弹光调制器的频率漂移特性及其傅里叶变换光谱的稳定性研究

弹光调制器作为高Q值的谐振器件,在高压谐振下,其谐振频率将随着自身温度升高漂移,影响了弹光调制干涉仪的稳定性和重建光谱的准确性。在建立弹光调制器振动模型和频率温漂模型的基础上,提出了基于频率跟踪和幅值调节的弹光调制器双闭环自适应驱动控制方法。在该方法中,采用数字锁相技术的频率自扫描方法实现驱动频率对弹光调制器谐振频率的跟踪;基于检测参考激光干涉图的最大光程差的变化调节驱动信号的幅值,以实现重建光谱的稳定控制,同时基于参考激光的最大光程差参数实现重建光谱的定标。在实验中该驱动控制方法应用到弹光调制傅里叶变换光谱仪中,实现了驱动频率对弹光调制器谐振频率的实时跟踪和高压功放电路的幅值调节,使得干涉图的最大光程差稳定在0.236 nm左右,其精密度为3.3%;重建光谱的最大相对误差为2.5%。此实验验证了该方法能有效稳定弹光调制傅里叶变换光谱仪的光谱分辨率。     

基于电压补偿的弹光调制器稳定性控制方法研究

弹光调制器是由各向同性的弹光晶体和压电晶体组成的热机电耦合器件,其谐振频率随温度变化存在严重漂移,导致弹光调制器工作不稳定。为了实现弹光调制干涉信号的相位延迟量沿正弦规律变化,有必要对影响弹光调制干涉仪的稳定因素进行分析与控制。针对此问题,在建立弹光调制器振动模型和频率温漂模型的基础上,提出了基于数字锁相技术的驱动电压自调节方法。在该方法中,根据弹光调制干涉信号的四倍频与二倍频的比值,基于FPGA调节DDS输出方波信号的占空比以稳定弹光调制干涉信号的相位延迟量。实验结果表明,驱动电压自调节时的相位延迟量变化幅度为0.6%,电压一定时相位延迟量幅度下降了15.6%,证明该方法有效的稳定了相位延迟量,从而提高了弹光调制器的稳定性和调制效率。     

弹光调制高压谐振电路设计

针对弹光调制需要高Q值、高电压、高稳定性驱动电路的特点,设计了一种基于LC谐振升压原理的高压驱动电路,该电路主要由输入波形转换电路、功率放大电路、充放电回路、阻抗匹配电路和反馈信号采集电路组成。采用低磁导率磁芯制作的高品质因数电感,使电路在输出高电压的同时,降低了对直流电源电压的要求。实验结果表明:在弹光调制干涉具谐振频率50.04 kHz下,谐振电路的输出电压在0~1200 VP-P可调,所需直流电源电压最大幅值为29 V。电路具有较强的带负载能力,可以满足弹光调制晶体的驱动需求。     

不同谐振状态下弹光调制器的品质因数分析

为了提高弹光调制器在高压驱动下的工作效率,以提高傅里叶变换光谱仪的光谱分辨率,在建立弹光调制器的损耗模型和振动方程的基础上,描述了包含损耗因数的弹光调制器幅频特性,并推导了谐振和反谐振频率下弹光调制器的品质因数。结合压电材料的电致伸缩效应及其损耗,分析了高压驱动下各损耗因数之间的关系,提出了一种较谐振驱动具有更高品质因数和调制深度的反谐振驱动方法。实验验证,当驱动电压在500~1200 VP-P范围内,反谐振驱动方法较传统的谐振驱动方式,品质因数和调制深度均提高了43%,有效地提高了弹光调制器的工作效率。     

快轴可调弹光调制器闭环稳定控制研究

快轴可调弹光调制器（FaaPEM）不仅具有调制频率高、通光孔径大、抗震性能好等优势，同时还弥补了传统弹光调制器相位延迟量和快轴方位角无法灵活调节的不足，在偏振调制以及偏振测量中发挥着重要的作用，FaaPEM是由两个压电驱动器和弹光晶体构成的谐振型光机电器件，在高压谐振状态下，因其自身的温度升高会导致弹光晶体谐振频率与驱动电压的频率不匹配，极大地影响了对于入射光的调制效率。为了确保FaaPEM在工作时的调制能力和稳定性达到最优效果，开展了FaaPEM的稳定闭环控制研究，提出了基于调制信号跟踪和相位调节的闭环驱动控制方法 ，并对FaaPEM稳定性进行了测试。测试结果表明：该系统加载反馈控制后，半波状态下稳定度达到4.18%，四分之一波状态下稳定度达到3.43%。     

光弹调制器的振动分析与实验

研究了长度伸缩振动的光弹调制器的工作原理并进行振动分析。各向异性的压电石英在驱动电压下振动,当驱动方波信号频率与两块晶体的本征频率相匹配时,与压电石英用硅橡胶柔性连接的熔融石英随之共振,在两块晶体中传播的是同频率的纵驻波,光弹调制器整体作一维长度伸缩振动。将光弹调制器的振动等效为有阻尼的弹簧-质量块系统进行理论推导,得出振幅表达式,振动位移与驱动电压和光弹调制器的品质因数Q值成正比。最后通过有限元仿真与测振实验测量自制的光弹调制器的振动特性来验证推导的正确性。     

