基于STM32的2μm高功率激光醫療儀控制器

　　圖5 系統軟件流程圖

　　3.2 激光功率自動校準算法

　　由于醫療產品對可靠性的特殊要求，激光輸出功率的準確性必然成為衡量一臺醫療設備品質好壞的重要參數。激光功率在光纖耦合處和光纖尾端、切口端面會產生衰減，如圖6所示。光纖終端功率小于用戶設置功率，尤其在設置功率小于60W時，最大偏差達63.6%。為了得到準確的光纖終端功率，需要借助功率計采集終端功率并讀取與之對應的激光器驅動電流，然后通過插值法得到功率與電流的分析表達式，以便用戶設置每個功率參數時都能找到與之對應的電流值。

　　圖6 校準前終端采集功率與用戶設置功率關系

　　采集了16組對應值，由于環境等因素影響采集結果，導致偶然誤差。為了盡可能準確地得出未知點，相同實驗重復4次，并將對應值取平均。通過增加節點個數來提高差值多項式對函數的逼近程度，由于此時高次多項式插值容易出現Runge現象，故采用Lagrange線性插值，把節點分成13段，分段采用低次多項式近似函數。分段節點處函數值如表1所示。

　　分段表達式為：

　　將各點分別帶入式(1)得出分段表達式：

　　表1節點處函數對應值

　　隨機抽取一點值f(18)≈φ0(18)=1.1×18+8.1=27.9,與實際測量值f(18)=27.7比較，偏差為0.7%,符合精度要求。將式(2)寫入軟件插值函數子程序中，當用戶設定功率時，算法先判斷該值所在區間范圍，再求出對應電流百分比，通過串口發送到光纖激光器。經插值算法校準后，用戶設置功率與終端采集功率之間的關系如圖7所示，可知最大偏差為2.5%,較之前的63.6%有明顯改善。測試結果表明，通過此方法獲得了較準確的激光輸出功率，精度控制在±1W以內。

　　圖7 校準后用戶設置功率與終端采集功率關系

　　4. 系統測試及結果

　　本文設計了一種基于2μm高功率光纖激光器的醫療儀，以STM32為控制核心，完成了人性化的人機觸控界面功能設計、激光器的驅動控制、精密水冷單元的參數監控、配電模塊的抗干擾設計以及輸出功率的校準。輸出功率0W或4W~80W,步進長度1W連續可調，可通過腳踏自由切換汽化和凝血兩種功率參數輸出;溫度采集精度±0.5℃，水流量3.6L/min,符合IPG-TLR-80-WC-Y12型號光纖激光器正常工作要求。經過功率校準算法，用戶設置功率與終端采集功率的最大偏差由之前的63.6%降低到2.5%,控制精度為±1W.測試結果表明，該系統具有可靠性高、抗干擾能力強、輸出功率穩定準確、操作便利等優點。