Сделал охлаждение лазера - выпадает роса. Что делать? Опции

[dinam]

Сделал термостабилизатор лазерного диода ADL-66Z51DL на элементе Пельте. Всё это хозяйство питается и управляется от USB. Элемент Пельте запитал от ADP2114 с минимальным выходным напряжением 0,6В. В итоге лазер холоднее окружающей температуры минимум градусов на 5-10 и в росе. Вижу два пути решения проблемы.
1. Стабилизировать температуру чуть-чуть выше окружащей среды. Не понятно на чем (на какой микросхеме) это делать. Т.к. импульсных стабилизаторов напряжения на меньшее напряжение с выходным током не менее 1,5 А я не нашел.
2. Герметизация? Не понятно что и как делать. Ни разу с этим не сталкивался. Скорее всего придется делать именно так, т.к. термостабилизатору может быть придется работать в воде с температурой порядка 40-50 градусов.

[khach]

1. Стабилизировать температуру чуть-чуть выше окружащей среды. Не понятно на чем (на какой микросхеме) это делать. Т.к. импульсных стабилизаторов напряжения на меньшее напряжение с выходным током не менее 1,5 А я не нашел.

Стабилизировать выше точки росы. Обычно плюс 10 градусов цельсия достаточно, но можно и датчик влажности в систему добавить. Второй вариант- стабилизировать на точке росы корпус, плавно запускать лазер, переключать на стабилизацию по температуре кристалла. Выключать в обратном порядке. Просто у работающего лазера корпус сам по себе нагревается выше точки росы.
Герметизация- отдельное большое развлечение, имеет смысл для некорпусированнх лазерных линеек большой мощности.
ЗЫ. и лучше стабилизатор линейным делать- от импульсного наводки почти всегда пролазят в ток накачки луча и в луче видны пульсации в моменты переключения импульсного стабилизатора температуры.
Если возможны резкие включения-выключения лазера, то пельтье желательно питать двуполярным источником (с возможностью подогрева). Или применять feeedforward алгоритмы управления температруры от мощности питания лазера.

[dinam]

Стабилизировать выше точки росы. Обычно плюс 10 градусов цельсия достаточно, но можно и датчик влажности в систему добавить. Второй вариант- стабилизировать на точке росы корпус, плавно запускать лазер, переключать на стабилизацию по температуре кристалла. Выключать в обратном порядке. Просто у работающего лазера корпус сам по себе нагревается выше точки росы.

Сейчас у меня есть нормально работающий несколько лет вариант с подогревом. Там температура стабилизации выбрана около 40 градусов. Хотел сделать получше

ЗЫ. и лучше стабилизатор линейным делать- от импульсного наводки почти всегда пролазят в ток накачки луча и в луче видны пульсации в моменты переключения импульсного стабилизатора температуры.
Если возможны резкие включения-выключения лазера, то пельтье желательно питать двуполярным источником (с возможностью подогрева). Или применять feeedforward алгоритмы управления температруры от мощности питания лазера.

Если стабилизатор сделать линейным, то боюсь мощи USB не хватит. Я думаю пульсации мне не страшны, даже хочу попробовать наоборот добавить переменную составляющую чтобы спеклы уменьшить. Я не смог сообразить на чем сделать импульсный двухполярный стабилизатор. Может какой-нибудь драйвер двигателя приспособить? Но как? Фантазии пока не хватает. Габариты мне важны, на россыпухе делать места нет.

[khach]

Там температура стабилизации выбрана около 40 градусов.

Обычно у лазеров от подогрева пороговый ток растет и крутизна падает. Но некоторые одномодовые требуют определенной температуры.
Так что это по описанию или по спектру смотерть надо.

то боюсь мощи USB не хватит.

А, это проблема. Да, биполярные драйвера пельтье делали на драйверах от движков шаговых (обязательно с дополнительной индуктивностью). Но им как минимум 12 В надо, USB не катит.

[dinam]

В общем определился, буду искать двухполярный стабилизатор. Чтобы температуру можно было и выше и ниже делать. А мощности USB для импульсного стабилизатора как показал эксперимент хватает .
Вопрос герметичности отложу на потом, когда это останется единственным вариантом.

[dinam]

Подниму темку. Намечается проект в котором надо будет использовать лазерные диоды с максимальной температурой корпуса +25 °C. Что интересно, что все (или почти) все лазеры, начинающиеся с RLT имеют такую же максимальную температуру корпуса. Поэтому по новой возникает вопрос герметизации. Ведь получается, что все кто используют эти лазеры сталкиваются с такой проблемой. Буду рад любой помощи.

[Herz]

Может, в дополнение к Пельте вентилятор поставить? Чтобы сушил.

