缩短光纤陀螺仪低温启动时间的方法及电路系统与流程

本发明属于光纤陀螺领域，具体涉及一种缩短光纤陀螺仪低温启动时间的方法及电路系统。

背景技术：

光纤陀螺具有抗冲击、灵敏度高、寿命长、动态范围大、启动时间短等优点，已被广泛应用于导弹导引头系统中。光纤陀螺数字闭环系统中，sagnac相移与输入角速率成正比，陀螺的干涉光信号经pin-fet进行光转换为电信号，pin-fet输出信号经过采样电路处理后送数字信号处理单元进行解调，解调后输出角速度数据。

陀螺正常工作时的a/d芯片输入信号有一个范围，在该输入条件下，陀螺能正常闭环，可以保证陀螺的性能指标。在该范围以外，由于a/d芯片的采样不能达到要求的性能指标，陀螺的功能不能满足使用要求。

陀螺光源输出光功率大小及稳定性主要受到管芯工作温度和其工作电流大小及稳定的影响，光源管芯工作温度一般都设定为25℃，陀螺在低温下通电后，温控电路需对光源管芯进行加温逐渐达到25℃，在温变过程中光源的光功率会发生变化。相对温度的变化，光源工作电流的施加是在光源通电瞬间完成，而且光源输出光功率大小和工作电流大小成同向非线性关系。根据光源特性，在低温启动瞬间，光源在相同工作电流下输出的瞬时光功率可达到常温输出光功率的4～5倍。转换为电压信号后会超过a/d芯片的采样范围。在一定温控效率下，陀螺低温启动达到规定的性能指标时间较长，不满足某些型号的快速启动要求。

技术实现要素：

为了解决现有光纤陀螺温控效率低，不能满足快速启动要求的技术问题，本发明提供了一种缩短光纤陀螺仪低温启动时间的方法及电路系统。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种缩短光纤陀螺仪低温启动时间的方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

1)电压基准部分提供直流电压输入，作为恒流源电路的电压比较放大单元的电压比较基准；

2)恒流源电路采用电压比较放大以及负反馈形式保证采样电阻两端的压差恒定，同时通过rc延迟网络电路，使恒流源电路在上电后的电流缓慢增加；

3)采样电阻通过电流取样方式进行恒流输出，给光纤陀螺仪的光源提供恒定的工作电流。

进一步地，所述rc延迟网络的延迟时间范围为2～3s。

进一步地，所述采样电阻为固定电阻器。

进一步地，所述直流电压为高精密直流电压；所述采样电阻为低温度系数的精密电阻。

同时，本发明提供了一种缩短光纤陀螺仪低温启动时间的电路系统，其特殊之处在于：包括电压基准电路、rc延迟网络电路、恒流源电路；

所述电压基准电路提供直流电压输入，作为恒流源电路的电压比较放大单元的电压比较基准；

所述rc延迟网络电路包括延迟电阻r1、延迟电容c3；延迟电阻r1的一端与电压基准电路的输出端相连，其另一端通过延迟电容c3接地；

所述恒流源电路包括串联的两级放大单元、反馈电阻r5、采样电阻r6、晶体管；

两级放大单元的第一级负输入端与延迟电阻r1的另一端相连，其第一级正输入端接电压基准电路的输出端；

两级放大单元的第二级输出端接晶体管的基极；

反馈电阻r5的一端接延迟电阻r1的另一端，其另一端接管芯电阻rl的一端；

管芯电阻rl的另一端接电源正端；

采样电阻r6的一端接管芯电阻rl的一端，其另一端接晶体管的射极；

晶体管的集电极接地。

进一步地，所述电压基准电路包括稳压电路、第一电容c1、第二电容c2；稳压电路的vin端接电源正端，稳压电路的gnd接地，第一电容c1的两端分别与稳压电路的vin端、稳压电路的gnd相连；稳压电路的vout端通过第二电容c2接地；延迟电阻r1的一端与稳压电路的vout端相连。

进一步地，所述两级放大单元包括第一运算放大器、第二运算放大器、第一电阻r2、中间电阻r3、第二电阻r4；

第一运算放大器的负输入端与延迟电阻r1的另一端相连，第一运算放大器的正输入端与稳压电路的vout端相连，第一运算放大器的输出端与中间电阻r3的一端相连；

第一电阻r2的两端分别与第一运算放大器的负输入端、第一运算放大器的输出端相连；

第二运算放大器的负输入端与中间电阻r3的另一端相连，第二运算放大器的正输入端与稳压电路的vout端相连，第二运算放大器的输出端与晶体管的基极相连；

第二电阻r4的一端与第二运算放大器的负输入端相连，第二电阻r4的另一端与晶体管的射极相连。

与现有技术相比，本发明的优点是：

本发明将电压基准部分提供直流电压、延迟网络部分对直流电压延迟后的电压同时输入恒流源电路中，该电路在陀螺低温通电后，使光源工作电流的施加有一个由小变大并趋于稳定的过程，进而使陀螺低温启动后，光功率较小，缩短a/d采样端输入电压进入采样范围的时间，达到快速启动使用要求。

附图说明

图1是本发明缩短光纤陀螺仪低温启动时间的方法的原理示意图；

图2是本发明缩短光纤陀螺仪低温启动时间的电路系统中电压基准电路的电路原理图；

图3是本发明缩短光纤陀螺仪低温启动时间的电路系统中rc延迟网络电路的电路原理图；

图4是本发明缩短光纤陀螺仪低温启动时间的电路系统中恒流源电路的电路原理图；

其中，附图标记如下：1-第一运算放大器，2-第二运算放大器，3-稳压电路，4-晶体管。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述。

