基于DSP的高功率TEACO_2激光器控制系统的高精度数据采集

针对基于DSP的高功率TEA CO2激光器控制系统直接利用DSP F2812内置A/D转换器(ADC)进行模拟量采样时存在转换误差较大,且模拟量易受电磁干扰等问题,从硬件和软件两个角度提出了校正DSP2812内置ADC的方法。硬件上采用硬件模拟滤波和隔离等手段对输入的模拟量进行处理;软件校正则通过将两路给定的参考电压值送入DSPF2812内置A/D转换器的两个转换通道,计算出ADC的偏置误差和增益误差,以此误差对其它通道A/D转换器进行校正。最后,实验分析了参考电压和A/D采样时钟频率对A/D转换精度的影响。结果表明,提出的方法能有效地提高A/D转换器的精度,A/D转换误差达到±3 LSB,特别是在对腔压值精度要求很高的0～12 000 Pa区段,A/D转换精度达±1 LSB,可以保证TEA CO2激光器的可靠运行。     

DSP(数字信号处理)在高频信号检测中的应用开发

利用约瑟夫森效应获取电磁信号的频谱信息是超导电子学的重要应用之一.为了解决高频信号频谱检测系统数据采集慢、体积庞大的问题,开发了基于DSP芯片的数据采集及处理系统.研究了系统硬件的搭建和相关程序的开发.用其检测98 GHz高频信号,并与HP34401数字万用表采集的结果进行了比较.使得系统更加小型化、集成化、硬件结构简单.     

基于DSP嵌入式数据采集与处理系统设计与实现

为了解决数据采集速度慢以及任务量大等问题,提出了一种基于DSP技术的嵌入式数据采集与处理系统方案;方案充分利用了DSP技术的运算能力强优点,从而实现了系统的快速运算以及有效控制;文章主要以系统的硬件设计和软件设计来对系统进行详细设计;在系统硬件设计部分,根据系统的需求以及DSP芯片的选型原则,系统选用了TI公司的32位定点DSP芯片—TMS320F2812,参数按照标准设置,并确定系统的总体设计方法,完成了控制 AD芯片的采集模块设计;在系统软件设计部分,主要是对外扩芯片的控制,其中包括了控制 AD采集时序以及DSP读写数据程序等。     

具有同空间特性的双波长可调谐TEACO2激光器

研制成功一种新型双波长TEACO2激光器,激光器在一对横向放电电极之间设置两个空间部分重叠的光栅_平面腔,两光栅沿腔轴一前一后放置,且在空间上交叠,两个腔相互利用,能够输出含有两种波长成分的激光脉冲。输出的同一激光脉冲中两波长激光场在空间上部分重叠,重叠程度和两种波长激光场的能量比均可通过调整前面光栅的水平横向位置加以控制,通过调节两光栅的角度选择所需支线,波长调谐方便且调谐范围较宽。该激光器在分离硼同位素的实验中得到了初步成功的应用。     

基于光纤光栅的高功率光纤激光器

分析了光纤光栅的选频原理以及光纤光栅基高功率光纤激光器的阈值特性和输出特性.采用紫外写入的光纤光栅做谐振腔,研制了全光纤结构的高功率光纤激光器,泵浦阈值为186 mW, 最大输出功率1.78 W,斜率效率59%,实验结果与理论分析基本吻合.     

高功率TEA CO2激光器气体循环系统的设计

阐述了气体循环系统对高功率TEA CO2激光器的重要作用,分析了系统参数、结构组成及其设计。以体积流量法确定放电区气体流速,采用对称式的结构布局,选用轴流压气机和板翅式热交换器,加入系统附加阻力以确定风机静压参数。研究出的气体循环系统,放电区气体平均流速84.8 m/s,流速不均匀度纵向4.2%、横向0.38%;光学支架振动加速度4×10-2 m/s2,振动位移2.6×10-7 m。在放电体积2.5×10-3 m3、单脉冲注入能量276 J、放电脉宽150 ns条件下,实现了重复频率400 Hz均匀稳定的持续辉光放电,输出了高平均功率激光。     

基于Sagnac环形镜的高功率多波长线偏振掺镱光纤激光器

设计了基于Sagnac环形镜的哑铃型结构全光纤掺镱激光器,使用976 nm多模激光二极管泵浦,通过调节偏振控制器获得了稳定的多波长线偏振激光输出。泵浦功率为20.4 W时,最高输出功率达到5.13 W,功率波动不大于0.02 W,激光器输出多波长激光线偏振度约为14.19 dB,多波长输出功率平坦度优于3 dB。     

