激光雷达中实现F-P标准具高热稳定性的帕尔贴精密温控解决方案

摘要:法布里-珀罗标准具作为一种具有高温度敏感性的精密干涉分光器件,在具体应用中对热稳定性具有很高的要求,如温度波动不能超过±0.01℃,为此本文提出了相应的高精度恒温控制解决方案。解决方案具体针对温度控制精度和温度均匀性控制两方面的技术要求,采用了TEC热电技术及其相应的高精度加热制冷恒温装置,采用了多个TEC热电片圆周分布结构以保证温度均匀性。此解决方案在实现高热稳定性的同时,还可以进行推广和拓展应用。

原文阅读:(PDF格式)


1. 问题的提出

法布里-珀罗标准具(Fabry-Pérot Etalon)是一种应用广泛的高分辨干涉分光仪器,可用于高分辨光谱学和研究波长靠近的谱线,诸如元素的同位素光谱、光谱的超精细结构、光散射时微小的频移、原子移动引起的谱线多普勒位移和谱线内部的结构形状;也可用作高分辨光学滤波器、构造精密波长计,在激光系统中它经常用于腔内压窄谱线或使激光系统单模运行;可作为宽带皮秒激光器中带宽控制以及调谐器件,分析、检测激光中的光谱(纵模、横模)成分。

F-P标准具是一种基于多光束干涉原理的光学元件,其主体由镀有对应部分反射膜或高反膜的两个平行表面构成,结构上可分为固体单腔标准具,固体多腔标准具,空气隙标准具,密封腔标准具等。

F-P标准具是一种对温度非常敏感的光学器件,温度的微小变化都会引起波长的漂移,因此在实际应用中,大多都要求标准具需有较高的热稳定性,如工作温度波动不能大于±0.01℃,这就对标准具的温度均匀性和稳定性提出了很高要求。

为了实现F-P标准具的高热稳定性,本文提出了相应的解决方案,解决方案的重点是解决温度的均匀性和温度控制的稳定性问题。

2. 解决方案

解决方案的基本思路是将圆片形式法布里-珀罗标准具装配在一个具有前后光学窗口的恒温装置内,前后光学窗口与标准具为同轴形式构成光路,恒温装置要实现的具体指标如下:

(1)温度控制在比室温高5~10℃,如30℃。

(2)标准具上的温度波动性优于±0.01℃。

(3)标准具上的温度均匀性也要优于±0.01℃。

为了实现略高于室温且波动性小于±0.01的标准具温度控制,解决方案采用了半导体制冷片(即TEC帕尔贴片)作为加热和制冷源,利用TEC片即可加热又可制冷的帕尔贴效应,可将温度精确控制在室温附近的温度范围内。由半导体制冷片组成的加热制冷控制装置如图1所示。

图1 TEC半导体冷热温度控制装置结构示意图

如图1所示,标准具精密温控装置主要由TEC片、温度传感器、TEC电源换向器和超高精度温度控制器组成,它们的功能和相应指标如下:

(1)TEC片尺寸可根据标准具温控装置的结构设计进行选择。为了增大加热制冷功率以及使得标准具温度均匀,可采用多个TEC片的并联结构。

(2)温度传感器采用具有高精度的铂电阻和热敏电阻,温度测量精度要高于±0.01℃。

(3)TEC电源换向器是TEC温控必备部件,可接收控制信号对加热电流方向进行自动换向而分别进行加热和制冷,由此来实现温度的高精度恒定控制。

(4)超高精度温度控制器是一种具有目前最高测量和控制精度的工业用PID调节器,具有24位AD、16位DA和0.01%的最小输出百分比。调节器接收温度传感器信号,将此信号与设定温度值比较后按照PID算法计算,然后输出控制信号来驱动TEC电源换向器进行加热和冷却操作。此超高精度温度控制器自带功能强大的计算机软件,无需再编写任何程序即可与计算机构成完整的温控系统,实现温度的程序控制设定、远超操作、过程曲线显示和存储。

为了使标准具具有高热稳定性,除了需要精确恒定的对温度进行控制之外,还需解决的另外一个问题就是如何使标准具温度均匀。为此,本解决方案所设计的标准具加热装置如图2所示。

图2 高热稳定性F-P标准具TEC热电半导体恒温装置结构示意图

图2所示意的F-P标准具TEC热电半导体恒温装置,主要由F-P标准具、标准具基座、均热器、TEC制冷片、TEC散热器和外部水冷器组成。此恒温装置设计为圆形结构以形成均匀的温度分布,其中标准具安装固定在圆筒型标准具基座内,高导热纯铜材质的均热器为标准具基座提供均匀温度,而三个圆周三角形分布且并联连接的TEC制冷片为均热器提供加热和制冷,使均热器温度按照设定温度进行精密控制。TEC热电片的散热则通过高导热铝块散热器与外部水冷器形成热连接,为TEC热电片提供稳定的冷却功率,这也是实现TEC热电片高精度温度控制的关键。