一种高精度可调电平接口电路设计

为了满足各种仪器或电路所需的接口电平,本文设计了一种可生成频率范围在25MHz~3.2GHz、电平差模范围为0~1.9V、共模范围为-4~4V可调电平的接口电路。外部驱动源驱动差模电路产生一个频率为25MHz~3.2GHz的差模信号,由数模转换器产生的共模信号通过电阻与差模信号耦合输出电平信号,通过两个信号参考端隔离的办法实现电平的共模电压和差模电压解耦调节,差模和共模信号电平值通过电平控制模块来设定。选择接口输出为标准LVDS、RS-485、PECL电平进行实验测试,测试结果表明,该电平接口电路输出的电平信号稳定,精确度高,电平误差小于5mV。     

基于DSP和DDS的方波信号源设计方案

高精度、稳定的方波信号源对仪器的研制、使用和检测具有重要作用。提出一种有效提升方波信号源精度和稳定度的设计方案。该方案利用DDS芯片产生基准方波信号并结合可编程和接口丰富的DSP芯片控制方波频率和调节方波占空比。由此方案可以设计出信号频率精确稳定,可灵活控制,及大范围精确调节占空比的高性能方波信号发生源。目前,该方案已应用于L625激光雷达时间延迟和脉冲发生器的研制。同样,该方案也可应用于其他需要高性能信号源的仪器设备。     

一种占空比可调的高速电平转换电路

提出一种占空比可调的高速电平转换电路,能够将频率高达1.33 GHz的低电压域信号提升至高电压域输出。在传统电平转换电路的基础上,增加了占空比调节电路,使得电路工作在不同I/O域时,通过调整接入的PMOS管数量来间接调整控制管的宽长比,进而实现占空比可调。增加了快速响应电路,引入首尾相接的反相器组,通过正反馈功能,加速实现电平转换。基于Global Foundry 14 nm CMOS工艺进行电路设计,采用SPECTRE软件进行仿真。仿真结果表明,该电路能够实现从0.9 V核心电压到2.5 V I/O电压的稳定转换,传播延时为225 ps,占空比为49.63%。当高电压域电压变换为1.8 V后,通过占空比调节电路,使占空比仍可保持在50%左右。     

基于弹光调制的椭偏测量驱动电路系统设计

随着椭偏测量技术的发展,对椭偏测量速度、测量范围有了更高的要求。针对传统的双旋转补偿器测量方法受限于机械限制,调制频率低的问题。采用弹光调制技术,利用调制器的快轴旋转取代传统的旋转补偿器,设计了一种基于LC谐振放大的双驱动电路,利用现场可编程门阵列（FPGA）实现对弹光调制器（PEM）的高速驱动控制。根据弹光调制驱动控制要求对电路设计思路和方法进行了详细分析。通过仿真和实验结果表明,所设计的电路系统输出频率能稳定控制在60 kHz,幅值能达到430 VPP以上,满足PEM快轴高速稳定驱动的需求。     

MEMS红外光源可调制驱动电路设计

针对MEMS红外光源的驱动控制问题,提出了一种基于FPGA和稳压集成电路ADP3336的可调制驱动系统。通过对MEMS红外光源的辐射光谱和驱动特性研究,确定基于可调脉冲方波的直接驱动控制方式;采用FPGA对数字脉冲信号进行占空比和频率的复合调制;采用ADP3336对光源精密稳压驱动,使驱动电压偏差不大于0.1 V,驱动效率达80.1%。该驱动电路实现了对MEMS红外光源大功率、高精度、高效率供能驱动以及深度调制,为这种新型红外光源器件的应用提供了技术基础。     

双弹光调制器动态耦合及控制的一种新方法

针对双弹光调制器(PEM)中各调制器本征频率差异 及其随温度变化造成的调制效率降低问题,提出 了基于中心频率控制的解决方案。首先,建立了PEM机械特性等效电路,分析了驱 动电压、驱 动频率和谐振频率的动态耦合关系,确定了大光程差条件下驱动信号加载方法;其次,结合 不同谐振 频率PEM的幅频、相频特性曲线,提出了基于中心频率的双PEM控制方法;最后,采用 数字频率合成(DDS)技术和数字锁相环(DPLL)技术对双PEM进行驱动及谐振频率漂移跟踪,使 各PE M处于同频同相状态。实验结果表明,本文控制方法能够使双PEM调制光程差达 到单个PEM的2倍,达到1080μm。     

