一种适用于泵浦激光器的温度控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种适用于泵浦激光器的温度控制系统，该系统包括温度传感电路、差分处理电路、温度设定电路、光电隔离电路、多模态温度控制电路、限流电路、热电致冷器驱动电路和微控制器；温度传感电路检测激光器内部的温度，并将其转化为电压值，该值与温度设定电路的设定值经过差分处理电路后形成偏差信号，该偏差信号再经多模态温度控制电路处理后产生驱动信号，驱动信号作为热电致冷器驱动电路的输入，从而驱动激光器内部的热电致冷器工作，限流电路可以根据需要设置热电致冷器的最大工作电流，实现激光器温度的自动控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种泵浦激光器温度控制系统，特别是用于宽谱光纤光源中泵浦激光器的温度控制。
技术介绍
光纤陀螺作为一种新型的角速率传感器，广泛应用于航天、航空及船舶制导等领域。光源作为光纤陀螺的主要部件，其性能直接影响到陀螺的精度及稳定性。宽谱光纤光源是一种基于掺铒光纤中自发辐射放大原理的宽带光源，因其优良的性能，成为了光纤陀螺特别是高精度光纤陀螺的首选光源。高精度光纤陀螺对宽谱光纤光源全温状态下(_45°C +700C )的功率和波长稳定性提出了更高的要求。为了实现这一要求，对宽谱光纤光源中泵浦激光器的高稳定性、低噪声的温度控制技术研究就具有重要的实用价值。目前，宽谱光纤光源中泵浦激光器的温度控制大都采用集成温度芯片如MAX 1978 等来实现，这种实现方法具有集成度高、体积小、设计容易实现等优点，但由于这一类集成芯片都采用脉宽调制(PWM)模式工作，容易产生很强的干扰，会干扰其它控制系统或电子设备的正常运行，甚至导致误动作，因此这种方案并不适合于高精度光纤陀螺的宽谱光源应用。尽管与PWM模式相比较，线性驱动的效率低、功耗大，但是其纹波电压小，电磁干扰小，控制系统结构相对简单，所以宽谱光纤光源的温度控制设计需要采用线性驱动方案。温度控制器设计也是宽谱光纤光源温度控制需要重点研究的部分。目前，文献报道的温度控制器设计仍以常规PID控制器为主。然而包含热电制冷器在内的激光器的热控制过程具有非线性、时变不确定性，难以建立精确的数学模型，应用常规PID控制器并不能达到理想的控制效果，而且参数整定也是个繁重的工作。同时，对运行工况的适应性也很差，例如经过仔细整定的一组PID参数可能仅在某段温度范围内有效。这就要求全温 (_45°C +70°C)工作下的宽谱光纤光源温度控制系统要有一定的自适应性，才能达到较理想的温度控制效果。因此，如何在传统的PID控制器的基础上引入新的控制策略，提高整个温度控制器的性能就成为一个亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种宽谱光纤光源用温度控制系统，该系统能够实现低噪声的温度控制，同时满足高精度光纤陀螺中对光源温度控制系统响应速度和系统稳定性的应用要求。本专利技术是一种适用于泵浦激光器的温度控制系统，该温度控制系统连接在泵浦激光器的热敏电阻⑴与热电制冷器(10)之间。该温度控制系统包括有温度传感电路O)、 差分处理电路(3)、温度设定电路⑷、光电隔离电路(5)、多模态温度控制电路(6)、限流电路(7)、热电致冷器驱动电路⑶和微控制器(9)；温度传感电路(2)用于采集热敏电阻(1)在工作状态时的电阻阻值Rt变化，并将电阻阻值Rt转化成电压信号的温度电压值Vmon输出；差分处理电路(；3)对接收的温度电压值Vmon和温度关联电压V4进行差值比较，得到电压差值Vin，即Vin = Vmon-V4 ；温度设定电路(4)对接收的温度设定指令V5_3进行数模转换，得到温度关联电压V4 ；光电隔离电路 (5) 一方面对接收的温度指令信号DM9进行隔离，分别得到温度设定指令V5_3、温度极限指令 V5^1和多模态指令V5_2 ；另一方面对接收的温度电压值Vmon进行隔离，得到数字量的温度电压值DVmon输出给微控制器(9)；多模态温度控制电路(6)对接收的电压差值Vin和多模态指令V5_2进行融合，得到驱动电压V。