另外需要说明的是,在均热器上同样均匀布置了三个温度传感器(图2中并未示出),其中一个作为控制传感器,另外两个作为测温传感器以监视温度均匀性。

这里还需补充的是,图2所示结构仅是为了方便说明标准具恒温装置的基本原理和功能,相关的热膨胀匹配和隔热装置等内容并未示出。

3. 总结

综上所述,本文所示的解决方案从温度控制精度和均匀性两个方面很好的解决了F-P标准具的热稳定性问题,采用TEC热电技术所设计的标准具恒温装置可将温度精确控制在±0.01℃的波动范围内,对称结构设计使得标准具同时还具有很好的温度均匀性以及长期稳定性。

此解决方案可以推广应用到其它与F-P标准具相关的仪器设备中,而且还具有一定的拓展功能,解决方案的结构设计在实现高热稳定性的同时,也为精密气压控制奠定了技术基础,为了标准具的应用可提供更稳定的使用环境。

=====================

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.mzph.cn/news/94279.shtml

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

利用LVM制作swap交换分区

首先把一个磁盘进行分区制作成物理卷,也可以直接将一整块磁盘做成物理卷,我这里使用的是磁盘分区:pvcreate /dev/sdb1 然后将这个物理卷制作成卷组:vgcreate vg1 /dev/sdb1; 将这个卷组制作成逻辑卷:lvcreate -L 900M -n lv1 vg…

计算机竞赛 题目: 基于深度学习的疲劳驾驶检测 深度学习

文章目录 0 前言1 课题背景2 实现目标3 当前市面上疲劳驾驶检测的方法4 相关数据集5 基于头部姿态的驾驶疲劳检测5.1 如何确定疲劳状态5.2 算法步骤5.3 打瞌睡判断 6 基于CNN与SVM的疲劳检测方法6.1 网络结构6.2 疲劳图像分类训练6.3 训练结果 7 最后 0 前言 🔥 优…

angularjs开发环境搭建

Angularjs是一个前端页面应用开发框架,其使用TypeScript作为开发语言,Angularjs的特性包括,使用组件、模板以及依赖注入的开发框架构建可扩展的web应用,使用易于集成的类库支持页面路由、页面表单、前后端接口交互等各种不同特性&…

JVM:经典垃圾收集器

经典垃圾收集器 如果说收集算法是内存回收的方法论,那垃圾收集器就是内存回收的实践者 《Java虚拟机规范》中对垃圾收集器应该如何实现并没有做出任何规定,因此不同的厂商、不同版本的虚拟机所包含的垃圾收集器都可能会有很大差别,不同的虚拟…

【Java】微服务——Nacos注册中心

目录 1.Nacos快速入门1.1.服务注册到nacos1)引入依赖2)配置nacos地址3)重启 2.服务分级存储模型2.1.给user-service配置集群2.2.同集群优先的负载均衡 3.权重配置4.环境隔离4.1.创建namespace4.2.给微服务配置namespace 5.Nacos与Eureka的区别…

Day 04 python学习笔记

Python数据容器 元组 元组的声明 变量名称(元素1,元素2,元素3,元素4…….) (元素类型可以不同) eg: tuple_01 ("hello", 1, 2,-20,[11,22,33]) print(type(tuple_01))结果&#x…

安装python中tensorflow和keras==2.2.0的路程

1.python中安装Keras2.3.0 你可以使用pip来安装特定版本的Keras。在命令行中运行以下命令: pip install keras2.3.0这将会下载并安装Keras的2.3.0版本及其相应的依赖项。请确保你的Python环境已经配置好,并且有足够的权限来安装软件包。2.python 中安装…

python中类的内置函数有哪些

在 Python 中,类的内置函数(也称为魔术方法或特殊方法)以双下划线开头和结尾,用于自定义类的行为。以下是一些常见的内置函数及其作用: __init__(self, ...): 构造函数,用于初始化对象。创建一个类的实例时…

javascript二维数组(3):指定数组元素的特定属性进行搜索

js中对数组, var data [{“name”: “《西游记》”, “author”: “吴承恩”, “cat”: “A级书刊”, “num”: 3},{“name”: “《三国演义》”, “author”: “罗贯中”, “cat”: “A级书刊”, “num”: 8},{“name”: “《红楼梦》”, “author”: “曹雪芹”,…

uniapp实现微信小程序隐私协议组件封装

uniapp实现微信小程序隐私协议组件封装。 <template><view class"diygw-modal basic" v-if"showPrivacy" :class"showPrivacy?show:" style"z-index: 1000000"><view class"diygw-dialog diygw-dialog-modal bas…