基于Sagnac环形镜的高功率多波长线偏振掺镱光纤激光器

设计了基于Sagnac环形镜的哑铃型结构全光纤掺镱激光器,使用976 nm多模激光二极管泵浦,通过调节偏振控制器获得了稳定的多波长线偏振激光输出。泵浦功率为20.4 W时,最高输出功率达到5.13 W,功率波动不大于0.02 W,激光器输出多波长激光线偏振度约为14.19 dB,多波长输出功率平坦度优于3 dB。     

三维轴对称折叠腔CO2激光器的位相锁定

在一新型三维轴对称腔CO2激光器的基础上提出了一种对此激光器位相锁定的方法。通过在输出镜后放置一具有反射和整形作用的凹凸镜,让作为输出注入光束的谐振腔优先起振。此腔输出的光束到达凹凸镜时被其反射。利用重新定义光斑半径的方法,证明此光束能够覆盖其他放电管输出的光束,根据几何光学,此光束能反射进入各个放电管。然后利用光子简并度的概念证明了反射光束能够控制腔内的本征模式,并且数值分析了注入锁定后腔内模式匹配。在反射注入锁定的情况下,给出了数值计算的光强输出及其模拟,结果证明经位相锁定后,激光器输出光束的质量有了很大的提高。     

基于DSP的高精度自动电阻测量仪设计

以TMS320F2812处理器为核心,采用恒流与恒压相结合的方法针对100 Ω、1 KΩ、10 KΩ和10 MΩ共4种量程内的电阻进行测量,并详细介绍系统硬件电路、软件设计以及ADC采样校正算法研究;经过实验证明,该系统各量程内的电阻测量精度均达到0.3%,具有量程手动或自动转换档位、电阻自动筛选、语音提示、LCD显示等功能;该测量仪功能齐全、测量精度高、性能稳定,具有一定的实用价值。     

管状预电离可调谐TEA CO2激光器.

研制了一种新型的预电离结构--管状预电离器,并将其应用于可调谐TEA CO2激光器.利用光栅选线方案,采用光栅谐振腔,实现了激光的调谐输出.在输出耦合率为50%、气压为40 kPa的条件下,10P(20),10R(20),9P(20),9R(20)四条谱线获得的最高电光转换效率,分别为9.5%,9.7%,9.8%,9....     

高功率脉冲TEA CO2激光除漆的研究

选用高功率脉冲TEA CO2激光器,对不同颜色不同种类的油漆进行了清洗实验,运用数码照片分析程序计算出清洁率,找出了完全清洗阈值和损伤阈值.实验结果较为清晰地给出了激光输出能量和重复频率对清洗效果的影响.对红色醇酸漆来说,完全清洗阈值为10.37J/cm2,而损伤阈值为11.43 J/cm2;红色金属喷漆的完全清洗阈值为9.66 J/cm2,其损伤阈值达10.37 J/cm2;黄色金属喷漆的完全清洗阈值为10.71 J/cm2,损伤阈值则为11.07 J/cm2.输出能量和重复频率未达指定参数时,激光清洗清洁率则低于100%.     

TEA CO2激光器非对称电极系统的电场分布

 设计了一种非对称电极,这种非对称电极的阳极是Chang电极或Ernst电极,阴极是由直线和圆弧构成的简单电极。通过比较和分析非对称电极和对称电极的特点发现,非对称电极系统中简单电极的边缘电场起伏最大。采用有限元方法计算了非对称电极系统中的简单电极取不同的直线长度和弧线半径时,非对称电极系统的电场分布,给出了选择非对称电极系统中的简单电极参数的依据。结果表明：这种非对称电极系统结合了解析电极和简单电极的优点,通过选择非对称电极系统的简单电极参数,它可以在TEA CO₂激光器中产生边缘电场起伏小于0.06,且满足电极表面均匀场面积宽度要求的电场。     

气压对吸气式激光推进冲量耦合系数的影响

保持CO2激光的单脉冲能量为61.4~64.6 J，采用高精度冲击摆系统进行了不同气压下吸气模式激光推进冲量耦合系数的实验测试，分析了对应的高度特性。结果表明:气压为2.8×104～1×105 Pa，即距离地面0～10 km时，冲量耦合系数大约3.5×10-4 N·s·J-1，上下波动幅度低于5%；气压低于2.8×104 Pa，即高度大于10 km时，冲量耦合系数呈二次曲线显著下降；当气压降至1×103 Pa，即距离地面约31 km高度时，耦合系数仅为9.7×10-5 N·s·J-1。     

