Mogabs PID Fast Servo Controller
Specyfikacje
- Model: MOGLabs FSC
- Typ: Kontroler serwo
- Przeznaczenie: Stabilizacja częstotliwości lasera i zwężanie szerokości linii
- Główne zastosowanie: sterowanie serwomechanizmami o dużej przepustowości i niskim opóźnieniu
Instrukcje użytkowania produktu
Wstęp
MOGLabs FSC został zaprojektowany w celu zapewnienia sterowania serwomechanizmami o dużej przepustowości i niskim opóźnieniu, w celu stabilizacji częstotliwości lasera i zawężania szerokości linii.
Podstawowa teoria sterowania ze sprzężeniem zwrotnym
Stabilizacja częstotliwości sprzężenia zwrotnego laserów może być skomplikowana. Zaleca się ponowneview podręczniki do teorii sterowania i literatura na temat stabilizacji częstotliwości lasera dla lepszego zrozumienia.
Połączenia i sterowanie
Elementy sterujące na panelu przednim
Elementy sterujące na panelu przednim służą do natychmiastowej regulacji i monitorowania. Są one niezbędne do wprowadzania zmian w czasie rzeczywistym podczas pracy.
Elementy sterujące i złącza na tylnym panelu
Elementy sterujące i złącza na tylnym panelu zapewniają interfejsy dla urządzeń zewnętrznych i peryferyjnych. Prawidłowe ich podłączenie gwarantuje płynne działanie i kompatybilność z systemami zewnętrznymi.
Wewnętrzne przełączniki DIP
Wewnętrzne przełączniki DIP oferują dodatkowe opcje konfiguracji. Zrozumienie i prawidłowe ustawienie tych przełączników jest kluczowe dla dostosowania działania kontrolera.
Często zadawane pytania
firma Santec
Szybki kontroler serwomechanizmu
Wersja 1.0.9, Rev 2 sprzęt
Ograniczenie odpowiedzialności
MOG Laboratories Pty Ltd (MOGLabs) nie ponosi żadnej odpowiedzialności wynikającej z wykorzystania informacji zawartych w tym podręczniku. Niniejszy dokument może zawierać lub odnosić się do informacji i produktów chronionych prawami autorskimi lub patentami i nie przekazuje żadnej licencji na mocy praw patentowych MOGLabs ani praw innych osób. MOGLabs nie będzie ponosić odpowiedzialności za jakiekolwiek wady sprzętu lub oprogramowania, ani za utratę lub nieadekwatność danych jakiegokolwiek rodzaju, ani za jakiekolwiek bezpośrednie, pośrednie, przypadkowe lub wynikowe szkody związane z lub wynikające z działania lub użytkowania któregokolwiek z jej produktów . Powyższe ograniczenie odpowiedzialności ma również zastosowanie do wszelkich usług świadczonych przez MOGLabs.
Prawo autorskie
Prawa autorskie © MOG Laboratories Pty Ltd (MOGLabs) 2017 2025. Żadna część tej publikacji nie może być powielana, przechowywana w systemie wyszukiwania ani przesyłana w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób, elektroniczny, mechaniczny, kserokopiujący lub inny, bez uprzedniej pisemnej pozwolenie MOGLabs.
Kontakt
Aby uzyskać więcej informacji prosimy o kontakt:
MOG Laboratories P/L 49 University St Carlton VIC 3053 AUSTRALIA +61 3 9939 0677 info@moglabs.com www.moglabs.com
Santec LIS Corporation 5823 Ohkusa-Nenjozaka, Komaki Aichi 485-0802 JAPONIA +81 568 79 3535 www.santec.com
Wstęp
MOGLabs FSC zapewnia kluczowe elementy serwomechanizmu o dużej przepustowości i niskim opóźnieniu, przeznaczonego głównie do stabilizacji częstotliwości lasera i zawężania szerokości linii. FSC może być również używany do ampkontrola oświetlenia, np.ampaby stworzyć „pożeracza hałasu”, który stabilizuje moc optyczną lasera, ale w tym podręczniku zakładamy bardziej powszechne zastosowanie stabilizacji częstotliwości.
1.1 Podstawowa teoria sterowania ze sprzężeniem zwrotnym
Stabilizacja częstotliwości sprzężenia zwrotnego laserów może być skomplikowana. Zachęcamy czytelników do ponownego zapoznania się zview podręczników teorii sterowania [1, 2] i literatury na temat stabilizacji częstotliwości lasera [3].
Koncepcja sterowania sprzężeniem zwrotnym jest przedstawiona schematycznie na rysunku 1.1. Częstotliwość lasera jest mierzona za pomocą dyskryminatora częstotliwości, który generuje sygnał błędu proporcjonalny do różnicy między chwilową częstotliwością lasera a częstotliwością zadaną lub zadaną. Do typowych dyskryminatorów należą wnęki optyczne oraz detekcja Pounda-Drevera-Halla (PDH) [4] lub Ha¨nscha-Couillauda [5]; blokowanie offsetu [6]; lub wiele odmian spektroskopii absorpcji atomowej [7].
0
+
Sygnał błędu
Serwo
Sygnał sterujący
Laser
Dyskryminator częstotliwości dV/df
Rysunek 1.1: Uproszczony schemat blokowy pętli sterowania sprzężeniem zwrotnym.
1
2
Rozdział 1. Wprowadzenie
1.1.1 Sygnały błędów
Kluczową wspólną cechą sterowania sprzężeniem zwrotnym jest to, że sygnał błędu używany do sterowania powinien zmieniać znak, gdy częstotliwość lasera zmienia się powyżej lub poniżej wartości zadanej, jak pokazano na rysunku 1.2. Na podstawie sygnału błędu serwomechanizm lub kompensator sprzężenia zwrotnego generuje sygnał sterujący dla przetwornika w laserze, tak aby częstotliwość lasera była sterowana w kierunku żądanej wartości zadanej. Co istotne, ten sygnał sterujący będzie zmieniał znak wraz ze zmianą znaku sygnału błędu, zapewniając, że częstotliwość lasera zawsze będzie przesuwana w kierunku wartości zadanej, a nie od niej.
Błąd
Błąd
f
0
Częstotliwość
f Częstotliwość f
PRZESUNIĘCIE BŁĘDU
Rysunek 1.2: Teoretyczny sygnał błędu dyspersyjnego, proporcjonalny do różnicy między częstotliwością lasera a częstotliwością zadaną. Przesunięcie sygnału błędu przesuwa punkt blokowania (po prawej).
Należy zwrócić uwagę na różnicę między sygnałem błędu a sygnałem sterującym. Sygnał błędu jest miarą różnicy między rzeczywistą a pożądaną częstotliwością lasera, która w zasadzie jest natychmiastowa i bezszumowa. Sygnał sterujący jest generowany z sygnału błędu przez serwomechanizm lub kompensator sprzężenia zwrotnego. Sygnał sterujący napędza siłownik, taki jak przetwornik piezoelektryczny, prąd wtrysku diody laserowej lub modulator akustooptyczny lub elektrooptyczny, tak aby częstotliwość lasera powróciła do wartości zadanej. Siłowniki charakteryzują się skomplikowanymi funkcjami odpowiedzi, ze skończonymi opóźnieniami fazowymi, wzmocnieniem zależnym od częstotliwości i rezonansami. Kompensator powinien optymalizować odpowiedź sterowania, aby zminimalizować błąd.
1.1 Podstawowa teoria sterowania ze sprzężeniem zwrotnym
3
1.1.2 Charakterystyka częstotliwościowa serwomechanizmu sprzężenia zwrotnego
Działanie serwomechanizmów sprzężenia zwrotnego jest zazwyczaj opisywane w kategoriach odpowiedzi częstotliwościowej Fouriera, czyli wzmocnienia sprzężenia zwrotnego w funkcji częstotliwości zakłócenia. Na przykładampPrzykładowo, częstym zaburzeniem jest częstotliwość sieci zasilającej = 50 Hz lub 60 Hz. Zaburzenie to zmienia częstotliwość lasera o pewną wartość, z częstotliwością 50 lub 60 Hz. Wpływ zaburzenia na laser może być niewielki (np. = 0 ± 1 kHz, gdzie 0 to niezakłócona częstotliwość lasera) lub duży ( = 0 ± 1 MHz). Niezależnie od wielkości tego zaburzenia, częstotliwość Fouriera zaburzenia wynosi 50 lub 60 Hz. Aby stłumić to zaburzenie, serwomechanizm sprzężenia zwrotnego powinien mieć wysokie wzmocnienie przy 50 i 60 Hz, aby móc je skompensować.
Wzmocnienie sterownika serwo zwykle ma dolną granicę częstotliwości, zwykle zdefiniowaną przez granicę wzmocnienia i szerokości pasma sterownika.amps używane w sterowniku serwomechanizmu. Wzmocnienie musi również spaść poniżej jedności (0 dB) przy wyższych częstotliwościach, aby uniknąć indukowania oscylacji na wyjściu sterującym, takich jak znany wysoki pisk systemów audio (powszechnie nazywany „sprzężeniem zwrotnym audio”). Oscylacje te występują dla częstotliwości powyżej odwrotności minimalnego opóźnienia propagacji połączonego układu lasera, dyskryminatora częstotliwości, serwomechanizmu i siłownika. Zazwyczaj limit ten jest zdominowany przez czas reakcji siłownika. W przypadku piezoelektryków stosowanych w laserach diodowych z zewnętrzną wnęką rezonansową limit ten wynosi zazwyczaj kilka kHz, a dla odpowiedzi modulacji prądu diody laserowej wynosi około 100 do 300 kHz.
Rysunek 1.3 przedstawia wykres koncepcyjny wzmocnienia w funkcji częstotliwości Fouriera dla FSC. Aby zminimalizować błąd częstotliwości lasera, obszar pod wykresem wzmocnienia powinien być zmaksymalizowany. Serworegulatory PID (proporcjonalno-całkująco-różniczkujące) to powszechne podejście, w którym sygnał sterujący jest sumą trzech składowych pochodzących z jednego sygnału błędu wejściowego. Proporcjonalne sprzężenie zwrotne (P) stara się szybko kompensować zakłócenia, podczas gdy sprzężenie zwrotne całkujące (I) zapewnia wysokie wzmocnienie dla przesunięć i powolnych dryftów, a różnicowe sprzężenie zwrotne (D) dodaje dodatkowe wzmocnienie dla nagłych zmian.
4
Rozdział 1. Wprowadzenie
Zysk (dB)
Wysoka częstotliwość odcięcia Podwójny integrator
60
SZYBKI INT SZYBKI WZROST
SZYBKA RÓŻNICA WZMOCNIENIE RÓŻNICY (limit)
40
20
Integrator
0
SZYBKIE WZMOCNIENIE LF (limit)
Integrator
Proporcjonalny
Różnicujący
Filtr
POWOLNY INT
20101
102
103
104
105
106
107
108
Częstotliwość Fouriera [Hz]
Rysunek 1.3: Koncepcyjny wykres Bodego przedstawiający działanie regulatorów szybkich (czerwony) i wolnych (niebieski). Regulator wolny to pojedynczy lub podwójny układ całkujący z regulowaną częstotliwością graniczną. Regulator szybki to regulator PID z regulowanymi częstotliwościami granicznymi i limitami wzmocnienia dla częstotliwości niskich i wysokich. Opcjonalnie układ różniczkujący można wyłączyć i zastąpić filtrem dolnoprzepustowym.
