CN112688155A - 一种激光光强度的控制方法及控制系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种激光光强度的控制方法及控制系统，涉及光学技术领域，该激光光强度的控制方法包括步骤：获取激光的预设光强度；根据预设光强度，确定激光的设定频率；根据设定频率输出相应的脉冲信号，以控制激光处于频率控制模式。该激光光强度的控制系统包括激光器、主控制器、频率控制电路和驱动电路。本申请的激光光强度的控制方法及控制系统，在激光器发射激光的过程中，通过调节设定频率即可实现对激光光强度的控制，使激光达到稳定的激光光强度，不仅提高了光强度的控制效率，还节约了光强度的控制成本。

Description

一种激光光强度的控制方法及控制系统

技术领域

本申请涉及光学技术领域，具体涉及一种激光光强度的控制方法及控制系统。

背景技术

目前，激光器由于其发出的激光质量纯净、光谱稳定，被广泛应用。相关技术中，激光器发射激光时，若要长期保持设定的激光光强度，则需要通过电流控制电路来控制驱动电路供给激光器所需电流，以保持输出恒定。

但是，通过调整电流来控制激光光强度，不仅存在光强度调节反应慢、调节过程不稳定，且若需要增加光强度，必须提高电流，电流越高，所需驱动电路功率越大，元器件成本越高。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷之一，本申请的目的在于提供一种激光光强度的控制方法及控制系统，以解决相关技术中光强度调节反应慢、调节过程不稳定，且调节成本高的问题。

本申请第一方面提供一种激光光强度的控制方法，其包括步骤：

获取激光的预设光强度；

根据上述预设光强度，确定上述激光的设定频率；

根据上述设定频率输出相应的脉冲信号，以控制上述激光处于频率控制模式。

一些实施例中，根据上述设定频率输出相应的脉冲信号，以控制上述激光处于频率控制模式，具体包括：

获取激光的测量光强度，并将上述测量光强度与预设值光强度进行比较；

若上述测量光强度大于预设光强度，且二者的差值大于误差阈值，则下调上述设定频率；

若上述预设光强度大于测量光强度，且二者的差值大于误差阈值，则上调上述设定频率。

一些实施例中，下调上述设定频率，具体包括：

根据上述测量光强度与预设光强度的差值，确定对设定频率进行调节的频率步长；

按照上述频率步长逐次减小上述设定频率，直至上述测量光强度与预设光强度的差值的绝对值小于或等于误差阈值。

一些实施例中，上调上述设定频率，具体包括：

根据上述预设光强度与测量光强度的差值，确定对设定频率进行调节的频率步长；

按照上述频率步长逐次增大上述设定频率，直至上述预设光强度与测量光强度的差值的绝对值小于或等于误差阈值。

本申请第二方面提供一种激光光强度的控制系统，其包括：

激光器，用于发出激光；

主控制器，其用于获取上述激光的预设光强度，并根据上述预设光强度，确定上述激光的设定频率，并输出上述设定频率相应的直流电压；

频率控制电路，其用于接收上述直流电压后，输出与设定频率相应的脉冲信号；

驱动电路，其用于根据上述脉冲信号，控制上述激光处于频率控制模式。

一些实施例中，上述控制系统还包括光强度检测电路，上述光强度检测电路用于检测上述激光的测量光强度，并将上述测量光强度反馈至主控制器；

上述主控制器还用于将上述测量光强度与预设值光强度进行比较；

上述主控制器还用于当上述测量光强度大于预设光强度、且二者的差值大于误差阈值时，下调上述设定频率，以及当上述预设光强度大于测量光强度、且二者的差值大于误差阈值时，上调上述设定频率。

一些实施例中，上述光强度检测电路包括：

光敏二极管，其用于接收上述激光器的光信号，并产生电压信号；

运算放大器，其用于将上述光敏二极管产生的电压信号放大，并传输至上述主控制器；

上述激光器为402nm激光器。

一些实施例中，上述频率控制电路包括压控芯片或压控振荡器。

一些实施例中，上述驱动电路包括场效应管，上述场效应管的栅极连接上述频率控制电路的输出端，上述场效应管的漏极连接上述激光器，上述场效应管的源极接地。

一些实施例中，上述控制系统还包括与上述主控制器双向通信的人机交互模块，上述人机交互模块用于接收上述激光的预设光强度，并发送至主控制器。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

