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    浅析光纤陀螺SLD光源的驱动控制

    发布时间: 2016-11-26  点击次数: 560次

    目前,我们所使用的是1.3um标准14脚带尾纤SLD,它的光电特性和光谱特性曲线分别如、2所示。
    SLD光谱特性图影响FOG精度的光源稳定性包括三个方面:光功率、光波长、光偏振。SLD注入电流的不稳定和温度的变化都会引起输出光功率的不稳定,它会给时域Sagnac相移的检测带来误差,从而导致载体角速度测量的不,因此在SLD驱动控制中必须解决光功率稳定的问题。光波长稳定性受电流和温度的影响,且受温度的影响大,要把波长控制在精度范围内,应控制温度在一定范围内,故在SLD驱动电路中必须加入自动温度控制。理想的SLD是非偏振的,但目前器件并不是完全的非偏振,因此需在光源的输出端加入去偏器,使之变成非偏振光源。
    SLD的驱动控制研究3.1SLD的工程应用特性测试通过对国内生产的SLD进行大量的工程应用特性测试和研究,我们对SLD的温度特性和光功率变化特性取得了一致结论:(1)SLD的热敏电阻阻值呈负温度系数变化(见)。(2)当SLD的注入电流不变时,输出光功率随温度上升而减小(见):当温度不变时,SLD输出光功率随注入电流增加而增大(见)。
    尽管如此,由于目前器件的不一致性,不同器件变化趋势一致,但实测变化值有很大的不同。
    (I)吞采热敏电阻-温度曲线温度CO光功率-温度曲线3.2“恒流源+温控”方案由于SLD输出光功率随注入电流和温度变化,故选用“恒流源+温控”方案:通过一精密恒流源提供SLD的恒定注入电流,同时用致冷器对SLD进行温控,以保证注入电流和温度均不变,从而间接稳定光源输出光功率。原理图如。
    恒流源可以是分立的,也可以集成化。温控电路既可模拟实现,亦可数字实现。
    4光控方案4.1光控原理光控是一种直接的光功率控制方法。它的依据是:温度变化时,光源输出光功率发生变化,如果适当的改变驱动电流,也能稳定输出光功率。它的基本思想是把其他因素(如温度)引起的光功率不稳定转化为通过改变注入电流使光功率保持恒定。
    在干涉型闭环光纤陀螺方案中有一光电传感器,即光探测器。光探测器是半导体PIN光电二极管,它的作用是把接收到的光信号转换成相应的电信号。我们使用的光探测器是由PIN与场效应管(FET)单片集成制成的PIN-FET光接收机前置放大器组件。从探测器得到的电压信号为U=U(l+cosAV)。当陀螺静止时,Aur=,故电压信号U反映SLD输出光功率P的变化,U=KP.经实验验证,无论是何原因引起的光功率变化,探测器的输出电压与光功率的变化均能保持一致。因此,保持探测器输出电压不变,即可确保光功率稳定。系统控制框图如。
    系统控制框图m图中:G(S)经测定为K.因为在系统框图中,被控对象模型参数不确定,故控制器需选用智能控制方法以提高系统的鲁棒性,我们选用模糊控制器;4.2模糊控制器的设计模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的计算机智能控制。
    它的工作原理是将采样得到的误差作为控制器的输入,模拟人脑思维建立模糊控制规则,依据此规则求得控制器的输出,以满足被控对象的需要。
    模糊控制器的设计过程如下:确定模糊控制器的结构,选二维模糊控制器,以误差E、误差变化量EC为模糊控制器的输入,U为输出。
    建立模糊控制规则,见表h确定模糊变量的嬴值表根据实际情况,确定模糊变量E、EC、u的赋值表。
    建立模糊控制表由上面的规则,并依据zui大隶属度的解模糊方法,得到模糊控制查询表2表2模糊控制查询表将模糊控制查询表(表2)存入计算机,即可根据不同的E、EC确定控制器的输出值。
    5实验结果经大量的工程实验验证,两种控制方案均能得到有效的控制精度。分别采用这两种方案控制光功率的效果见、。
    兮子温度(r)实验结果表明:光控方案控制效果图在40‘C+60°C温度范围内,光源光功率基本保持稳定。“恒流源+温控”方案对光功率的控制偏差在5%以内,光控方案在2%以内。
    从原理上讲,“恒流源+温控”方案仅考虑影响光功率的两大因素:电流、温度,而光控方案直接对光功率控制,因此包含了对未知影响因素的误差补偿,控制精度相对高一些。
    足FOG的要求,SLD往往工作在大功率处,这时曲线斜率相当大,微小的电流变化都会引起较大的功率变化,而且SLD长期使用后功率会产生漂移。
    采用模糊控制的光控方案,系统控制鲁棒性好,克服了目前国内器件一致性差、可靠性差的问题,不仅更能提高控制精度,又能满足FOG系统快速性的要求,但光控精度依赖于探测器的响应精度。
    6结论经实验研究,对不同方案分析比较,各有优劣。“恒流源+温控”方案简单,但可靠性不高。光控方案针对目前SLD的不一致性,控制精度更高,应用更灵活,但模糊算法的引入,加了系统的复杂程度,在工程应用上是一不利因素。然而,采用数字控制的光控方案,是对原有控制思想的改进,尤其适用于高精度光纤陀螺,有较好的发展前途。在研究驱动控制的同时,还应提高探测器的精度、线性范围和温度稳定性,改善光源的性能,这样,将会直接提高光控精度,有助于高精度光纤陀螺的发展。

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