基于高频高压交流母线多组输出直流电源的研制

本电源是基于高频高压交流母线具有多组输出的直流电源，它具有高达200kHz的开关频率，后级的整流电路由于高频交流母线的存在，使得变压器和电感的设计变得简单，滤波电容的选择也更容易。本电源由PFC电路提供400V的高压直流输入，再由MOSFET组成全桥逆变电路，在固定额率的PWM发生电路和IR2110 MOSFET驱动电路作用下，只加—个谐振电感就可实现开关管的零电压开通，可在大大降低开关损耗和噪声的同时实现直流交流的变换。整流部分采用倍流整流电路以提高原边电压的利用率，可输出低压大电流。由于采用肖特基管，—方面可使得二板管的损耗可以接受，另外—方面还避免了采用同步整流电路所面临的电路结构复杂和驱动困难。     

36kV/10kW CO2激光器充电电源的研制

为了改善现有CO2激光器工频LC谐振充电时充电电压随激光器工作频率升高而降低、影响激光输出的稳定性和光束质量,不利于装置的小型化和轻量化的问题。采用全桥逆变结构和串联谐振软开关电路,研究了36kV/10kW高频高压充电电源。该电源系统采用三相380V交流电作为供电系统,大功率智能功率模块作为全桥逆变电路。逆变交流信号经串联谐振电路及高频脉冲变压器得到高压脉冲信号,高压脉冲经整流给负载电容充电,电源应用电压电流双闭环控制系统,输出电压、电流经采样及放大后,反馈到电源控制芯片SG3525,芯片SG3525通过判断反馈信号的大小,控制输出脉冲宽度调制驱动信号的占空比。激光器放电频率为25Hz时,电源输出电压为37kV,峰值输出功率为13.05kW,充电效率为0.826。结果表明,该高频高压充电电源适合用作CO2激光器的高压充电电源。     

立体声信号相位差电平差测试仪

提出了一种立体声信号相位差电平差测试仪的设计方法。用单片机为控制核心,主要由相位差检测模块、电平差检测模块、频谱分析及处理模块、电源模块、键盘和显示模块组成。将LR立体声信号经频谱分析、整形及占空比检测电路进行处理,采用过零鉴相法,通过测矩形波占空比,实现相位差的测试。将LR信号用AD736专用芯片实现AC/DC转换,通过单片机编程,得到LR电平差。试验数据表明该仪器实现了LR信号相位差电平差的测试,且具有较高的测试精度,并能存储和显示相关信息。本设计具有创新性和实用性,为高质量立体声广播和研发制造高质量音响设备奠定了基础。     

水情遥测系统电源设计

文章介绍了一种供水情遥测系统使用的开关电源电路,利用脉宽调制的方法,将发电系统输出的直流信号变换成一个有可变占空比的方波信号,通过改变DC／DC变换电路的占空比,调节负载特性,从而将输出电压稳定在12V。试验证明：该电路稳定性好、输出电压精度较高并且能很快稳定,能较好地满足水情遥测系统供电需求。     

法布里-珀罗滤波器的锯齿波驱动技术

分析了可调法布里-珀罗滤波器的工作原理,设计了扫描滤波的驱动电路。实验中由数字电路产生锯齿波信号,并借助模拟电路进行功率放大,获得上升沿占空比达到99.90%的输出。其频率在0~50 Hz范围内可调,驱动电压的幅值和偏置电压均可在0~30 V范围内调整。为便于后续信号的采集和寻峰,在单个自由光谱程范围内,利用3次曲线拟合方式对驱动电压进行修正,波长调谐的标准差分别降低62.7%、最大误差分别降低80.1%。     

Single switch dual output DC-DC converter performance

The performance of the single-switch dual-output DC-DC converter is evaluated. This converter regulates two independent DC outputs supplied from a single DC voltage source using a power semiconductor switch. Two discrete proportional feedback control loops regulate the duration of on switching and off switching. The duty cycle of the switch controls one output voltage, supplied from a low-pass filter, while the switching frequency regulates the other output voltage, supplied from a higher-frequency bandpass filter. The control algorithm is implemented with an Intel 8096 microcontroller. The experimental data demonstrate the actual circuit performance and confirm the simulation results. Both experiments and simulation show that an increase in the load current on the 12 V output results in an increase in the duty cycle, whereas an increase in the load current on the 5 V output results in a change in the switching frequency. The experimental prototype demonstrates operation over a load current range from about 40% to 100% with a ±25% variation in the 24 V input. Full load currents are 12 A and 2.5 A on the 12 V and 5 V outputs, respectively. The switching frequency ranged from approximately 29 kHz to 264 kHz, and the duty cycle ranged from 0.35 to 0.72     

Asymmetrical pulse-width-modulated resonant DC/DC convertertopologies

This paper presents asymmetrical pulse-width-modulated (APWM) DC/DC resonant converter topologies that exhibit near-zero switching losses while operating at constant and very high frequencies. The converters include a bridged chopper to convert the DC input voltage to a high-frequency unidirectional AC voltage, which in turn is fed to a high-frequency transformer through a resonant circuit. The bridged chopper has two switches that alternately conduct. The duty cycles of the conduction of the switches are complementary with one another and are varied to control the output voltage. Three resonant circuit configurations suitable for this type of control are presented. Frequency domain analysis of the converter is given, and performance characteristics are presented. Experimental results for a 48-5 V, 30 W converter show an efficiency of 88% at a constant operating frequency of 1 MHz