本申请的激光光强度的控制方法及控制系统，由于激光的光强度与激光出光的频率之间成正比，在获取激光的预设光强度后，可根据预设光强度与设定频率之间的关系，确定上述激光的设定频率，进而根据上述设定频率输出相应的脉冲信号，以控制上述激光处于频率控制模式，因此，在激光器发射激光的过程中，通过调节设定频率即可实现对激光光强度的控制，使激光达到稳定的激光光强度，不仅提高了光强度的控制效率，还节约了光强度的控制成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例中激光光强度的控制方法的第一种流程图；

图2为本申请实施例中激光光强度的控制系统的示意图；

图3为本申请实施例中光强度检测电路的示意图；

图4为本申请实施例中激光光强度的控制方法的第二种流程图。

附图标记：

1、激光器；2、主控制器；3、频率控制电路；4、驱动电路；5、光强度检测电路；51、光敏二极管；52、运算放大器；6、人机交互模块。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本申请实施例提供了一种激光光强度的控制方法及控制系统，其能解决相关技术中光强度调节反应慢、调节过程不稳定，且调节成本高的问题。

如图1所示，本申请实施例的激光光强度的控制方法，其包括步骤：

S1.获取激光的预设光强度。

S2.根据上述预设光强度，确定上述激光的设定频率。

S3.根据上述设定频率输出相应的脉冲信号，以控制上述激光处于频率控制模式。

本申请实施例的激光光强度的控制方法，由于激光的光强度与激光出光的频率之间成正比，在获取激光的预设光强度后，可根据预设光强度与设定频率之间的关系，确定激光的设定频率，进而根据设定频率输出相应的脉冲信号，以控制上述激光处于频率控制模式，因此，在激光器发射激光的过程中，通过调节设定频率即可实现对激光光强度的控制，使激光达到稳定的激光光强度，不仅提高了光强度的控制效率，还节约了光强度的控制成本。

可选地，还可通过验证实验获取激光的光强度与激光出光的频率之间的正比关系，并对二者的正比关系列出对应表格。

进一步地，上述步骤S3的根据上述设定频率输出相应的脉冲信号，以控制上述激光处于频率控制模式，具体包括：

首先，获取激光的测量光强度，然后，将上述测量光强度与预设值光强度进行比较。

若上述测量光强度大于预设光强度，且测量光强度与预设光强度的差值大于误差阈值，则下调上述设定频率，至二者差值的绝对值小于或等于误差阈值。

若上述预设光强度大于测量光强度，且预设光强度与测量光强度的差值大于误差阈值，则上调上述设定频率，至二者差值的绝对值小于或等于误差阈值。

本实施例中，根据测量激光的实际光强度对设定频率进行调节，可进一步提高激光光强度的稳定性。

可选地，上述误差阈值根据激光光强度的容许误差进行设定。

本实施例中，若上述测量光强度大于预设光强度，且二者的差值大于误差阈值，则下调上述设定频率，具体包括：

首先，根据上述测量光强度与预设光强度的差值，确定对设定频率进行调节的频率步长。

然后，按照上述频率步长逐次减小上述设定频率，直至上述测量光强度与预设光强度的差值的绝对值小于或等于误差阈值。

可选地，以测量光强度与预设光强度的差值与预设光强度的比值作为步长系数，以该步长系数与设定频率的乘积作为频率步长，随后，即可按照该频率步长逐步减小上述设定频率。

本实施例中，若上述预设光强度大于测量光强度，且二者的差值大于误差阈值，则上调上述设定频率，具体包括：

首先，根据上述预设光强度与测量光强度的差值，确定对设定频率进行调节的频率步长。

然后，按照上述频率步长逐次增大上述设定频率，直至上述预设光强度与测量光强度的差值的绝对值小于或等于误差阈值。

可选地，以预设光强度与测量光强度的差值与预设光强度的比值作为步长系数，以该步长系数与设定频率的乘积作为频率步长，随后，即可按照该频率步长逐步增加上述设定频率。

如图2所示，本申请实施例的激光光强度的控制系统，其包括激光器1、主控制器2、频率控制电路3和驱动电路4。

上述激光器1用于发出激光。其中，激光器1为402nm激光器1，用于发出402nm激光。

主控制器2用于获取上述激光的预设光强度，然后基于激光光强度与出光的频率之间的对应关系，根据上述预设光强度，计算确定上述激光的设定频率，并输出上述设定频率相应的直流电压至频率控制电路3。本实施例中，上述主控制器2为微处理器。

