连锁反应”，并且都朝同一个方前进，形成强烈而且集中朝向某个方向的光。这种光就叫做激光。激光几乎是一种单色光波，频率范围极窄，又可在一个狭小的方向内集中高能量，因此利用聚焦后的激光束可以对各种材料进行打孔。激光因为拥有这种特性，所以拥有广泛的应用。 激光技术的核心是激光器，世界上第一台激光器是1960年由T.H.梅曼等人制成的第红宝石激光器，激光器的种类很多，可按工作物质、激励方式、运转方式、工作波长等不同方法分类。但各种激光器的基本工作原理均相同，产生激光的必不可少的条件是粒子数反转和增益大过损耗，所以装置中必不可少的组成部分有激励（或抽运）源、具有亚稳态能级的工作介质两个部分。 半导体物理学的迅速发展及随之而来的晶体管的发明，使科学家们早在50年代就设想发明半导体激光器。在1962年7月美国麻省理工学院林肯实验室的两名学者克耶斯（Keyes）和奎斯特（Quist）报告了砷化镓材料的光发射现象，通用电气研究实验室工程师哈尔（Hall）与其他研究人员一道研制出世界上第一台半导体激光器。 半导体激光器是用半导体材料作为工作物质的一类激光器，由于物质结构上的差异，产生激光的具体过程比较特殊。常用材料有砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等。激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦三种形式。自1962年世界上第一只半导体激光器是问世以来，经过几十年来的研究，半导体激光器得到了惊人的发展，它的波长从红外、红光到蓝绿光，被盖范围逐渐扩大，各项性能参数也有了很大的提高！半导体激光器具有体积小、效率高等优点，因此可广泛应用于激光通信、印刷制版、光信息处理等方面。
摘要 智能温度控制系统 近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。本系统是以单片机的基本语言汇编语言来进行软件设计编程的，其指令的执行速度快，节省存储空间。为了便于扩展和更改，软件的设计采用模块化结构，使程序设计的逻辑关系更加简洁明了。使硬件在软件的控制下协调运作。 根据本温度系统的设计要求，该系统是由单片机和温度传感器与一体的综合设计，由于是用单片机采集温度信号，所以在之前必须对温度信号进行放大和转换，就应该选择放大器和A/D转换器，本系统要实现人工智能化，就必须有对温度进行设定，所以还需要设计键盘与单片机系统进行沟通。 关键字：单片机温度传感器键盘 A/D转换器放大器
目录 摘要 ........................................................................................................................... I 第一章绪论.. (1) 第二章设计要求 (2) 2.1 设计课题工艺过程简介 (2) 2.2 控制任务指标及要求： (2) 第三章系统设计思想 (3) 第四章硬件的选择 (4) 4.1 单片机的选择 (4) 4.2 温度传感器的选择 (4) 4.3 显示器的选择 (4) 4.4 键盘的选择 (4) 4.5 温度控制部分 (5) 4.6 自动推舟控制部分 (5) 4.7 实现方案 (5) 第五章硬件设计 (6) 5.1单片机基本系统： (6) 5.1.1 单片机8051 (6) 5.1.2 8155简介 (9) 5.2前向通道 (13) 5.2.3 温度传感器： (13) 5.2.4 运算放大器 (15) 5.2.5 A/D转换器： (18) 5.3 后向通道.................................................................................... 错误！未定义书签。 5.4 人机对话通道 (20) 5.4.1 显示器： (20) 5.4.2 键盘 (23) 5.4.374922引脚说明及功能 (26) 5.5 其他外围器件 (26) 第六章软件设计 (29) 6.1 软件设计思路： (29) 6.2 程序设计流程说明： (29) 6.3 主程序流程图如下： (30) 6.4 键盘输入中断服务程序 (31) 6.5 温度检测子程序流程图 (31) 6.6 程序清单 (32) 结论 (37) 谢辞 (38) 参考文献 (39)