求各区域热门商品Top3 - HiveSQL

背景&#xff1a;这是尚硅谷SparkSQL练习题&#xff0c;本文用HiveSQL进行了实现。 数据集&#xff1a;用户点击表&#xff0c;商品表&#xff0c;城市表 题目: ① 求每个地区点击量前三的商品&#xff1b; ② 在①的基础上&#xff0c;求出每个地区点击量前三的商品后&a…

MySQL-MVCC(Multi-Version Concurrency Control)

MySQL-MVCC&#xff08;Multi-Version Concurrency Control&#xff09; MVCC&#xff08;多版本并发控制&#xff09;&#xff1a;为了解决数据库并发读写和数据一致性的问题&#xff0c;是一种思想&#xff0c;可以有多种实现方式。 核心思想&#xff1a;写入时创建行的新版…

Windows安装Docker并创建Ubuntu环境及运行神经网络模型

目录 前言在Windows上安装Docker在Docker上创建Ubuntu镜像并运行容器创建Ubuntu镜像配置容器&#xff0c;使其可以在宿主机上显示GUI 创建容器并运行神经网络模型创建容器随便找一个神经网络模型试试 总结 前言 学生党一般用个人电脑玩神经网络&#xff0c;估计很少有自己的服…

大数据开发面试笔记Day1

面试优先级 眼前一亮的人&#xff1a;所有项目都需要能快速入手开发的年轻人&#xff0c;而这种能力一定程度上来自于对开源项目的贡献&#xff1b;另外&#xff0c;找到该公司该部门的研发重点&#xff0c;以及与周围部门的协同研发项目&#xff0c;如果某一个项目碰巧非常适合…

TouchGFX之后端通信

在大多数应用中&#xff0c;UI需以某种方式连接到系统的其余部分&#xff0c;并发送和接收数据。 它可能会与硬件外设&#xff08;传感器数据、模数转换和串行通信等&#xff09;或其他软件模块进行交互通讯。 Model类​ 所有TouchGFX应用都有Model类&#xff0c;Model类除了存…

Python--控制台获取输入与正则表达式

前言一、控制台获取输入1.1 字符串输入1.2 整数输入1.3 浮点数输入1.4 布尔值输入1.5 列表输入1.6 汇总 二、正则表达式2.1 匹配数字2.2 模式检查2.3 替换字符2.4 切分字符串2.5 搜索并提取匹配的部分2.6 使用捕获组提取匹配的部分2.7 非贪婪匹配2.8 忽略大小写匹配2.9 使用预定…

【Java高级技术】单元测试——概述和快速入门

单元测试——概述和Junit框架快速入门 1.概述 就是针对最小的功能单元&#xff08;方法&#xff09;&#xff0c;编写测试代码对其进行正确性测试 可以用来对方法进行测试&#xff0c;它是第三方公司开源出来的&#xff08;很多开发工具已经集成了Junit框架&#xff0c;比如I…

【计算机】CPU,芯片以及操作系统概述

1.CPU 什么是CPU? CPU&#xff08;Central Processing Unit&#xff09;是计算机系统的运算和控制核心&#xff0c;是信息处理、程序运行的最终执行单元&#xff0c;相当于系统的“大脑”。 CPU的工作流程&#xff1f; CPU 的工作流程分为以下 5 个阶段&#xff1a;取指令…

苹果ios系统ipa文件企业签名是什么?优势是什么?什么场合需要应用到?

企业签名是苹果开发者计划中的一种签名类型&#xff0c;允许企业开发者签署和分发企业内部使用的应用程序&#xff0c;而无需通过App Store进行公开发布。通过企业签名&#xff0c;企业可以在内部部署自己的应用程序&#xff0c;以满足特定的业务需求。 企业签名能够做到以下…

【JVM】 类加载机制、类加载器、双亲委派模型详解

文章目录 前言一、类加载机制二、类加载器三、双亲委派模型总结 前言 &#x1f4d5;各位读者好, 我是小陈, 这是我的个人主页 &#x1f4d7;小陈还在持续努力学习编程, 努力通过博客输出所学知识 &#x1f4d8;如果本篇对你有帮助, 烦请点赞关注支持一波, 感激不尽 &#x1f4d…