基于STM32的2μm高功率激光医疗仪控制器

　　图5 系统软件流程图

　　3.2 激光功率自动校准算法

　　由于医疗产品对可靠性的特殊要求，激光输出功率的准确性必然成为衡量一台医疗设备品质好坏的重要参数。激光功率在光纤耦合处和光纤尾端、切口端面会产生衰减，如图6所示。光纤终端功率小于用户设置功率，尤其在设置功率小于60W时，最大偏差达63.6%。为了得到准确的光纤终端功率，需要借助功率计采集终端功率并读取与之对应的激光器驱动电流，然后通过插值法得到功率与电流的分析表达式，以便用户设置每个功率参数时都能找到与之对应的电流值。

　　图6 校准前终端采集功率与用户设置功率关系

　　采集了16组对应值，由于环境等因素影响采集结果，导致偶然误差。为了尽可能准确地得出未知点，相同实验重复4次，并将对应值取平均。通过增加节点个数来提高差值多项式对函数的逼近程度，由于此时高次多项式插值容易出现Runge现象，故采用Lagrange线性插值，把节点分成13段，分段采用低次多项式近似函数。分段节点处函数值如表1所示。

　　分段表达式为：

　　将各点分别带入式(1)得出分段表达式：

　　表1节点处函数对应值

　　随机抽取一点值f(18)≈φ0(18)=1.1×18+8.1=27.9,与实际测量值f(18)=27.7比较，偏差为0.7%,符合精度要求。将式(2)写入软件插值函数子程序中，当用户设定功率时，算法先判断该值所在区间范围，再求出对应电流百分比，通过串口发送到光纤激光器。经插值算法校准后，用户设置功率与终端采集功率之间的关系如图7所示，可知最大偏差为2.5%,较之前的63.6%有明显改善。测试结果表明，通过此方法获得了较准确的激光输出功率，精度控制在±1W以内。

　　图7 校准后用户设置功率与终端采集功率关系

　　4. 系统测试及结果

　　本文设计了一种基于2μm高功率光纤激光器的医疗仪，以STM32为控制核心，完成了人性化的人机触控界面功能设计、激光器的驱动控制、精密水冷单元的参数监控、配电模块的抗干扰设计以及输出功率的校准。输出功率0W或4W~80W,步进长度1W连续可调，可通过脚踏自由切换汽化和凝血两种功率参数输出;温度采集精度±0.5℃，水流量3.6L/min,符合IPG-TLR-80-WC-Y12型号光纤激光器正常工作要求。经过功率校准算法，用户设置功率与终端采集功率的最大偏差由之前的63.6%降低到2.5%,控制精度为±1W.测试结果表明，该系统具有可靠性高、抗干扰能力强、输出功率稳定准确、操作便利等优点。