为解决固体激光器工作时光学晶体产生的热沉积问题,保证其工作性能稳定,提出了一种基于半导体制冷器(TEC)的高控温精度、大控温范围光学晶体温度控制方案。分析了TEC的工作特性和光学晶体的热效应与传热机理,将TEC工作过程中自身温度变化引起的电气特性改变与光学晶体温度的变化同时纳入控制环节,建立了温度-电流双闭环温度控制模型,设计并完成了一套高控温精度、大控温范围的光学晶体温度控制系统。实验结果表明:本系统在-15~120℃的温度控制范围内,可以迅速稳定在任一设定的温度点,其控温精度优于±0.002℃;当设定温度和实际温度之间的偏差在20℃以内时,其收敛稳定时间小于60s,可以满足固体激光器中光学晶体对控温范围与精度的要求。 针对大口径自适应副镜镜面变形量小、变化频率高、微变形难以精确测量的难题,设计一种基于电容检测芯片Pcap01-AD和STM32F103的镜面变形检测系统。首先,根据音圈电机驱动的变形镜的特点提出基于电容位移传感的变形镜微变形测量方案。然后,进行该测量系统的硬件和软件设计,其中硬件部分由电容检测芯片Pcap01接口电路、振复原方法-数控滚圆机滚弧机张家港数控全自动滚圆机滚弧机单片机STM31F103最小系统和供电部分构成,软件部分包括实现电容数字信号采集的C程序设计、Pcap01-AD与单片机的通讯程序和数据处理程序。最后,设计实验平台进行多次试验。试验测试结果表明,在变形镜±50μm的位移区间内,测量灵敏度为200pF/3μm,10nm的位移量对应的电容变化为0.067pF。振复原方法-数控滚圆机滚弧机张家港数控全自动滚圆机滚弧机该系统测量精度高、误差小、检测效率高,能够用于自适应镜面的变形检测,同时也适用于其他微小位移的检测。 计算得到电容变化量约为，对如此微弱电容的检测电路的精度和分辨率要求极高。通过几种芯片在性能、价格和实用性的对比，选用德国Ａｃａｍ公司设计的电容数字转换芯片Ｐｃａｐ０１，该芯片的测量范围可以从几ｆＦ到几百ｎＦ，通过内部寄存器的配置，本文有公司网站全自动滚圆机采集转载中国知网整理 http://www.gunyuanji.com  可以提供最低至几微安的超低功耗测量、精度达到２１有效位的高性能测量和每秒钟最高达５０万次的快速测量，并且兼顾高精度、低功耗和快速测量，使用Ｐｃａｐ０１电容数字转换芯片能达Ｆ的精度要求，能满足测量自适应副镜变形引起的电容变化需求。芯片内部原理如图２所示。图２Ｐｃａｐ０１内部原理图Ｆ０１Ｐｃａｐ０１数字电容转换芯片通过内部的高精度时间数字转换器ＴＤＣ记录电容的充放电时间，电容充放电时序如图３如示。电容首先被充电到电源电压，然后通过电阻进行放电，当放电到一个可控阈值电压水平会被芯片记录下来。这种充放电的测量周期在μｓ级，最小可以达到２μｓ，放电时间与传感器的电容值和参考电容值成比率关系：τＮ式中：τＮ为传感器电容的放电时间，τｒｅｆ为参考电容的放电时间，ＣＮ为传感器电容，Ｃｒｅｆ为参考电容。Ｐｃａｐ０１通过记录的待测电容和参考电容的放电时间，得到待测电容和参考电容的比率，并将检测到的电容信号转换成２４ｂｉｔ的数字信号，然后通过ＩＩＣ接口将数据传递给ＳＴＭ３２单片机，最后由ＳＴＭ３２经ＵＳＢ接口传递给上位机。图３电容充放电时序图振复原方法-数控滚圆机滚弧机张家港数控全自动滚圆机滚弧机本文有公司网站全自动滚圆机采集转载中国知网整理 http://www.gunyuanji.com