CN205581683U - 一种用于光学微球腔的高精度温控*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于光学微球腔的高精度温控***，包括AT89C52单片机、A/D转换电路、抗混叠滤波电路、仪用放大电路，恒流源、PT1000温度传感器、制冷和发热片、驱动电路、显示模块、键盘模块以及电源模块。温度高精度测量采用微电流驱动四线铂电阻Pt1000的测温方案，通过抗干扰滤波技术降低噪声、抑制干扰、减少***误差，提高***的测量精度和稳定性。恒温控制，由单片机产生基于Fuzzy‑智能PID复合控制算法结果指令驱动电路，控制制冷或加热片调控光学微球腔机械封装体内温度。本实用新型提供的高精度温控***具有高精度、良好的可靠性、稳定性和实用性等特点，可有效简化光学微球腔的制作和使用程序。
Description
技术领域
本实用新型涉及智能控制领域，一种用于光学微球腔的高精度温控***。
背景技术
光学微球腔材料的热膨胀系数和热光效应对环境温度敏感，外界温度变化或激光能量吸收都会造成材料发生热膨胀；材料的热膨胀和热光效应分别导致谐振腔尺寸和折射率的变化，最终造成谐振频率变化；目前，为了减小环境温度对光学微球腔性能的影响，主要是利用紫外胶封装微球腔，改变紫外胶的厚度从而达到改变了光在紫外胶中的比例，来调节温度系数；这种方法计算繁琐，成本较高，选用器件复杂，且需要精确控制紫外胶包覆特性。
光学微球腔对温度敏感，若能精确控制光学微球腔装置内温度，同样可以抑制光学微球腔的温度效应；很显然这类装置无需利用紫外胶封装微球腔，在一定程度上可简化光学微球腔制备程序，但需要高精度的温控***。高精度的温控***要求具有高精度的测量和恒温控制。在超高精度测量中,大都使用标准铂电阻温度传感器。它测量精度可达0.001℃，年漂移率也不超过0.001℃；在铂电阻测温中，要求高精度、受环境温度影响小的恒流源支持。高稳定的恒流源成为高精度测量的关键，恒流源过大时，会引起电阻等器件发热，产生自热效应，引起误差；但是电流过小时，信噪比又难以保证；恒温控制常用可控硅实现对加热器和制冷器的操控，这需要智能化的温度监控算法来实现恒温控制。
发明内容
本实用新型的目的是为了解决现有技术中的问题，提供用于光学微球腔的一种高精度、高可靠性、稳定性和实用性的温控***。
本实用新型提供的高精度温控***包括：AT89C52单片机、A/D转换电路、抗混叠滤波电路、仪用放大电路，恒流源、PT1000温度传感器、制冷和发热片、驱动电路、显示模块、键盘模块以及电源模块。
所述的单片机采用AT89C52单片机，是整个温控***控制核心，包括高精度温度测量，温度显示和恒温控制。
所述的A/D转换电路是数据采集器的核心器件，采用具有8片内寄存器的集成芯片AD7714，通过对片内寄存器的编程，可实现通道选择、增益选择、滤波频率选择、转换周期选择、自动校准和AD转换等功能。
所述的抗混叠滤波电路，该电路包括低通滤波电路和采样保持电路；低通滤波电路包括电阻R和电容C；低通滤波电路中的电容与采样保持电路中电容并联。
所述的仪用放大电路主要由三运算放大器和7个电阻构成，电压增益由电阻调节。
所述的恒流源由5V基准电压源、阻抗变换器A1、电压放大器A2与A3、电流放大器Q1、Q2、Q3、精密采样电阻Rx以及反馈信号电压跟随器A4组成；可提供0.5mA稳恒电流，误差范围小于0.04%。
所述的PT1000为铂电阻温度传感器，放置于光学微球腔附近实时测量微球腔的温度。
所述的制冷和加热片，制冷片采用无机械振动半导体制冷片，加热片为金属陶瓷发热片。
所述的驱动电路采用BTS7960 芯片组成半桥驱动电路，可依次对驱动制冷和加热片改变光学微球腔周围环境温度。
所述的显示模块包括ST7920中文图形液晶模块驱动控制器和LCD显示屏，在ST7920控制器驱动配合下，可实现256×32 点阵液晶显示。
所述的键盘模块包括ZLG7290键盘扫描芯片和8×8键盘，主要用于光学微球腔环境温度温度的设定。
所述的电源模块，包括由三端集成稳压器组成的串联型直流稳压电源，整流以及滤波电路。
