自适应光纤挤压式电控偏振控制器的控制方法及其系统技术方案

自适应光纤挤压式电控偏振控制器的控制方法及其系统数据偏振控制技术领域，其特征在于：其驱动电压的控制方式是变步长的，在反馈信号上升过程中，用长尝试步长的控制电压来保证控制速度；在接近设定偏振态时，用短尝试步长的控制电压来保证控制精度；同时，在反馈信号达到最大值的９５％时，引入反馈信号与工作电压偏离中心工作点的值两者之差的优值函数来有效地防止工作电压偏离中心工作点，避免复位情况的发生；采用小步复位方法，使复位时，工作不中断。同时，改进了光纤挤压器的结构，减少了半波电压，增加了光纤挤压器的工作范围，也可以有效地减少复位发生的概率，从而使得只使用三个光纤挤压器成为可能。实验结果，其控制速度达到２５００π ｒａｄ／ｓ，偏振态地控制偏差小于１％。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

自适应光纤挤压式电控偏振控制器的控制方法及其系统属于偏振控制
控制逻辑的作用是根据反馈信号(反馈信号反映的是输出偏振态和设定的偏振态之间的吻合程度，反馈信号达到最大值，表示输出偏振态和设定偏振态完全吻合)，改变各个光纤挤压器的驱动电压，使输出偏振态和设定偏振态一致，主要控制过程采用步进、搜索的方法来实现。具体工作步骤如下1.尝试改变一点输出的电压(尝试改变挤压器驱动电压ΔV)2.读入反馈信号，判断反馈信号的变化情况(变大或者变小)3.根据反馈信号的变化进行相应的处理。如果反馈信号变大，则保留本次电压改变的尝试；如果反馈信号变小，那么取消这一次电压的改变尝试，将电压恢复到原来的数值。通过不断的多次尝试，反馈信号就会越变越大，即输出偏振态越来越接近设定偏振态，从而实现偏振控制的目的。上述控制逻辑中，电压尝试步长是单一的，存在着控制速度和控制精度的矛盾电压尝试步长越长，控制速度高，但控制精度低；反过来，电压尝试步长越短，控制速度慢，但控制精度则高。实际应用中，为了避免光纤挤压器的驱动电压超出正常工作范围及过度挤压造成光纤遭受破坏性损伤，通常需要通过复位将接近极限电压的挤压器的驱动电压恢复到中心电压。当某一挤压器处于复位时，该挤压器就不参与控制(即中断控制)。因此，为了实现无中断复位，至少需要五个挤压器，即在控制过程中，三个挤压器处于控制工作状态，另两个挤压器执行复位。然而光纤挤压器个数增加会导致插入损耗增加，控制速度和控制精度下降，偏振控制器的体积及成本增加。本专利技术的特征在于其驱动电压的控制方式是变步长式的，在反馈信号上升过程中，用长尝试步长的控制电压使反馈信号的上升沿足够陡以保证控制速度要求；在接近设定偏振态时，用短尝试步长的控制电压使反馈信号变化幅度小以保证控制精度；具体而言，它依次含有以下步骤处在不需要复位时，依照下述次序进行(1)根据前次反馈信号的大小，设置控制电压尝试的步长反馈信号越大，对应控制电压尝试的步长越小；若反馈信号小于其最大值的90％，则对应控制电压的尝试步长变大；(2)电压增加一个步长；(3)读取反馈信号，按下式计算反馈信号的优值函数S以判断反馈信号的变化情况，从而决定似乎否应该取消本次控制电压的尝试S=Uf-Σi(v(i)-Vmid)4;]]>式中Uf反馈信号；V(i)各路控制电压，i是序号；Vmid压电陶瓷微位移器工作电压范围内的中点值；(4)若反馈信号大于最大值的95％，则根据反馈信号的优值函数的变化方向来判断是否应保留本次电压尝试若优值函数变小，表示驱动电压向超出正常工作范围方向变化，可能会造成复位情况地发生，应取消本次尝试电压并改变下次电压尝试方向；否则，保留本次尝试电压；若反馈信号尚未达到最大值的95％，则根据反馈信号的变化方向来判断是否应保留本次尝试电压若反馈信号变小，应取消本次尝试电压并改变下次尝试电压方向；否则，保留本次尝试电压；处在需要复位时，采用小步复位的方法，即把压电陶瓷微位移器的控制电压只作小的变化恢复到允许的范围以内，然后再进行下一路控制电压处理。根据本专利技术提出的控制方法而设计的自适应光纤挤压式电控偏振控制系统，其特征在于它含有接受输入光信号的光纤挤压器，接受光纤挤压器输出的光信号的偏振器，和偏振器输出端相连的光强检测器，接受光强检测器输出的反馈信号的A/D转换器以及与上述A/D转换器依次连接的单片机，D/A转换器，输出端与光纤挤压器中压电陶瓷微位移器的输入端相连的电压放大器。所述的光纤挤压器包括挤压方向互成45度角交错排列的三个光纤挤压器。所述的各个光纤挤压器，其夹具的长度与压电陶瓷微位移器截面长度等长，且其侧向加压方向与水平面成22.5度夹角。所述的光纤挤压器是对ZL01233489.8，名为“自锁定斜面滑块式光纤挤压器”专利技术的改进。使用证明它实现了预期目的。图2光纤挤压器装配图；图3光纤挤压式电控偏振控制器系统的电路原理框图；图4本专利技术所述方法的程序流程框图。图5改进设计后的自锁定斜面滑块式光纤挤压器结构5(a)正22.5度光纤挤压器；5(b)负22.5度光纤挤压器； 初始情况各路电压都在工作范围以内，不需要复位。加速阶段1.比较反馈信号和反馈信号的最大值，为0.5％，远小于95％，设定电压尝试步长为1V；2.对第一路电压增加一个尝试步长，工作电压为151V；3.读入反馈信号为50；4.反馈信号变大，保留本次电压尝试；5.进入下一步电压判断，重复步骤1～5，共三路。控制阶段初始状态三路控制电压分别为133V，172V，155V；反馈信号为1990；反馈信号的优值函数S＝1988.1；反馈信号最大值为2000。1.比较反馈信号和反馈信号的最大值，为99.5％，远大于95％，设定电压的尝试步长为0.1V；2.对第一路电压增加一个尝试步长，工作电压变成133.1V；3.读入反馈信号，反馈信号为1993；4.计算反馈信号的优值函数，结果为1991.3；5.反馈信号优值函数变大，保留本次电压尝试；6.进入下一路电压的判断，重复步骤1～5。在这个阶段，电压尝试步长都处于最小值。可以保证有很高的控制精度，而且由于电压波动范围相应也小，从而可有效减小复位发生概率。由此可见，本专利技术可以同时实现高的控制速度和控制精度；引入的优值函数，可以有效地防止工作电压偏离中点值，避免复位的发生。另外，光纤挤压器的改进，使半波电压减小，增加了光纤挤压器的工作范围，也可有效地降低复位发生的概率，从而使只使用三个光纤挤压器成为可能。权利要求1.自适应光纤挤压式电控偏振控制器的控制方法，它是根据反映输出偏振态和设定的偏振态之间的吻合程度的反馈信号的变化方向及大小，通过控制逻辑改变光纤挤压器中压电陶瓷微位移器的驱动电压来调节输出偏振态，当反馈信号最大时，其输出偏振态与设定偏振态便保持一致，其特征在于其驱动电压的控制方式是变步长式的，在反馈信号上升过程中，用长尝试步长的控制电压使反馈信号的上升沿足够陡以保证控制速度要求；在接近设定偏振态时，用短尝试步长的控制电压使反馈信号变化幅度小以保证控制精度；具体而言，它依次含有以下步骤处在不需要复位时，依照下述次序进行(1)根据前次反馈信号的大小，设置控制电压尝试的步长反馈信号越大，对应控制电压尝试的步长越小；若反馈信号小于其最大值的90％，则对应控制电压的尝试步长变大；(2)电压增加一个步长；(3)读取反馈信号，按下式计算反馈信号的优值函数S以判断反馈信号的变化情况，从而决定是否应该取消本次控制电压的尝试S=Uf-Σi(v(i)-Vmid)4;]]>式中Uf反馈信号；V(i)各路控制电压，i是序号；Vmid压电陶瓷微位移器工作电压范围内的中点值；(4)若反馈信号大于最大值的95％，则根据反馈信号的优值函数的变化方向来判断是否应保留本次电压尝试若优值函数变小，表示驱动电压向超出正常工作范围方向变化，可能会造成复位情况的发生，应取消本次尝试电压并改变下次电压尝试方向；否则，保留本次尝试电压；若反馈信号尚未达到最大值的95％，则根据反馈信号的变化方向来判断是否应保留本次尝试电压若反馈信号变小，应取消本次尝试电压并改变下次尝试电压方向；否则，保留本次尝试电压；处在需要复位时本文档来自技高网...

