光纤陀螺用SLD光源的光功率稳定性研究

SLD光源的稳定性对光纤陀螺的性能有及其重要的影响。为提高光纤陀螺的精度 ,设计了 SLD光源的数字化控制系统 ,采用“恒流 +温控”的方案 ,并引入了数字 PID控制算法 ,大大提高了光源出纤光功率的稳定性。用实验证明了数字方法的控制效果远远好于目前广泛应用的模拟控制方法     

光纤陀螺用SLD光源全数字控制系统

超辐射发光二极管(SLD)是干涉式光纤陀螺的理想光源,介绍了全数字SLD光源控制系统的硬件构成、控制软件流程及PID算法。测试结果表明,在-20～50℃温度范围内,光功率波动小于0.3%,平均波长的温度漂移为3×10-6/K,此数控方法在光纤陀螺高精度、工程化研究中有良好的应用前景,对其他半导体激光光源的高精度控制具有通用性。     

光纤陀螺用光源恒流驱动电路设计

光纤陀螺(FOG)光源管芯的阻抗特性是非线性的,为了保证光波长及输出光功率的稳定,必须控制管芯注入电流保持恒定。经过对超辐射发光二极管(SLD)光源管芯的分析研讨,采用LM324为核心器件设计了相应的恒流驱动电路,并进行了分析测试。实验结果表明,在环境温度不断变化的情况下,该恒流驱动电路可满足中、低精度,低功耗光纤陀螺的性能要求,其中常温下输出平均电压为100.242 mA,相对误差为0.013 7%。     

光纤陀螺用SLD光源驱动电路

半导体激光光源超辐射二极管 ( SLD)的稳定性对光纤陀螺 ( FOG)的性能有重要影响 ,介绍了 SL D稳定性要求及驱动电路控制的原理 ,并分析了实现控制的几种方案。这对其他高精度要求的半导体激光光源也具有通用性     

光纤陀螺用SLD光源的控制方法研究

光源控制技术是光纤陀螺技术研究领域的关键技术之一.为进一步提高光源的控制精度,从SLD光源驱动原理出发,提出光源模拟控制与数字控制方案,分析了电路原理,结合实际研究情况,从恒流精度、温控精度及光功率等关键技术指标出发,对两种方案进行比较并给出结论.     

基于STM32恒流恒温超辐射光源系统设计

随着光纤传感、光纤陀螺等技术的飞速发展,超辐射发光二极管(SLD)运用场所也是越来越多,SLD光源的稳定性对光纤传感系统性能有及其重要的影响,为了提高光纤传感的精度设计了一种基于STM32的恒电流恒温度超辐射光源系统。该系统采用了运算放大器作为放大器件的恒流源电路技术方案确保电流稳定性,使用了PID算法确保温度控制电路稳定性,具有良好触摸屏控制的人机界面。文中对超辐射光源系统的硬件和软件进行了具体阐述。测试结果证明,该系统在正常温度下一定工作时间内都能保证SLD输出功率稳定在±0.01d Bm范围内,能够很好符合相关需求。     

基于SoC单片机的小型化SLD光源数字控制系统设计

为提高光纤陀螺用超辐射发光二极管(SLD)光源的稳定性,实现光源性能检测和评价的灵活性,在光源工程化生产中常采用数字化控制系统对光源进行控制。以SoC单片机C8051F060为控制检测平台,结合高性能TEC控制器ADN8831和数字PID控制算法,设计了新型小型化光源数字控制系统。实验表明,该光源数字化控制系统体积小,精度高,操作灵活,可扩展性强,具有良好的实用价值。     

SLD光源驱动电路的设计与实验研究

分析了超辐射发光二极管(super lum inescent d iode,SLD)光源的驱动原理,给出了一种利用控制驱动电流和温度来稳定光源输出功率的驱动电路,并通过采集反馈电压来监控功率的输出。通过对SLD光源的驱动实验,得到电流与输出功率具有良好的线性关系,输出光功率的稳定度优于0.002dB。     

三轴一体化光纤陀螺光源驱动技术

根据三轴一体化光纤陀螺共享光源,要求光源能够提供较大的高精度的恒流以满足实际需要.结合SLD(超辐射发光二极管)光源结构特点及其工作原理,采用恒流和温控方案,设计了新的高精度恒流驱动和温度控制系统.经测试结果表明,设计的系统能够在环境温度为-45℃～ 70℃内稳定工作,实现了高精度恒流和温度驱动控制,满足三轴一体化光纤陀螺对光源驱动的要求.     