Połączenia i sterowanie
2.1 Elementy sterujące na panelu przednim
Na przednim panelu FSC znajduje się wiele opcji konfiguracyjnych, które umożliwiają dostrojenie i optymalizację zachowania serwomechanizmu.
Należy pamiętać, że przełączniki i opcje mogą się różnić w zależności od wersji sprzętu. Proszę zapoznać się z instrukcją konkretnego urządzenia, zgodnie z numerem seryjnym.
Szybki kontroler serwa
Prąd zmienny i stały
WEJŚCIE
PD 0
ODNOŚNIK
CHB
+
SZYBKI ZNAK
+
ZNAK ZWOLNIJ
INT
75 100 250
50k 100k 200k
10 mln 5 mln 2.5 mln
50
500
20 tys.
500 tys. ZNIŻKI
1M
25
750 10 tys.
1 mln 200 tys
750 tys.
WYŁĄCZONY
1 tys. ZNIŻKI
2 mln 100 tys
500 tys.
ZEWNĘTRZNY
50 tys.
250 tys.
25 tys.
100 tys.
PRZĘSŁO
WSKAŹNIK
POWOLNY INT
SZYBKA INT
SZYBKA RÓŻNICA/FILTR
12
6
18
0
24
BIAS
PRZESUNIĘCIE CZĘSTOTLIWOŚCI
POWOLNE WZMOCNIENIE
SZYBKI WZROST
Wzmocnienie różnicowe
30 20 10
0
40
50
ZAGNIEŻDŻONY
60
SKANDOWAĆ
MAX LOCK
POWOLNY
LIMIT ZYSKÓW
SKANUJ SKANUJ+P
ZAMEK
SZYBKO
PRZESUNIĘCIE BŁĘDU
STATUS
WOLNY BŁĄD
RAMP
SZYBKI BŁĄD
BIAS
CHB
SZYBKO
CHA
POWOLNY
MON1
WOLNY BŁĄD
RAMP
SZYBKI BŁĄD
BIAS
CHB
SZYBKO
CHA
POWOLNY
MON2
2.1.1 Konfiguracja WEJŚCIE Wybiera tryb sprzężenia sygnału błędu; patrz rysunek 3.2. AC Szybki sygnał błędu jest sprzężony prądem przemiennym, wolny sygnał błędu jest sprzężony prądem stałym. DC Zarówno szybki, jak i wolny sygnał błędu są sprzężone prądem stałym. Sygnały są sprzężone prądem stałym, a przełącznik ERROR OFFSET na panelu przednim służy do sterowania punktem blokowania. CHB Wybiera wejście dla kanału B: fotodetektor, masę lub zmienne napięcie odniesienia od 0 do 2.5 V ustawione za pomocą sąsiedniego potencjometru.
SZYBKI ZNAK Znak szybkiego sprzężenia zwrotnego. WOLNY ZNAK Znak powolnego sprzężenia zwrotnego.
5
6
Połączenia i sterowanie
2.1.2 Ramp kontrola
Wewnętrzny ramp Generator zapewnia funkcję przemiatania do skanowania częstotliwości lasera, zazwyczaj za pomocą siłownika piezoelektrycznego, prądu wtrysku diody lub obu tych metod. Wyjście wyzwalające jest zsynchronizowane z sygnałem ramp znajduje się na tylnym panelu (TRIG, 1M).
INT/EXT Wewnętrzny lub zewnętrzny ramp do skanowania częstotliwości.
RATE Potencjometr do regulacji wewnętrznej szybkości przemiatania.
BIAS Gdy DIP3 jest włączony, wolne wyjście, skalowane tym potencjometrem, jest dodawane do szybkiego wyjścia. To sprzężenie zwrotne polaryzacji jest zazwyczaj wymagane podczas regulacji siłownika piezoelektrycznego ECDL, aby zapobiec przeskokom między trybami. Jednak ta funkcjonalność jest już dostępna w niektórych kontrolerach laserowych (takich jak MOGLabs DLC) i powinna być używana tylko wtedy, gdy nie jest dostępna gdzie indziej.
SPAN Dostosowuje ramp wysokość, a tym samym zakres przemiatania częstotliwości.
PRZESUNIĘCIE CZĘSTOTLIWOŚCI Reguluje przesunięcie DC na wolnym wyjściu, skutecznie zapewniając statyczne przesunięcie częstotliwości lasera.
2.1.3 Zmienne pętli
Zmienne pętli umożliwiają wzmocnienie proporcjonalności, całki i różniczkowaniatagnależy dostosować. Dla integratora i różniczkatoratagwzmocnienie jest podawane w kategoriach częstotliwości wzmocnienia jednostkowego, czasami nazywanej częstotliwością narożną.
SLOW INT Częstotliwość narożna wolnego integratora serwo; można ją wyłączyć lub regulować w zakresie od 25 Hz do 1 kHz.
WOLNE WZMOCNIENIE Powolne wzmocnienie serwomechanizmu jednoobrotowego; od -20 dB do +20 dB.
FAST INT Częstotliwość narożna szybkiego integratora serwo; wyłączona lub regulowana w zakresie od 10 kHz do 2 MHz.
2.1 Elementy sterujące na panelu przednim
7
SZYBKIE WZMOCNIENIE Dziesięcioobrotowe, szybkie wzmocnienie proporcjonalne serwomechanizmu; od -10 dB do +50 dB.
FAST DIFF/FILTER Steruje odpowiedzią serwa o wysokiej częstotliwości. Po ustawieniu na „OFF” odpowiedź serwa pozostaje proporcjonalna. Po obróceniu zgodnie z ruchem wskazówek zegara różniczkator jest włączany z powiązaną częstotliwością narożną. Należy pamiętać, że zmniejszenie częstotliwości narożnej zwiększa działanie różniczkatora. Po ustawieniu na wartość podkreśloną różniczkator jest wyłączany, a zamiast niego do wyjścia serwa stosowany jest filtr dolnoprzepustowy. Powoduje to spadek odpowiedzi powyżej określonej częstotliwości.
DIFF GAIN (WZMOCNIENIE RÓŻNICY) Limit wzmocnienia wysokich częstotliwości dla szybkiego serwomechanizmu; każda zmiana zmienia maksymalne wzmocnienie o 6 dB. Nie ma efektu, dopóki różniczkator nie jest włączony, czyli dopóki FAST DIFF nie jest ustawiony na wartość, która nie jest podkreślona.
2.1.4 Sterowanie blokadą
LIMIT WZMOCNIENIA Limit wzmocnienia niskiej częstotliwości szybkiego serwomechanizmu w dB. MAX oznacza maksymalne dostępne wzmocnienie.
PRZESUNIĘCIE BŁĘDU (ERROR OFFSET) Przesunięcie DC stosowane do sygnałów błędu, gdy tryb INPUT jest ustawiony na . Przydatne do precyzyjnego dostrojenia punktu blokowania lub kompensacji dryftu sygnału błędu. Sąsiedni potencjometr trymujący służy do regulacji przesunięcia błędu wolnego serwomechanizmu względem szybkiego serwomechanizmu i może być regulowany w celu zapewnienia, że szybkie i wolne serwomechanizmy będą się poruszać dokładnie z tą samą częstotliwością.
SLOW Włącza wolny serwomechanizm poprzez zmianę opcji SCAN na LOCK. Po ustawieniu na NESTED, wolna głośność sterowaniatage jest wprowadzane do szybkiego sygnału błędu w celu uzyskania bardzo dużego wzmocnienia przy niskich częstotliwościach w przypadku braku siłownika podłączonego do wolnego wyjścia.
FAST Steruje szybkim serwomechanizmem. Po ustawieniu na SCAN+P, proporcjonalne sprzężenie zwrotne jest podawane na szybkie wyjście podczas skanowania lasera, umożliwiając kalibrację sprzężenia zwrotnego. Zmiana na LOCK zatrzymuje skanowanie i włącza pełną regulację PID.
8
Rozdział 2. Połączenia i sterowanie
STATUS Wielokolorowy wskaźnik pokazujący stan zamka.
Zielony Zasilanie włączone, blokada wyłączona. Pomarańczowy Blokada włączona, ale sygnał błędu poza zasięgiem, co wskazuje na blokadę.
uległ awarii. Niebieska blokada jest włączona, a sygnał błędu mieści się w granicach.
2.1.5 Monitorowanie sygnału
Dwa enkodery obrotowe wybierają, który z określonych sygnałów ma być kierowany do wyjść MONITOR 1 i MONITOR 2 na tylnym panelu. Wyjście TRIG jest wyjściem kompatybilnym z TTL (1M), które przełącza się z niskiego na wysoki w środku przebiegu. Poniższa tabela definiuje sygnały.
CHA CHB SZYBKO BŁĄD WOLNO BŁĄD RAMP SZYBKO WOLNO
Wejście kanału A Wejście kanału B Sygnał błędu używany przez szybkie serwo Sygnał błędu używany przez wolne serwo Ramp jak zastosowano do SLOW OUT Ramp jak zastosowano do FAST OUT, gdy włączony jest DIP3 sygnał sterujący FAST OUT sygnał sterujący SLOW OUT
2.2 Elementy sterujące i połączenia na panelu tylnym
9
2.2 Elementy sterujące i połączenia na panelu tylnym
MONITOR 2 ZABLOKOWANY
MONITORUJ 1
ZAMIATAJ
ZYSKAJ W
B W
IN
Seryjny:
WYMUSKANY
SZYBKO, ZWOLNIJ
MOD W
MOC B
MOC A
Wszystkie złącza są typu SMA, z wyjątkiem zaznaczonych. Wszystkie wejścia są zabezpieczone przed przepięciami.tage chronione do ±15 V.
Zasilanie IEC Urządzenie powinno być ustawione na odpowiednią głośnośćtage dla Twojego kraju. Instrukcje dotyczące zmiany napięcia zasilania znajdują się w załączniku D.tage w razie potrzeby.
A IN, B IN Wejścia sygnału błędu dla kanałów A i B, zazwyczaj fotodetektory. Wysoka impedancja, zakres nominalny ±2 V. Kanał B jest nieużywany, chyba że przełącznik CHB na panelu przednim jest ustawiony w pozycji PD.
ZASILANIE A, B: Niskoszumowe zasilanie prądem stałym do fotodetektorów; ±12 V, 125 mA, dostarczane przez złącze M8 (numer części TE Connectivity 2-2172067-2, Digikey A121939-ND, 3-stykowe męskie). Kompatybilne z fotodetektorami MOGLabs PDA i Thorlabs. Do użytku ze standardowymi kablami M8, np.ample Digikey 277-4264-ND. Upewnij się, że fotodetektory są wyłączone podczas podłączania do zasilaczy, aby zapobiec uszkodzeniu ich wyjść.
