CS270093B1

CS270093B1 - Connection of control and control circuits to measure the temperature of the absorption cell in a new laser

Info

Publication number: CS270093B1
Application number: CS886782A
Authority: CS
Inventors: Bohumir Ing Csc Popela
Original assignee: Bohumir Ing Csc Popela
Priority date: 1988-10-13
Filing date: 1988-10-13
Publication date: 1990-06-13
Also published as: CS678288A1

Abstract

Podstatou zapojení jsou tři můstky (Ml, M2, M3) zapojené na společný zdroj (B) stejnosměrného napětí obsahující čidla, která tvoří čtvrtý odpor (4) vytvořený pla tinovým odporovým teploměrem a jedenáctý odpor (11) vytvořený termistorem. Můstky (Ml, M2, M3) jsou připojeny na vstupy di ferenčních zesilovačů (Al, A2, A3) , při čemž první diferenční zesilovač (Al) pos kytuje na výstupu (1) hodnotu čtvrtého odporu (4), druhý diferenční zesilovač (A2) na výstupu (2) poskytuje odchylku pro sta bilizaci teploty a třetí diferenční zesi lovač (Á3) na výstupu (5) určuje hodnotu jedenáctého odporu (11) vzhledem k sedmému odporu (7). Obě čidla (4 a 11) umožňují řízení a absolutní kontrolu teploty kyvety u plynového laseru frekvenčně stabilizova ného na principu saturované absorpce. Za pojení je určeno zejména pro He-Ne lasery.The essence of the connection is three bridges (Ml, M2, M3) connected to a common source (B) of direct current voltage containing sensors, which form the fourth resistor (4) formed by a platinum resistance thermometer and the eleventh resistor (11) formed by a thermistor. The bridges (Ml, M2, M3) are connected to the inputs of the differential amplifiers (Al, A2, A3), with the first differential amplifier (Al) providing the value of the fourth resistor (4) at the output (1), the second differential amplifier (A2) at the output (2) provides a deviation for temperature stabilization and the third differential amplifier (Á3) at the output (5) determines the value of the eleventh resistor (11) relative to the seventh resistor (7). Both sensors (4 and 11) enable control and absolute control of the temperature of the cuvette in a gas laser frequency stabilized on the principle of saturated absorption. The connection is intended especially for He-Ne lasers.

Description

Vynález ee týká zapojení řídicího a kontrolního obvodu k měření teploty absorpční kyvety plynového laseru. U dosavadních zapojení se používá pro regulaci teploty palce zpravidla jako čidla termistoru a absolutní teplota se kontroluje termočlánkem nebo dalším přesným termistorem. Při kontrole termočlánkem nebo dalším termistorem je nutné tyto prvky cejchovat. U termočlánku přistupují problémy s malou úrovní signálu, které dělají potíže při přenosu údajů z hlavice laseru, kde jsou tato čidla umístěna, do elektroniky, pokud má být elektronika řešena jako kompaktní celek s vestavěnou diagnostikou.The invention relates to the connection of a control circuit to measure the temperature of a gas laser absorption cell. In previous connections, it is usually used as a thermistor sensor to control the temperature of the thumb, and the absolute temperature is controlled by a thermocouple or other precision thermistor. When checking with a thermocouple or another thermistor, it is necessary to calibrate these elements. Thermocouple problems have low signal levels that make it difficult to transfer data from the laser head where these sensors are located to the electronics if the electronics are to be designed as a compact unit with built-in diagnostics.