【技术保护点】
自适应光纤挤压式电控偏振控制器的控制方法，它是根据反映输出偏振态和设定的偏振态之间的吻合程度的反馈信号的变化方向及大小，通过控制逻辑改变光纤挤压器中压电陶瓷微位移器的驱动电压来调节输出偏振态，当反馈信号最大时，其输出偏振态与设定偏振态便保持一致，其特征在于：其驱动电压的控制方式是变步长式的，在反馈信号上升过程中，用长尝试步长的控制电压使反馈信号的上升沿足够陡以保证控制速度要求；在接近设定偏振态时，用短尝试步长的控制电压使反馈信号变化幅度小以保证控制精度；具体而言，它依次含有以下步骤：处在不需要复位时，依照下述次序进行：（１）根据前次反馈信号的大小，设置控制电压尝试的步长：反馈信号越大，对应控制电压尝试的步长越小；若反馈信号小于其最大值的９０％，则对应控制电压的尝试步长变大；（２）电压增加一个步长； （３）读取反馈信号，按下式计算反馈信号的优值函数Ｓ以判断反馈信号的变化情况，从而决定是否应该取消本次控制电压的尝试：Ｓ＝Ｕ↓［ｆ］－＊（ｖ（ｉ）－Ｖ↓［ｍｉｄ］）↑［４］；式中Ｕ↓［ｆ］：反馈信号；Ｖ（ｉ）：各路控制电压，ｉ是 序号；Ｖ↓［ｍｉｄ］：压电陶瓷微位移器工作电压范围内的中点值；（４）若反馈信号大于最大值的９５％，则根据反馈信号的优值函数的变化方向来判断是否应保留本次电压尝试；若优值函数变小，表示驱动电压向超出正常工作范围方向变化，可能会造成复位 情况的发生，应取消本次尝试电压并改变下次电压尝试方向；否则，保留本次尝试电压；若反馈信号尚未达到最大值的９５％，则根据反馈信号的变化方向来判断是否应保留本次尝试电压：若反馈信号变小，应取消本次尝试电压并改变下次尝试电压方向；否则，保留本 次尝试电压；处在需要复位时，采用小步复位的方法，即把压电陶瓷微位移器的控制电压只作小的变化恢复到允许的范围以内，然后再进行下一路控制电压处理。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姚敏玉，温平进，徐千帆，陈硕，燕萌，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]