ZYSK W OBJĘTOŚCItagSterowane elektronicznie wzmocnienie proporcjonalne szybkiego serwomechanizmu, ±1 V, odpowiadające pełnemu zakresowi pokrętła na panelu przednim. Zastępuje sterowanie FAST GAIN na panelu przednim, gdy DIP1 jest włączony.
ZAMIATAJ WEWNĘTRZNE ramp Wejście pozwala na skanowanie dowolnej częstotliwości od 0 do 2.5 V. Sygnał musi przekraczać 1.25 V, co definiuje środek przemiatania i przybliżony punkt zablokowania.
10
Rozdział 2. Połączenia i sterowanie
3 4
1 +12 V
1
3 -12 V
4 0 V
Rysunek 2.1: Rozmieszczenie pinów złącza M8 dla zasilania A, B.
MOD IN Wejście modulacji szerokopasmowej, dodawane bezpośrednio do szybkiego wyjścia, ±1 V, jeśli DIP4 jest włączone. Należy pamiętać, że jeśli DIP4 jest włączone, MOD IN powinno być podłączone do zasilania lub odpowiednio terminowane.
WYJŚCIE POWOLNE Powolny sygnał sterujący, 0 V do 2.5 V. Zwykle podłączony do sterownika piezoelektrycznego lub innego powolnego siłownika.
FAST OUT Szybkie wyjście sygnału sterującego, ±2 V. Zwykle podłączane do prądu wtrysku diodowego, modulatora akustyczno- lub elektrooptycznego albo innego szybkiego siłownika.
MONITOR 1, 2 Wybrane wyjście sygnału do monitorowania.
TRIG Niskie do wysokiego wyjście TTL w środku przemiatania, 1M .
LOCK IN Sterowanie skanowaniem/blokadą TTL; złącze stereo 3.5 mm, lewy/prawy (piny 2, 3) do wolnego/szybkiego blokowania; niski (masa) jest aktywny (włącza blokadę). Przełącznik skanowania/blokady na panelu przednim musi być w pozycji SCAN, aby funkcja LOCK IN zadziałała. Kabel Digikey CP-2207-ND jest wyposażony w wtyczkę 3.5 mm z końcówkami: czerwoną do wolnego blokowania, cienką czarną do szybkiego blokowania i grubą czarną do masy.
321
1. Ziemia 2. Szybka blokada 3. Powolna blokada
Rysunek 2.2: Rozkład wyprowadzeń złącza stereo 3.5 mm do sterowania skanowaniem/blokadą TTL.
2.3 Wewnętrzne przełączniki DIP
11
2.3 Wewnętrzne przełączniki DIP
Dostępnych jest kilka wewnętrznych przełączników DIP, które udostępniają dodatkowe opcje. Wszystkie są domyślnie ustawione na WYŁ.
OSTRZEŻENIE Istnieje możliwość narażenia na wysokie stężeniatagwewnątrz FSC, szczególnie w okolicach zasilacza.
WYŁĄCZONY
1 Szybki zysk
Pokrętło na panelu przednim
2 Powolne sprzężenie zwrotne Pojedynczy integrator
3 Odchylenie
Ramp tylko spowolnić
4 Zewnętrzny MOD wyłączony
5 Przesunięcie
Normalna
6 Zamiatanie
Pozytywny
7 Szybkozłącze DC
8 Szybkie przesunięcie
0
WŁ. Sygnał zewnętrzny Podwójny integrator Ramp za szybko i wolno Włączone Stałe w punkcie środkowym Ujemne AC -1 V
DIP 1 Jeśli jest włączony, wzmocnienie szybkiego serwomechanizmu jest ustalane przez potencjał przyłożony do złącza GAIN IN na tylnym panelu zamiast do pokrętła FAST GAIN na przednim panelu.
DIP 2 Serwomechanizm wolny to pojedynczy (WYŁ.) lub podwójny (WŁ.) układ całkujący. Powinien być WYŁ., jeśli używany jest tryb pracy serwo-wolnego i szybkiego „zagnieżdżonego”.
DIP 3 Jeśli włączony, generuje prąd polaryzacji proporcjonalny do wolnego wyjścia serwomechanizmu, aby zapobiec przeskokom między trybami. Włączaj tylko wtedy, gdy kontroler lasera nie zapewnia tego. Powinien być wyłączony, gdy FSC jest używany w połączeniu z MOGLabs DLC.
DIP 4 (WŁ.) włącza modulację zewnętrzną poprzez złącze MOD IN na panelu tylnym. Modulacja jest dodawana bezpośrednio do złącza FAST OUT. Gdy złącze jest włączone, ale nie jest używane, wejście MOD IN musi zostać zakończone, aby zapobiec niepożądanemu zachowaniu.
DIP 5 Jeśli włączony, wyłącza pokrętło offsetu na panelu przednim i blokuje offset w punkcie środkowym. Przydatne w trybie zewnętrznego przemiatania, aby uniknąć przypadkowego
12
Rozdział 2. Połączenia i sterowanie
zmiana częstotliwości lasera poprzez przesunięcie pokrętła offsetu.
DIP 6 Zmienia kierunek zamiatania.
DIP 7 Fast AC. Powinien być normalnie włączony, aby szybki sygnał błędu był sprzężony prądem przemiennym z serwomechanizmami sprzężenia zwrotnego, ze stałą czasową 40 ms (25 Hz).
DIP 8 Jeśli jest w pozycji ON, do szybkiego wyjścia dodawane jest przesunięcie -1 V. DIP 8 powinien być wyłączony, gdy FSC jest używany z laserami MOGLabs.
Pętle sterowania sprzężeniem zwrotnym
FSC posiada dwa równoległe kanały sprzężenia zwrotnego, które mogą sterować dwoma siłownikami jednocześnie: siłownikiem „wolnym”, zazwyczaj używanym do zmiany częstotliwości lasera o dużą wartość w długich skalach czasowych, oraz drugim siłownikiem „szybkim”. FSC zapewnia precyzyjną kontrolę każdego z nich.tage pętli serwa, a także przebieg (ramp) generator i wygodne monitorowanie sygnału.
WEJŚCIE
WEJŚCIE
+
AC
PRZESUNIĘCIE BŁĘDU
DC
IN
A
0v
+
B
B W
0v +
VREF
0v
CHB
SZYBKI ZNAK Szybki AC [7] blok DC
ZNAK ZWOLNIJ
MODULACJA I PRZEMIESZCZANIE
WSKAŹNIK
Ramp
W TEKŚCIE
Nachylenie [6] ZAMIATANIE
PRZĘSŁO
0v
+
ZRÓWNOWAŻYĆ
MOD W
0v
Mod [4]
0v
Stałe przesunięcie [5]
0v
WYMUSKANY
0 V 0 V
+
BIAS
0 V 0 V
Błąd [3]
ZABLOKUJ (SZYBKO) ZABLOKUJ (WOLNO) SZYBKO = ZABLOKUJ WOLNO = ZABLOKUJ
Zamiatanie LF
Szybkie wyjście +
SZYBKI SERWO
ZYSKAJ SZYBKI ZYSK
Wzmocnienie zewnętrzne [1] P
+
I
+
0v
ZAGNIEŻDŻONY
SZYBKO = ZABLOKUJ ZABLOKUJ (SZYBKO)
D
0v
WOLNE SERVO
Powolny błąd Wzmocnienie POWOLNE WZMOCNIENIE
POWOLNY INT
#1
Zamiatanie LF
POWOLNY INT
+
#2
0v
Podwójny integrator [2]
ZWOLNIJ
Rysunek 3.1: Schemat MOGLabs FSC. Zielone etykiety odnoszą się do elementów sterujących na panelu przednim i wejść na panelu tylnym, brązowe do wewnętrznych przełączników DIP, a fioletowe do wyjść na panelu tylnym.
13
14
Rozdział 3. Pętle sterowania sprzężeniem zwrotnym
3.1 Wejścia stage
Wejście stagSygnał błędu FSC (rysunek 3.2) generuje sygnał VERR = VA – VB – VOFFSET. Sygnał VA jest pobierany ze złącza SMA „A IN”, a sygnał VB jest ustawiany za pomocą przełącznika CHB, który wybiera między złączem SMA „B IN”, VB = 0 lub VB = VREF, zgodnie z ustawieniem sąsiedniego potencjometru.
Kontroler działa w celu serwomechanizmu, który steruje sygnałem błędu w kierunku zera, co definiuje punkt blokowania. W niektórych zastosowaniach korzystne mogą być niewielkie korekty poziomu DC w celu dostosowania tego punktu blokowania. Można to osiągnąć za pomocą 10-obrotowego pokrętła ERR OFFSET, przesuniętego o maksymalnie ±0 V, pod warunkiem, że selektor INPUT jest ustawiony w trybie „offset” (). Większe offsety można uzyskać za pomocą potencjometru REF.
WEJŚCIE
WEJŚCIE
+ klimatyzacja
PRZESUNIĘCIE BŁĘDU
DC
IN
A
0v
+
B
B W
SZYBKI ZNAK Szybki AC [7] FE SZYBKI BŁĄD
Blok prądu stałego
Szybki błąd
0v +
VREF
0v
CHB
ZNAK ZWOLNIJ
Powolny błąd SE SLOW ERR
Rysunek 3.2: Schemat wejścia FSCtage pokazujący sterowanie sprzężeniem, offsetem i polaryzacją. Sześciokąty to sygnały monitorowane dostępne za pomocą przełączników monitorujących na panelu przednim.
3.2 Powolna pętla serwa
Rysunek 3.3 przedstawia konfigurację sprzężenia zwrotnego wolnego FSC. Zmienne wzmocnienie stagSterowanie odbywa się za pomocą pokrętła SLOW GAIN na panelu przednim. Kontroler działa jako pojedynczy lub podwójny integrator.
3.2 Powolna pętla serwa
15
w zależności od tego, czy DIP2 jest włączony. Stała czasowa wolnego integratora jest kontrolowana za pomocą pokrętła SLOW INT na panelu przednim, które jest oznaczone za pomocą powiązanej częstotliwości granicznej.
WOLNE SERVO
Powolny błąd Wzmocnienie POWOLNE WZMOCNIENIE
Integratorzy
POWOLNY INT
#1
Zamiatanie LF
POWOLNY INT
+
#2
0v
Podwójny integrator [2]
ZWOLNIJ
LF WOLNO
Rysunek 3.3: Schemat serwomechanizmu z wolnym sprzężeniem zwrotnym I/I2. Sześciokąty to sygnały monitorowane dostępne za pomocą przełączników selektora na panelu przednim.
