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数字信号处理器（DSP）在大功率TEA CO2激光器控制系统中的应用

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数字信号处理器（DSP）在大功率TEA CO2激光器控制系统中的应用

作者：孟范江吉林大学

学位级别：硕士

随着大功率TEA CO2激光器本身及其在工业、科研、军事等方面应用的发展,对其控制系统提出了更高的要求。本文对现有大功率TEA CO2激光器控制系统的局限性进行了分析,指出现有系统在功能、速度和精度等方面存在不足。采用数字信号处理器D... 详细信息

随着大功率TEA CO2激光器本身及其在工业、科研、军事等方面应用的发展,对其控制系统提出了更高的要求。本文对现有大功率TEA CO2激光器控制系统的局限性进行了分析,指出现有系统在功能、速度和精度等方面存在不足。采用数字信号处理器DSP(Digital Signal Processor,简称DSP)设计了控制系统。本文主要进行了以DSP为核心的大功率TEA CO2激光器控制系统硬、软件设计、调试、电磁兼容试验,与现有系统性能比较。结果表明了本文设计的控制系统在工作速度、通信速率、数据处理和系统扩展性四方面性能,比现有系统均有很大程度提高,工作稳定可靠。本文主要进行了如下几方面的工作:1.采用F2812 DSP芯片,对大功率TEA CO2激光器控制系统进行了总体设计。2.进行了ADC、I/O接口、键盘、液晶显示、串行通信、CPLDI/O和供电等基本硬件的设计。3.采用自定向下、逐步细化的模块化的思想进行了基本软件设计。4.进行了硬件检测、系统上电调试和控制系统主板电磁兼容试验三项系统调试。结果系统实现了控制功能,工作稳定。5.将采用DSP与以往采用单片机或可编程控制器的控制系统进行了比较,比较结果表明,前者多方面性能比后者有了很大程度的提高。现场电磁干扰强烈是本系统设计的难点,采用DSP作为大功率TEA CO2激光器控制系统核心,目前国内外尚未见报道,它的研制成功,对我国大功率TEA CO2激光器的研究、应用具有重要意义。

关键词：大功率TEA CO2激光器 DSP 控制系统

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光纤端面的断裂机理及制备方法

光学精密工程 2010年第11期18卷 2362-2368页

作者：李殿军李世明孟范江中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室吉林长春130033

为从理论和试验两个方面解决光纤端面制备问题,根据固体断裂力学原理,分析和讨论了脆性均匀固体物质的断裂过程,得到了圆柱形物质在某一点的断裂路径具有在裂纹发展方向上的稳定性和唯一性的结论,并据此提出了一种简便的制备光纤端面的... 详细信息

为从理论和试验两个方面解决光纤端面制备问题,根据固体断裂力学原理,分析和讨论了脆性均匀固体物质的断裂过程,得到了圆柱形物质在某一点的断裂路径具有在裂纹发展方向上的稳定性和唯一性的结论,并据此提出了一种简便的制备光纤端面的设想。根据该设想,设计了一个光纤切割装置并进行了光纤端面制备的试验。在试验过程中,分别对光纤芯径为0.2,0.3,0.6,0.8,1mm的光纤端面进行了切割,并应用读数显微镜和可见激光传输光束显示等技术手段测试了制备的光纤端面的光学质量。实验结果显示,制备的光纤端面质量完全满足实际应用的要求,质量完好的概率达到100%。

关键词：格里菲斯裂纹光纤端面光纤切割固体断裂

大功率TEA CO_2激光器系统中电磁干扰的抑制

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强激光与粒子束 2008年第2期20卷 177-182页

作者：孟范江郭立红杨贵龙李殿军中国科学院长春光学精密机械与物理研究所长春130033

大功率TEA CO2激光器系统产生的强电磁干扰主要来源于激光器主放电回路、脉冲火花开关和电源。这种强电磁干扰使大功率TEA CO2激光器控制子系统出现数据混乱、显示屏帧频滚动及功率模块损坏等电磁兼容问题。对大功率TEA CO2激光器系统... 详细信息

