基于FPGA的脉冲光纤激光器功率控制系统技术方案

本发明专利技术提供了一种控制用于激光打标的基于FPGA的脉冲光纤激光器功率控制系统和控制方法，所述脉冲光纤激光器功率控制系统包括用于发出控制信号的计算机、基于FPGA实现的功率控制系统和在控制下发出激光的脉冲光纤激光器，所述方法通过进行激光器输出电压和半导体激光器输出功率的输出功率值分配，其中将恒流源驱动的功率与锁存的功率进行比较，将比较结果反馈至恒流源进行驱动。根据本发明专利技术的脉冲光纤激光器输出光功率可以很好的满足激光打标的要求，通过采用了双端输入单端输出的模糊控制算法来实时的监测功率的输出大小，并根据反馈的功率值来调节恒流源驱动电路的电流的大小，来保证输出的功率的稳定。

【技术实现步骤摘要】
基于FPGA的脉冲光纤激光器功率控制系统
本专利技术涉及一种脉冲光纤激光器的功率控制系统。具体而言，本专利技术涉及一种应用于激光打标中的基于FPGA的脉冲光纤激光器的控制系统和控制方法。
技术介绍
光纤激光器自问世以来，受到了国内外的广泛关注。光纤激光器又分为连续型和脉冲型。由于脉冲光纤激光器输出激光的峰值功率比连续激光提高了几个数量级，可以在较小的输出能量下获得较高峰值功率，并具有一定重复频率、高能量、高峰值功率和高光束质量的超短脉冲激光，使其应用的领域更加广泛。因为脉冲光纤激光器具有优异的光束质量、较高的功率和功率密度、易冷却、高稳定性和可靠性等多方面优点，其在激光打标、印刷、微机械加工、选择性切割、焊接等领域具有广阔的应用前景。激光打标是利用激光在需要进行标记的工件表面刻蚀出具有一定深度或颜色的文字或图案等，从而在工件的表面留下永久性标记。作为一种现代精密加工方法，与腐蚀、电火花加工、机械雕刻、印刷等传统的加工方法相比，激光打标具有较大的优势，现已广泛应用于集成电路芯片、金属名片、电子及通讯产品、食品包装等众多领域的图形和文字标记。然而，脉冲光纤激光器输出功率会随着半导体激光器温度和寿命的变化而改变，可能因器件的不同而表现出现较大的差异。半导体激光器的阈值随着温度的升高而明显增大，半导体激光器阈值的漂移，也给使用带来很大的不便。如果采用固定的偏流，则必然引起输出光脉冲峰值功率的漂移，而降低输出光功率的稳定度。目前，脉冲光纤激光器在医学、光信息处理、全色显示和激光印刷等领域也具有广阔的应用前景。但由于国内在这方面的研究起步较晚，大多处于实验研究阶段，要实现产业化，商品化和国外还有一定的差距，因此需要一种更具产品效应、控制更为精确的脉冲光纤激光器功率控制系统。
技术实现思路
本专利技术针对目前脉冲光纤激光器在激光打标系统中的广泛应用，设计了脉冲光纤激光器系统的总体方案。根据本专利技术的一个方面，提供了一种控制用于激光打标的基于FPGA的脉冲光纤激光器功率控制系统的方法，所述脉冲光纤激光器功率控制系统包括用于发出控制信号的计算机、基于FPGA实现的功率控制系统和在控制下发出激光的脉冲光纤激光器，所述方法包括步骤:a)为脉冲光纤激光器功率控制系统加电，并将用于激光打标的振镜进行初始化；b)判断所述脉冲光纤激光器的电源是否打开，若打开，则对脉冲光纤激光器功率控制系统进行初始化；c)判断用户是否启动了所述计算机中的激光打标软件，若启动，则对打标参数进行设置；d)将步骤d)中设置的参数传输给计算机，进行数据处理后，将输出的打标控制信号传输到所述功率控制系统，产生控制信号控制所述脉冲光纤激光器的工作；e)检测是否有功率锁存信号到来，若有则通过寄存器对功率进行锁存；f)检测是否有激光器功率控制信号到来，若有则启动DC/DC隔离；g)进行延时操作以便等待电源稳定；h)发出使能信号以便启动所述脉冲光纤激光器中包含的声光调制器；i)产生同步脉冲信号加载到所述声光调制器；j)对半导体激光器上电进行软启动控制； k)进行激光器输出电压和半导体激光器输出功率的输出功率值分配，其中将恒流源驱动的功率与步骤e中锁存的功率进行比较，将比较结果反馈至恒流源进行驱动。优选地，所述功率控制系统包括功率设定I吴块、王振汤级和放大级控制I吴块、AOM驱动模块、功率反馈模块和工作状态报警指示模块。优选地，所述脉冲光纤激光器采用主振荡和功率放大结构。优选地，所述步骤k中，若恒流源驱动功率小于锁存功率的60%，则关闭DC/DC模块并屏蔽上位机控制信号；若恒流源驱动功率大于锁存功率的80%且小于锁存功率的100%，则通过模糊控制输出电流反馈至恒流源进行驱动；若恒流源驱动功率大于锁存功率的60%且小于锁存功率的80%，则发出报警信息，同时通过比例控制输出电流反馈至恒流源进行驱动。优选地，所述模糊控制采用双输入单输出的二维模糊控制器。优选地，采用所述振镜的打标为点阵式打标方式。优选地，所述步骤c中设置的参数选自激光器的平均输出功率、声光调制器的重复频率和打标方式。优选地,所述步骤g的延时时间为5ms。根据本专利技术的脉冲光纤激光器输出光功率可以很好的满足激光打标的要求，通过采用了双端输入单端输出的模糊控制算法来实时的监测功率的输出大小，并根据反馈的功率值来调节恒流源驱动电路的电流的大小，来保证输出的功率的稳定。应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本专利技术所要求保护内容的限制。【附图说明】结合附图详细描述了本专利技术的上述和其他方面，附图中:图1为系统总体结构框图；图2为系统控制方法流程图。在下文中，将参考附图描述本专利技术的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。【具体实施方式】通过参考示范性实施例，本专利技术的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本专利技术并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本专利技术的具体细节。系统的整体结构本专利技术主要针对应用在激光打标中的脉冲光纤激光器控制系统。根据本专利技术的基于FPGA的脉冲光纤激光器功率控制系统的系统框架如图1所示，系统100包括用于发出控制信号的计算机101、基于FPGA实现的功率控制系统102和在控制下发出激光的脉冲光纤激光器103。计算机101实现系统100的总体控制，通过激光打标软件为用户提供输入接口，使用户发出控制指令至打标控制板卡。具体地，计算机101主要完成以下两部分功能。第一，用户通过上位机的打标软件完成各种打标内容(包括文字，数字，条形码，图案等)输入，当运行软件中的指令对已输入的内容进行放大、填充、翻转等数据的处理时，计算机会生成相应的打标数据，并将其传送给后续的功率控制系统102。第二，当计算机101的激光打标软件生成的打标数据通过控制线(例如USB总线)发送给打标控制板卡后，打标控制板卡对打标的数据进行数据处理后，通过并行数据线传输到下位机的用于控制脉冲光纤激光器103的功率控制系统102。功率控制系统102通过并行数据传输总线与位于计算机101 (下文简称为上位机)内的打标控制板卡相连，根据上位机发送的打标控制信号来产生控制脉冲光纤激光器103的输出功率。该功率控制系统102的基本结构可以划分为功率设定模块、主振荡级和放大级控制模块、AOM驱动模块、功率反馈模块和工作状态报警指示模块。该功率控制系统102的基本工作原理为:当该功率控制系统102检测到上位机发送的打标控制信号的上升沿到来时，首先对该功率控制系统102进行初始化设置；当功率锁存上升沿到来时，通过寄存器对功率锁存和MO和PA输出功率值分配；并根据打标软件设定的重复频率，产生与该频率同步的窄脉冲信号；该功率控制系统102根据接收到的打标时序控制信号分别控制主振荡级和功率放大级工作的状态。功率反馈模块用来实时监控输出功率值，并根据输出功率的大小来改变光纤激光器输出功率的大小，当监测到系统输出功率异常时，通过报警指示模块发送到上位机系统进行报警指示。根据本专利技术的功率控制系统102优选采用以单片FPGA芯片来实现。脉冲光纤激光器103用于在功率控制系统102的控制下产生打标所需本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制用于激光打标的基于FPGA的脉冲光纤激光器功率控制系统的方法，所述脉冲光纤激光器功率控制系统包括用于发出控制信号的计算机、基于FPGA实现的功率控制系统和在控制下发出激光的脉冲光纤激光器，所述方法包括步骤：a)为脉冲光纤激光器功率控制系统加电，并将用于激光打标的振镜进行初始化；b)判断所述脉冲光纤激光器的电源是否打开，若打开，则对脉冲光纤激光器功率控制系统进行初始化；c)判断用户是否启动了所述计算机中的激光打标软件，若启动，则对打标参数进行设置；d)将步骤d)中设置的参数传输给计算机，进行数据处理后，将输出的打标控制信号传输到所述功率控制系统，产生控制信号控制所述脉冲光纤激光器的工作；e)检测是否有功率锁存信号到来，若有则通过寄存器对功率进行锁存；f)检测是否有激光器功率控制信号到来，若有则启动DC/DC隔离；g)进行延时操作以便等待电源稳定；h)发出使能信号以便启动所述脉冲光纤激光器中包含的声光调制器；i)产生同步脉冲信号加载到所述声光调制器；j)对半导体激光器上电进行软启动控制；k)进行激光器输出电压和半导体激光器输出功率的输出功率值分配，其中将恒流源驱动的功率与步骤e中锁存的功率进行比较，将比较结果反馈至恒流源进行驱动。...