如图1所示，一种缩短光纤陀螺仪低温启动时间的方法，包括以下步骤：

1)电压基准部分提供直流电压输入，作为恒流源电路的电压比较放大单元的电压比较基准；

2)恒流源电路采用电压比较放大以及负反馈形式保证采样电阻两端的压差恒定，同时通过rc延迟网络电路，使恒流源电路在上电后的电流缓慢增加；

其中，rc延迟网络的延迟时间范围为2～3s；采样电阻为固定电阻器；

3)采样电阻通过电流取样方式进行恒流输出，给光纤陀螺仪的光源提供恒定的工作电流。

为了提高实现快速稳定，直流电压为高精密直流电压；所述采样电阻为低温度系数的精密电阻。

采用本实施例的方法，在陀螺低温通电后，使光源工作电流的施加有一个由小变大并趋于稳定的过程，进而使陀螺低温启动后，光功率较小，缩短a/d采样端输入电压进入采样范围的时间，可满足达到快速启动使用的要求。

同时，本实施例提供了一种缩短光纤陀螺仪低温启动时间的电路系统，基本思路是使一个固定电阻器两端的电压差恒定，该系统电压基准电路、rc延迟网络电路、恒流源电路；电压基准电路提供直流电压输入，作为恒流源电路的电压比较放大单元的电压比较基准。

如图3所示，rc延迟网络电路包括延迟电阻r1、延迟电容c3；延迟电阻r1的一端与电压基准电路的输出端相连，其另一端通过延迟电容c3接地；

如图4所示，恒流源电路包括串联的两级放大单元、反馈电阻r5、采样电阻r6、晶体管4；两级放大单元的第一级负输入端与延迟电阻r1的另一端相连，第一级正输入端接电压基准电路的输出端；两级放大单元的第二级输出端接晶体管4的基极；反馈电阻r5的一端接延迟电阻r1的另一端，其另一端接管芯电阻rl的一端；管芯电阻rl的另一端接电源正端；采样电阻r6的一端接管芯电阻rl的一端，其另一端接晶体管4的射极；晶体管4的集电极接地。

两级放大单元包括第一运算放大器1、第二运算放大器2、第一电阻r2、中间电阻r3、第二电阻r4；第一运算放大器1的负输入端与延迟电阻r1的另一端相连，第一运算放大器1的正输入端与稳压电路3的vout端相连，第一运算放大器1的输出端与中间电阻r3的一端相连；第一电阻r2的两端分别与第一运算放大器1的负输入端、第一运算放大器1的输出端相连；第二运算放大器2的负输入端与中间电阻r3的另一端相连，第二运算放大器2的正输入端与稳压电路3的vout端相连，第二运算放大器2的输出端与晶体管4的基极相连；第二电阻r4的一端与第二运算放大器2的负输入端相连，第二电阻r4的另一端与晶体管4的射极相连。

如图2所示，电压基准电路包括稳压电路3、第一电容c1、第二电容c2；稳压电路3的vin端接电源正端，稳压电路3的gnd接地，第一电容c1的两端分别与稳压电路3的vin端、稳压电路3的gnd相连；稳压电路3的vout端通过第二电容c2接地；延迟电阻r1的一端与稳压电路3的vout端相连。

电压基准电路为整个系统提供电压比较基准，以此作为运放输入端，恒流源电路采用电压比较放大以及负反馈电路形式以保证流过采样电阻r6两端的压差恒定，最后通过采样电阻r6进行恒流输出。在该系统中，光源管芯的注入电流值与电压基准电路的输入电压基准和采样电阻r6有关，只要电压基准能够保证为高精密直流电压输入，且采样电阻r6为低温度系数的精密电阻，恒流源提供的注入电流就能够达到非常高的精度。

rc延迟网络电路，在电路上电后电流逐渐增大，随着rc延迟网络电路工作，控制电流缓慢增加，便可以保证陀螺仪在低温启动后光源工作电流缓慢增加，经过2～3s延迟后，延迟电容c3充电完毕，光源工作电流也趋于稳定。使陀螺低温启动后，有效缩短a/d采样端输入电压进入采样范围的时间，达到快速启动使用要求。本实施例系统电路构成简单，抗干扰能力强，恒流源精度高，能达到系统使用要求。

电压基准电路为整个系统提供电压比较基准，以此作为运放输入端，恒流源电路采用电压比较放大以及负反馈电路形式以保证流过采样电阻r6两端的压差恒定，最后通过采样电阻r6进行恒流输出。在该系统中，光源管芯的注入电流值与电压基准电路的输入电压基准和采样电阻r6有关，只要电压基准能够保证为高精密直流电压输入，且采样电阻r6为低温度系数的精密电阻，恒流源提供的注入电流就能够达到非常高的精度。

rc延迟网络电路，在电路上电后电流逐渐增大，随着rc延迟网络电路工作，控制电流缓慢增加，便可以保证陀螺仪在低温启动后光源工作电流缓慢增加，经过2～3s延迟后，延迟电容c3充电完毕，光源工作电流也趋于稳定。使陀螺低温启动后，有效缩短a/d采样端输入电压进入采样范围的时间，达到快速启动使用要求。本实施例系统电路构成简单，抗干扰能力强，恒流源精度高，能达到系统使用要求。

以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本发明所要保护的技术范畴。