W przypadku pojedynczego integratora wzmocnienie rośnie wraz z niższą częstotliwością Fouriera, z nachyleniem 20 dB na dekadę. Dodanie drugiego integratora zwiększa nachylenie do 40 dB na dekadę, zmniejszając długoterminową różnicę między częstotliwością rzeczywistą a zadaną. Zbytnie zwiększenie wzmocnienia powoduje oscylacje, ponieważ regulator „przereagowuje” na zmiany sygnału błędu. Z tego powodu czasami korzystne jest ograniczenie wzmocnienia pętli sterowania przy niskich częstotliwościach, gdzie duża odpowiedź może powodować przeskok modów lasera.
Wolne serwo zapewnia duży zakres kompensacji długoterminowych dryftów i zakłóceń akustycznych, a szybki siłownik ma mały zakres, ale dużą szerokość pasma, co pozwala na kompensację szybkich zakłóceń. Zastosowanie podwójnego integratora zapewnia dominującą odpowiedź wolnego serwa przy niskich częstotliwościach.
W aplikacjach, które nie zawierają oddzielnego, wolnego siłownika, wolny sygnał sterujący (pojedynczy lub podwójny błąd całkowania) można dodać do szybkiego, ustawiając przełącznik SLOW w pozycji „NESTED”. W tym trybie zaleca się wyłączenie podwójnego całkowania w kanale wolnym za pomocą mikroprzełącznika DIP2, aby zapobiec potrójnemu całkowaniu.
16
Rozdział 3. Pętle sterowania sprzężeniem zwrotnym
3.2.1 Pomiar powolnej reakcji serwa
Wolna pętla serwa została zaprojektowana w celu kompensacji dryftu. Aby zaobserwować reakcję wolnej pętli:
1. Ustaw MONITOR 1 na SLOW ERR i podłącz wyjście do oscyloskopu.
2. Ustaw MONITOR 2 na SLOW i podłącz wyjście do oscyloskopu.
3. Ustaw INPUT na (tryb offsetu) i CHB na 0.
4. Wyreguluj pokrętło ERR OFFSET, aż poziom prądu stałego pokazywany na monitorze SLOW ERR będzie bliski zeru.
5. Reguluj pokrętłem FREQ OFFSET, aż poziom prądu stałego pokazywany na monitorze SLOW będzie bliski zeru.
6. Ustaw napięcie na działkę oscyloskopu na 10 mV na działkę dla obu kanałów.
7. Włącz wolną pętlę serwa, ustawiając tryb SLOW na LOCK.
8. Powoli reguluj pokrętło ERR OFFSET tak, aby poziom prądu stałego pokazywany na monitorze SLOW ERR zmieniał się powyżej i poniżej zera o 10 mV.
9. Wraz ze zmianą znaku sygnału błędu zintegrowanego można zaobserwować powolną zmianę sygnału wyjściowego o 250 mV.
Należy pamiętać, że czas reakcji wolnego serwomechanizmu, aż do jego limitu, zależy od wielu czynników, w tym od wolnego wzmocnienia, stałej czasowej wolnego integratora, całkowania pojedynczego lub podwójnego i rozmiaru sygnału błędu.
3.2 Powolna pętla serwa
17
3.2.2 Niska głośność wyjściowataghuśtawka (tylko dla serii FSC A04… i niższych)
Wyjście pętli sterowania wolnym serwomechanizmem jest skonfigurowane w zakresie od 0 do 2.5 V, aby zapewnić zgodność z modułem DLC MOGLabs. Wejście sterowania piezoelektrycznego SWEEP modułu DLC matagWzmocnienie e wynosi 48, tak aby maksymalne napięcie wejściowe 2.5 V skutkowało napięciem 120 V na elemencie piezoelektrycznym. Po włączeniu wolnej pętli serwomechanizmu, wolne wyjście będzie się wahać tylko o ±25 mV w stosunku do wartości sprzed włączenia. To ograniczenie jest celowe, aby uniknąć przeskoków w trybie lasera. Gdy wolne wyjście FSC jest używane z modułem DLC MOGLabs, wahanie 50 mV na wyjściu wolnego kanału FSC odpowiada wahaniu 2.4 V w wolumenie piezoelektrycznym.tage co odpowiada zmianie częstotliwości lasera o około 0.5 do 1 GHz, co jest porównywalne z zakresem widmowym typowej wnęki odniesienia.
W przypadku stosowania z różnymi sterownikami laserowymi, większa zmiana w zablokowanym, wolnym wyjściu FSC może być włączona poprzez prostą zmianę rezystora. Wzmocnienie na wyjściu pętli sprzężenia zwrotnego jest zdefiniowane przez R82/R87, czyli stosunek rezystorów R82 (500 kΩ) do R87 (100 kΩ). Aby zwiększyć wolne wyjście, należy zwiększyć R82/R87, co najłatwiej osiągnąć poprzez zmniejszenie R87 poprzez równoległe dołączenie kolejnego rezystora (obudowa SMD, rozmiar 0402). Na przykładampNa przykład, dodanie rezystora 30 kΩ równolegle do istniejącego rezystora 100 kΩ dałoby efektywny opór 23 kΩ, co zwiększyłoby powolny zakres napięcia wyjściowego z ±25 mV do ±125 mV. Rysunek 3.4 przedstawia układ płytki PCB FSC wokółamp U16.
R329
U16
C36
C362 R85 R331 C44 R87
C71
C35
R81 R82
Rysunek 3.4: Układ płytki PCB FSC wokół końcowego wolnego wzmocnieniaamp U16, z rezystorami nastawczymi wzmocnienia R82 i R87 (zakreślone); rozmiar 0402.
18
Rozdział 3. Pętle sterowania sprzężeniem zwrotnym
3.3 Szybka pętla serwa
Serwomechanizm szybkiego sprzężenia zwrotnego (rysunek 3.5) to pętla PID, która zapewnia precyzyjną kontrolę każdego z proporcjonalnych (P), całkującego (I) i różniczkującego (D) elementów sprzężenia zwrotnego, a także ogólnego wzmocnienia całego systemu. Szybkie napięcie wyjściowe FSC może wahać się od -2.5 V do 2.5 V, co w połączeniu z zewnętrznym laserem diodowym MOGLabs pozwala na uzyskanie prądu o natężeniu ±2.5 mA.
SZYBKI SERWO
ZYSKAJ W
Zysk zewnętrzny [1]
SZYBKI WZROST
Szybki błąd
Powolna kontrola
0v
+ ZAGNIEŻDŻONE
SZYBKO = ZABLOKUJ ZABLOKUJ (SZYBKO)
Liczba Pi
D
0v
+
Szybka kontrola
Rysunek 3.5: Schemat regulatora serwomechanizmu PID ze sprzężeniem zwrotnym.
Rysunek 3.6 przedstawia schemat koncepcyjny działania szybkich i wolnych pętli serwo. Przy niskich częstotliwościach dominuje szybka pętla integratora (I). Aby zapobiec nadmiernej reakcji szybkiej pętli serwo na zewnętrzne zakłócenia o niskiej częstotliwości (akustyczne), zastosowano limit wzmocnienia dla niskich częstotliwości, kontrolowany pokrętłem GAIN LIMIT.
W zakresie częstotliwości średnich (10 kHz–1 MHz) dominuje sprzężenie zwrotne proporcjonalne (P). Częstotliwość graniczna wzmocnienia jedności, przy której sprzężenie zwrotne proporcjonalne przekracza odpowiedź całkową, jest kontrolowana pokrętłem FAST INT. Całkowite wzmocnienie pętli P jest ustawiane za pomocą potencjometru FAST GAIN lub za pomocą zewnętrznego sygnału sterującego, podawanego przez złącze GAIN IN na tylnym panelu.
3.3 Szybka pętla serwa
19
60
Zysk (dB)
Wysoka częstotliwość odcięcia Podwójny integrator
SZYBKI INT SZYBKI WZROST
SZYBKA RÓŻNICA WZMOCNIENIE RÓŻNICY (limit)
40
20
Integrator
0
SZYBKIE WZMOCNIENIE LF (limit)
Integrator
Proporcjonalny
Różnicujący
Filtr
POWOLNY INT
20101
102
103
104
105
106
107
108
Częstotliwość Fouriera [Hz]
Rysunek 3.6: Koncepcyjny wykres Bodego przedstawiający działanie regulatorów szybkich (czerwony) i wolnych (niebieski). Regulator wolny to pojedynczy lub podwójny układ całkujący z regulowaną częstotliwością narożną. Regulator szybki to kompensator PID z regulowanymi częstotliwościami narożnymi i limitami wzmocnienia dla niskich i wysokich częstotliwości. Opcjonalnie układ różniczkujący można wyłączyć i zastąpić filtrem dolnoprzepustowym.
Wysokie częstotliwości (1 MHz) zazwyczaj wymagają dominacji pętli różniczkującej w celu lepszego blokowania. Układ różniczkujący zapewnia kompensację wyprzedzenia fazowego dla skończonego czasu reakcji systemu i ma wzmocnienie rosnące o 20 dB na dekadę. Częstotliwość graniczna pętli różniczkującej może być regulowana za pomocą pokrętła FAST DIFF/FILTER, co pozwala kontrolować częstotliwość, przy której dominuje sprzężenie zwrotne różnicowe. Jeśli pokrętło FAST DIFF/FILTER jest wyłączone (OFF), pętla różniczkująca jest wyłączona, a sprzężenie zwrotne pozostaje proporcjonalne dla wyższych częstotliwości. Aby zapobiec oscylacjom i ograniczyć wpływ szumów wysokoczęstotliwościowych podczas działania pętli sprzężenia zwrotnego różnicowego, zastosowano regulowany limit wzmocnienia, DIFF GAIN, który ogranicza działanie układu różniczkującego przy wysokich częstotliwościach.
Różnicownik często nie jest wymagany, a kompensator może zamiast tego korzystać z filtrowania dolnoprzepustowego szybkiej odpowiedzi serwa, aby dodatkowo zmniejszyć wpływ szumu. Obróć pokrętło FAST DIFF/FILTER
20
Rozdział 3. Pętle sterowania sprzężeniem zwrotnym
Obróć pokrętło w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara z pozycji OFF, aby ustawić częstotliwość wygaszania dla trybu filtrowania.
Szybki serwomechanizm ma trzy tryby pracy: SCAN, SCAN+P i LOCK. W trybie SCAN sprzężenie zwrotne jest wyłączone, a do szybkiego wyjścia przykładane jest jedynie napięcie wstępne. W trybie SCAN+P stosowane jest proporcjonalne sprzężenie zwrotne, które pozwala na określenie znaku i wzmocnienia szybkiego serwa podczas skanowania częstotliwości lasera, upraszczając procedurę blokowania i strojenia (patrz § 4.2). W trybie LOCK skanowanie jest zatrzymywane, a pełne sprzężenie zwrotne PID jest włączane.
3.3.1 Pomiar szybkiej reakcji serwa
Poniższe dwie sekcje opisują pomiar proporcjonalnego i różnicowego sprzężenia zwrotnego zmian sygnału błędu. Użyj generatora funkcji do symulacji sygnału błędu i oscyloskopu do pomiaru odpowiedzi.
