用于光纤电流传感器SLD光源的温度控制系统

为减小高压电网中光纤电流传感器超辐射发光二极管(super luminescent diode,SLD)光源温度特性对测量准确度的影响,提出了一种模拟温度控制系统对光源温度进行恒温控制。根据设计要求,介绍了各重要环节的设计过程。分析了通过搭建合适的温度采集电桥,可以得到与温度近似成线性关系的输出差分信号。在频域上建立了系统的数学模型,计算了系统的传递函数,得到了比例-积分-微分(proportional-integral-derivative,PID)控制器各参数对时域上输出的影响。在实验室中搭建了用于光纤电流传感器SLD光源的温控系统,对温控系统进行了定温与温度循环实验,实验结果表明:该控制系统可以实现对温度的实时控制,使光纤电流传感器测量准确度满足0.2级工业要求。

SLD光谱调制对光纤陀螺性能的影响

对光纤陀螺中SLD光谱调制度的变化进行了实验研究.从理论上阐述了光路系统中光谱的调制度增大的原因,其仿真与实验结果非常一致·在此基础上,进一步分析了光谱调制度对相干函数的影响,评估了二阶相干峰引起的光纤陀螺误差水平·

驱动电路一致性对光纤陀螺用SLD光源特性的影响

针对目前同批次驱动电路对同一光源控制效果存在差异的问题,开展器件一致性对光纤陀螺用SLD光源特性影响的研究,找到影响驱动电路一致性的关键部位,并提出解决方案,从而规范驱动电路制作过程。理论分析结果表明:造成温控电路差异的因素由大到小依次是惠斯通桥两臂电阻偏差、热敏电阻与同臂电阻偏差、正/负电源精度、运算放大器输入失调电压,以及积分电路的运放精度;造成恒流源电路差异的因素主要是指示器误差、驱动电流漂移误差和恒流源器件选配误差;通过采取元器件配对、调试、更换高精度器件等措施,可消除或大幅降低上述电路差异。试验结果证明,按照理论规范生产的驱动电路板一致性显著提高,可达到同类进口驱动电路的水平。

半导体制冷器对SLD光源温控参数的影响

针对光纤陀螺用SLD光源与控制电路的匹配需求,探讨了SLD光源的重要光源组件——半导体制冷器对温度控制参数离散化的影响。结果表明,半导体制冷器(TEC)的等效内阻和制冷/加热效率的特性是目前SLD光源温控参数离散的主要原因;在当前温控模式下,TEC等效内阻对温控参数的影响最为显著,其由于工艺或使用条件变化等原因产生的任何微小差异均直接表现为温控参数的改变;TEC的制冷效率和加热效率对温控参数的影响不同,它们在制冷和加热过程分别促进和阻止温控参数的进一步离散。通过改进光源温控模式、加强光源规范管理、增强TEC的一致性,以及改进TEC制冷/加热效率,可大幅提高光源和温控电路的匹配效果。

低功耗小型化光纤陀螺SLD驱动电路的设计

为实现光纤陀螺工程化,结合光源驱动电路的特点,设计了由大功率管FDW2520C构成的低功耗、小型化超辐射发光二极管(SLD)驱动电路.经实验验证:此电路在保证对光纤陀螺SLD光源高精度控制的条件下,电路效率明显得到提高, 最高效率达94 %, 功放管的最大耗散功率减小了36.3 %,经测试恒流精度为 0.01 %,光功率在-20～60 ℃范围内变化优于0.3 %,从而实现了光源驱动电路的低功耗和小型化目标,成为一种实用、可靠的光源驱动电路方案.

