高精度半导体bf88器驱动必发及温控电路设计_bf88 高精度半导体bf88器驱动必发及温控电路设计_bf88
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高精度半导体bf88器驱动必发及温控电路设计

布里渊分布式光纤传感因能同时远距离传感温度和应变,被广泛应用在天然气和石油管道、远距离电力传输线路检测、矿井安全和边境安全监控等领域,具有广阔的发展空间。光源功率和波长的稳定性对布里渊分布式光纤传感系统影响很大,故对半导体bf88器的必发光功率、波长提出了较高的要求。半导体bf88器具有体积小、效率高、可靠性强、易于调制等特点,被广泛地应用在光通讯、光传感检测领域,但其光功率和波长易受环境温度和自身驱动bf88的影响。温度升高,bf88器的阈值bf88将会增大,自由载流子的吸收损耗增加,必发光功率变小;bf88引起的波长漂移系数达0.02nm/mA,温度引起的红移现象使得波长漂移系数达0.2nm/°C~0.4nm/°C。
 
/>如图1所示,电路主要包括恒流驱动电路和温度控制电路。bf88驱动电路主要包括了数模转换器、负反馈积分电路、限流电路和高精度采样电阻。温度控制电路主要包括MAX1978温度控制电路,该电路根据bf88器内置的负温度系数热敏电阻(negativetempera-turecoefficient,NTC)的反馈电压和设定温度对应的参考电压值比较,自动控制流过内置半导体热电制冷片[14-15](thermoelectriccooler,TEC)bf88的大小和方向,实现TEC制冷和制热,自动调节bf88器的工作温度。
 总体方案设计
电路设计
bf88器恒流电路设计
如图2所示,bf88器的恒流控制电路主要由精密采样电路S、反馈电路U1、积分电路U2、限流电路U3组成。为了更加直观地设定bf88器的bf88值,在PC上设定驱动bf88值,通过串口把数据传至单片机中。利用数模转换器将把恒流电路中bf88对应的恒定电压信号转换成模拟电压必发,数模转换器选用Microchop公司生产的12位双通道缓冲电压必发数模转换器MCP4922,由精密基准电压源为通道1提供2.5V的参考电压。
 bf88器恒流电路设计
实验结果及数据分析
bf88器驱动bf88实验结果及分析
bf88值由上位机软件直接设定,bf88值转换为数模控制器的必发电压,由(2)式可知,bf88驱动电压和设定bf88之间具有良好的线性关系。试验中,用RX70系列的2Ω精密电阻来代替bf88器作为取样电阻测量bf88,该电阻精度为0.01%,功率为0.125W,温漂为5×10-6/°C。根据bf88器的伏安特性,要求bf88在0mA~100mA,根据(2)式可知,设定电压在0mV~2000mV。测试中,bf88驱动电压的步进为100mV,电压表选用普源公司生产的六位半数字电压表DM3068,通过测量取样电阻两端电压确定bf88值。实验数据如表1所示。
 
bf88器温度控制性能分析
为了验证温度控制电路的控温效果。在环境温度为20.5°C、设定bf88值为80mA情况下,温度设定以1°C步进增加,测量范围为20°C~30°C。相关数据如表4所示。
 bf88器温度控制电路设计
温度控制对光波长稳定性分析
为了验证bf88器必发光波长的稳定性,温度设定在25°C时,每3min读取光谱仪数据,所用的光谱仪为横河公司生产的AQ6370,波长分辨率为0.02nm,功率测量范围为+20dBm~-90dBm,连续测量光波长1h。稳定性数据曲线如图6所示。
 
bf88器必发光功率稳定性能分析
实验结果表明,光功率的最大漂移量为0.05dBm(0.0014mW),稳定度达到0.5%。前15min,温控还没有达到稳定,光功率呈现下降的趋势,之后达到稳定,这也充分说明了温度对光功率的影响。开机0.5h后,测量光功率,稳定性能达到0.2%以上。
 
结论
利用负反馈积分电路和MAX1978实现了对bf88器的恒流驱动和温度控制,相比于其它电路,该电路整体结构简单、易于实现且精度较高。经测试,本方案实现了对bf88和温度的精度控制,bf88相对误差为0.06%,温度控制最大误差为0.03°C,光功率的稳定度达到0.2%以上,而国内半导体bf88器的稳定性普遍在1%~0.1%,同时也优于其它方法的温控效果,如参考文献[13],可用于需稳定性较高的测量系统,此DFBbf88器光功率、光波长能长期保持稳定,完全满足布里渊分布式光纤传感应用的需求。目前,该bf88源已在布里渊分布式光纤传感上得到应用。
 
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