1. Podłącz MONITOR 1, 2 do oscyloskopu i ustaw selektory na FAST ERR i FAST.
2. Ustaw INPUT na (tryb offsetu) i CHB na 0.
3. Podłącz generator funkcji do wejścia CHA.
4. Skonfiguruj generator funkcji tak, aby generował falę sinusoidalną o częstotliwości 100 Hz i natężeniu 20 mV między szczytami.
5. Wyreguluj pokrętło ERR OFFSET tak, aby sinusoidalny sygnał błędu widoczny na monitorze FAST ERR był wyśrodkowany wokół zera.
3.3.2 Pomiar odpowiedzi proporcjonalnej · Zmniejsz zakres do zera, obracając pokrętło SPAN całkowicie w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara.
· Ustaw FAST na SCAN+P, aby włączyć proporcjonalną pętlę sprzężenia zwrotnego.
3.3 Szybka pętla serwa
21
· Na oscyloskopie sygnał wyjściowy FAST sygnału FSC powinien pokazywać falę sinusoidalną o częstotliwości 100 Hz.
· Wyreguluj pokrętło FAST GAIN, aby zmieniać proporcjonalne wzmocnienie szybkiego serwa, aż do uzyskania takiego samego sygnału wyjściowego amplititude jako dane wejściowe.
· Aby zmierzyć odpowiedź częstotliwościową sprzężenia zwrotnego proporcjonalnego, należy dostosować częstotliwość generatora funkcji i monitorować ampwysokość odpowiedzi wyjściowej FAST. Na przykładampzwiększ częstotliwość, aż amplititude dzielimy na pół, aby znaleźć częstotliwość wzmocnienia -3 dB.
3.3.3 Pomiar odpowiedzi różnicowej
1. Ustaw FAST INT na OFF, aby wyłączyć pętlę integratora.
2. Ustaw FAST GAIN na jedność, postępując zgodnie z krokami opisanymi w sekcji powyżej.
3. Ustaw wzmocnienie DIFF na 0 dB.
4. Ustaw FAST DIFF/FILTER na 100 kHz.
5. Przesuń częstotliwość generatora funkcji od 100 kHz do 3 MHz i monitoruj wyjście FAST.
6. Podczas pomiaru częstotliwości sygnału błędu powinieneś zauważyć wzmocnienie równe jedności dla wszystkich częstotliwości.
7. Ustaw wzmocnienie DIFF na 24 dB.
8. Teraz, gdy przeszukujesz częstotliwość sygnału błędu, powinieneś zauważyć wzrost nachylenia o 20 dB na dekadę po 100 kHz, który zacznie spadać przy 1 MHz, pokazując opamp ograniczenia przepustowości.
Wzmocnienie szybkiego sygnału wyjściowego można zmienić, zmieniając wartości rezystorów, ale układ jest bardziej skomplikowany niż w przypadku wolnego sprzężenia zwrotnego (§3.2.2). W razie potrzeby skontaktuj się z MOGLabs, aby uzyskać więcej informacji.
22
Rozdział 3. Pętle sterowania sprzężeniem zwrotnym
3.4 Modulacja i skanowanie
Skanowanie laserowe jest sterowane przez wewnętrzny generator przemiatania lub zewnętrzny sygnał przemiatania. Przemiatanie wewnętrzne ma kształt piły o zmiennym okresie, ustawianym za pomocą wewnętrznego czteropozycyjnego przełącznika zakresu (zał. C) oraz jednoobrotowego potencjometru RATE na panelu przednim.
Szybkie i wolne pętle serwo można indywidualnie aktywować za pomocą sygnałów TTL do przełączników na panelu przednim i tylnym. Ustawienie którejkolwiek pętli w pozycji LOCK zatrzymuje ruch i aktywuje stabilizację.
MODULACJA I PRZEMIESZCZANIE
W TEKŚCIE
WYMUSKANY
WSKAŹNIK
Ramp
Nachylenie [6] ZAMIATANIE
PRZĘSŁO
0v
+
ZRÓWNOWAŻYĆ
0v
0v
Stałe przesunięcie [5]
Szybka kontrola MOD IN
Mod [4]
0v
0 V 0 V
+
BIAS
0 V 0 V
Błąd [3]
ZABLOKUJ (SZYBKO)
ZABLOKUJ (POWOLI)
SZYBKO = ZABLOKUJ WOLNO = ZABLOKUJ
RAMP RA
Zamiatanie LF
BS-y stronnicze
Szybkie wyjście +
HF SZYBKI
Rysunek 3.7: Przemiatanie, modulacja zewnętrzna i polaryzacja prądu sprzężenia zwrotnego.
ramp można również dodać do szybkiego wyjścia poprzez włączenie DIP3 i regulację potencjometru BIAS, ale wiele sterowników laserowych (takich jak MOGLabs DLC) generuje konieczny prąd polaryzacji na podstawie wolnego sygnału serwa, w takim przypadku nie jest konieczne generowanie go również w FSC.
4. Aplikacja example: blokada Pound-Drever Hall
Typowym zastosowaniem FSC jest synchronizacja częstotliwości lasera z wnęką optyczną za pomocą techniki PDH (rys. 4.1). Wnęka działa jak dyskryminator częstotliwości, a FSC utrzymuje laser w rezonansie z wnęką, sterując odpowiednio piezoelektrycznym laserem i prądem płynącym przez jego wyjścia SLOW i FAST, zmniejszając szerokość linii lasera. Dostępna jest osobna nota aplikacyjna (AN002), która zawiera szczegółowe praktyczne wskazówki dotyczące implementacji aparatu PDH.
Oscyloskop
WYMUSKANY
CH1
CH2
Laser
Aktualny mod Piezo SMA
EOM
PBS
PD
Kontroler DLC
PZT MOD
AC
Dolny filtr powietrza (LPF)
MONITOR 2 MONITOR 1 ZABLOKOWANY
ZAMIATAJ WZROST W
B W
IN
Seryjny:
WYMUSKANY
SZYBKO WYJŚCIE ZWOLNIJ MOD WEJŚCIE
MOC B MOC A
Rysunek 4.1: Uproszczony schemat blokowania wnęki PDH za pomocą FSC. Modulator elektrooptyczny (EOM) generuje pasma boczne, które oddziałują z wnęką, generując odbicia mierzone przez fotodetektor (PD). Demodulacja sygnału fotodetektora generuje sygnał błędu PDH.
Do generowania sygnałów błędów można zastosować szereg innych metod, które nie będą tutaj omawiane. W dalszej części rozdziału opisano, jak uzyskać blokadę po wygenerowaniu sygnału błędu.
23
24
Rozdział 4. Zastosowanie example: blokada Pound-Drever Hall
4.1 Konfiguracja lasera i kontrolera
FSC jest kompatybilny z różnymi laserami i kontrolerami, pod warunkiem ich prawidłowej konfiguracji do żądanego trybu pracy. Podczas sterowania ECDL (takimi jak lasery MOGLabs CEL lub LDL) wymagania dotyczące lasera i kontrolera są następujące:
· Modulacja o dużej przepustowości bezpośrednio do głowicy lasera lub modulatora fazy wewnątrzjamowej.
· Wysoka objętośćtagsterowanie piezoelektryczne za pomocą zewnętrznego sygnału sterującego.
· Generowanie prądu polaryzacji („polaryzacji”) w sprzężeniu zwrotnym dla laserów wymagających polaryzacji 1 mA w całym zakresie skanowania. Układ FSC może generować prąd polaryzacji wewnętrznie, ale zasięg może być ograniczony przez elektronikę płyty głównej lub nasycenie modulatora fazy, dlatego konieczne może być wykorzystanie polaryzacji zapewnianej przez sterownik lasera.
Kontrolery laserowe i zagłówki MOGLabs można łatwo skonfigurować tak, aby uzyskać wymagane zachowanie, jak wyjaśniono poniżej.
4.1.1 Konfiguracja zagłówka
Lasery MOGLabs zawierają wewnętrzną płytę główną, która łączy komponenty z kontrolerem. Do współpracy z FSC wymagana jest płyta główna z szybką modulacją prądu poprzez złącze SMA. Płyta główna powinna być podłączona bezpośrednio do wyjścia FSC FAST OUT.
Zdecydowanie zaleca się użycie głowicy B1240 ze względu na maksymalną szerokość pasma modulacji, chociaż B1040 i B1047 to dopuszczalne zamienniki dla laserów niekompatybilnych z B1240. Głowica posiada szereg przełączników zworek, które należy skonfigurować do wejścia sprzężonego i buforowanego prądem stałym (BUF), jeśli jest to możliwe.
4.2 Osiągnięcie blokady początkowej
25
4.1.2 Konfiguracja DLC
Chociaż FSC można skonfigurować do przemiatania wewnętrznego lub zewnętrznego, znacznie prościej jest użyć trybu przemiatania wewnętrznego i ustawić DLC jako urządzenie podrzędne w następujący sposób:
1. Połącz SLOW OUT ze SWEEP / PZT MOD w DLC.
2. Włącz DIP9 (zewnętrzny sweep) na DLC. Upewnij się, że DIP13 i DIP14 są wyłączone.
3. Wyłącz DIP3 (generowanie polaryzacji) w FSC. DLC automatycznie generuje prąd polaryzacji w przód z wejścia przemiatającego, więc nie ma potrzeby generowania polaryzacji w FSC.
4. Ustaw SPAN na DLC na maksimum (do końca zgodnie z ruchem wskazówek zegara).
5. Ustaw CZĘSTOTLIWOŚĆ na DLC na zero, używając wyświetlacza LCD do wyświetlenia częstotliwości.
6. Upewnij się, że SWEEP w FSC jest ustawiony na INT.
7. Ustaw FREQ OFFSET na średni zakres, a SPAN na maksymalny w FSC i obserwuj skanowanie laserowe.
8. Jeśli skanowanie jest w niewłaściwym kierunku, odwróć DIP4 FSC lub DIP11 DLC.
Ważne jest, aby nie regulować pokrętła SPAN w DLC po ustawieniu go w powyższy sposób, ponieważ wpłynie to na pętlę sprzężenia zwrotnego i może uniemożliwić zablokowanie FSC. Do regulacji przesuwu należy używać regulatorów FSC.
4.2 Osiągnięcie blokady początkowej
Za pomocą regulatorów SPAN i OFFSET w FSC można dostroić laser do przemiatania w pożądanym punkcie blokady (np. rezonansie wnęki) i powiększyć skan wokół rezonansu.
26
Rozdział 4. Zastosowanie example: blokada Pound-Drever Hall
Kroki te ilustrują proces niezbędny do uzyskania stabilnej blokady. Podane wartości mają charakter orientacyjny i będą wymagały dostosowania do konkretnych zastosowań. Dalsze wskazówki dotyczące optymalizacji blokady znajdują się w §4.3.