[dinam]

Думал над этим. Т.е лазер охлаждаю, стабилизирую его темперауру и в тоже время обдуваю его теплым воздухом. Некрасиво как-то.

[DS]

В общем определился, буду искать двухполярный стабилизатор. Чтобы температуру можно было и выше и ниже делать. А мощности USB для импульсного стабилизатора как показал эксперимент хватает .
Вопрос герметичности отложу на потом, когда это останется единственным вариантом.

MAX1978 Вам поможет. Как раз полное решение в одном чипе для Вашего случая.

[dinam]

Спасибо, не знал о такой. Цена микросхемы удивляет, но она не принципиальна в данном случае.

[DS]

Спасибо, не знал о такой. Цена микросхемы удивляет, но она не принципиальна в данном случае.

Она для DWDM трансиверов, где цена лазера измеряется в сотнях долларов, так что цена адекватна применению.

[dinam]

Ну ценой лазера меня не напугаешь. Как-то был у меня разговор об использовании лазерного диода Nichia с ценой порядка 4000 EUR. Но что-то не заладилось . Просто цена микросхемки мне показалась немного не адекватна себестоимости.
А по поводу герметизации есть опыт?

[khach]

Пара намеков- более подробно сказать немогу.
Для мощных лазеров с сильно изменяемой в процессе работы выходной мощностью- цифровое управление температурой. Притом конроллер Пельтье знает, какая мощность будет подана на лазер заранее и рассчитывает мощность на холодильнике, учитывая задержку на теплоемкость медных элементов теплоотвода (heatspreder-s). Т.е feed-forward управление с прогнозом. Датчики влажности тоже подешевели- можно точку росы самому рассчитывать. Но это пока благие намерения.
Как финал апофеоза- стабилизация температуры не корпуса, а самого лазерного кристалла по встроенному спектрометру- длина волны плывет с прогревом, темпертаурный коэффициент изветен.

[DS]

Ну ценой лазера меня не напугаешь. Как-то был у меня разговор об использовании лазерного диода Nichia с ценой порядка 4000 EUR. Но что-то не заладилось . Просто цена микросхемки мне показалась немного не адекватна себестоимости.
А по поводу герметизации есть опыт?

11$ за микросхему узкого применения - нормально. Ее же не продают сотнями миллионов.

А что герметизировать собираетесь ? Температура корпуса лазера, скажем 20 градусов, все остальное - горячее, росы не будет.

[dinam]

to khach У меня проблема не со стабилизацией температуры, а с росой, которая выпадает на лазере. Единственный вариант, который я вижу сейчас это герметизация. Но опыта нет в этом вопросе.
P.S. Давно сделан образец с управлением и питанием от USB с габаритами порядка 70х70x60.

to DS Digikey мне показал цену 26.5 баксов.
Температуру корпуса хотелось сделать хотя бы градусов на 10 ниже максимальной, т.е. +15 °C. Летом окружающая температура может быть градусов 30. Рядом греющихся деталей нет, максимум теплые.

[DS]

to DS Digikey мне показал цену 26.5 баксов.
Температуру корпуса хотелось сделать хотя бы градусов на 10 ниже максимальной, т.е. +15 °C. Летом окружающая температура может быть градусов 30. Рядом греющихся деталей нет, максимум теплые.

Ну это то же самое - оптовая 11, розница - 26. Для таких м/сх до 30 - нормальная цена.

Для +15 надо в коробочку с азотом ставить, иначе можно на росу при неблагоприятных условиях нарваться. Можно и все устройство, раз маленькое, сделать герметичным и наддуть азотом.

[khach]

to khach У меня проблема не со стабилизацией температуры, а с росой, которая выпадает на лазере. Единственный вариант, который я вижу сейчас это герметизация. Но опыта нет в этом вопросе.

Есть опыт и с герметизацией, вернее с лазерными модулями высокой мощности, кторые работают в газовых смесях (из-за фотохимии на зеркалах). Только тут вопрос- а что технологически доступно? Потому что сделать ненапряженное окошко вывода излучения не так то просто. Тут и пайка специализированная, и клеи экзотические, и заварка корпуса электронным лучем. Металлообратотка тоже не последнюю роль играет.

[Herz]

Думал над этим. Т.е лазер охлаждаю, стабилизирую его темперауру и в тоже время обдуваю его теплым воздухом. Некрасиво как-то.

Ничего некрасивого. No-frost холодильники ведь по тому же принципу устроены. Никого не смущает. За счёт испарения росы с поверхностей получаете, кстати, дополнительное охлаждение. Пиво же в жару без холодильника умеете охлаждать?

[Tanya]

Пиво же в жару без холодильника умеете охлаждать?

