氧碘化學(xué)激光器光學(xué)諧振腔調(diào)節(jié)與監(jiān)控系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氧碘化學(xué)激光器光學(xué)諧振腔調(diào)節(jié)與監(jiān)控系統(tǒng)及方法，具體地說，是指一種用于對氧碘化學(xué)激光器光學(xué)諧振腔中腔鏡鏡架的調(diào)節(jié)與光學(xué)諧振腔內(nèi)參數(shù)監(jiān)測控制的控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)諧振腔作為氧碘化學(xué)激光器的重要組成部分，其腔鏡的調(diào)節(jié)和腔內(nèi)參數(shù)的變化將直接影響激光器出光的光束質(zhì)量。現(xiàn)有的控制系統(tǒng)將腔鏡調(diào)節(jié)與光腔參數(shù)的監(jiān)測與控制兩種功能分開，腔鏡調(diào)節(jié)由電機(jī)、電源和手動按鈕組成，只能在本地進(jìn)行調(diào)節(jié)；光腔參數(shù)的監(jiān)測與控制則由距激光器位置較遠(yuǎn)的總控制臺完成。該系統(tǒng)功能分散，實時性較弱，操作復(fù)雜且抗干擾能力差，不利于氧碘化學(xué)激光器的集成化系統(tǒng)實現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種實時性強(qiáng)、穩(wěn)定性高、操作簡單、開發(fā)成本低的應(yīng)用于氧碘化學(xué)激光器光學(xué)諧振腔的調(diào)節(jié)與監(jiān)控系統(tǒng)及方法。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0005]氧碘化學(xué)激光器光學(xué)諧振腔調(diào)節(jié)與監(jiān)控系統(tǒng)，包括:主控模塊、算法模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、電機(jī)控制模塊、數(shù)字I/o模塊、電機(jī)驅(qū)動數(shù)字I/O模塊、通訊模塊、顯示單元和電源模塊；
[0006]所述主控模塊分別與算法模塊、數(shù)字I/O模塊、通訊模塊連接，算法模塊與數(shù)據(jù)采集模塊、電機(jī)控制模塊連接、電機(jī)驅(qū)動數(shù)字I/o模塊連接，電源模塊分別與主控模塊、通用I/o模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、電機(jī)控制模塊連接；所述通訊模塊與顯示單元連接；
[0007]主控模塊用于將通過顯示單元接收的控制命令發(fā)送給數(shù)字I/O模塊，并將數(shù)字I/O模塊反饋的電磁閥狀態(tài)、數(shù)據(jù)采集模塊采集的壓力傳感器信息和電機(jī)驅(qū)動數(shù)字I/O模塊反饋的電機(jī)運行狀態(tài)信息通過顯示單元進(jìn)行實時顯示；
[0008]算法模塊用于對數(shù)據(jù)采集模塊采集的壓力傳感器信息和電機(jī)驅(qū)動數(shù)字I/O模塊采集的電機(jī)運行狀態(tài)信息進(jìn)行運算并發(fā)出指令至數(shù)字1模塊和電機(jī)控制模塊；
[0009]數(shù)字I/O模塊用于與電磁閥連接并根據(jù)算法模塊經(jīng)主控模塊發(fā)來的指令控制電磁閥的開閉；
[0010]數(shù)據(jù)采集模塊用于采集腔內(nèi)壓力傳感器數(shù)據(jù)；
[0011 ] 電機(jī)驅(qū)動數(shù)字I/O模塊與電機(jī)控制模塊連接，用于通過訪問電機(jī)控制模塊得到電機(jī)運行狀態(tài)信息并反饋至算法模塊。