4.2.1 Blokowanie z szybką informacją zwrotną
1. Podłącz sygnał błędu do wejścia A IN na tylnym panelu.
2. Upewnij się, że sygnał błędu jest rzędu 10 mVpp.
3. Ustaw INPUT na (tryb offsetu) i CHB na 0.
4. Ustaw MONITOR 1 na FAST ERR i obserwuj na oscyloskopie. Reguluj pokrętłem ERR OFFSET, aż wyświetlany poziom DC będzie równy zero. Jeśli nie ma potrzeby używania pokrętła ERROR OFFSET do regulacji poziomu DC sygnału błędu, przełącznik INPUT można ustawić na DC, a pokrętło ERROR OFFSET nie będzie miało żadnego efektu, zapobiegając przypadkowej regulacji.
5. Zmniejsz FAST GAIN do zera.
6. Ustaw FAST na SCAN+P, ustaw SLOW na SCAN i zlokalizuj rezonans za pomocą elementów sterujących przemiataniem.
7. Zwiększaj wzmocnienie FAST GAIN, aż sygnał błędu zacznie się „rozciągać”, jak pokazano na rysunku 4.2. Jeśli to nie nastąpi, odwróć przełącznik FAST SIGN i spróbuj ponownie.
8. Ustaw FAST DIFF na OFF i GAIN LIMIT na 40. Zmniejsz FAST INT do 100 kHz.
9. Ustaw tryb FAST na LOCK, a kontroler zablokuje się po przejściu przez zero sygnału błędu. Może być konieczne wprowadzenie drobnych korekt w FREQ OFFSET, aby zablokować laser.
10. Zoptymalizuj blokadę, regulując FAST GAIN i FAST INT, obserwując jednocześnie sygnał błędu. Po wyregulowaniu integratora może być konieczne ponowne zablokowanie serwomechanizmu.
4.2 Osiągnięcie blokady początkowej
27
Rysunek 4.2: Skanowanie lasera ze sprzężeniem zwrotnym P-only na szybkim wyjściu, podczas skanowania wolnego wyjścia, powoduje wydłużenie sygnału błędu (pomarańczowy), gdy znak i wzmocnienie są poprawne (po prawej). W zastosowaniu PDH, transmisja wnęki (niebieska) również ulegnie wydłużeniu.
11. Niektóre aplikacje mogą zyskać na zwiększeniu parametru FAST DIFF w celu poprawy reakcji pętli, ale zazwyczaj nie jest to konieczne do uzyskania początkowej blokady.
4.2.2 Blokowanie z powolnym sprzężeniem zwrotnym
Po uzyskaniu synchronizmu za pomocą szybkiego sprzężenia zwrotnego proporcjonalnego i integratora należy włączyć wolne sprzężenie zwrotne, aby uwzględnić powolne dryfty i wrażliwość na zakłócenia akustyczne o niskiej częstotliwości.
1. Ustaw SLOW GAIN na średni zakres, a SLOW INT na 100 Hz.
2. Ustaw tryb FAST na SCAN+P, aby odblokować laser, a następnie wyreguluj SPAN i OFFSET, aby zobaczyć przejście przez zero.
3. Ustaw MONITOR 2 na SLOW ERR i obserwuj na oscyloskopie. Wyreguluj potencjometr trymujący obok ERR OFFSET, aby zredukować sygnał błędu wolnego do zera. Regulacja tego potencjometru trymującego wpłynie tylko na poziom DC sygnału błędu wolnego, a nie na sygnał błędu szybkiego.
4. Ponownie zablokuj laser, ustawiając tryb SZYBKI na LOCK i dokonaj wszelkich niezbędnych drobnych regulacji FREQ OFFSET, aby zablokować laser.
28
Rozdział 4. Zastosowanie example: blokada Pound-Drever Hall
5. Ustaw tryb SLOW na LOCK i obserwuj sygnał błędu wolnego serwomechanizmu. Jeśli serwo powolne się zablokuje, poziom DC błędu wolnego serwomechanizmu może się zmienić. W takim przypadku zanotuj nową wartość sygnału błędu, ustaw tryb SLOW z powrotem na SCAN i użyj potencjometru dostrojczego offsetu błędu, aby zbliżyć sygnał błędu odblokowanego wolnego serwomechanizmu do wartości zablokowanej i spróbuj ponownie zablokować blokadę wolnego serwomechanizmu.
6. Powtórz poprzedni krok powolnego blokowania lasera, obserwując zmianę prądu stałego w wolnym błędzie i dostosowując potencjometr dostrojczy przesunięcia błędu, aż włączenie powolnej blokady nie będzie powodowało mierzalnej zmiany wartości sygnału błędu blokowania wolnego w porównaniu z szybkim.
Potencjometr korekcji przesunięcia błędu koryguje niewielkie (mV) różnice między przesunięciami sygnału błędu szybkiego i wolnego. Regulacja potencjometru zapewnia, że zarówno układ kompensacji błędu szybkiego, jak i wolnego blokują laser na tej samej częstotliwości.
7. Jeśli serwo odblokowuje się natychmiast po włączeniu blokady powolnej, spróbuj odwrócić ZNAK POWOLNEGO DZIAŁANIA.
8. Jeśli wolne serwo nadal odblokowuje się natychmiast, zmniejsz wzmocnienie wolnego serwa i spróbuj ponownie.
9. Po uzyskaniu stabilnego, wolnego blokowania przy prawidłowo ustawionym potencjometrze ERR OFFSET należy wyregulować parametry SLOW GAIN i SLOW INT w celu zwiększenia stabilności blokowania.
4.3 Optymalizacja
Zadaniem serwomechanizmu jest zablokowanie lasera w punkcie przejścia przez zero sygnału błędu, który w idealnym przypadku powinien wynosić zero po zablokowaniu. Szum w sygnale błędu jest zatem miarą jakości zablokowania. Analiza widma sygnału błędu jest potężnym narzędziem do zrozumienia i optymalizacji sprzężenia zwrotnego. Można użyć analizatorów widma RF, ale są one stosunkowo drogie i mają ograniczony zakres dynamiki. Dobra karta dźwiękowa (24-bitowa 192 kHz, np. Lynx L22)
4.3 Optymalizacja
29
umożliwia analizę szumów do częstotliwości Fouriera 96 kHz z zakresem dynamiki 140 dB.
W idealnym przypadku analizator widma powinien być używany z niezależnym dyskryminatorem częstotliwości, który jest niewrażliwy na wahania mocy lasera [11]. Dobre rezultaty można osiągnąć, monitorując sygnał błędu w pętli, ale preferowany jest pomiar poza pętlą, na przykład pomiar transmisji wnęki w zastosowaniu PDH. Aby przeanalizować sygnał błędu, należy podłączyć analizator widma do jednego z wyjść MONITOR ustawionych na FAST ERR.
Blokowanie o dużej przepustowości zazwyczaj polega na uzyskaniu stabilnej blokady za pomocą tylko szybkiego serwomechanizmu, a następnie wykorzystaniu wolnego serwomechanizmu w celu poprawy długoterminowej stabilności blokady. Wolne serwomechanizmy są niezbędne do kompensacji dryftu termicznego i zaburzeń akustycznych, które w przypadku kompensacji samym prądem skutkowałyby przeskokiem modów. Natomiast proste techniki blokowania, takie jak nasycona spektroskopia absorpcyjna, zazwyczaj osiąga się poprzez uzyskanie stabilnej blokady za pomocą wolnego serwomechanizmu, a następnie wykorzystanie szybkiego serwomechanizmu do kompensacji wyłącznie fluktuacji o wyższej częstotliwości. Przy interpretacji widma sygnału błędu przydatne może być zapoznanie się z wykresem Bodego (rysunek 4.3).
Podczas optymalizacji FSC zaleca się najpierw zoptymalizować szybkie serwomechanizmy poprzez analizę sygnału błędu (lub transmisji przez wnękę), a następnie wolne serwomechanizmy, aby zmniejszyć wrażliwość na zakłócenia zewnętrzne. W szczególności tryb SCAN+P zapewnia wygodny sposób na uzyskanie w miarę poprawnego znaku sprzężenia zwrotnego i wzmocnienia.
Należy pamiętać, że osiągnięcie najbardziej stabilnej blokady częstotliwości wymaga starannej optymalizacji wielu aspektów urządzenia, a nie tylko parametrów FSC. Na przykładample, resztkowy ampModulacja częstotliwościowa (RAM) w urządzeniu PDH powoduje dryft sygnału błędu, którego serwomechanizm nie jest w stanie skompensować. Podobnie, niski stosunek sygnału do szumu (SNR) będzie wprowadzał szum bezpośrednio do lasera.
W szczególności wysoki współczynnik wzmocnienia integratorów oznacza, że blokada może być wrażliwa na pętle uziemienia w torze przetwarzania sygnału, a
30
Rozdział 4. Zastosowanie example: blokada Pound-Drever Hall
Należy dołożyć wszelkich starań, aby wyeliminować lub ograniczyć te zakłócenia. Uziemienie FSC powinno znajdować się jak najbliżej sterownika lasera i wszelkich elementów elektronicznych generujących sygnał błędu.
Jedną z procedur optymalizacji szybkiego serwomechanizmu jest ustawienie FAST DIFF na OFF (wyłączone) i wyregulowanie parametrów FAST GAIN, FAST INT i GAIN LIMIT (limit wzmocnienia), aby maksymalnie zredukować poziom szumu. Następnie należy zoptymalizować FAST DIFF i DIFF GAIN, aby zredukować składowe szumu o wysokiej częstotliwości, obserwowane na analizatorze widma. Należy pamiętać, że zmiany w parametrach FAST GAIN i FAST INT mogą być konieczne w celu optymalizacji blokady po wprowadzeniu mechanizmu różniczkującego.
W niektórych zastosowaniach sygnał błędu ma ograniczoną szerokość pasma i zawiera nieskorelowany szum tylko w wysokich częstotliwościach. W takich sytuacjach pożądane jest ograniczenie działania serwomechanizmu w wysokich częstotliwościach, aby zapobiec sprzężeniu tego szumu z sygnałem sterującym. Dostępna jest opcja filtru, która redukuje szybką reakcję serwomechanizmu powyżej określonej częstotliwości. Opcja ta wyklucza się wzajemnie z działaniem układu różniczkującego i należy ją wypróbować, jeśli włączenie układu różniczkującego powoduje wzrost częstotliwości.
60
Zysk (dB)
Wysoka częstotliwość odcięcia Podwójny integrator
SZYBKI INT SZYBKI WZROST
SZYBKA RÓŻNICA WZMOCNIENIE RÓŻNICY (limit)
40
20
Integrator
0
SZYBKIE WZMOCNIENIE LF (limit)
Integrator
Proporcjonalny
Różnicujący
Filtr
POWOLNY INT
20101
102
103
104
105
106
107
108
Częstotliwość Fouriera [Hz]
Rysunek 4.3: Koncepcyjny wykres Bodego przedstawiający działanie szybkich (czerwony) i wolnych (niebieski) kontrolerów. Częstotliwości graniczne i limity wzmocnienia są regulowane za pomocą pokręteł na panelu przednim, zgodnie z oznaczeniami.