Если влажность высокая, то может и нагреться. Если уже было холодное.

[dinam]

To khach К сожалению скорее всего ничего и нет , хотя под боком Академгородок может там есть подобные технологии. А вы случайно не находитесь в том же городе что и я? Ну или может кто из новосибирцев подскажет куда можно обратиться в моем родном городе.
P.S. Мне кажется что это более-менее распространенная задача и она должна решаться как-то стандартно. Ведь корпус лазера стандартный. Вся эта серия лазерных диодов требует активного охлаждения. Стабилизация температуры для стабилизации длины волны лазера тоже часто используется. Неужели каждый их потребитель что-то своё изобретает?

[DS]

P.S. Мне кажется что это более-менее распространенная задача и она должна решаться как-то стандартно. Ведь корпус лазера стандартный. Вся эта серия лазерных диодов требует активного охлаждения. Стабилизация температуры для стабилизации длины волны лазера тоже часто используется. Неужели каждый их потребитель что-то своё изобретает?

Обычно стараются корпус держать около 20 градусов в негерметизированной аппаратуре. Ели надо ниже - герметизация и сухой азот. И, кстати, обычно лазер требующий охлаждения именно по этой причине сразу изготовляется с Пельте внутри герметичного корпуса. Так что задача охлаждения ниже 15 градусов лазера без внутреннего TEC не так уж и стандартна.

[Herz]

Если влажность высокая, то может и нагреться. Если уже было холодное.

Конечно. Но холодное и охлаждать ни к чему.

[dinam]

MAX1978 Вам поможет. Как раз полное решение в одном чипе для Вашего случая.

Появилось желание применить эту микросхему в следующей ревизии нашего стабилизатора температуры лазера. Почитал datasheet, AN3318 и другие документы про неё. Вроде всё понятно, но всё ли так просто будет с настройкой ПИДа? Спаял плату с номиналами из типовой схемы, собрал устройство, как настроить ПИД?

[GSV0]

Надеюсь, тема ещё актуальна, как-никак почти четыре года обсуждается .
Есть опыт построения аналогового термостата с ПИД-регулятором, выход на MAX8521.
По поводу настройки/расчёта коэффициентов - пара ссылок:
http://we.easyelectronics.ru/Theory/prosto...egulyatora.html
http://www.termodat.ru/pdf/pid.pdf
ну и классика:
Astrom K.,Hagglund T.'Advanced PID Control' 2006
По теме топика - удивлён , что никто не упомянул простой, эффективный и широко распространённый способ борьбы с кондесацией: теплоизоляция.
Суть метода - перенести точку росы с поверхности изделия внутрь теплоизоляционного материала/покрытия. Там нет циркуляции окружающего воздуха, а значит и конденсации влаги. Из опыта - просто оборачивание/оклейка объекта регулировки пористой резиной решает проблему(а заодно и повышает к.п.д. устройства в целом).

[Herz]

По поводу настройки/расчёта коэффициентов - пара ссылок:
http://we.easyelectronics.ru/Theory/prosto...egulyatora.html
http://www.termodat.ru/pdf/pid.pdf

Ничего не понял. По первой ссылке всё даже слишком просто. Только непонятно, как автор, умножая/деля один коэффициент (безразмерную величину) на период колебаний, получает второй. Ловкость рук?
По второй - и вовсе псевдонаучный бред в целях рекламы каких-то "приборов Термодат". Дальше первой же формулы можно не читать.
Всё-таки, "классикой" следовало бы и ограничиться. А то эта "простота" - хуже воровства, ИМХО.

[GSV0]

Лучше всего, конечно же, начинать с классики, совершенно с Вами согласен.
По поводу размерности коэффициентов: Kp - безразмерный, Ki - 1/сек, Kd - сек, так что с этим всё в порядке.
В обеих приведенных ссылках авторы пытаются "разжевать" известные методы и объяснить, как их применить практически, если человек не хочет/не может/не имеет времени "танцевать от печки", то может быть полезно, ИМХО.

[Mahagam]

в негерметичном корпусе с лазером, в нижней его части влепить небольшой пельте на максимум. врубать его за 5 минут до включения остального устройства. вода осядет/вымерзнет на этом элементе и сольётся в дренаж.

[GSV0]

Как правило, элемент Пельтье приводят в тепловой контакт с объектом регулировки(здесь - лазер), так что мужики сумлеваются ...

[dinam]

Какая дисскусия . Решение давно найдено, опробовано и уже работает без проблем в наших изделиях. На лазер одевается что-типа наперстка со стеклышком на дне. Получается, что этом маленьком объеме недостаточно влаги для конденсации в капельки.