光纤陀螺用光源驱动电路的研究

来源 :石家庄铁道大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:XUCHUNLIAN
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随着光通信的快速发展,半导体光器件技术也得到了进一步的提高,光纤陀螺技术在惯性技术领域中愈加成熟,同时已逐步发展成在军用和民用领域广泛应用的主流仪表。光源作为光纤陀螺中唯一的有源光器件,光源的控制驱动是光纤陀螺(FOG)研究领域的关键技术之一。超辐射发光二极管(SLD)具有理想的谱宽指标,且输出功率大,并与FOG有着良好的耦合效果,广泛应用于中、低精度FOG中。由于光纤陀螺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。同时受环境因素的作用,SLD光源稳定性对系统精度有极大影响。SLD光源的发光波长、光谱宽度以及光功率稳定度受管芯周围环境温度的影响显著,并且光源的驱动电流同样受温度的影响。因此,本文针对SLD管芯注入电流及温度的变化对系统的影响设计了光纤陀螺光源驱动电路并进行了精度测试。首先通过对大量文献资料的调研与分析,重点研究了FOG光源与光源组件的基本原理。由于FOG基于光的Sagnac效应,光源的可靠与稳定是FOG工作的基础。通过分析FOG用不同光源的发光机理和发光特性,揭示了影响光源性能的主要因素是管芯的工作温度和注入电流的稳定度,同时对光源组件的构成以及各单元的工作原理进行了大量研究,为低功耗、高精度光源驱动电路的设计提供了研究方向和实现途径。其次分析了低功耗、高精度光源驱动电路的设计原理,详细研究了各功能单元的误差来源以及相应的降低办法,设计完成了光纤陀螺光源驱动控制电路,并测试了在不同条件下该电路的性能指标。测试结果表明,所设计的光源驱动控制电路经过优化器件和驱动、控制的电路设计,较好地解决了降低功耗、缩小体积的问题。在保证对FOG光源高精度控制(恒温时输出光功率稳定性优于3‰,温控精度达到0.01℃)的条件下,实现了恒流源电路的低功耗和小型化目标。电路达到了中、低精度FOG的工程化、小型化、批量生产以及高精度FOG和三轴组合FOG研制所要求的性能指标。最后利用电路集成技术,针对光纤陀螺光源驱动电路设计了可行的集成方案,满足了电路低功耗、小型化及高精度的要求。根据电路对集成技术的要求,采用将光源模块、测控电路集成模块和功率与参数调整模块一体化集成的技术方案。经过分析电路散热及抗干扰性对系统性能的影响,利用Altium Designer完成了光源驱动电路板的设计并制作完成光源驱动控制的仪表样机设计。经测试,在环境温度(-40~60℃)不断变化的条件下,该低功耗、高精度光源驱动电路可保证输出光功率稳定,SLD光源管芯正常工作;3秒内光源管芯温控精度优于0.01℃,恒流精度优于0.1%,使系统实现高精度、高稳定性的性能指标。
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