多脉冲激光能量探测的同步时序控制系统设计与实现
发布时间：2022-01-05 23:46
设计了一种同步时序控制系统,可实现脉冲激光能量探测过程的自动化开关控制,并保证每次测量过程中参与积分的激光脉冲数目相同。设计了激光脉冲计数电路,结合锁存器、比较器产生预置脉冲频率的启动测量信号,将其输入到所设计的基于D触发器的同步时序控制电路中,获得该脉冲频率的同步控制信号,即可实现脉冲激光能量探测过程的同步自动化控制。通过同步控制过程分析验证了该系统的可行性,可满足脉冲激光能量探测的控制需求。
【文章来源】：工具技术. 2020,54(06)
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
同步控制时序需求
基于光脉冲计数器的同步控制时序以激光脉冲为准,其电路组成主要包括激光脉冲整形电路、可编程计数器、比较器以及相应的控制信号生成逻辑四部分。其系统框图如图2所示。图中RD为计数器使能端、DBn为所需计数的激光脉冲数,DBn通过EN使能存储在锁存器中,ST为测量开启信号,均由主控芯片提供。F0为激光脉冲频率,COUout为计数完成触发的脉冲输出,SCS为最终的同步控制时序, CΝVSΤ ˉ 为AD转换启动信号。主控板打开计数器使能端,锁存器使能端并预置激光脉冲数,同时向同步时序控制逻辑发送测量开启信号,控制逻辑控制计数器开始计数。当计数值与预置激光脉冲数相同时,比较器向计数器发送清零信号。同步时序控制逻辑将SCS拉低,停止测量工作,直至下一次开启信号到来。
同步控制时序基于光脉冲计数器设计,由于激光脉冲持续时间极短,转换得到的电脉冲为极窄脉冲,脉宽为纳秒级,因此需要选择频率响应快、建立时间和保持时间较短的计数芯片。74f161的建立时间与数据所需要的保持时间均在纳秒级,符合设计需求。选用该芯片为激光计数器件,74f161计数器为4位同步计数器,每片有两个计数使能端,将其与上一片计数器的进位端相连,可实现同步计数的位数扩展,同时,确保在同步信号的控制下准确计数。由于激光能量测量模块每次需测量1000个激光脉冲能量的总积分值,212>1000,因此需使用3片74f161计数器进行激光脉冲计数。将激光脉冲经由光电转换装置转换的点脉冲信号作为同步时钟信号FPULSE,激光脉冲计数电路如图3所示。由于74f161计数器的计数初值载入端LD需在同步时钟信号的触发下进行,若使用自动载入计数值记满数溢出的方式(类似于51单片机定时器2的工作方式)会造成一个激光脉冲的漏记,使探测器最终测得的激光能量不准确。为了输入完整的激光脉冲数,仍采用类似于光栅计数器的方式,将74f161的计数值与比较器进行实时比较,比较器的另一端连接锁存器锁存的预设激光脉冲计数个数。此方法在连续测量激光脉冲的过程中,激光脉冲不在中途暂停,因此无需接着在某一特定的计数值之后继续计数,不必对计数器进行初值预置。
【参考文献】：
期刊论文
[1]超快激光在钨材加工领域的应用[J]. 张卫刚,李媛媛,董新飞,王鹏,闫文娟. 世界有色金属. 2019(19)
[2]基于循环平稳随机序列的脉冲激光测距方法[J]. 姜博,黄民双,关在辉. 中国激光. 2020(01)
[3]超短脉冲激光器加工工艺参数自适应及其生效技术[J]. 李志明,田梦,王子璇,王晓妍,申利民. 计算机集成制造系统. 2019(08)
[4]三角阵列光电探测的双弹丸识别方法[J]. 高丰佳,董涛,陈丁,郑学明. 兵器装备工程学报. 2019(11)
[5]飞秒激光加工超硬材料的研究进展[J]. 魏超,马玉平,韩源,张遥,陈雪辉. 激光与光电子学进展. 2019(19)
[6]基于光电探测的多光谱测温装置[J]. 张磊,陈绍武,赵海川,王平,武俊杰. 中国光学. 2019(02)
[7]激光能量快速扫描测量系统的FPGA实现[J]. 李春晶,曹益平,蔡文娟,李琴. 光学与光电技术. 2018(01)
[8]激光技术在材料加工领域的应用研究[J]. 何宛臻. 科技与创新. 2017(24)
[9]对激光切割技术在国内外发展现状的研究[J]. 王新明,孙有亮,陈立伟,张海东. 现代商贸工业. 2017(16)
[10]多脉冲飞秒激光深小孔的加工[J]. 胡梦宁,葛励成,张晋平,陈玉萍,陈险峰. 中国激光. 2016(04)
硕士论文
[1]高功率光纤激光器功率实时监控系统研究[D]. 吴迪.北京工业大学 2018