一种新型TEA CO2激光器的实验研究

设计了一种新型结构的激光器———双通道放电激励折叠腔TEA CO2激光器。该激光器通过提高脉冲能量输出水平来增加激光输出谱线数目和激光差分吸收雷达可探测的气体种类。它在增大激光器放电时间长度的同时保证了较小的激光器体积,更好地满足了激光差分吸收雷达光源体积小,重量轻,输出能量高的要求。得到激光器输出能量与气体工作气压的关系曲线,获得了激光器内工作气压与输出脉宽关系曲线,发现脉冲宽度大约在50~70ns之间变化,研究了气体压强对激光器输出脉冲峰值功率的影响。     

大功率TEA CO2激光器的脉冲激励电源

为了进行大功率TEA CO2 激光器的研究工作,选用大功率旋转火花开关作为功率开关器件,制作了一种由高压谐振充电电路、高抗干扰的开关触发器、大功率旋转火花开关以及倒空式L-C反转电路等组成的脉冲激励电源。在大功率TEA CO2 激光器的实际工作中进行了测试和评估。实际结果表明,我们研制的脉冲激励电源可以满足大功率TEA CO2 激光器的特殊工作要求。其重复工作频率可以在100Hz～400Hz之间任意设定,输出工作电压可达40kV～50kV,电源平均功率大于220kW,电源峰值功率高达1000MW。     

光栅调谐TEA CO2激光器理论计算模型

基于六温度模型速率方程理论 ,建立了系统计算光栅调谐TEACO2 激光器动力学特性的理论模型。利用该模型举例计算了光栅调谐TEACO2 激光器的各种输出特性。计算中 ,激光器的增益体积为 0 .9L ,闪耀光栅的光栅常数为 12 0line/mm ,闪耀角为 30°,激光混合气体气压为 6 1 3kPa ,温度为 30 0K ,采用光栅零级作为耦合输出。计算给出了如下结果 :1)光栅分别调谐于 9R(2 0 ) ,9P(2 0 ) ,10R(2 0 )或 10P(2 0 )线时 ,激光器的输出脉冲能量 ;2 )光栅调谐于 10P(2 0 )线时 ,激光输出谱线的精细纵模结构和输出激光脉冲波形 ;3)激光输出脉冲能量和输出波长随光栅入射角的变化 ;4 )光栅输入失调时 ,激光输出波长的精细纵模结构。这些计算结果与熟知的实验结论一致     

高功率TEA CO2激光器两波长激光切换输出技术

 以TEA CO₂激光器通常采用的平-凹光学稳定腔为基础,提出了一种新的波长选支方法——输出窗口镀膜选支方法。利用一台高平均功率TEA CO₂激光器进行了选支实验研究,结合现有光学镀膜技术,得到了中心波长为9.3 μm的激光单谱线输出,其单脉冲能量及平均功率与激光器原中心波长10.6 μm单谱线输出的相应参数基本相当。研究发现,以相同单脉冲能量激光照射热敏纸时,中心波长9.3 μm激光光斑与中心波长10.6 μm的明显不同。同时,还设计出两波长窗口密闭免调切换装置,在一台激光器上实现了10.6,9.3 μm两个中心波长激光同等功率水平的免调切换输出,切换位置误差小于5″,密封性能满足使用要求。     

大功率TEA CO2激光系统的电磁兼容设计

大功率TEA CO2激光系统工作时产生的强电磁干扰主要来源于激光主放电回路、脉冲火花开关和电源。这种强电磁脉冲干扰对激光系统内部及相关外部设备的电子系统具有很大的干扰和破坏作用。对大功率TEA CO2激光系统的电磁干扰进行了分析计算,在此基础上对大功率TEA CO2激光系统进行了EMC设计。硬件设计手段分别采用了对电磁干扰源和控制子系统进行屏蔽、系统合理布局与布线、滤波隔离,软件采用了数据冗余纠错、冗余化操作和数据鉴别等抑噪和纠错技术,有效地抑制了干扰电磁波在系统内外的传播,解决了大功率TEA CO2激光系统EMC问题。结果表明,对电磁干扰源和控制子系统进行屏蔽,系统合理布局与布线、滤波隔离等措施,是抑制电磁干扰,保证激光控制子系统硬件不受损坏的主要手段。软件抗干扰,是硬件抑制电磁干扰措施的补充和延伸,能使激光系统具有很高的可靠性。