频率控制电路3用于接收上述直流电压后，输出与设定频率相应的脉冲信号。其中，频率控制电路3根据微处理器输出的电压，输出一个频率为设定频率、幅值为2V至5V的波形，加在驱动电路4上。本实施例中，输出波形的幅值为5V。

驱动电路4用于根据上述脉冲信号，发送驱动信号至激光器1，控制上述激光处于频率控制模式。其中，激光器1根据驱动电路4的驱动信号，按设定频率输出激光光波，且该激光光波的光强度为预设光强度。

进一步地，上述控制系统还包括光强度检测电路5，上述光强度检测电路5用于在激光器1发出激光的同时，对激光的光强度进行检测，得到上述激光的测量光强度，并将上述测量光强度反馈至主控制器2。

上述主控制器2还用于将上述测量光强度与预设值光强度进行比较，以及将二者的差值与误差阈值进行比较。

当上述测量光强度大于预设光强度、且测量光强度与预设光强度的差值大于误差阈值时，上述主控制器2还用于下调上述设定频率，至二者差值的绝对值小于或等于误差阈值；以及当上述预设光强度大于测量光强度、且预设光强度与测量光强度的差值大于误差阈值时，主控制器2还用于上调上述设定频率，至二者差值的绝对值小于或等于误差阈值，进而得到稳定的激光光强度。

如图3所示，优选地，上述光强度检测电路5包括光敏二极管51和运算放大器52。

上述光强度检测电路5中的光敏二极管用于接收上述激光器1的光信号，并产生电压信号。光强度检测电路5中的运算放大器用于将上述光敏二极管产生的电压信号放大，并传输至上述主控制器2。

可选地，光强度检测电路5的型号为ML-JC01，光敏二极管为硅光敏二极管，其型号为2CU8300。运算放大器的型号LM358。光敏二极管将402nm激光器的激光光强度转换为电压信号，然后通过运算放大器放大后，发送至微处理器进行后续处理。

可选地，上述频率控制电路3包括压控芯片，其中，压控芯片的型号为74HC4046，压控芯片将微处理器输出的电压转换为频率为F的脉冲信号，再发送至驱动电路4。

在其他实施例中，上述频率控制电路3可选为压控振荡器。

本实施例中，上述驱动电路4包括场效应管，上述场效应管的栅极(G端)连接上述频率控制电路3的输出端，上述场效应管的漏极(D端)连接上述激光器1，上述场效应管的源极(S端)接地。

可选地，场效应管的型号为IRF2807，频率控制电路3发出的脉冲信号加到驱动电路4中的场效应管的栅极，在脉冲信号的正脉冲期间使驱动场效应管导通，在脉冲信号的负脉冲期间使使驱动场效应管不导通，进而控制402nm激光器输出一个频率为设定频率的光波。

优选地，上述控制系统还包括与上述主控制器2双向通信的人机交互模块6，上述人机交互模块6用于接收上述激光的预设光强度，并发送至主控制器2。

可选地，人机交互模块6包括人机交互控制器和触摸显示屏，人机交互控制器用于与上述主控制器双向通信，触摸显示屏用于人机交互，接收操作者输入的所需激光的预设光强度及其他参数，然后通过人机交互控制器将该预设光强度及其他参数发送至主控制器2，主控制器2还用于将测量得到的激光的测量光强度发送至人机交互控制器，并通过触摸显示屏进行显示。