大功率TEA CO2激光器系统产生的强电磁干扰主要来源于激光器主放电回路、脉冲火花开关和电源。这种强电磁干扰使大功率TEA CO2激光器控制子系统出现数据混乱、显示屏帧频滚动及功率模块损坏等电磁兼容问题。对大功率TEA CO2激光器系统中产生强电磁干扰的部位和干扰途径进行了测试及分析。通过调整放电回路的参数降低电磁干扰强度,采用埋入式同轴高压电连接器专利技术对主放电回路进行屏蔽,控制子系统选用PLC为控制核心及屏蔽滤波,软件中输入及输出程序的抗干扰设计等措施,有效地抑制了干扰电磁波在系统内外的传播,解决了大功率TEA CO2激光器系统电磁兼容问题。结果表明:主动降低电磁干扰强度和对电磁干扰源进行屏蔽,提高控制子系统硬件抑噪能力等措施,是抑制电磁干扰,保证激光器控制子系统硬件不受损坏的主要手段。软件抗干扰,是硬件抑制电磁干扰措施的补充和延伸,能使激光器系统具有很高的可靠性。

关键词： TEA CO2激光器电磁兼容同轴高压电连接器电磁干扰

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激光器方舱穿线孔布设位置的EMC预测

东北师大学报（自然科学版） 2016年第1期48卷 97-100页

作者：葛欣宏孟范江宁飞贺庚贤中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

依据激励电路耦合有限元方法,计算了激光器系统的电磁环境,对激光器方舱穿线孔布设位置进行了EMC预测.首先,在分析了大功率TEA CO2激光器的工作原理基础上,提出了激光器方舱穿线孔布设位置的EMC预测问题;其次,建立了激光器的物理模型,... 详细信息

依据激励电路耦合有限元方法,计算了激光器系统的电磁环境,对激光器方舱穿线孔布设位置进行了EMC预测.首先,在分析了大功率TEA CO2激光器的工作原理基础上,提出了激光器方舱穿线孔布设位置的EMC预测问题;其次,建立了激光器的物理模型,采用激励电路耦合有限元方法,计算了激光器近场区的磁场分布;最后,依据有限元计算的结果,结合场线耦合方法,对激光器方舱穿线孔布设位置进行了分析.结果表明:当激光器处于放电工作状态下,激光器方舱底边的中心处磁场辐射最低(0.79A/m),适于布设穿线孔.

关键词：大功率TEA CO2激光器有限元法瞬态磁场电磁兼容

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非链式脉冲氟化氘激光器光谱特性

中国激光 2015年第2期42卷 293-298页

作者：潘其坤谢冀江邵春雷王春锐阮鹏邵明振孟范江李世明郭劲中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室吉林长春130033

为了探索氟化氘fDr）激光器级联效应及工作气体参数对激光光谱的影响，对自引发放电非链式脉冲DF激光器进行了光谱特性测试。采用DF激光谱线分析仪和HgCdTe光电探测器测试了P3（7）→P2（8）→P1（9）光谱脉冲波形，发现P1（9）支谱线... 详细信息

为了探索氟化氘fDr）激光器级联效应及工作气体参数对激光光谱的影响，对自引发放电非链式脉冲DF激光器进行了光谱特性测试。采用DF激光谱线分析仪和HgCdTe光电探测器测试了P3（7）→P2（8）→P1（9）光谱脉冲波形，发现P1（9）支谱线率先实现振荡输出，脉冲前沿延迟80～100ns后P2（8）、P3（7）两条谱线依次输出。在不同工作气体配比及总气压条件下测试了DF激光输出谱线条数及各谱线间相对能量，在3．5—4．2μm光谱范围内测得了22条激光跃迁谱线，且总气压为8．1kPa，工作气体（SF6和D2）气压配比为6：1时，具有量子级联效应的P，（8）→P2（9）P→（10）光谱串能量占总输出能量的25．9％。结果表明，多谱线DF激光器能级间存在量子级联效应，通过优化工作气体参数可有效提升级联谱线输出时增益提取效率。

关键词：激光器非链式氟化氘激光器辐射光谱脉冲波形级联效应

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高功率TEA CO_2激光器控制系统设计

红外与激光工程 2016年第7期45卷 54-59页

作者：于德洋郭立红陈飞孟范江杨贵龙邵明振中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室吉林长春130033

随着高功率TEA CO_2激光器技术的快速发展,及其在工业加工、科学研究、航空航天等领域的广泛应用,对其自身控制系统也提出了更高的性能要求。针对所研制的高功率TEA CO_2激光器,设计了一种基于DSP数字信号处理器技术的控制系统,分别从... 详细信息