基于LabVIEW的SLD光源数字化测评系统研究

光纤传感器常常采用超发光二极管光源(SLD),SLD光源的稳定性对系统整体性能有着关键的影响。所以在SLD应用前,对光源的测试评价的工作是非常有必要的。通常光源的全面测试是一项操作纷繁复杂、数据量巨大、后期数据处理繁琐的工作,因此针对不同的测试系统,以虚拟仪器的设计思想,基于LabVIEW平台,结合Matlab设计了一系列测评程序,以实现对光源测试的自动化,能大大提高光源测试效率和测试系统的可靠性。     

用于高精度光纤陀螺的掺铒光纤宽带光源的优化

为优化双程后向结构的掺铒光源,分析了光纤长度、泵浦功率和温度的变化对光源平均中心波长的影响,初步确定了掺铒光纤长度的优化范围,并在全温度范围内进行实验验证。实验选用的980nm泵浦源电流为110mA,掺铒光纤的长度为12.5m,该装置的输出功率为13.26mW,光源的平均波长稳定性为0.6℃-1。通过建立光谱分布优化仿真模型,实现输出光谱的近高斯分布,3dB带宽达到32nm。经过优化后得到的掺铒光纤光源具有输出功率高、平均波长稳定性好、输出光谱呈高斯分布等优势,是高精度光纤陀螺的理想光源。     

超荧光光源温度动态特性的分析及控制

针对高精度光纤陀螺对光源稳定性的需求,提出了一种以32位数字信号处理器TMS320F2812为核心的掺铒超荧光光纤光源(SFS)的数字化温控方案。以该光纤光源(SFS)为研究对象,分析了现有的光源温度控制技术的优缺点;在模拟控制方案的基础上,提出了"数字恒流源+数字温控"的方案。研究了热电制冷器(TEC)的工作特性、SFS泵浦源的内部结构和传热机理,建立了SFS光源管芯温控系统的数学模型。设计了相应的连续域超前-滞后校正网络,并进行控制器的离散化处理,得到了PID数字补偿控制算法。最后,实验验证了SFS光源的数字化温控系统的温控精度。结果表明,在20~90℃,系统温控精度优于±0.05℃,满足了光纤陀螺低功耗、小型化等要求。     

基于宽谱信号光注入的超荧光光纤光源

为实现高功率和高平坦度的C+L波段光超荧光输出,将超辐射发光二极管输出的宽谱信号光注入双程后向掺铒光纤超荧光光源,研究了信号光注入对超荧光光源输出功率和光谱特性的影响,优化了信号光注入功率、泵浦源抽运功率和掺铒光纤长度。结果表明:低功率、宽光谱信号光不仅可以有效提高超荧光光源的输出功率和泵浦效率,还有助于光谱的平坦化;通过使用40m W抽运功率泵浦9m的掺铒光纤,在500W信号光注入时获得了功率为10.59m W、3d B带宽大于41nm的C+L波段超荧光输出。     

光纤陀螺用光学器件的匹配优化

针对光纤陀螺采用分立光学器件组装的特点,从光纤类型匹配、损耗匹配、偏振特性匹配几个方面讨论了对光纤陀螺精度的影响。给出了组成光纤陀螺各器件的理想匹配参数和光学器件的保偏尾纤连接时的对轴精度的优化,提高了光纤陀螺批量生产的一致性、稳定性、重复性以及光纤陀螺的性能。     