【技术特征摘要】
1.一种控制用于激光打标的基于FPGA的脉冲光纤激光器功率控制系统的方法,所述脉冲光纤激光器功率控制系统包括用于发出控制信号的计算机、基于FPGA实现的功率控制系统和在控制下发出激光的脉冲光纤激光器，所述方法包括步骤: a)为脉冲光纤激光器功率控制系统加电，并将用于激光打标的振镜进行初始化； b)判断所述脉冲光纤激光器的电源是否打开，若打开，则对脉冲光纤激光器功率控制系统进行初始化； c)判断用户是否启动了所述计算机中的激光打标软件，若启动，则对打标参数进行设置； d)将步骤d)中设置的参数传输给计算机，进行数据处理后，将输出的打标控制信号传输到所述功率控制系统，产生控制信号控制所述脉冲光纤激光器的工作； e)检测是否有功率锁存信号到来，若有则通过寄存器对功率进行锁存； f)检测是否有激光器功率控制信号到来，若有则启动DC/DC隔离； g)进行延时操作以便等待电源稳定； h)发出使能信号以便启动所述脉冲光纤激光器中包含的声光调制器； i)产生同步脉冲信号加载到所述声光调制器； j)对半导体激光器上电进行软启动控制； k)进行激光器输出电压和半导体激光器输出功...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝连庆，骆飞，董明利，张荫民，周哲海，郭阳宽，何巍，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：