高精度PID温度控制器 时间:2007-04-19 来源: 作者:江孝国王婉丽祁双喜点击：4468 字体大小:【大中小】 摘要：介绍一种高精度的、采用PID 控制原理的温度控制器, 给出了实验结果。这种控制器适用于小功率半导体器件的工作温度控制, 其控制精度可达±0.05℃。 1 引言 温度控制已成为工业生产、科研活动中很重要的一个环节, 能否成功地将温度控制在所需的范围内关系到整个活动的成败。由于控制对象的多样性和复杂性, 导致采用的温控手段的多样性。例如: 某种半导体激光器对工作温度的稳定性有较高的要求, 一般要将温度控制在±0.1℃左右, 才能保证器件输出的激光波长不发生超出要求的漂移, 否则,激光波长的超范围漂移将使研究工作难以开展。为达到这种温控要求, 笔者根据工作中的情况, 采用PID 控制原理研制成适合用于小功率半导体器件的温度控制器。该控制器能够达到很好的控制效果, 若精心选择PID 的各种参数, 温度控制的精度可以达到±0.05℃, 完全可以保证器件的正常工作。 2 温度控制原理 在上述温控实例中, 器件工作时产生的热量将使器件本身工作温度升高, 最后达到很高的基本稳定的温度。较高的温度将严重影响器件的各种性能参数, 也很可能导致器件不能正常工作, 甚至损坏。温度控制的目的就是将器件的工作温度以一定的精度稳定在一个较低的水平上, 这样一来就要求根据器件工作时的实际情况(如产热量大小等) 采取一定的措施,随时将产生的热量即时散掉, 并且要求器件在单位时间里产生的热量等于控制器在单位时间里吸收的热量, 若两者达到动态平衡, 则可以保持器件工作温度的稳定[1]。 在一定的控制系统中, 首先将需要控制的被测参数(如温度) 由传感器转换成一定的信号后再与预先设定的值进行比较, 把比较得到的差值信号经过一定规律的计算后得到相应的控制值, 将控制量送给控制系统进行相应的控制, 不停地进行上述工作, 从而达到自动调节的目的。当控制对象的精确数学模型难以建立时, 比较成熟且广泛使用的控制方法是采用按差值信号的比例、积分和微分进行计算控制量的方法, 即PID 法, 其控制规律的数学模型为: 其中: K P 为比例系数; e 为差值信号, e= T - Tset (T : 温度测量值, Tset: 温度设定值) ; Ti 为积分常数; Td 为微分常数; V0、V0-1为当时及前一时刻的控制量。 实现PID 控制原理的具体方法因系统的不同而不同[2]。在我们的系统中, 采用了增量式计算方法, 而控制量的输出则采用了位置式的输出形式。在数值控制系统中, 其控制规律
浅谈半导体激光器及其应用 摘要：近十几年来半导体激光器发展迅速,已成为世界上发展最快的一门激光技术。由于半导体激光器的一些特点，使得它目前在各个领域中应用非常广泛，受到世界各国的高度重视。本文简述了半导体激光器的概念及其工作原理和发展历史,介绍了半导体激光器的重要特征,列出了半导体激光器当前的各种应用,对半导体激光器的发展趋势进行了预测。 关键词：半导体激光器、激光媒质、载流子、单异质结、pn结。 自1962年世界上第一台半导体激光器发明问世以来,半导体激光器发生了巨大的变化,极大地推动了其他科学技术的发展,被认为是二十世纪人类最伟大的发明之一。近十几年来,半导体激光器的发展更为迅速,已成为世界上发展最快的一门激光技术。半导体激光器的应用范围覆盖了整个光电子学领域,已成为当今光电子科学的核心技术。由于半导体激光器的体积小、结构简单、输入能量低、寿命较长、易于调制以及价格较低廉等优点,使得它目前在光电子领域中应用非常广泛,已受到世界各国的高度重视。 一、半导体激光器 半导体激光器是以直接带隙半导体材料构成的Pn 结或Pin 结为工作物质的一种小型化激光器。半导体激光工作物质有几十种,目前已制成激光器的半导体材料有砷化镓、砷化铟、锑化铟、硫化镉、碲化镉、硒化铅、碲化铅、铝镓砷、铟磷砷等。半导体激光器的激励方式主要有三种,即电注入式、光泵式和高能电子束激励式。绝大多数半导体激光器的激励方式是电注入,即给Pn 结加正向电压,以使在结平面区域产生受激发射,也就是说是个正向偏置的二极管。因此半导体激光器又称为半导体激光二极管。对半导体来说,由于电子是在各能带之间进行跃迁,而不是在分立的能级之间跃迁,所以跃迁能量不是个确定值, 这使得半导体激光器的输出波长展布在一个很宽的范围上。它们所发出的波长在0.3～34μm之间。其波长范围决定于所用材料的能带间隙,最常见的是AlGaAs双异质结激光器,其输出波长为750～890nm。 半导体激光器制作技术经历了由扩散法到液相外延法(LPE), 气相外延法(VPE),分子束外延法(MBE),MOCVD 方法(金属有机化合物汽相淀积),化学束外延(CBE)以及它们的各种结合型等多种工艺。