光纤陀螺的时变梯度场效应

光纤陀螺是一种高稳定性的绝对角度传感器,去偏陀螺的光纤传感环是由200～1000m 普通单模光纤(SMF)绕在直径为3～10cm 圆柱支架筒上。时变温度梯度场和时变应变对光纤的位相"调制"作用会引入非互易相位误差。本文给出了时变梯度场对光纤陀螺输出的影响,并给出了实验结果和光纤陀螺传感环的制作方法。     

光纤传感器在涡轮轴向位移检测中的应用研究

以光纤传感原理为基础，采用一种强度补偿型反射式光纤位移传感器，借助光纤本身的优势，实现涡轮机轴向位移的实时监测。系统包括光源及其驱动电路、光纤传输通道、信号处理电路和信号输出系统。通过双路接收的方法消除因光源发光功率波动、光纤损耗变化以及环境干扰光等因素对测量结果的影响。采用稳压源驱动和温度补偿保证光源发光的稳定性，进行转速监测以补偿速度变化引起的误差。采用单片机完成被测信号的识别和处理，提高了测量的精度。     

基于内模的光纤陀螺温控系统设计

本文针对光纤陀螺对温度敏感这一特性,在充分分析光纤陀螺物理特性基础上,分析了温度对陀螺噪声、陀螺光源的影响,温度的变化将导致光线环中不同区段上光纤的折射率不同,这种不同将最终导致光纤陀螺的零点随温度的变化而发生漂移;随后建立了相应的温度误差模型;通过最小二乘拟合,建立了较为准确的控制对象模型,采用内模控制方法对温控系统进行了设计,其设计原理简单、跟踪调节性能好、鲁棒性强、参数整定直观明了,能消除不可测干扰的影响;最后通过系统仿真,对分别用内模控制和常规PID控制设计的温控系统进行了比较,通过比较分析,验证了内模控制对于本系统所具有的优越性,研究成果对设计高精度温度控制系统有着重要的参考价值。     

微小型光纤陀螺组合分时复用技术

为了有效减小多轴光纤陀螺组合的功耗、体积和重量,实现光纤陀螺组合的微小型化,应用分时复用技术,提出了一种基于3×3耦合器,工作在850 nm短波长的光纤陀螺分时复用组合结构。分析了陀螺输出数据处理方法,得到了分时复用光纤陀螺组合的相对极限零偏稳定性。建立了分时复用光纤陀螺切换模型,揭示了分时复用导致光纤陀螺轴向切换必然存在一个过渡过程,分析了过渡过程对陀螺组合静态、动态特性的影响。结果显示,光纤陀螺组合的相对零偏稳定性是传感方法的2.1倍,最大输入信号检测带宽为1.1 kHz,标度因数的不对称性和非线性度均小于50×10-6。最后,通过仿真进行了实验验证,结果表明,该技术可以用于中低精度微小型多轴光纤陀螺组合中。     

用于光纤陀螺油井测斜仪的光源温控系统设计

提出了一种基于DSP的数字化光源温控方案,以适应光纤陀螺油井测斜仪的井下高温工作.方案采用32位TMS320F2812芯片作为控制核心,以脉宽调制(PWM)方式驱动全桥电路.通过分析半导体制冷器TEC的温度动态特性,建立了与之对应的数学模型,设计了PID数字补偿控制算法,实现了数字化的光源温度控制系统.实验结果表明:该温控系统在90℃外界环境温度下,控温精度可以达到±0.03℃,解决了光纤陀螺油井测斜仪的井下高温适应性难题.     

干涉式光纤陀螺控制器的设计与仿真

光纤陀螺的研究与开发目前主要集中在工程应用技术方面.干涉式光纤陀螺(IFOG)的动态性能受控制系统设计的影响.现根据干涉式光纤陀螺数字闭环检测过程,建立了控制系统的动态模型,详细分析并设计了数字PID控制器和IIR滤波器.仿真结果显示,设计的控制器能够有效地提高干涉式光纤陀螺的输出带宽,改善系统的动态特性.