[2]聚合物微流控芯片的加工工艺及相关实验研究[D]. 胡增亮.辽宁工业大学 2018
[3]激光器功率检测与稳定性监控系统的设计[D]. 卢丽娟.华中科技大学 2015
本文编号：3571276
【文章来源】：工具技术. 2020,54(06)
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
同步控制时序需求
基于光脉冲计数器的同步控制时序以激光脉冲为准,其电路组成主要包括激光脉冲整形电路、可编程计数器、比较器以及相应的控制信号生成逻辑四部分。其系统框图如图2所示。图中RD为计数器使能端、DBn为所需计数的激光脉冲数,DBn通过EN使能存储在锁存器中,ST为测量开启信号,均由主控芯片提供。F0为激光脉冲频率,COUout为计数完成触发的脉冲输出,SCS为最终的同步控制时序, CΝVSΤ ˉ 为AD转换启动信号。主控板打开计数器使能端,锁存器使能端并预置激光脉冲数,同时向同步时序控制逻辑发送测量开启信号,控制逻辑控制计数器开始计数。当计数值与预置激光脉冲数相同时,比较器向计数器发送清零信号。同步时序控制逻辑将SCS拉低,停止测量工作,直至下一次开启信号到来。
同步控制时序基于光脉冲计数器设计,由于激光脉冲持续时间极短,转换得到的电脉冲为极窄脉冲,脉宽为纳秒级,因此需要选择频率响应快、建立时间和保持时间较短的计数芯片。74f161的建立时间与数据所需要的保持时间均在纳秒级,符合设计需求。选用该芯片为激光计数器件,74f161计数器为4位同步计数器,每片有两个计数使能端,将其与上一片计数器的进位端相连,可实现同步计数的位数扩展,同时,确保在同步信号的控制下准确计数。由于激光能量测量模块每次需测量1000个激光脉冲能量的总积分值,212>1000,因此需使用3片74f161计数器进行激光脉冲计数。将激光脉冲经由光电转换装置转换的点脉冲信号作为同步时钟信号FPULSE,激光脉冲计数电路如图3所示。由于74f161计数器的计数初值载入端LD需在同步时钟信号的触发下进行,若使用自动载入计数值记满数溢出的方式(类似于51单片机定时器2的工作方式)会造成一个激光脉冲的漏记,使探测器最终测得的激光能量不准确。为了输入完整的激光脉冲数,仍采用类似于光栅计数器的方式,将74f161的计数值与比较器进行实时比较,比较器的另一端连接锁存器锁存的预设激光脉冲计数个数。此方法在连续测量激光脉冲的过程中,激光脉冲不在中途暂停,因此无需接着在某一特定的计数值之后继续计数,不必对计数器进行初值预置。
【参考文献】：
期刊论文
[1]超快激光在钨材加工领域的应用[J]. 张卫刚,李媛媛,董新飞,王鹏,闫文娟. 世界有色金属. 2019(19)
[2]基于循环平稳随机序列的脉冲激光测距方法[J]. 姜博,黄民双,关在辉. 中国激光. 2020(01)
[3]超短脉冲激光器加工工艺参数自适应及其生效技术[J]. 李志明,田梦,王子璇,王晓妍,申利民. 计算机集成制造系统. 2019(08)
[4]三角阵列光电探测的双弹丸识别方法[J]. 高丰佳,董涛,陈丁,郑学明. 兵器装备工程学报. 2019(11)
[5]飞秒激光加工超硬材料的研究进展[J]. 魏超,马玉平,韩源,张遥,陈雪辉. 激光与光电子学进展. 2019(19)
[6]基于光电探测的多光谱测温装置[J]. 张磊,陈绍武,赵海川,王平,武俊杰. 中国光学. 2019(02)
[7]激光能量快速扫描测量系统的FPGA实现[J]. 李春晶,曹益平,蔡文娟,李琴. 光学与光电技术. 2018(01)
[8]激光技术在材料加工领域的应用研究[J]. 何宛臻. 科技与创新. 2017(24)
[9]对激光切割技术在国内外发展现状的研究[J]. 王新明,孙有亮,陈立伟,张海东. 现代商贸工业. 2017(16)
[10]多脉冲飞秒激光深小孔的加工[J]. 胡梦宁,葛励成,张晋平,陈玉萍,陈险峰. 中国激光. 2016(04)
硕士论文
[1]高功率光纤激光器功率实时监控系统研究[D]. 吴迪.北京工业大学 2018
[2]聚合物微流控芯片的加工工艺及相关实验研究[D]. 胡增亮.辽宁工业大学 2018
[3]激光器功率检测与稳定性监控系统的设计[D]. 卢丽娟.华中科技大学 2015
本文编号：3571276
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