Tyto dosavadní nevýhody odstraňuje zapojení, jehož podstatou je, že se zdrojem stejnosměrného napětí je spojen první můstek tvořený jednak prvním a třetím odporem, které jsou zapojeny v sérii, přičemž jejich společný uzel je spojen s prvním vstupem prvního diferenčního zesilovače, a jednak druhým a čtvrtým odporem, Které jeou zapojeny v sérii a jejich společný uzel je spojen s druhým vstupem prvního diferenčního zesilovače, zatímco druhý můstek, spojený se zdrojem stejnosměrného napětí, tvoří jednak osmý a devátý odpor, které jsou zapojeny v sérii, přičemž jejich společný uzel je spojen s druhým vstupem druhého diferenčního zesilovače, a jednak desátý a jedenáctý odpor, které jsou zapojeny v sérii, jejich společný uzel je spojen s prvním vstupem diferenčního zesilovače, jehož výstup je spojen s regulačním zesilovačem, přičemž třetí můstek spojený se zdrojem stejnosměrného napětí tvoří jednak větev druhého můstku tvořenou desátým a jedenáctým odporem, jejichž společný uzel je spojen ještě s prvním vstupem třetího diferenčního zesilovače a jednak v sérii spojený šestý a sedmý odpor, jejichž společný uzel je spojený s druhým vstupem třetího diferenčního zesilovače. .These existing disadvantages are eliminated by the connection, the essence of which is connected to the DC voltage source by a first bridge formed by first and third resistors, which are connected in series, their common node is connected to the first input of the first differential amplifier and second and fourth which are connected in series and their common node is connected to the second input of the first differential amplifier, while the second bridge connected to the DC power supply forms both the eighth and ninth resistors which are connected in series, their common node being connected to the second input of the second differential amplifier, and the tenth and eleventh resistors, which are connected in series, their common node is connected to the first input of the differential amplifier, the output of which is connected to the control amplifier, the third bridge connected to the DC voltage source a bridge formed by the tenth and eleventh resistors, whose common node is connected by with the first input of the third differential amplifier and the sixth and seventh resistors connected in series, the common node of which is connected to the second input of the third differential amplifier. .

Hlavní výhodou uvedeného zapojení je, že pro absolutní měření teploty se používá platinového odporového teploměru s nezávislým měřicím obvodem a pro řízení teploty jediného termistoru s nezávislým regulačním okruhem, který poskytuje informace o okamžité hodnotě regulační odchylky a o proudu, který teče do chladicích článků kyvety. Pro měření hodnoty termistoru se používá dalšího okruhu s diferenčním zesilovačem. Je umožněna trvalá kontrola stavu termistoru vzhledem k platinovému odporovému teploměru, který má velmi dobrou dlouhodobou stabilitu, ale delší časovou konstantu. Krátká časová konstanta a vysoká citlivost termistoru zaručuje přesnou regulaci teploty kyvety plynového laseru. Termistor je však Sidlem, jehož dlouhodobá stabilita musí být kontrolována.The main advantage of this circuit is that a platinum resistance thermometer with an independent measuring circuit is used for absolute temperature measurement and a single thermistor with an independent control circuit is used to control the temperature. Another circuit with a differential amplifier is used to measure the value of the thermistor. It is possible to constantly check the condition of the thermistor with respect to the platinum resistance thermometer, which has very good long-term stability, but a longer time constant. The short time constant and high sensitivity of the thermistor guarantee precise temperature control of the gas laser cuvette. However, the thermistor is a Sidle, the long-term stability of which must be checked.

Vynález blíže objasní výkreSjUa kterém je naznačeno skupinové schéma zapojení.The invention will be further elucidated with the drawing of a circuit diagram.

