PROGETTAZIONE DI CIRCUITI PER IL CONTROLLO DELLA TEMPERATURA DI UNA SORGENTE LASER

This thesis focuses on the design and implementation of dedicated analog and digital circuits for temperature control of a laser source used in a QEPAS (Quartz-Enhanced Photoacoustic Spectroscopy) system for gas detection. Two of the key components of the system are the QTF (Quartz Tuning Fork) and the laser used to excite the photoacoustic effect. The primary objective is to ensure optimal thermal stability of the laser source in order to maximize the efficiency and reliability of the gas detection process. The core of this thesis is the design of a control circuit (TEC controller) capable of driving a Peltier cell. This thesis provides a detailed analysis of the TEC driver circuit architecture, including the control algorithms implemented to ensure precise temperature regulation. Experimental results are presented and analyzed, highlighting the effectiveness of the proposed system in keeping the temperature of the laser source within desired limits. The main objective of this thesis is to contribute to the development of QEPAS systems by improving the overall system performance, since the temperature stability of the laser is a key element in this respect.

La presente tesi si concentra sulla progettazione e realizzazione di circuiti analogici e digitali dedicati al controllo della temperatura di una sorgente laser impiegata in un sistema QEPAS (Quartz-Enhanced Photoacoustic Spectroscopy) per la rivelazione di gas. Due dei componenti chiave del sistema sono la QTF (Quartz Tuning Fork) e il laser utilizzato per eccitare l’effetto fotoacustico. L'obiettivo primario è assicurare una stabilità termica ottimale della sorgente laser, al fine di massimizzare l'efficienza e l'affidabilità del processo di rivelazione di gas. Il nucleo della tesi consiste nella progettazione di un circuito di controllo (TEC controller) capace di gestire una cella Peltier. La presente tesi fornisce un'analisi dettagliata dell'architettura del circuito TEC controller, compresi gli algoritmi di controllo implementati per garantire una regolazione efficiente della temperatura. Vengono presentati e analizzati i risultati sperimentali, evidenziando l'efficacia del sistema proposto nel mantenere la temperatura della sorgente laser entro i limiti desiderati. L'obiettivo principale di questa tesi è contribuire allo sviluppo dei sistemi QEPAS, migliorando le prestazioni complessive del sistema, dal momento che la stabilità in temperatura del laser è un elemento fondamentale per tale scopo.