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淺析光纖陀螺SLD光源的驅動控制

時間:2016-11-26閱讀:1428
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目前,我們所使用的是1.3um標準14腳帶尾纖SLD,它的光電特性和光譜特性曲線分別如、2所示。
SLD光譜特性圖影響FOG精度的光源穩定性包括三個方面:光功率、光波長、光偏振。SLD注入電流的不穩定和溫度的變化都會引起輸出光功率的不穩定,它會給時域Sagnac相移的檢測帶來誤差,從而導致載體角速度測量的不,因此在SLD驅動控制中必須解決光功率穩定的問題。光波長穩定性受電流和溫度的影響,且受溫度的影響大,要把波長控制在精度范圍內,應控制溫度在一定范圍內,故在SLD驅動電路中必須加入自動溫度控制。理想的SLD是非偏振的,但目前器件并不是*的非偏振,因此需在光源的輸出端加入去偏器,使之變成非偏振光源。
SLD的驅動控制研究3.1SLD的工程應用特性測試通過對國內生產的SLD進行大量的工程應用特性測試和研究,我們對SLD的溫度特性和光功率變化特性取得了一致結論:(1)SLD的熱敏電阻阻值呈負溫度系數變化(見)。(2)當SLD的注入電流不變時,輸出光功率隨溫度上升而減小(見):當溫度不變時,SLD輸出光功率隨注入電流增加而增大(見)。
盡管如此,由于目前器件的不一致性,不同器件變化趨勢一致,但實測變化值有很大的不同。
(I)吞采熱敏電阻-溫度曲線溫度CO光功率-溫度曲線3.2“恒流源+溫控”方案由于SLD輸出光功率隨注入電流和溫度變化,故選用“恒流源+溫控”方案:通過一精密恒流源提供SLD的恒定注入電流,同時用致冷器對SLD進行溫控,以保證注入電流和溫度均不變,從而間接穩定光源輸出光功率。原理圖如。
恒流源可以是分立的,也可以集成化。溫控電路既可模擬實現,亦可數字實現。
4光控方案4.1光控原理光控是一種直接的光功率控制方法。它的依據是:溫度變化時,光源輸出光功率發生變化,如果適當的改變驅動電流,也能穩定輸出光功率。它的基本思想是把其他因素(如溫度)引起的光功率不穩定轉化為通過改變注入電流使光功率保持恒定。
在干涉型閉環光纖陀螺方案中有一光電傳感器,即光探測器。光探測器是半導體PIN光電二極管,它的作用是把接收到的光信號轉換成相應的電信號。我們使用的光探測器是由PIN與場效應管(FET)單片集成制成的PIN-FET光接收機前置放大器組件。從探測器得到的電壓信號為U=U(l+cosAV)。當陀螺靜止時,Aur=,故電壓信號U反映SLD輸出光功率P的變化,U=KP.經實驗驗證,無論是何原因引起的光功率變化,探測器的輸出電壓與光功率的變化均能保持一致。因此,保持探測器輸出電壓不變,即可確保光功率穩定。系統控制框圖如。
系統控制框圖m圖中:G(S)經測定為K.因為在系統框圖中,被控對象模型參數不確定,故控制器需選用智能控制方法以提高系統的魯棒性,我們選用模糊控制器;4.2模糊控制器的設計模糊控制是以模糊集合論、模糊語言變量及模糊邏輯推理為基礎的計算機智能控制。
它的工作原理是將采樣得到的誤差作為控制器的輸入,模擬人腦思維建立模糊控制規則,依據此規則求得控制器的輸出,以滿足被控對象的需要。
模糊控制器的設計過程如下:確定模糊控制器的結構,選二維模糊控制器,以誤差E、誤差變化量EC為模糊控制器的輸入,U為輸出。
建立模糊控制規則,見表h確定模糊變量的嬴值表根據實際情況,確定模糊變量E、EC、u的賦值表。
建立模糊控制表由上面的規則,并依據zui大隸屬度的解模糊方法,得到模糊控制查詢表2表2模糊控制查詢表將模糊控制查詢表(表2)存入計算機,即可根據不同的E、EC確定控制器的輸出值。
5實驗結果經大量的工程實驗驗證,兩種控制方案均能得到有效的控制精度。分別采用這兩種方案控制光功率的效果見、。
兮子溫度(r)實驗結果表明:光控方案控制效果圖在40‘C+60°C溫度范圍內,光源光功率基本保持穩定。“恒流源+溫控”方案對光功率的控制偏差在5%以內,光控方案在2%以內。
從原理上講,“恒流源+溫控”方案僅考慮影響光功率的兩大因素:電流、溫度,而光控方案直接對光功率控制,因此包含了對未知影響因素的誤差補償,控制精度相對高一些。
足FOG的要求,SLD往往工作在大功率處,這時曲線斜率相當大,微小的電流變化都會引起較大的功率變化,而且SLD長期使用后功率會產生漂移。
采用模糊控制的光控方案,系統控制魯棒性好,克服了目前國內器件一致性差、可靠性差的問題,不僅更能提高控制精度,又能滿足FOG系統快速性的要求,但光控精度依賴于探測器的響應精度。
6結論經實驗研究,對不同方案分析比較,各有優劣。“恒流源+溫控”方案簡單,但可靠性不高。光控方案針對目前SLD的不一致性,控制精度更高,應用更靈活,但模糊算法的引入,加了系統的復雜程度,在工程應用上是一不利因素。然而,采用數字控制的光控方案,是對原有控制思想的改進,尤其適用于高精度光纖陀螺,有較好的發展前途。在研究驅動控制的同時,還應提高探測器的精度、線性范圍和溫度穩定性,改善光源的性能,這樣,將會直接提高光控精度,有助于高精度光纖陀螺的發展。

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