随着高功率TEA CO_2激光器技术的快速发展,及其在工业加工、科学研究、航空航天等领域的广泛应用,对其自身控制系统也提出了更高的性能要求。针对所研制的高功率TEA CO_2激光器,设计了一种基于DSP数字信号处理器技术的控制系统,分别从硬件、软件两方面对控制系统的核心单元做了详细的介绍;为了克服激光器在工作过程中产生的强电磁干扰,对控制系统采取了屏蔽箱体结构、电源滤波、安全接地、数字滤波、关键数据存储自恢复、抗复位干扰等设计。经过激光器长时间运行试验,控制系统工作稳定、可靠,控制响应速度快,同时满足了抗强电磁干扰的设计要求,具有很好的实用和推广价值。

关键词： TEA CO2激光器 DSP 控制系统电磁干扰

TEA CO_2激光器系统中液晶显示模块的电磁兼容性研究

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液晶与显示 2010年第6期25卷 798-802页

作者：孟范江邵春雷中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室吉林长春130033

TEACO2激光器工作时会产生强烈的电磁干扰,这种干扰会使其控制系统中的液晶显示屏发生显示数据混乱、甚至无显示等现象。文章对TEACO2激光器系统的电磁干扰和液晶显示模块进行了测试及分析。通过对液晶显示模块进行电磁屏蔽、对液晶显... 详细信息

TEACO2激光器工作时会产生强烈的电磁干扰,这种干扰会使其控制系统中的液晶显示屏发生显示数据混乱、甚至无显示等现象。文章对TEACO2激光器系统的电磁干扰和液晶显示模块进行了测试及分析。通过对液晶显示模块进行电磁屏蔽、对液晶显示模块的显示区域进行双层屏蔽、供电电源隔离滤波、数据线电缆适当缩短等措施,有效地抑制了激光器对液晶显示模块的电磁干扰。实验结果表明:所设计的屏蔽措施在全部电磁干扰频带内效能满足需求,其中在34MHz处磁场屏蔽效能为56.2dB,供电电源已无干扰出现,液晶显示模块能稳定显示数据。结果说明:采取传导和辐射干扰的电磁兼容性加固措施,能够使液晶显示模块在强烈电磁干扰环境中稳定可靠地工作。

关键词： TEA CO2激光器液晶显示模块电磁干扰电磁兼容性加固

大功率TEACO_2激光器开关电机侧磁场测试

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光机电信息 2011年第5期28卷 46-48页

作者：孟范江中国科学院长春光学精密机械与物理研究所激光与物质相互作用国家重点实验室吉林长春130033

大功率TEACO2激光器属于高电压脉冲激励类型的气体激光器,其核心工作过程是一个对电容器组的反复充放电过程,是一个高电压、大电流及高能量的脉冲放电过程,单脉冲放电能量约为100～300J,重复频率100～400Hz,放电电压40～50kV,放电电流5... 详细信息

大功率TEACO2激光器属于高电压脉冲激励类型的气体激光器,其核心工作过程是一个对电容器组的反复充放电过程,是一个高电压、大电流及高能量的脉冲放电过程,单脉冲放电能量约为100～300J,重复频率100～400Hz,放电电压40～50kV,放电电流5～10kA。

关键词： TEACO2激光器大功率磁场测试充放电过程电机开关脉冲放电能量脉冲激励

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CO_2激光器高压脉冲触发系统的设计

中国光学 2012年第4期5卷 416-422页

作者：张兴亮郭立红张传胜孟范江中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院研究生院北京100039

为了稳定可靠地触发CO2激光器旋转火花开关,设计了一套高压脉冲触发系统并且提出了一种新型的绝缘栅双极晶体管(IGBT)驱动与保护方法。根据CO2激光器中旋转火花开关的触发结构,应用复杂可编程逻辑器件(CPLD)芯片EPM3512开发了可以输出10... 详细信息

为了稳定可靠地触发CO2激光器旋转火花开关,设计了一套高压脉冲触发系统并且提出了一种新型的绝缘栅双极晶体管(IGBT)驱动与保护方法。根据CO2激光器中旋转火花开关的触发结构,应用复杂可编程逻辑器件(CPLD)芯片EPM3512开发了可以输出100～500 Hz重频脉冲信号以及单次脉冲信号的触发信号源;应用光耦HCPL-3120设计了具有过流、过压保护功能兼有电磁兼容(EMC)设计的IGBT驱动电路;对高压脉冲变压器进行建模并通过PSPICE软件仿真;搭建了实验平台,进行了联机性能测试。实验结果表明:在500 Hz的重复频率下,高压脉冲触发系统可连续稳定地输出高于38 kV的高压重频脉冲,基本满足CO2激光器的旋转火花开关稳定可靠触发的要求。

关键词： CO2激光器火花开关绝缘栅双极晶体管脉冲变压器