Jak je zřejmé z přiloženého výkresu, jsou všechny tři můstky Ml, M2, M3 první diagonálou spojeny se zdrojem B stejnosměrného napětí. První můstek Ml ee skládá z prvního, druhého, třetího a čtvrtého odporu Rl, R2, R3. R4, zapojených v sérii. Druhá diagonála prvního můstku Ml je spojena se vstupy prvního diferenčního zesilovače AI. Druhý můstek M2 tvoří osmý, devátý, desátý a jedenáctý odpor R8, R9 , RIO, Rll. Druhý můstek M2 je druhou diagonálou spojený se vstupy druhého diferenčního zesilovače A2, jehož výstup je spojen s regulačním zesilovačem A4. Třetí můstek M3 tvoří jednak větev druhého můstku M2 tvořenou desátým a jedenáctým odporem R10, Rll, a jednak šestý a sedmý odpor R6 a R7. Druhá diagonála třetího můstku M3 je spojena s třetím diferenčním zesilovačem A3. Čtvrtý odpor R4 tvoří platinový odporový teploměr a jedenáctý odpor Rll tvoří termistor. Regulační pátý odpor R5, zapojený mezi třetí a čtvrtý odpor R3 a R4 a regulační dvanáctý odpor R12, zapojený mezi devátý a jedenáctý odpor R9 a Rll, slouží k dostavení při kalibraci. Napěíový výstup 1 prvního diferenčního zesilovače AI, napěťový výstup 2 druhého diferenčního zesilovače A2, proudový výstup 3 regulačního zesilovače A4 a napěíový výstup 5 třetího diferenčního zesilovače A3 jsou přivedeny k přepínači diagnostiky v elektronice laseru. Přepínač diagnostiky podleAs can be seen from the accompanying drawing, all three bridges M1, M2, M3 are connected by a first diagonal to a DC voltage source B. The first bridge M1 ee consists of the first, second, third and fourth resistors R1, R2, R3. R4, connected in series. The second diagonal of the first bridge M1 is connected to the inputs of the first differential amplifier AI. The second bridge M2 forms the eighth, ninth, tenth and eleventh resistors R8, R9, R10, R11. The second bridge M2 is connected by a second diagonal to the inputs of the second differential amplifier A2, the output of which is connected to the control amplifier A4. The third bridge M3 forms on the one hand a branch of the second bridge M2 formed by the tenth and eleventh resistors R10, R11, and on the other hand the sixth and seventh resistors R6 and R7. The second diagonal of the third bridge M3 is connected to the third differential amplifier A3. The fourth resistor R4 is a platinum resistance thermometer and the eleventh resistor R11 is a thermistor. The control fifth resistor R5, connected between the third and fourth resistors R3 and R4, and the control twelfth resistor R12, connected between the ninth and eleventh resistors R9 and R11, are used for calibration. The voltage output 1 of the first differential amplifier A1, the voltage output 2 of the second differential amplifier A2, the current output 3 of the control amplifier A4 and the voltage output 5 of the third differential amplifier A3 are fed to a diagnostic switch in the laser electronics. Diagnostic switch according to

CS 270093 Bl volby nebo cyklicky tyto výstupy připojuje k vestavěnému číslicovému voltmetru, který měřené hodnoty zobrazuje.Výstup regulačního zesilovače A4 je spojen s chladicím článkem kyvety.CS 270093 B1 selects or cyclically connects these outputs to a built-in digital voltmeter, which displays the measured values. The output of the control amplifier A4 is connected to the cooling cell of the cuvette.