本实用新型的有益效果在于，提供的一种用于微球腔的高精度温控***可抑制外界环境温度不规则变化产生的干扰，保证微球腔性能的稳定；简化了温度控制方法，降低了实验成本。***设计的恒流源可提供高稳定的0.5mA电流保证温度传感器PT1000精确实时测温。仪用放大电路、抗混叠滤波电路和高精度A/D转换器组合可降低外界干扰对测量***的影响。恒温控制采用无机械振动半导体制冷片、金属陶瓷发热片作为温控元件，可减少温度控制误差、消除振动干扰；同时搭配基于Fuzzy-智能PID复合控制算法对微球腔的温控壳体进行高精度恒温控制。
附图说明
图1 所示为本实用新型中用于光学微球腔的高精度温控***框图。
图2 所示为本实用新型中A/D转换电路与单片机连接电路图。
图3所示为本实用新型中抗混叠滤波电路图。
图4所示为本实用新型中仪用放大电路图。
图5所示为本实用新型中恒流源电路图。
图6所示为本实用新型中Fuzzy-智能PID复合控制算法原理图。
图7所示为本实用新型中恒温控制程序流程图。
具体实施方式
下文将结合具体附图详细描述本实用新型具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。
如图1所示，本实用新型提供的用于光学微球腔的高精度温控***，包括：单片机1、A/D转换电路2、抗混叠滤波电路3、仪用放大电路4，恒流源5、PT1000温度传感器6、制冷和发热片7、驱动电路8、显示模块9、键盘模块10以及电源模块11。
单片机1采用AT89C52芯片作为***的控制核心，负责高精温度测量、温度设定、温度显示以及恒温控制。
A/D转换电路2采用24位高分辨的集成芯片AD7714，是数据采集器的核心器件，决定了***的测量精度，与单片机AT89C52连接电路图如图2所示。
抗混叠滤波电路3，电路设计如图3所示，主要用于衰减和滤除测温***的数据采集过程中会采集到一些混叠信号；由电阻R17和电容C5组成的RC低通滤波电路，滤除高频信号中大于低通滤波电路截止频率1/2πRC的干扰信号；C6与高精度A/D转换电路相连，能够减小孔径误差充分发挥A/D转换器的性能，同时滤除高频谐波。
仪用放大电路4，设计电路如图4所示，主要用于对微弱信号进行高精度处理。
恒流源5，设计电路如图5所示，当负载电阻R x 变大时，其上瞬间压降V x 随之增大，则运算放大器A3的同相输入端与反相输入端之间的压差减小，输出电压V2小于基准电压，此时运算放大器A2的反相输入端产生微小的负电压，A2将其同相输入端与反相输入端之间的压差进行线性放大，输出的正电压使得三极管Q3的发射极电压增大，从而维持精密采样电阻上的压降保持不变；当负载电阻R x 减小时，工作过程与上述类似。
PT1000温度传感器6，主要用于高精度温度测量，为消除铂电阻引线电阻对测量精度造成的影响，PT1000采用四线制接法。
制冷和发热片7，用于对光学微球腔的环境温度进行加热或制冷。
驱动电路8，采用BTS7960 芯片组成半桥驱动电路，可依次对制冷和发热片进行驱动。
显示模块9，用于温度显示和指令状态显示。
键盘模块10，主要用于温度预设和指令输入。
电源模块11，为***提供电源。
实施例：
本申请实施例提供了一种用于光学微球腔的高精度温控***，包括光学微球腔机械封装体内温度的高精度测量和恒温控制。
***运行首先通过键盘输入目标温度预想值及上下限，同时启动温度传感器PT1000，实时监测光学微球腔机械封装体内温度，产生相应的电压信号；该信号先进入仪用放大电路，去除共模干扰并进行适当放大，再通过抗混叠滤波电路将混叠信号进行衰减和滤除；然后输入高精度A/D转换电路；A/D转换后的数字信号进入单片机***进行数字滤波，单片机进行数字信号处理获得真实温度，并与预设值进行比较；若实际温度低于目标温度时，单片机发出指令驱动加热片工作使温度升高，反之，驱动制冷电路工作，使温度降低；最后显示模块3对温度进行显示。
温度控制方法采用Fuzzy-智能PID复合控制算法，算法是基于Fuzzy模糊控制理论和智能PID控制策略，找出控制参数K p (比例控制因子), K i (积分控制因子)，K D (微分控制因子)与输入量e(目标温度与实测温度之间的偏差)、e c (e偏差的变化率) 之间的关系，实现三个控制参数的实时修正。首先由输入量的Fuzzy模糊控制器提供基本的PID参量，根据基本参量、微分控制项以及当前状态进行状态分析，结合分析结果对PID参量进行智能修正；其原理图如图6所示。