ut ；限流电路(7)对接收的温度极限指令V"进行数模转换，得到极限温度关联电压V7 ；热电致冷器驱动电路(8)对接收的驱动电压V-进行与极限温度关联电压V7比较，若V。ut< V7W，则用V。ut来启动热电致冷器驱动电路⑶进入正常工作状态，并输出驱动电流I8作用到热电制冷器(10)上，使热电制冷器(10)进行温度调节；若V。ut> V7时，则用^来启动热电致冷器驱动电路(8)进入正常工作状态，并输出驱动电流I8作用到热电制冷器(10)上，使热电制冷器(10)进行温度调节；微控制器(9)用于输出与温度相差的温度指令信号DM9。本专利技术宽谱光纤光源用温度控制系统的优点在于①多模态温度控制电路是在传统的模拟PID控制器的基础上引入模糊控制策略， 并通过使用数字控制的电位计，实现了模糊控制器与模拟PID控制器的功能融合，使得温度控制器既具有模拟控制器动态特性好、实现简单的优点又具有模糊控制器的良好鲁棒性，也弥补了模拟控制器参数不能整定的缺点，从而很好的实现了对温度控制器的响应速度和系统稳定性的要求。同时，还具有设计简单、容易实现的特点②所述的光电隔离电路将数字电路部分与模拟电路部分进行有效隔离，能有效地降低系统噪声，提高系统的可靠性。③所述的限流电路可以限定热电致冷器驱动电路的最大电流，能有效地保护半导体激光器内部的热电致冷器；④根据热电制冷器的工作特性特点，在控制算法中正偏差和负偏差采用不同的控制参数，如大偏差时Pl和P2取不同的工作参数、中偏差P3和P4取不同的参数，从而使温度控制更准确而有效。附图说明图1是本专利技术适用于泵浦激光器的温度控制系统的结构框图。图2是多模态温度控制电路的信号控制图。具体实施例方式下面将结合附图对本专利技术做进一步的详细说明。参见图1所示，本专利技术是一种适用于泵浦激光器的温度控制系统，该温度控制系统包括有温度传感电路2、差分处理电路3、温度设定电路4、光电隔离电路5、多模态温度控制电路6、限流电路7、热电致冷器驱动电路8和微控制器9。该温度控制系统的信号处理流程为温度传感电路2接收电阻阻值Rt，并将输出温度电压值Vmon给差分处理电路3、光电隔离电路5 ；差分处理电路3输出电压差值Vin给多模态温度控制电路6，光电隔离电路5输出温度设定指令V5_3、温度极限指令V5_i、多模态指令V5_2和数字量的温度电压值DVmon ；温度设定电路4输出温度关联电压V4给差分处理电路3 ；限流电路7输出极限温度关联电压V7给热电致冷器驱动电路8 ；微控制器9输出温度指令信号DM9给光电隔离电路5作隔离； 热电致冷器驱动电路8输出电流驱动信号I8给热电制冷器10。本专利技术设计的温度控制系统内嵌在泵浦激光器中。泵浦激光器中的热敏电阻1用于敏感环境温度变化时的电阻阻值Rt。泵浦激光器中的热电制冷器10作为泵浦激光器温度控制的执行元件，该执行元件通过电流驱动信号I8实现泵浦激光器在实际工作环境下达到恒温控制。电阻阻值Rt作为本专利技术温度控制系统的信号输入端，而电流驱动信号I8作为本专利技术温度控制系统的信号输出端，即本专利技术温度控制系统连接在泵浦激光器的热敏电阻 1与热电制冷器10之间。利用本专利技术设计的温度控制系统能够实现低噪声的温度控制，同时满足高精度光纤陀螺中对光源温度控制系统响应速度和系统稳定性的应用要求。下面将对本专利技术设计的温度控制系统中的各个模块进行详细说明。(一)温度传感电路2温度传感电路2用于采集热敏电阻1在工作状态时的电阻阻值Rt变化，并将电阻阻值Rt转化成电压信号的温度电压值Vmon输出。 在本专利技术中，温度传感电路2 —般可以采用常用的桥式电路或恒流源电路，实现将热敏电阻的阻值变化转化为电压变化，后面再加一级电压跟随电路进行阻抗变换，得到其输出的温度电压值信号Vmon = 1.25--_。10000 +衍(二)差分处理电路3差分处理电路3对接收的温度电压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨明伟，杨远洪，索鑫鑫，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：