4.3 Optymalizacja
31
zmierzony hałas.
Wolne serwo można następnie zoptymalizować, aby zminimalizować nadmierną reakcję na zakłócenia zewnętrzne. Bez pętli wolnego serwa, wysokie ograniczenie wzmocnienia oznacza, że szybkie serwo będzie reagować na zakłócenia zewnętrzne (np. sprzężenie akustyczne), a wynikająca z tego zmiana prądu może indukować przeskoki modów w laserze. Dlatego preferowane jest, aby te (niskoczęstotliwościowe) fluktuacje były kompensowane w elemencie piezoelektrycznym.
Regulacja parametrów SLOW GAIN i SLOW INT niekoniecznie spowoduje poprawę widma sygnału błędu, ale po optymalizacji zmniejszy wrażliwość na zakłócenia akustyczne i wydłuży żywotność zamka.
Podobnie, aktywacja podwójnego integratora (DIP2) może poprawić stabilność, zapewniając, że ogólne wzmocnienie wolnego serwomechanizmu jest wyższe niż szybkiego serwomechanizmu przy tych niższych częstotliwościach. Może to jednak spowodować nadmierną reakcję wolnego serwomechanizmu na zaburzenia o niskiej częstotliwości, a podwójny integrator jest zalecany tylko wtedy, gdy długotrwałe dryfty prądu destabilizują blokadę.
32
Rozdział 4. Zastosowanie example: blokada Pound-Drever Hall
A. Dane techniczne
Parametr
Specyfikacja
Szerokość pasma wzmocnienia czasowego (-3 dB) Opóźnienie propagacji Szerokość pasma modulacji zewnętrznej (-3 dB)
> 35 MHz < 40 ns
> 35MHz
Wejście A IN, B IN WEJŚCIE PRZEMIESZCZANIA WZMOCNIENIE WEJŚCIE MOD IN ZABLOKOWANE
SMA, 1 M, ±2 V SMA, 5 M, 1 do +0 V SMA, 2 M, ±5 V SMA, 1 M, ±2 V Złącze audio żeńskie 5 mm, TTL
Wejścia analogowe są przesterowanetage zabezpieczone do ±10 V. Wejścia TTL przyjmują < 1 V jako niskie napięcie, > 0 V jako wysokie. Wejścia LOCK IN mają wartości od -2 V do 0 V, są aktywne w stanie niskim i pobierają ±0 µA.
33
34
Załącznik A. Specyfikacje
Parametr
Wyjście ZWOLNIJ WYJŚCIE SZYBKIE WYJŚCIE MONITOR 1, 2 MOC WYZWALACZA A, B
Specyfikacja
SMA, 50, 0 do +2 V, szerokość pasma 5 kHz SMA, 20, ±50 V, szerokość pasma > 2 MHz SMA, 5, szerokość pasma > 20 MHz SMA, 50M, 20 do +1 V Złącze żeńskie M0, ±5 V, 8 mA
Wszystkie wyjścia są ograniczone do ±5 V. 50 wyjść maks. 50 mA (125 mW, +21 dBm).
Moc mechaniczna
Wejście IEC
110 do 130 V przy 60 Hz lub 220 do 260 V przy 50 Hz
Bezpiecznik
5x20mm ceramiczny przeciwprzepięciowy 230 V/0.25 A lub 115 V/0.63 A
Wymiary
Szer. × Wys. × Gł. = 250 × 79 × 292 mm
Waga
2 kilogramów
Zużycie energii
< 10 W
Rozwiązywanie problemów
B.1 Częstotliwość lasera nie jest skanowana
W przypadku modułu MOGLabs DLC z zewnętrznym sygnałem sterującym piezoelektrycznym wymagane jest, aby sygnał zewnętrzny przekraczał napięcie 1.25 V. Jeśli masz pewność, że zewnętrzny sygnał sterujący przekracza napięcie 1.25 V, sprawdź następujące kwestie:
· Zakres DLC jest całkowicie zgodny z ruchem wskazówek zegara. · CZĘSTOTLIWOŚĆ na DLC wynosi zero (ustaw za pomocą wyświetlacza LCD)
Częstotliwość). · DIP9 (zewnętrzne przemiatanie) w DLC jest włączone. · DIP13 i DIP14 w DLC są wyłączone. · Przełącznik blokady w DLC jest ustawiony na SCAN. · SLOW OUT w FSC jest podłączony do SWEEP / PZT MOD
wejście DLC. · SWEEP na FSC jest INT. · Zakres FSC jest całkowicie zgodny z ruchem wskazówek zegara. · Podłącz FSC MONITOR 1 do oscyloskopu, ustaw MONI-
Pokrętło TOR 1 na RAMP i dostosuj FREQ OFFSET do wartości ramp jest wyśrodkowany wokół 1.25 V.
Jeśli powyższe kontrole nie rozwiązały problemu, odłącz FSC od DLC i upewnij się, że laser skanuje po podłączeniu do DLC. W razie niepowodzenia skontaktuj się z MOGLabs w celu uzyskania pomocy.
35
36
Załącznik B. Rozwiązywanie problemów
B.2 Podczas korzystania z wejścia modulacyjnego, szybkie wyjście zmienia się na dużą objętośćtage
W przypadku korzystania z funkcji MOD IN w FSC (włączony DIP 4) szybkie wyjście będzie zazwyczaj przesuwać się w kierunku dodatniej wartościtagNapięcie na szynie e wynosi około 4 V. Upewnij się, że MOD IN jest zwarty, gdy nie jest używany.
B.3 Duże dodatnie sygnały błędu
W niektórych zastosowaniach sygnał błędu generowany przez aplikację może być ściśle dodatni (lub ujemny) i duży. W takim przypadku potencjometr REF i przesunięcie ERR OFFSET mogą nie zapewnić wystarczającego przesunięcia DC, aby zapewnić pożądany punkt blokady zbieżny z 0 V. W takim przypadku można użyć zarówno kanału A, jak i kanału B z przełącznikiem INPUT ustawionym na , kanału B na PD i z wartością DC.tagZastosowano do CH B, aby wygenerować przesunięcie potrzebne do wyśrodkowania punktu blokady. Jako przykładampnp. jeśli sygnał błędu mieści się w przedziale od 0 V do 5 V, a punkt blokady wynosił 2.5 V, należy podłączyć sygnał błędu do kanału A i podać 2.5 V do kanału B. Przy odpowiednim ustawieniu sygnał błędu będzie mieścił się w przedziale od -2 V do +5 V.
B.4 Szybkie szyny wyjściowe przy ±0.625 V
W przypadku większości egzaminów ECDL MOGLabs, tomtagZakres ±0.625 V na wyjściu szybkiego sygnału (odpowiadający ±0.625 mA podanemu do diody laserowej) jest większy niż wymagany do synchronizacji z wnęką optyczną. W niektórych zastosowaniach wymagany jest większy zakres na wyjściu szybkiego sygnału. Ten limit można zwiększyć poprzez prostą wymianę rezystora. W razie potrzeby prosimy o kontakt z MOGLabs w celu uzyskania dodatkowych informacji.
B.5 Informacja zwrotna musi zmienić znak
Jeśli polaryzacja szybkiego sprzężenia zwrotnego ulegnie zmianie, zazwyczaj dzieje się tak, ponieważ laser przeszedł w stan wielomodowy (dwa zewnętrzne tryby wnękowe oscylujące jednocześnie). Należy wyregulować prąd lasera, aby uzyskać pracę w trybie jednomodowym, zamiast odwracać polaryzację sprzężenia zwrotnego.
B.6 Monitor wysyła nieprawidłowy sygnał
37
B.6 Monitor wysyła nieprawidłowy sygnał
Podczas testów fabrycznych weryfikowane jest wyjście każdego z pokręteł MONITOR. Jednak z czasem śruby regulacyjne, które utrzymują pokrętło w pozycji, mogą się poluzować, a pokrętło może się ślizgać, powodując nieprawidłowe wskazanie sygnału. Aby to sprawdzić:
· Podłącz wyjście MONITORA do oscyloskopu.
· Obróć pokrętło SPAN całkowicie w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara.
· Obróć MONITOR na RAMP. Teraz powinieneś obserwować arampsygnał sterujący o wartości rzędu 1 wolta; w przeciwnym razie położenie pokrętła jest nieprawidłowe.
· Nawet jeśli obserwujesz arampJeśli sygnał dźwiękowy nie jest prawidłowy, położenie pokrętła może być nadal nieprawidłowe. W takim przypadku należy przekręcić pokrętło o jedną pozycję zgodnie z ruchem wskazówek zegara.
· Teraz powinieneś mieć mały sygnał w pobliżu 0 V i być może możesz zobaczyć mały ramp na oscyloskopie rzędu dziesiątek mV. Wyreguluj potencjometr BIAS, a powinieneś zobaczyć amplitraż tego ramp zmiana.
· Jeśli sygnał na oscyloskopie ulega zmianie podczas regulacji potencjometru BIAS, położenie pokrętła MONITOR jest prawidłowe; jeśli nie, należy wyregulować położenie pokrętła MONITOR.
Aby skorygować położenie pokrętła MONITOR, należy najpierw zidentyfikować sygnały wyjściowe, stosując procedurę podobną do opisanej powyżej. Następnie można obrócić położenie pokrętła, luzując dwie śruby ustalające, które trzymają pokrętło na miejscu, za pomocą klucza imbusowego 1.5 mm lub wkrętaka kulkowego.
B.7 Laser przechodzi przez przeskoki w trybie wolnym
Przeskoki w trybie powolnym mogą być spowodowane sprzężeniem zwrotnym optycznym z elementów optycznych pomiędzy laserem a wnęką, np.ampsprzęgaczy światłowodowych lub z samej wnęki optycznej. Objawy obejmują częstotliwość
38
Załącznik B. Rozwiązywanie problemów
skoki lasera wolnobieżnego w długich skalach czasowych, rzędu 30 s, przy których częstotliwość lasera skacze o 10 do 100 MHz. Należy upewnić się, że laser ma wystarczającą izolację optyczną, instalując w razie potrzeby dodatkowy izolator, i zablokować wszystkie niewykorzystane ścieżki wiązki.