半导体激光器最大的缺点是:激光性能受温度影响大,光束的发散角较大(一般在几度到20度之间),所以在方向性、单色性和相干性等方面较差。但随着科学技术的迅速发展, 半导体激光器的研究正向纵深方向推进,半导体激光器的性能在不断地提高。以半导体激光器为核心的半导体光电子技术在21 世纪的信息社会中将取得更大的进展, 发挥更大的作用。 二、半导体激光器的工作原理 半导体激光器是一种相干辐射光源,要使它能产生激光,必须具备三个基本条件: 1、增益条件:建立起激射媒质(有源区)内载流子的反转分布,在半导体中代表电子能量的是由一系列接近于连续的能级所组成的能带,因此在半导体中要实现粒子数反转,必须在两个能带区域之间,处在高能态导带底的电子数比处在低能态价带顶的空穴数大很多,这靠给同质结或异质结加正向偏压,向有源层内注入必要的载流子来实现, 将电子从能量较低的价带激发到能量较高的导带中去。当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时,便产生受激发射作用。 2、要实际获得相干受激辐射,必须使受激辐射在光学谐振腔内得到多次反馈而形成激光振荡,激光器的谐振腔是由半导体晶体的自然解理面作为反射镜形成的,通常在不出光的那一端镀上高反多层介质膜,而出光面镀上减反膜。对F—p 腔(法布里—珀罗腔)半导体激光器可以很方便地利用晶体的与p-n结平面相垂直的自然解理面构成F-p腔。 3、为了形成稳定振荡,激光媒质必须能提供足够大的增益,以弥补谐振腔引起的光损耗及从腔
基于单片机的智能温控系统的设计与实现 文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]
课程设计报告设计名称基于单片机的智能温控系统的设计与实现 学校陕西电子科技职业学院 学院电子工程学院 学生姓名王一飞 班级1507 指导教师聂弘颖 时间2017年10月23日
一、概述 随着嵌入式技术、计算机技术、通信技术的不断发展与成熟。控制系统以其直观、方便、准确、适用广泛而被越来越广泛地应用于工业过程、空调系统、智能楼宇等。恒温控制系统，控制对象是温度。温度控制在日常生活及工作领域应用的相当广泛，比如温室、水池、发酵缸、电源等场所的温度控制，而以往温度控制是由人工完成的而且不够重视，其实在很多场所温度都需要监控以防止发生意外。针对此问题，本系统设计的目的是实现一种可连续高精度调温的温度控制系统，它应用广泛，功能强大，小巧美观，便于携带，是一款既实用又廉价的控制系统。 本项目设计是对温度进行实时监测与控制，设计的温度控制系统实现了基本的温度控制功能：被控温度范围可以调整，初始范围25<=T<=35。如果被测温度在25度到35度之间，则既不加热，又不报警；如果被测温度小于25度，则既加热，又报警；如果被测温度大于35度，则报警，不加热。 数码管显示温度，温度精确到整数。 二、方案设计 采用单片机+单总线DS18B20的方案，其中单片机采用51兼容系列 三、详细硬件设计及原件介绍 单片机最小系统 在基于单片机的应用系统中，其核心是单片机的最小系统，而单片机又是最小系统的核心，为了方便起见，采用的单片机型号是：STC89C52RC,内部资源有：8KB FLASH ,512B SRAM,4个8位I/O,2个TC,1个UART，带ISP和IAP功能。是近年来流行的低端51单片机。时钟电路采用晶体，复位电路采用简单的RC复位电路。 R=10K,C=10uF，详细电路见总体原理图
电子科技 高精度半导体激光器自稳温控系统 中国工程物理研究院流体物理研究所(绵阳621900 江孝国祁双喜王伟 摘要文章介绍了一套精密的温度控制系统, 该控制系统采用PID 控制器的原理, 对发热功率为10～30W 的半导体激光器的控制效果良好, 控温的稳定度可小于±0. 1°C 。关键词PID 控制器热电偶冷却器参数整定半导体激光器在民用及国防上的重要作用已得到广泛的应用, 但半导体激光器在工作时产生的大量热量, 不仅会使器件温度升高, 造成器件的性能下降, 严重者甚至烧毁半导体激光器, 因此, 激光器的散热是重要的, 为了保证器件性能的稳定及寿命, 将器件工作温度在一定的范围内以较高的稳定度稳定在比较低的水平上也同样重要[1]。 本文针对这种高精度的要求, 研制了一套精密的半导体激光器的温度控制系统。该温度控制系统采用了传统的PID 调节原理, 针对系统的热传导特性, 在参数整定方面作了相应的改进, 达到了很好的控制效果, 不仅超调量小, 并且进入稳定区的时间短, 抗干扰能力也比较强。该温度控制系统应用于10～30W 的发热负载的温度控制时, 可以在18～25 图1PID 控制原理 V (t , 实现对受控系统进行自动控制的目的, 它是 一种线性调节器。这种控制原理的优点是不要求知 道受控系统的精确数学模型, 因此, 在自动控制领域