[0012]氧碘化學(xué)激光器光學(xué)諧振腔調(diào)節(jié)與監(jiān)控系統(tǒng)還包括腔鏡驅(qū)動機(jī)構(gòu)，由鏡架和推拉桿構(gòu)成；所述鏡架包括中空結(jié)構(gòu)的邊框、環(huán)狀的X方向調(diào)節(jié)框及Y方向調(diào)節(jié)框，腔鏡嵌于Y方向調(diào)節(jié)框內(nèi)部，X方向調(diào)節(jié)框通過第一轉(zhuǎn)軸設(shè)置于Y方向調(diào)節(jié)框內(nèi)，Y方向調(diào)節(jié)框通過第二轉(zhuǎn)軸設(shè)置于邊框內(nèi)；在夂方向調(diào)節(jié)框上垂直鏡面方向設(shè)有第一推拉桿，在Y方向調(diào)節(jié)框上垂直鏡面方向設(shè)有第二推拉桿，第一推拉桿和第二推拉桿分別與第一電機(jī)和第二電機(jī)傳動連接，第一、第二電機(jī)分別驅(qū)動第一、第二推拉桿在垂直于鏡體反射面的方向往復(fù)移動。
[0013]所述第一轉(zhuǎn)軸與第二轉(zhuǎn)軸垂直且位于同一平面。
[0014]所述腔鏡為凸鏡或凹鏡。
[0015]一種氧碘化學(xué)激光器光學(xué)諧振腔調(diào)節(jié)與監(jiān)控方法，包括以下步驟:
[0016]I)主控模塊接收數(shù)據(jù)采集模塊實時采集的壓力傳感器感應(yīng)的腔內(nèi)壓力數(shù)據(jù)，經(jīng)低通濾波后通過通訊模塊送至顯示單元實時顯示；
[0017]2)主控模塊判斷腔內(nèi)壓力數(shù)據(jù)是否超出光腔內(nèi)壓力允許范圍；若未超出，執(zhí)行步驟3);若超出，則通過顯示單元報警，根據(jù)顯示的腔內(nèi)壓力值通過顯示單元選擇電磁閥的開關(guān)，再執(zhí)行步驟3);
[0018]3)算法模塊實時監(jiān)測電機(jī)運行狀態(tài)；根據(jù)光學(xué)諧振腔輸出的光斑形狀和亮度均勻度，通過顯示單元輸入指令給電機(jī)控制模塊控制腔鏡的X方向和Y方向的電機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)，直至光斑形狀和亮度均勻度達(dá)到設(shè)定要求。
[0019]所述實時監(jiān)測電機(jī)運行狀態(tài)包括以下步驟:
[0020]電機(jī)驅(qū)動數(shù)字I/O模塊的行程限制單元通過訪問電機(jī)控制模塊內(nèi)電機(jī)控制卡的計數(shù)器得到電機(jī)輸出端連接的推拉桿運動距離，并判斷該距離是否達(dá)到設(shè)定閾值；
[0021]如達(dá)到則向主控模塊發(fā)送信號，主控模塊發(fā)出指令使電機(jī)停止運行，并通過顯示單兀報警；若未達(dá)到，貝1J監(jiān)測電機(jī)控制模塊內(nèi)電機(jī)驅(qū)動器輸出信號；若電機(jī)驅(qū)動器工作異常，則向主控模塊發(fā)送信號，主控模塊發(fā)出指令控制電機(jī)停止運行；否則執(zhí)行步驟3)。
[0022]所述所述腔鏡為凸鏡或凹鏡；凸鏡用于控制光斑形狀，凹鏡用于控制亮度均勻度。
[0023]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點:
[0024]1.本發(fā)明將現(xiàn)有的控制系統(tǒng)將氧碘化學(xué)激光器光學(xué)諧振腔的腔鏡調(diào)節(jié)與光腔參數(shù)的監(jiān)測控制兩種功能集成化，并可以實現(xiàn)對光學(xué)諧振腔的本地及遠(yuǎn)距離實時操作。
[0025]2.本發(fā)明通過安裝于觸屏式上位機(jī)的操作軟件簡化了操作過程。
[0026]3.系統(tǒng)穩(wěn)定性高、開發(fā)成本低。通過試驗驗證了該套系統(tǒng)的有效性。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)組成框圖；
[0028]圖2為本發(fā)明的核心算法模塊流程圖；
[0029]圖3為本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集模塊原理圖；
[0030]圖4為腔鏡驅(qū)動機(jī)構(gòu)正視示意圖；
[0031]圖5為腔鏡驅(qū)動機(jī)構(gòu)側(cè)視示意圖；
[0032]圖6為本發(fā)明的電機(jī)控制模塊原理圖；
【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0034]本發(fā)明利用Motorola PowerPC750GX處理器構(gòu)成主控模塊，通過主控模塊控制其它功能模塊，設(shè)計制作氧碘化學(xué)激光器光學(xué)諧振腔調(diào)節(jié)與監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)有觸屏式上位機(jī)，內(nèi)置操作軟件，便于使用者操作。
