超辐射发光二极管的数控驱动方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了超辐射发光二极管的数控驱动方法及其装置，利用阶跃响应法，在装置启动初始获得对热电制冷器进行有效控制的ＰＩＤ参数，并运用到ＰＩＤ控制算法之中，通过比较热敏电阻温度信号与设定温度信号的偏差，经过ＰＩＤ控制，输出信号至热电制冷器，控制热电制冷器产生相应的制冷量，以改善ＳＬＤ工作环境温度，提高ＳＬＤ的温度稳定性。本发明专利技术能够广泛的适用各种厂商所生产的超辐射发光二极管，适应性强。并且能够根据工作条件的不同，调整控制参数，有效的克服了固定参数控制不能适应环境温度变化的问题，提高了控制精度，有效地改善了ＳＬＤ输出功率及中心波长的稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超辐射发光二极管的数控驱动方法及其装置。
技术介绍
光纤陀螺是具有广泛军事和民用应用背景的角速度传感器。超辐射发光二极管(SLD)，具有短时间相干性和长空间相干性的特点，被普遍的用来作为光 纤陀螺的光源。由于SLD光源稳定性对陀螺的精度有很大的影响，因此，控制 SLD稳定输出——光功率、光波长、偏振特性，具有极其重要的意义。目前广 泛采用的SLD驱动方法为"恒流+温控"，恒流源加载到SLD管芯，并通过TEC (热电制冷器)控制SLD的工作温度，从而实现电流，温度的稳定性。对温度 的控制通常采用模拟的P (比例)控制或PI (比例积分)控制，以及固定参数 PID (比例积分微分)数字控制，这类控制方法不能有效地针对SLD工作环境 变化做出适当的调整，光源输出特性随工作环境的温度变化较大，控制精度低。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提出一种适用性强，控制精度高， 稳定性好的超辐射发光二极管的数控驱动方法及其装置。超辐射发光二极管由管芯、热电制冷器、热敏电阻三部分组成，本专利技术提 出的数控驱动方法，是采用阶跃响应法获取温度控制参数的"恒流源+温控"方法，包括以下步骤1) 装置启动阶段，微处理器经D/A转换器发送固定幅度的电压信号至热电 制冷器，使热电制冷器产生一定的制冷量；同时利用温度采样电路采集热敏电阻 温度一 电压信号，获取比例积分微分控制特性的飞升曲线；2) 采用参数辨识算法分析飞升曲线，获得比例积分微分控制参数，并设置 到PID运算模块中；3) 将温度采样电路采集热敏电阻的温度一电压信号与设定工作温度信号相 比较，由微处理器对比较后的偏差信号经进行PID运算，用运算输出的信号控 制热电制冷器的制冷量，使管芯温度到达开启管芯的允许温度范围，开启管芯， 进入正常工作阶段。用于上述方法的超辐射发光二极管的数控驱动装置，包括由管芯、热电制 冷器、热敏电阻三部分组成的超辐射发光二极管，其特征在于该装置还包括温度采样电路，A/D转换器，两个D/A转换器，恒流源电路，热电制冷器驱动电 路和微处理器，温度采样电路的输入端与热敏电阻相连，温度采样电路输出端 接A/D转换器的输入端，A/D转换器的输出端与微处理器相连，微处理器输出 分两路，其中一路经第一D/A转换器与热电制冷器驱动电路的输入端相连，热 电制冷器驱动电路输出端与热电制冷器相连，微处理器输出的另一路经第二 D/A 转换器与恒流源电路的输入端相连，恒流源电路的输出端与管芯相连。本专利技术的优点使用微处理器实现了超辐射发光二极管的数字控制，针对超 辐射发光二极管控制参数的不一致性，能通过阶跃响应法快捷地获得装置的控制 参数,因此适应性强，能够广泛的适用各种厂商所生产的超辐射发光二极管。同 时，本方法能够根据环境温度不同，调整PID控制参数，弥补了以往固定PID 参数控制不能正确反映环境温度变化所带来的不足,提高了控制精度，有效地改 善了 SLD输出功率及中心波长的稳定性。 附图说明图l为本专利技术装置的构成框图2为恒流源的电路图3为温度采样电路原理图4为热电制冷器驱动电路图5为阶跃响应法获得PID参数的原理图6为PID控制原理图。具体实施例方式参照图1，本专利技术的超辐射发光二极管数控驱动装置，包括由管芯1、热电制冷器2、热敏电阻3三部分组成的超辐射发光二极管，其特征在于该装置还包 括温度采样电路4， A/D转换器5，两个D/A转换器6、 7，恒流源电路8，热电 制冷器驱动电路9和微处理器10，温度采样电路4的输入端与热敏电阻3相连， 温度采样电路4输出端接A/D转换器5的输入端，A/D转换器5的输出端与微 处理器10相连，微处理器10输出分两路，其中一路经第一D/A转换器6与热 电制冷器驱动电路9的输入端相连，热电制冷器驱动电路9输出端与热电制冷 器2相连，微处理器10输出的另一路经第二 D/A转换器7与恒流源电路8的输 入端相连，恒流源电路8的输出端与管芯1相连。