中得到了广泛的应用。 由上可知, 要构成一个PID 控制器, 需要确定 K p 、T i 、T d 三个参数; 确定这三个参数的过程称为 PID 参数整定; 并且, 三个参数直接影响系统的控制 性能。 °C 的温度范围内达到小于±0. 1°C 的稳定度, 起到了良好的控制作用。本文主要介绍半导体温度控制器的PID 参数整定及改进等方面的工作。 2PID 参数的整定 毫无疑问,PID 控制器的参数的整定应该根据实际系统的特性来进行, 一般有凑试法[2]及Ziegler 2Nichols 经验公式法[3]等。凑试法主要是根据实际系统在现场以
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910287026.1 (22)申请日 2019.04.10 (71)申请人 博微太赫兹信息科技有限公司 地址 230088 安徽省合肥市高新区香樟大 道199号 (72)发明人 王瑞 于世杰 张志同 王明红 韦巍 田晓光 (74)专利代理机构 合肥昊晟德专利代理事务所 (普通合伙) 34153 代理人 王林 (51)Int.Cl. F25B 13/00(2006.01) F25B 49/02(2006.01) (54)发明名称 一种高精度温度控制系统及方法 (57)摘要 本发明公开了一种高精度温度控制系统及 方法，包括液冷源设备与温控末端设备，所述液 冷源设备用于为温控末端设备提供冷量或热量； 所述温控末端设备包括风机盘管与工作板，所述 风机盘管用于将所述液冷源设备提供的冷量或 热量传递给太赫兹设备，所述工作板用于构建一 个封闭且温度可控的空间；所述工作板包括保温 固定层和水箱，所述水箱位于保温固定层的内 部。本发明能实现快速精准控温，均匀性好，极大 程度减小了周围环境中不利因素的影响，大大节 省了控温过程的时间，提升了太赫兹设备的使用 性能；并且液冷介质比热容大，温度波动小，同时 对被控对象进行保温处理，既节能，又有利于产 品的集成化与小型化。权利要求书1页 说明书4页 附图1页CN 110131915 A 2019.08.16 C N 110131915 A
权 利 要 求 书1/1页CN 110131915 A 1.一种高精度温度控制系统，其特征在于，包括：液冷源设备与温控末端设备； 所述液冷源设备用于为温控末端设备提供冷量或热量； 所述温控末端设备包括风机盘管与工作板，所述风机盘管用于将所述液冷源设备提供的冷量或热量传递给目标设备，所述工作板用于构建一个封闭且温度可控的空间； 所述工作板包括保温固定层和水箱，所述水箱位于保温固定层的内部，所述保温固定层用于保温防凝露和固定水箱，所述水箱用于存放载冷剂，所述水箱的内部设置有增强换热效果的增强构件。 2.根据权利要求1所述的一种高精度温度控制系统，其特征在于：所述工作板还包括支柱与防护层，所述防护层设置在保温固定层的外部，所述支柱位于相邻两组所述水箱之间，用于支撑水箱。 3.根据权利要求1所述的一种高精度温度控制系统，其特征在于：多个所述工作板连接在一起构成封闭空间，目标设备位于所述封闭空间内，多个所述工作板的温度均匀性的数值小于0.5℃。 4.根据权利要求1所述的一种高精度温度控制系统，其特征在于：所述液冷源设备包括压缩机、风机、第一换热器、热力膨胀阀与第二换热器，所述风机安装在换热器的内部，所述压缩机、第一换热器、热力膨胀阀与第二换热器依次首尾相连通。 5.根据权利要求4所述的一种高精度温度控制系统，其特征在于：所述增强构件为冷却管道或管翅换热器，所述第二换热器为板式换热器。 6.根据权利要求4所述的一种高精度温度控制系统，其特征在于：所述风机盘管与第二换热器之间设置有用于连通电动风机盘管与第二换热器的电动三通阀。 7.根据权利要求4所述的一种高精度温度控制系统，其特征在于：所述工作板与第二换热器之间设置有用于完成载冷剂循环工作的液泵，载冷剂为水、乙二醇溶液与防冻液其中的一种。 8.一种高精度温度控制方法，其特征在于，包括以下步骤： S1：改变制冷剂的温度 通过蒸汽压缩式制冷/热原理将制冷剂温度降低或提高； S2：；改变载冷剂的温度 将S1中的制冷剂通入第二换热器中，为载冷剂提供冷/热量，从而改变载冷剂的温度； S3：将冷/热量送入温控末端设备 通过液泵将S2中的载冷剂送入风机盘管与工作板中，完成对目标设备的温度调控工作。 2