SLD光源老化筛选监测系统的设计与实现

本文从光纤陀螺用SLD光源老化筛选的实际需要出发,提出了一种SLD光源老化筛选监测系统的设计方案。结合SLD光源自身特点,设计了光功率、驱动/温控电流及内部温度4种与光源状态相关的参数采集模块,利用LabVIEW平台编制了系统监控软件,对系统各部分所实现功能及关键模块的设计进行了详细介绍,设计实现了SLD光源老化筛选监测系统试验样机,并通过样机进行设计验证,给出了验证结论及系统性能指标。实验结果表明系统工作可靠,可满足多只SLD光源老化筛选监测需要。

1.30μm-MQW-SLD的性能与注入电流和温度的关系

全面测试了峰值波长为1.30μm的InGaAsP/InP多量子阱型超辐射激光二极管(MQW SLD)模块的输出光功率、光谱和消光比随注入电流及温度变化的关系。得到:MQW SLD显示了软阈值特性。温度不变时,其输出光功率随注入电流的增大而增加;MQW SLD模块的峰值波长随注入电流的增大而减小;注入电流不变时,其输出光功率随管芯温度的升高而减小;峰值波长随温度升高而增大。SLD模块的3dB带宽随注入电流的增大及管芯温度的升高而变化。注入电流大于阈值电流时,MQW SLD模块的消光比随注入电流和管芯温度的升高而增大。

基于ADT数据的SLD温度建模方法

在对超辐射发光二极管(SLD)实施加速退化试验(ADT)并评估其寿命及可靠性的过程中,其性能参数的温度漂移特性影响了评估的精度,为了剔除这种影响,进而提高评估的精度,需要建立相应的温度与性能参数的关系模型来对试验数据进行处理。对SLD的温度建模进行了研究,为了确定一种适用于SLD及ADT数据处理的温度建模方法。通过调研分析讨论了回归方法、人工神经网络、支持向量机等3种温度建模方法;从建模精度、稳定性等方面对上述方法进行了对比分析,并总结了各种温度建模方法的特点;最终确定支持向量机的温度建模方法更适用于开展SLD及ADT的温度建模工作,从而为SLD及相关产品的温度建模和ADT的评估提供了理论依据。

1.3μm DH-SLD的性能与工作电流和温度的关系

全面地测试并分析了掩埋双异质结型超辐射激光二极管模块的输出光功率、光谱和消光比与注入电流及温度的变化关系。得到:DH-SLD显示了软阈值特性,其输出光功率随注入电流的增大而增加,随管芯温度的升高而降低。温度不变时,当注入电流小于110mA(约)时,峰值波长随注入电流的增大而减小,当注入电流大于110mA(约)时,峰值波长随注入电流的增大有所增大;峰值波长随温度升高而增大。3dB带宽随注入电流的增大而减小,随温度的升高而略有增大。消光比随注入电流和温度的升高而变化。

光纤陀螺SLD光源的特性研究

介绍光纤陀螺中超辐射发光二极管(SLD)的工作原理,分析了SLD输出功率、光谱随工作电流和温度变化的规律,并研究了SLD光源驱动的设计,可作为光纤陀螺性能调试的参考。

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。

基于模糊自适应PID的SLD光源温控方法研究

通过对超辐射发光二极管(SLD)光源进行分析,建立了二阶惯性环节加纯滞后的温度控制模型,提出了一种采用模糊自适应PID对光源进行温度控制的数字控制方法,并对所建立的模型进行了MATLAB仿真。结果表明,模糊自适应PID控制在调节时间、响应速度、调节精度和稳定性方面均优于常规的增量式PID控制,这对下一步光源的数字化实现具有重要指导意义。

光纤陀螺用光收发组件的SLD准直系统设计

在光纤陀螺向高精度和小型化的方向发展的背景下,针对光纤陀螺用光收发组件对器件小型化、易集成的特殊要求和超辐射发光二极管SLD(Super-Luminescent Diode)出射光束的特点,提出利用双焦距双柱透镜准直整形系统对SLD光束进行准直、整形.根据椭圆高斯光束的特性,利用几何光学法和矩阵光学法,分别对该双柱透镜的重要结构参数(曲率、柱透镜厚度)进行了详细的计算及分析,并且利用矩阵光学法得出系统的光线传输矩阵,对该双柱透镜的结构参数进行优化设计.利用CODEⅤ光学仿真软件对优化后的系统进行仿真,得出准直整形后光束在xOz平面和yOz平面内的发散角仿真值均低于0.05 mrad,且光斑为圆形.