恒流源电路如图2所示，其包括功率放大器A21，输入的恒压信号Vc经 R21、 C21组成的滤波电路与功率放大器A21的正输入端相连，功率放大器A21 的输出端与负输入端之间接入SLD管芯，功率放大器A21的负输入端与地之间接入电阻R22，用以调节流经SLD管芯的电流I。恒流的计算公式为 I=Vs/R22=Vc/R22，选取适当的电阻值及电压信号产生驱动SLD电流。在功率 放大器的入口处电阻R21和电容C21构成RC电路作为恒流源的缓启动电路， 使光源发光管的驱动电流缓慢升高，避免损伤管芯。在SLD的管芯前的电容C22 起到了脉冲和过载保护的作用。温度采样电路如图3所示，其包括由热敏电阻3及3个普通电阻R31组成 的电桥B1，电桥B1的输出端接精密仪器放大器A31的差分输入端，精密仪器 放大器的输出端经R32、 C31、 R33组成的滤波电路接入运算放大器A32的正输 入端，A32的负输入端经电阻R34连接A32的输出端，作为电压跟随器，A32 的输出端经电阻R35送至A/D转换器采样。热电制冷器驱动电路如图4所示，来自第一 D/A转换器6的控制信号经电 阻R41接入运算放大器A41的正输入端，A41的负输入端经电阻R42与A41的 输出端相连，构成电压跟随器，A41的输出端经R43与功率放大器A42的负输 入端相连，A42正输入端接地，A42的负输入端通过电阻R44与A42的输出端 相连，构成负反馈放大电路，A42的输出信号通过R45连接热电制冷器的输入^山乂而。图5为通过阶跃响应法获得PID控制参数的原理图。装置初始时，微处理 器通过第一 D/A转换器6向热电制冷器驱动电路9施加一定幅度的阶跃信号给 热电制冷器2，产生一定的制冷量，改变热敏电阻3的环境温度，并通过温度采 样电路4采集热敏电阻3的温度电压信号送至A/D转换器5,得到阶跃响应的 飞升曲线，采用参数辨识算法对飞升曲线进行分析，获取热电制冷器进行有效 控制的PID参数。图6为PID控制原理图。微处理器比较采样所得温度信号Tl以及设定工作 信号T2，得到偏差信号e(T)，对偏差信号进行数字PID运算，运算结果依次经 第一D/A转换器6、热电制冷器驱动电路9，输出至热电制冷器2，产生制冷量，改善环境温度。超辐射发光二极管数控驱动工作过程启动初始，首先进行参数辨识过程。微处理器10控制第二 D/A转换器7输 出零电压信号，恒流源电路8处于关闭状态，由微处理器10通过第一 D/A转换 器6发送一定幅度的阶跃信号至热电制冷器驱动电路9的输入端，使热电制冷 器2产生一定的制冷量，同时由温度釆样电路4采集热敏电阻3的温度电压信 号，通过A/D转换器5送至微处理器10，连续进行此过程直至此温度电压信号稳定，得到热电制冷器2和热敏电阻3的阶跃响应飞升曲线。微处理器10运行 参数辨识算法对该飞升曲线进行分析，获得进行PID控制的比例、积分、微分 参数，并将得到的各项参数设置到PID运算模块部分，结束参数辨识过程。启动完毕，装置切换到PID运算过程，A/D转换器5通过温度采样电路4 采集热敏电阻3温度电压信号，送至微处理器与设定工作温度信号比较，取偏 差信号作为PID运算的输入量，输出运算结果至第一 D/A转换器6，该输出量 通本文档来自技高网...

【技术保护点】
超辐射发光二极管的数控驱动方法，驱动由管芯、热电制冷器、热敏电阻三部分组成的超辐射发光二极管，其特征在于包括以下步骤：１）装置启动阶段，微处理器经Ｄ／Ａ转换器发送固定幅度的电压信号至热电制冷器，使热电制冷器产生一定的制冷量；同时利用温度采样电路采集热敏电阻温度一电压信号，获取比例积分微分控制特性的飞升曲线；２）采用参数辨识算法分析飞升曲线，获得比例积分微分控制参数，并设置到ＰＩＤ运算模块中；３）将温度采样电路采集热敏电阻的温度一电压信号与设定工作温度信号相比较，由微处理器对比较后的偏差信号经进行ＰＩＤ运算，用运算输出的信号控制热电制冷器的制冷量，使管芯温度到达开启管芯的允许温度范围，开启管芯，进入正常工作阶段。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈侃，费宇明，黄腾超，舒晓武，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]