Hlavní podstatou funkce, kterou umožňuje zapojení, je nezávislá kontrola teploty kyvety plynového laseru, stavu regulace a čidla termistoru. Zapojení se proto opírá o velmi dobrou, dlouhodobou stabilitu čtvrtého odporu R4 vytvořeného platinovým odporovým teploměrem. Použité diferenční zesilovače Al, A2, A3 se vyznačují nízkým driftem a ofsetem. První můstek Ml, který obsahuje čtvrtý odpor R4 - platinový odporový teploměr, je spolu s prvním diferenčním zesilovačem AI hlavním kontrolním řetězcem, který měří absolutní odchylku teploty kyvety v ustáleném stavu a svým napěťovým výstupem 1_prvního diferenčního zesilovače AI umožňuje číslicové zobrazení měřené veličiny. Pátý odpor R? usnadňuje počáteční kalibraci. Druhý můstek M2, který obsahuje jedenáctý odpor Rll vytvořený termistorem je vlastně regulačním, můstkem, kde lze změnou hodnoty devátého odporu R9, případně dvanáctého odporu R12, nastavit absolutní regulovanou teplotu. Napěťový výstup 2 druhého diferenčního zesilovače A2 poskytuje okamžitou regulační odchylku při stabilizaci teploty, proudový výstup regulačního zesilovače A4 okamžitou hodnotu proudu, který teče do chladicího článku výstupem ^.regulačního zesilovače A4. Obě veličiny velmi názorně podávají informaci o náběhu a ustáleném stavu. Třetí můstek M3, který obsahuje jedenáctý odpor Rll vytvořený termistorem a má vlastně jednu větev společnou s druhým můstkem M2, měří okamžitou odchylku hodnoty jedenáctého odporu Rll vytvořeného termistorem vzhledem k hodnotě sedmého odporu R7, který je referenčním prvkem. Odchylka poskytovaná napěťovým výstupem 5 třetího diferenčního zesilovače A3 musí korespondovat s napěťovým výstupem 1 prvního diferenčního zesilovače AI. Tím je zaručena nezávislá kontrola. Spojení všech můstků Ml, M2, M3 s jediným zdrojem B stejnosměrného napětí, který je stabilizován, eliminuje vliv napájení.The main essence of the function enabled by the connection is the independent control of the temperature of the gas laser cuvette, the state of regulation and the thermistor sensor. The connection is therefore based on the very good, long-term stability of the fourth resistor R4 created by the platinum resistance thermometer. The used differential amplifiers A1, A2, A3 are characterized by low drift and offset. The first bridge M1, which contains the fourth resistor R4 - a platinum resistance thermometer, is together with the first differential amplifier A1 the main control chain, which measures the absolute deviation of the cuvette temperature at steady state and with its voltage output 7 of the first differential amplifier A1 allows digital display of the measured quantity. Fifth resistor R? facilitates initial calibration. The second bridge M2, which contains the eleventh resistor R11 formed by the thermistor, is actually a control bridge, where the absolute controlled temperature can be set by changing the value of the ninth resistor R9 or the twelfth resistor R12. The voltage output 2 of the second differential amplifier A2 provides an instantaneous control deviation during temperature stabilization, the current output of the control amplifier A4 provides the instantaneous value of the current flowing to the cooling element through the output of the control amplifier A4. Both quantities give very clear information about the rise and steady state. The third bridge M3, which contains the eleventh resistor R11 formed by the thermistor and actually has one branch in common with the second bridge M2, measures the instantaneous deviation of the value of the eleventh resistor R11 formed by the thermistor with respect to the value of the seventh resistor R7 which is the reference element. The deviation provided by the voltage output 5 of the third differential amplifier A3 must correspond to the voltage output 1 of the first differential amplifier A1. This guarantees independent control. The connection of all bridges M1, M2, M3 with a single DC voltage source B, which is stabilized, eliminates the effect of the power supply.

Zapojení je vhodné zejména pro kompaktní He-Ne lasery, které využívají pro frekvenční stabilizaci saturované absorpce v parách izotopu jódu.The connection is especially suitable for compact He-Ne lasers, which use iodine isotope saturation absorption for frequency stabilization.

Claims

1. Connection of a control and monitoring circuit for measuring the temperature of a gas laser absorption cell, characterized in that a first bridge (M1) formed by a first and a third resistor (R1 and R3) are connected to a DC voltage source (B), which are connected in series , their common node being connected to the first input of the first differential amplifier (AI), while the second bridge (M2), connected to the DC voltage source (B), forms both the eighth and ninth resistors (R8 and R9), which are connected in series , their common node being connected to the second input of the second differential amplifier (A2), and on the one hand the tenth and eleventh resistors (R10 and R11), which are connected in series, their common node being connected to the first input of the second differential amplifier (A2) an output connected to a control amplifier (A4), the third bridge connected to the DC voltage source B) forming on the one hand a branch of the second bridge (M2) formed by the tenth and eleventh resistors (R10 and R11), the common node of which is connected with the first input of the third differential amplifier (A3, on the one hand connected in series sixth and seventh resistors (R6 and R7), whose common node is connected to the second input of the third differential amplifier (A3).

2. The circuit according to item 1, characterized in that the fourth resistor (R4) is a platinum resistance thermometer and the eleventh resistor (R11) is a thermistor.