C. Układ PCB
C39
C59
R30
C76
C116
C166
C3
C2
P1
P2
C1
C9
C7
C6
C4
C5
P3
R1 C8 C10
R2
R338D1
C378
R24
R337
R27
C15
R7
R28
R8
R66 R34
R340C379
R33
R10
D4
R11 C60 R35
R342
R37
R343D6
C380
R3 C16 R12
R4
C366 R58 R59 C31 R336
P4
R5D8
C365 R347 R345
R49
R77 R40
R50D3
C368 R344 R346
R75
C29 R15 R38 R47 R48
C62 R36 R46 C28
C11 C26
R339
R31C23
C25
C54 C22 C24 R9
R74C57
C33
C66 C40
U13
U3
U9
U10
U14
U4
U5
U6
U15
R80 R70 C27
C55R42
C65R32
R29 R65
R57 R78 R69
R71 R72
R79 R84
C67
R73
C68
C56
R76
R333
C42 C69
C367R6
R334C369
C13
R335
C43 C372 R14 R13
C373 C17
U1
R60 R17 R329
U16
R81 R82
C35
C362 R85 R331 C44 R87
C70
U25C124
R180C131
C140R145
U42
R197 R184 C186 C185
MH2
C165 C194 C167 R186 R187 C183 C195 R200
C126 R325 R324
R168 C162 C184
C157 R148 R147
C163 C168
C158R170
R95 C85 R166 R99 C84
C86
C75 R97 R96 C87
R83C83
U26
U27C92
R100 R101 R102 R106
R104 R105
C88 R98 R86
R341 C95 R107 C94
U38
C90R109
R103U28
C128 C89
C141
R140 R143
R108
U48
R146C127
R185
U50 R326
U49
R332
R201
R191
R199C202
R198 R190
C216
P8
U57
C221
C234
C222 R210 C217
C169 R192 R202
R195C170
R171
U51
R203
R211
U58
C257
R213 C223 R212
R214 C203 C204 C205
C172 R194 C199
R327 C171 C160 R188 R172 R173
C93 R111 C96 C102 R144 R117
R110 R112
C98 C91
R115 R114
U31
C101
FB1
C148
FB2
C159
C109 C129
C149
C130
U29
C138
U32
C150
C112R113
C100
C105 C99 C103 C152 C110
U33
C104 C111 C153
C133
R118 R124
R119 R122
R123
U34 R130 R120 R121
C161
C134
R169U43
C132
C182 R157 C197
C189 R155 C201
C181R156
C173
U56
C198R193
C206
R189
C174
C196
U52
R196 R154 R151 R152 R153
R204 C187 C176 C179
U53
C180 C188 C190
C178
C200
C207
U54
C209
U55C191
C192
C208R205
U62C210
R217C177
C227 C241 C243 C242 R221
R223C263
C232
C231
C225
U59
C226
C259
C237
C238
C240 C239
R206
U60
C261
R207 C260 R215
R218
R216
U61C262
U66 R219
U68 R222
U67 R220
C258 C235 C236
C273
SW1
R225 R224
C266
C265
R228
U69
C269
R231 R229
U70
C270
U71
R234
C272
R226
U72
C71
C36
R16 R18
C14
C114
R131
C115
C58R93
C46
C371
C370
R43C45
R44
U11
R330 R92
R90 R89 R88 R91
R20
U7
R19
R39C34
C72
R61
C73
C19
R45C47
C41 C78
P5
R23
U8
R22
C375
C374 R41 R21
C37
C38
C30
C20
R52 C48 R51
C49
U2
C50
U17
U18
R55 R53 R62 R54
C63
R63 C52 R26
U12 R25
P6
C377 C376
R64 R56 C51
MH1
C53
C79
C74
C18
C113 R174 R175 R176 R177
C120
R128
R126C106
R127 R125
U35 R132 U39
R141 C117 R129 R158
R142
C136 R134 R133 R138 R137
C135
C139 R161 R162 R163
C118
C119R159
C121
U41C137
R160C147
C164
U40C146
C193
R164C123
C122
R139 R165
U44
C107
U45
C142
C144 R135 C145
R182
R178 R167
R181
RT1
C155R149
C21 C12
U47
U46
U30C108
U21 C77 U23 C82
U24 C64 U22 C81
U19C61
R68 R67 U20 C32
P7
C97R116
C80R94
U36C143
C151
R179
R150C156
R183
R136C154
C175
C252
C220
C228 C229 C230
U63
C248
C247
C211
C212 C213 C214
U64
C251
C250
C215
C219
R208 R209 C224
C218 C253
U65
C256
C255 C254
C249 C233
C246 C245
C274
C244
C264
C268R230
C276
C271
C267
C275
R238 R237 R236 R235 R240 R239
R328
REF1 R257
C285R246
C286 C284
R242
U73
R247
C281R243
C280
U74
C287
R248
C289 R251 R252
R233 R227 R232
C282 R244 R245
U75
R269
C288 R250 R249
R253 R255
C290
R241
R254
U76
R272
C291
R256
U77
C294 C296
C283
C277
MH5
C292
C293
C279 C278
U37C125
MH3
C295
C307R265
Q1
C309
C303 R267 R268
C305
C301
MH6
R282
C312
R274 R283 R284
C322
C298
C300
R264 C297 R262
U78
R273C311
C299
R263
C302
R261 R258 R259 R260
U79
C306
U80
C315
C313
R266
U81
R278 R275 R276
C304
R277
C316
R271C308
R270
U82
C314
C318
U83
R280 R279 C321
C310
U84
R285C317
C320
R281
C319
R290 R291
D11
D12
D13
D14
R287 R286
SW2
R297 R296
R289 R288
C334 C328 C364
R299C330
R293 R292
C324
C331
R300
R298C329
C333 C332
U85
C335
C323
C325
D15
R303
D16
C336
R301 R302 C342 C341
C337
U86
C343
C339
C346
R310 R307
R309
R308
MH8
C347 R305 R306
R315
R321
C345
P10
C344 C348
MH9
C349 R318 C350 R319 R317 R316
C352
P11
C351
C354
U87
MH10
C353
U88
C338
C340
R294
C363
MH4 P9
XF1
C358
R295
C326
C327
D17
R304
D18
U89
C355 C356
U91
U90
C361R323
C357
C359
P12
C360
MH7
R313 R314 R320 R311 R312 R322
39
40
Załącznik C. Układ PCB
D. Konwersja 115/230 V
D.1 Bezpiecznik
Bezpiecznik jest ceramicznym bezpiecznikiem przeciwprzepięciowym, 0.25A (230V) lub 0.63A (115V), np. 5x20mmampLittlefuse 0215.250MXP lub 0215.630MXP. Uchwyt bezpiecznika to czerwony wkład, znajdujący się tuż nad gniazdem zasilania IEC i głównym wyłącznikiem z tyłu urządzenia (rys. D.1).
Rysunek D.1: Wkładka bezpiecznikowa, pokazująca rozmieszczenie bezpiecznika w przypadku pracy przy napięciu 230 V.
D.2 Konwersja 120/240 V
Kontroler może być zasilany prądem przemiennym o częstotliwości od 50 do 60 Hz, od 110 do 120 V (w Japonii od 100 V) lub od 220 do 240 V. Aby przełączyć między napięciem 115 V a 230 V, należy wyjąć wkład bezpiecznika i włożyć go ponownie, tak aby uzyskać prawidłową wartość napięcia.tage jest widoczne przez okienko w pokrywie i czy zainstalowany jest właściwy bezpiecznik (jak powyżej).
41
42
Załącznik D. Konwersja 115/230 V
Rysunek D.2: Aby zmienić bezpiecznik lub głośnośćtage, otwórz pokrywę wkładu bezpiecznika za pomocą śrubokręta włożonego w małą szczelinę na lewej krawędzi pokrywy, tuż na lewo od czerwonego przycisku głośnościtage wskaźnik.
Wyjmując wkład bezpiecznikowy, włóż śrubokręt w zagłębienie po lewej stronie wkładu; nie próbuj wyciągać wkrętakiem boków uchwytu bezpiecznika (patrz rysunki).
ZŁO!
PRAWIDŁOWY
Rysunek D.3: Aby wyjąć wkład bezpiecznika, włóż śrubokręt w zagłębienie po lewej stronie wkładu.
Podczas zmiany objętościtagnp. bezpiecznik i zacisk mostkujący muszą być zamienione z jednej strony na drugą, tak aby zacisk mostkujący zawsze znajdował się na dole, a bezpiecznik zawsze na górze; patrz rysunki poniżej.
D.2 Konwersja 120/240 V
43
Rysunek D.4: Mostek 230 V (po lewej) i bezpiecznik (po prawej). Zamień mostek i bezpiecznik podczas zmiany napięcia.tage, tak aby bezpiecznik po włożeniu pozostał na górze.
Rysunek D.5: Mostek 115 V (po lewej) i bezpiecznik (po prawej).
44
Załącznik D. Konwersja 115/230 V
Bibliografia
[1] Alex Abramovici i Jake Chapsky. Systemy sterowania ze sprzężeniem zwrotnym: szybki przewodnik dla naukowców i inżynierów. Springer Science & Business Media, 2012. 1
[2] Boris Lurie i Paul Enright. Klasyczne sterowanie sprzężeniem zwrotnym: z MATLAB® i Simulink®. CRC Press, 2011. 1
[3] Richard W. Fox, Chris W. Oates i Leo W. Hollberg. Stabilizacja laserów diodowych do wnęk o wysokiej finezji. Metody eksperymentalne w naukach fizycznych, 40:1, 46. 2003
[4] RWP Drever, JL Hall, FV Kowalski, J. Hough, GM Ford, AJ Munley i H. Ward. Stabilizacja fazy i częstotliwości lasera przy użyciu rezonatora optycznego. Appl. Phys. B, 31:97 105, 1983. 1
[5] TW Ha¨nsch i B. Couillaud. Stabilizacja częstotliwości lasera metodą spektroskopii polaryzacyjnej odbijającej wnęki odniesienia. Komunikacja optyczna, 35(3):441, 444. 1980
[6] M. Zhu i JL Hall. Stabilizacja fazy/częstotliwości optycznej układu laserowego: zastosowanie w komercyjnym laserze barwnikowym ze stabilizatorem zewnętrznym. J. Opt. Soc. Am. B, 10:802, 1993. 1
[7] GC Bjorklund. Spektroskopia z modulacją częstotliwości: nowa metoda pomiaru słabych absorpcji i dyspersji. Opt. Lett., 5:15, 1980. 1
[8] Joshua S Torrance, Ben M Sparkes, Lincoln D Turner i Robert E Scholten. Zwężanie szerokości linii lasera subkilohercowego z wykorzystaniem spektroskopii polaryzacyjnej. Optics express, 24(11):11396 11406, 2016. 1
45
[10] W. Demtr¨oder. Spektroskopia laserowa, podstawowe koncepcje i instrumentacja. Springer, Berlin, wydanie 2e, 1996. 1
[11] LD Turner, KP Weber, CJ Hawthorn i RE Scholten. Charakterystyka szumu częstotliwościowego wąskoliniowych laserów diodowych. Opt. Communic., 201:391, 2002. 29
46
MOG Laboratories Pty Ltd 49 University St, Carlton VIC 3053, Australia Tel.: +61 3 9939 0677 info@moglabs.com
© 2017 2025 Specyfikacje i opisy produktów zawarte w tym dokumencie mogą ulec zmianie bez powiadomienia.
Dokumenty / Zasoby
 |
Mogabs PID Fast Servo Controller [plik PDF] Instrukcja obsługi Szybki regulator serwo PID, PID, szybki regulator serwo, regulator serwo |