[0035]如圖1所示，本發(fā)明主要包括:主控模塊、算法模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、電機(jī)控制模塊、數(shù)字I/o模塊、電機(jī)驅(qū)動數(shù)字I/O模塊、顯示單元、通訊模塊與電源模塊。
[0036]主控模塊分別與算法模塊、數(shù)字I/O模塊、通訊模塊連接。算法模塊與數(shù)據(jù)采集模塊、電機(jī)控制模塊連接、電機(jī)驅(qū)動數(shù)字I/o模塊連接。電源模塊分別與主控模塊、通用I/O模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、電機(jī)控制模塊連接。數(shù)字I/o模塊通過I/O接口與電磁閥連接，實現(xiàn)對光學(xué)諧振腔抽真空與放大氣的控制。數(shù)據(jù)采集模塊通過模擬信號接口與監(jiān)測光學(xué)諧振腔參數(shù)的壓力傳感器連接。電機(jī)控制模塊與步進(jìn)電機(jī)連接，通過傳動機(jī)構(gòu)實現(xiàn)對光學(xué)諧振腔腔鏡鏡架的調(diào)節(jié)。電機(jī)驅(qū)動數(shù)字I/o模塊通過I/O接口與電機(jī)控制模塊連接，實現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)運行狀態(tài)的監(jiān)控。
[0037]主控模塊由Motorola PowerPC750GX處理器、同步動態(tài)隨機(jī)存儲器SDRAM、快擦寫存儲器Flash ROM及時鐘電路組成，同步動態(tài)隨機(jī)存儲器用作存儲數(shù)據(jù)，快擦寫存儲器用作存儲啟動程序，主控模塊用于完成綜合控制、邏輯控制、通訊功能。
[0038]如圖3所示，數(shù)據(jù)采集模塊由A/D轉(zhuǎn)換器、可編程計時器、高速光電隔離芯片及差分電路構(gòu)成，可編程計時器用于A/D轉(zhuǎn)換器的邏輯時序控制，壓力傳感器輸出的模擬信號經(jīng)高速光電隔離芯片隔離后，通過差分電路對模擬信號進(jìn)行差分，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器采集后送入主控模塊。
[0039]A/D轉(zhuǎn)換器為分辨率16位、四通道同時轉(zhuǎn)換、并行數(shù)據(jù)輸出。
[0040]如圖4所示，腔鏡驅(qū)動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如下:鏡架由邊框、X方向調(diào)節(jié)框及Y方向調(diào)節(jié)框組成，腔鏡(凹鏡或凸鏡)嵌于Y方向調(diào)節(jié)框內(nèi)部。在X方向調(diào)節(jié)框下部垂直鏡面(即X、Y方向調(diào)節(jié)框構(gòu)成的平面)方向設(shè)有第一推拉桿，在Y方向調(diào)節(jié)框上部垂直鏡面方向設(shè)有第二推拉桿，第一推拉桿和第二推拉桿分別與第一步進(jìn)電機(jī)和第二步進(jìn)電機(jī)傳動連接，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動推拉桿在垂直于鏡體反射面的方向往復(fù)移動。
[0041]如圖5所示，電機(jī)控制模塊由4軸步進(jìn)電機(jī)控制卡、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器和接口電路構(gòu)成，4軸步進(jìn)電機(jī)控制卡接收核心算法模塊的指令，送給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器一定頻率和個數(shù)的脈沖，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器接收脈沖信息和方向信號并作用到步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)通過傳動機(jī)構(gòu)實現(xiàn)腔鏡鏡架的調(diào)節(jié)。
[0042]如圖6所示，4軸