在各种冷原子干涉测量系统中, 磁光阱(Magneto Optical Trap, MOT)、补偿及偏置磁场控制是不可或缺的关键技术, 稳定、快速的磁场控制直接影响着原子冷却囚禁、干涉等过程中原子团的精密操控。设计了一套高性能的精密磁场控制系统, 电路结构上通过采用精密放大器驱动的低噪声恒流源拓扑, 以降低磁场驱动电流的噪声水平; 控制方式上采用模拟PID+扰动抑制的控制策略, 以提高磁场驱动电流的开关速度。实验室环境下测试结果表明: 当磁场驱动电流输出为1 A的情况下, 电流开启时间优于300 μs, 关断时间优于50 μs, DC(0 Hz)~250 kHz频率范围内总体电流噪声优于-80 dB。最终, 通过在冷原子绝对重力仪/重力梯度仪与冷原子陀螺系统中的应用测试, 所设计的磁场控制模块满足了冷原子干涉系统控制需求, 达到了预期效果。而且通过自主研制, 解决了对商用磁场控制模块的依赖, 促进了量子测量装置的装备化。

针对红外触发装置在经过长时间工作之后出现失稳现象，在分析红外触发装置工作原理的基础上，通过实验监测和分析手段得出如下结论：红外触发装置经长时间工作后，因温度累积导致温度上升，引起红外激光触发装置的光源——红外激光器阈值电流Ith(T)上升，而温度升高同时引起激光光源驱动恒流源输出电流Iout(T)降低，当Iout(T)<Ith(T)时，红外激光器无法正常发出激光，输出功率不稳定，导致红外触发器失稳。在此研究基础上，通过提高恒流源的输出电流至最大阈值电流的1.44倍，即640 mA后，可保证在系统温度变化范围内，Iout(T)>Ith(T)，红外激光器始终处于稳定发光状态，从而使红外触发装置也处于稳定工作状态。经过长时间的上电运行验证实验，红外触发器工作稳定，未发生误触发信号，较好解决了其失稳问题。此研究对提高红外触发装置的稳定性有重要的工程应用价值。

针对混沌半导体激光器输出波长和功率的稳定性问题，设计了一套面向混沌半导体激光器的高稳定控制系统。利用深度负反馈电路实现对激光器驱动电流的高稳定高精度恒流控制；采用模糊自适应比例-积分-微分算法以及H桥驱动电路设计的温度控制器实现了对激光器温度的稳定控制。结果表明，所设计的双通道电流源输出电流范围分别为0.00~40.00 mA和0.00~100.00 mA，在室温25.0 ℃环境下稳定度分别优于0.002%和0.004%，调节精度均可达0.01 mA；驱动电流为20.00 mA时，混沌半导体激光器连续工作120 min的输出光功率漂移量分别仅为0.0066 dBm和0.0072 dBm；温度控制电路的温度控制范围为18.0~40.0 ℃，激光器在25.0 ℃下工作120 min的中心波长漂移量仅为0.007 nm。该控制系统在环境温度为10.0~40.0 ℃范围内可稳定工作。

为改善压电陶瓷驱动电源的静态功耗和动态性能, 提出了可变静态工作点和工作电压的高压放大器。首先使用恒流源结构的放大器构成典型的高压放大器, 然后通过比例微分电路动态调整放大器的工作电流,最后利用多组抽头电源给高压放大器分段供电, 进一步降低系统功耗。实验结果表明, 放大器在10 mA静态电流下, 可以动态输出400 mA电流; 放大器工作电压可以根据输出电压大小在50 V、100 V、150 V、210 V之间自动切换。放大器在很低的静态电流下可以获得很好的动态特性, 满足设计要求。

LED背光模组因其具有诸多优势已经成为液晶显示器背光方式的主要选择, 而在实际应用当中, 若某串LED故障, 液晶显示器就会出现暗线, 导致亮度均匀性不能满足要求。为了保证液晶显示器的亮度均匀性和后期的维修效率, LED灯串需具备故障自检测的能力。本文设计了一种基于DSP的LED背光模组中灯串故障自检测电路, 以546 mm(21.5 in)液晶显示器的直下式LED背光模组为例, 设计了灯板、驱动板的具体硬件电路, 利用CCS3.1开发工具, C语言编写软件控制逻辑。自检测结果表明: 该电路可有效的对LED灯串进行故障自检测, 满足了设计的要求。

大功率恒流源是强流直线感应加速器(LIA)的关键设备之一, 用于为加速器电感线圈提供大功率准直流驱动电流, 其稳定度、纹波系数等指标要求极高。神龙-Ⅲ LIA恒流源采用串联线性双闭环回路双参量电流调控技术, 同时综合应用了以PLC控制器为核心的本地控制、以ARM控制器和工控机为核心的远程控制以及以太网网络通讯技术, 实现了强电磁干扰环境下远程控制高稳定性运行。该恒流源在负载0.5~0.6 Ω之间变化、输出电流在50~170 A之间变化时调整管压降控制在8 V±2 V范围内, 输出电流纹波和电流稳定度均优于0.5‰。

大功率半导体激光器越来越成为主力光源, 针对传统的开关型电源半桥或全桥变换器电流的动态响应速度及控制精度问题, 根据激光加工中快速开关的要求, 使用了ZVS软开关技术及端采用同步倍流整流, 从而达到减耗高效以及对负载电压的自适应能力的目的, 同时采用一种基于最优算法的极点配置控制实现电压和电流的精准调节。整个系统使用闭环负反馈回路控制, 系统软件仿真采用SIMULINK环境, 调控简便。研究结果表明, 控制精度高达0.1%, 并在0.1 s内完成回路响应。当实验负载RL＞0.48 Ω时, 变换器输出为恒流特性; 满载(50 A/24 V)输出时, 电源效率超过90%, 纹波系数小于1%。采取同步整流具有高于二极管整流的效率。

利用STM32 微处理器，设计了一种基于吸收光谱技术的皮肤胆固醇无创检测系统，通过微型光谱仪获得有色产物的吸收光谱信息，间接得到人体皮肤胆固醇相对含量。本系统设计了一款高精度可调LED 恒流源，LED 光强的波动范围控制在±1%以内。还设计了一种结构简单、试剂用量少、不需要确切的检测试剂体积的液体限位装置，实现被测液体浓度的准确测量。通过检测梯度浓度CuSO4 溶液，验证了系统应用于不同浓度溶液定量检测的准确性。采用本系统对动脉粥样硬化性疾病患者和对照人群的皮肤胆固醇进行检测，检测结果在统计学上有显著性差异，初步验证系统可用于人体皮肤胆固醇的检测。

介绍了一种大功率激光二极管阵列驱动电源的设计方法。对电源的组成、工作原理和电流上升前沿影响因素进行了详细分析, 对输出线结构和反馈电路进行优化，有效地解决了大电流、长距离传输条件下电流脉冲前沿缓慢的问题。测试结果验证了设计思路的可行性，驱动电源实现了0~300 A 连续可调、稳定度优于0.3%的输出，在300 A,40 m 输出时脉冲前沿24.7 μs，为同类型的大功率激光二极管阵列驱动电源的工程化应用奠定了基础。