可选地，上述402nm激光器的型号为ML-7070，微处理器的型号为STM32F103；人机交互模块6为人机对话系统，其型号为ML-XK01。

如图4所示，利用本实施例的控制系统进行激光光强度的控制，具体包括：

A1.判断人机交互模块是否接收到预设光强度，若是，则转向A2，否则，转向A1；

A2.根据预设光强度，计算激光的设定频率；

A3.根据设定频率输出相应的脉冲信号，控制激光器发射激光，并检测激光的测量光强度；

A4.判断测量光强度与预设值光强度的差值的绝对值是否大于误差阈值，若是，则转向A5，否则，激光器持续出光。

A5.根据差值调节设定频率，并转向A3。

本实施例的控制系统，适用于上述各控制方法，根据出光频率与激光光强度对应关系，利用变频的方式控制波长为402nm激光的光强度，并通过检测激光的实际光强度对设定频率进行修正，从而使402nm激光达到设定的激光光强度，且保持稳定输出；另外，通过变频控制光强度，无需大电流元器件，可节约光强度的控制成本。

本申请不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种激光光强度的控制方法，其特征在于，其包括步骤：

获取激光的预设光强度；

根据所述预设光强度，确定所述激光的设定频率；

根据所述设定频率输出相应的脉冲信号，以控制所述激光处于频率控制模式。

2.如权利要求1所述的激光光强度的控制方法，其特征在于，根据所述设定频率输出相应的脉冲信号，以控制所述激光处于频率控制模式，具体包括：

获取激光的测量光强度，并将所述测量光强度与预设值光强度进行比较；

若所述测量光强度大于预设光强度，且二者的差值大于误差阈值，则下调所述设定频率；

若所述预设光强度大于测量光强度，且二者的差值大于误差阈值，则上调所述设定频率。

3.如权利要求2所述的激光光强度的控制方法，其特征在于，下调所述设定频率，具体包括：

根据所述测量光强度与预设光强度的差值，确定对设定频率进行调节的频率步长；

按照所述频率步长逐次减小所述设定频率，直至所述测量光强度与预设光强度的差值的绝对值小于或等于误差阈值。

4.如权利要求2所述的激光光强度的控制方法，其特征在于，上调所述设定频率，具体包括：

根据所述预设光强度与测量光强度的差值，确定对设定频率进行调节的频率步长；

按照所述频率步长逐次增大所述设定频率，直至所述预设光强度与测量光强度的差值的绝对值小于或等于误差阈值。

5.一种激光光强度的控制系统，其特征在于，其包括：

激光器(1)，用于发出激光；

主控制器(2)，其用于获取所述激光的预设光强度，并根据所述预设光强度，确定所述激光的设定频率，并输出所述设定频率相应的直流电压；

频率控制电路(3)，其用于接收所述直流电压后，输出与设定频率相应的脉冲信号；

驱动电路(4)，其用于根据所述脉冲信号，控制所述激光处于频率控制模式。

6.如权利要求5所述的激光光强度的控制系统，其特征在于：所述控制系统还包括光强度检测电路(5)，所述光强度检测电路(5)用于检测所述激光的测量光强度，并将所述测量光强度反馈至主控制器(2)；

所述主控制器(2)还用于将所述测量光强度与预设值光强度进行比较；

所述主控制器(2)还用于当所述测量光强度大于预设光强度、且二者的差值大于误差阈值时，下调所述设定频率，以及当所述预设光强度大于测量光强度、且二者的差值大于误差阈值时，上调所述设定频率。

7.如权利要求6所述的激光光强度的控制系统，其特征在于，所述光强度检测电路(5)包括：

光敏二极管，其用于接收所述激光器(1)的光信号，并产生电压信号；

运算放大器，其用于将所述光敏二极管产生的电压信号放大，并传输至所述主控制器(2)；

所述激光器(1)为402nm激光器(1)。

8.如权利要求5所述的激光光强度的控制系统，其特征在于：所述频率控制电路(3)包括压控芯片或压控振荡器。

9.如权利要求5所述的激光光强度的控制系统，其特征在于：所述驱动电路(4)包括场效应管，所述场效应管的栅极连接所述频率控制电路(3)的输出端，所述场效应管的漏极连接所述激光器(1)，所述场效应管的源极接地。

10.如权利要求5所述的激光光强度的控制系统，其特征在于：所述控制系统还包括与所述主控制器(2)双向通信的人机交互模块(6)，所述人机交互模块(6)用于接收所述激光的预设光强度，并发送至主控制器(2)。

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