基于SoC单片机的小型化SLD光源数字控制系统

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,设计了一种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。

1.55μm-MQW-SLD连续工作状态下的性能

全面地测试并分析了峰值波长约为1.55μm的InGaAsP/InP多量子阱型超辐射激光二极管(MQW-SLD)模块的输出光功率、光谱和消光比随注入电流及温度变化的关系。结果表明:在连续工作状态下,此SLD模块显示了软阈值特性,其性能随着注入电流和温度的变化而变化。

光纤陀螺核心器件SLD光源研究

超辐射发光二极管(SLD)是干涉式光纤陀螺的理想光源。由关键器件转换法可知,SLD光源同时是光纤陀螺的关键核心器件。通过对光纤陀螺(FOG)的工作原理的介绍以及SLD光源的结构特性与工作原理的详细阐述,分析出其在光纤陀螺仪上的重要作用。继而着重说明SLD光源主要特征参数对光纤陀螺性能的影响,指出SLD光源在光纤陀螺应用上的未来研究重点,为未来SLD光源的研制及相关可靠性评估试验等工作研究提供理论基础。

利用导通电压降监测SLD的输出光功率

由于传统的光功率采集仪精度不高,在实验中无法明显地显示出光功率在短期内的变化,而采集电压的数据采集系统可以很好地解决这个问题。在分析1 310 nm超辐射发光二极管(Super Luminescent Diode,SLD)光源的工作原理的基础上,设计了一种在恒温条件下控制驱动电流来使SLD稳定工作的驱动电路,进行了理论分析和实验验证,给出了利用SLD电压降监测输出光功率的新方法,取得了真实可靠的实验数据。通过SLD光源的驱动实验得出输出光功率与驱动电流和SLD两端电压降的相关关系,结果表明,输出光功率与电流具有良好的线性关系,与电压具有良好的正相关指数关系。利用采集电压降监测SLD的输出光功率,大大提高了测试精度和数据分辨率,同时为SLD退化寿命试验提供了新的电学参数。

高适应SLD光源控制方法研究

从光纤陀螺用SLD光源的特性出发,分析研究不同光源及它们在不同环境条件下的温控模型参数分布规律。经MATLAB仿真的到温控电路中相应的PI参数范围,通过对PI参数的分布范围求交集,得到了能够适应大多光源和环境的PI参数分布,从而提出了一种解决SLD驱动电路与光源匹配问题的方法,同时也大大提高了驱动电路的环境适应能力。

半导体致冷器对SLD光源内部电场的影响

针对超辐射发光二极管(Super Luminescent Diode,SLD)光源输出光功率稳定性的需求,从光源的温控电路出发,建立了SLD恒流回路与半导体致冷器(TEC)之间的电场耦合模型,探讨了SLD光源的重要组件——TEC对其内部电场的影响;分析了光源内部不同组件间的分布电容。研究结果表明:温控电路产生的交流分量作用于光源内部半导体致冷器,产生时变电场,经分布电容耦合到恒流回路中,影响输出光功率的稳定性;SLD光源外壳接地良好,可减小分布电容,从而减小电场耦合对输出光功率的影响。

利用双SLD光源提高OCT纵向分辨率的理论研究

提高光学相干层析成像(OpticalCoherenceTomography:OCT)系统纵向分辨率的关键是选取合适的光源,本文将双SLD光源代替传统OCT系统中的单个SLD光源,通过理论分析和计算机仿真,表明双SLD光源能有效提高OCT系统纵向分辨率。