控制程序流程图如图7所示；初始化主要是对各设备以及变量进行初始化，***各部分准备就绪；由键盘输入设定温度值和上下限温度(如：20±0.010C))；启动温度测量电路进行温度采集；判定温度是否等于预想温度；如若等于预想温度启动显示模块进行温度显示，如若不等于预想温度，启动Fuzzy-智能PID复合算法控制器，输出PWM波形调控后端执行电路、进行温度调控，调控后延迟10ms，再次进行温度采集，直到温度等于预想温度，并进行显示。
本实用新型提供的一种用于光学微球腔的高精度温控***，本申请虽然已经给出了本实用新型的一些实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本实用新型精神的情况下，可以对本申请的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本申请的实施例作为本实用新型权利范围的限定。
Claims (2)
1.一种用于光学微球腔的高精度温控***，包括：AT89C52单片机、A/D转换电路、抗混叠滤波电路、仪用放大电路，恒流源、PT1000温度传感器、制冷和发热片、驱动电路、显示模块、键盘模块以及电源模块；
所述的抗混叠滤波电路，该电路包括低通滤波电路和采样保持电路；低通滤波电路包括电阻R和电容C；低通滤波电路中的电容与采样保持电路中电容并联；
所述的仪用放大电路主要由三运算放大器和7个电阻构成，电压增益由电阻调节。
2.根据权利要求1所述的一种用于光学微球腔的高精度温控***，其特征在于，恒流源由5V基准电压源、阻抗变换器A1、电压放大器A2与A3、电流放大器Q1、Q2、Q3、精密采样电阻Rx以及反馈信号电压跟随器A4组成；可提供0.5mA稳恒电流，误差范围小于0.04%。
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| CN201620363364.0U CN205581683U (zh) | 2016-04-27 | 2016-04-27 | 一种用于光学微球腔的高精度温控*** |
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| CN201620363364.0U CN205581683U (zh) | 2016-04-27 | 2016-04-27 | 一种用于光学微球腔的高精度温控*** |
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| CN205581683U true CN205581683U (zh) | 2016-09-14 |
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| CN (1) | CN205581683U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109637313A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-04-16 | 陕西师范大学 | 透明固体介质热光效应演示实验装置 |
| CN110187186A (zh) * | 2019-06-28 | 2019-08-30 | 广东电网有限责任公司 | 一种改进型分段回路电阻测试仪 |
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2016
- 2016-04-27 CN CN201620363364.0U patent/CN205581683U/zh not_active Expired - Fee Related
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Granted publication date: 20160914 Termination date: 20170427 |