一种光纤陀螺光源低功耗控制方法及装置与流程

本发明涉及光纤陀螺控制，尤其涉及一种光纤陀螺光源低功耗控制方法及装置。

背景技术：

1、光纤陀螺是一种光学角速率传感器，基于sagnac效应，以全固态、环境适应能力强、精度范围广的特点，已广泛应用于海陆空天的导航、制导、控制等领域。

2、光纤陀螺通常采用温度控制型光源，确保光路系统中运行的光束性能稳定。控制电路对光源进行温度控制的过程是将热电制冷器一端的热量带到另一端，从而将光源管芯温度保持在温控预设温度。因此，温控电流的大小取决于热电制冷器两端的温度差(即环境温度与温控预设温度之差)。在工程应用中普遍将光源温控预设温度设定为恒定的25℃。在光纤陀螺环境温度为高温或者低温情况下，温控电路消耗功率较大。

3、为了降低光纤陀螺光源温控的功耗，工程应用中主要采用的措施如下：首先，对光源设计进行结构优化，采用密封封装，减少光源管芯直接对外的热交换；其次，改进热电制冷器，提高温控效率；最后，改进温控电路采用脉宽调制方案降低功耗。

4、应用上述措施后，光源温控的功耗仍然是光纤陀螺产品在高温、低温应用环境中工作时，功耗的主要部分，因此采用特定的控制装置实现低功耗的温控方法在工程中具有重要意义。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明实施旨在提供一种光纤陀螺光源低功耗控制装置及方法，解决现有光纤陀螺光源温控装置采用恒定的光源温控预设温度，温控电路调整功耗大的问题，在现有技术优化光源结构、改进热电制冷器和温控电路的基础上，进一步降低光纤陀螺在低温和高温工作时温控电路的功耗。

2、本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

3、一方面，本发明提供了一种光纤陀螺光源低功耗控制方法，包括：

4、根据光纤陀螺的使用要求，确定光纤陀螺的工作温度区间和设定温度区间；

5、测量光纤陀螺的工作环境温度，依据工作环境温度设定光源温控预设温度，使得光源温控预设温度在设定温度区间内根据光纤陀螺工作环境温度浮动；

6、测量光源管芯温度，比较光源温控预设温度和光源管芯温度，得到光源温控预设温度和光源管芯温度的温差；

7、根据光源温控预设温度和光源管芯温度的温差，对光源管芯实施温度控制。

8、进一步地，所述光纤陀螺的工作温度区间[tl，th]，所述设定温度区间为[tb，tt]，所述依据工作环境温度设定光源温控预设温度，包括：当光纤陀螺工作环境温度位于光纤陀螺的工作温度区间[tl，th]内时，所述光源温控预设温度ts通过以下公式进行确定：

9、tl≤te≤th时，

10、其中，ts为光源温控预设温度，℃；

11、tb为设定温度区间低值，℃；

12、tt为设定温度区间高值，℃；

13、te为光纤陀螺工作环境温度，℃；

14、th为高温工作温度，℃；

15、tl为低温工作温度，℃。

16、进一步地，所述依据工作环境温度设定光源温控预设温度，还包括当光纤陀螺工作环境温度te高于高温工作温度th时，所述光源温控预设温度ts通过以下公式进行确定：te>th时，ts＝tt。

17、进一步地，所述依据工作环境温度设定光源温控预设温度，还包括当光纤陀螺工作环境温度te低于低温工作温度tl时，所述光源温控预设温度ts通过以下公式进行确定：te<tl时，ts＝tb。

18、进一步地，所述根据光源温控预设温度和光源管芯温度的温差，对光源管芯实施温度控制，包括：

19、将光源温控预设温度和光源管芯温度的温差δt输入温度控制器，温度控制器根据该温差，通过pid算法计算温控参数，对光源管芯实施温度控制：若δt＞0，则加热光源管芯，提高光源管芯温度；若δt＜0，则对光源管芯进行致冷，降低光源管芯温度，直至光源管芯温度等于光源温控预设温度。

20、本发明还提供了一种光纤陀螺光源低功耗控制装置，用于实现权利要求1-5任一项所述光纤陀螺光源低功耗控制方法，包括温度控制器、光源、温度预设电路、比较器、光源热电制冷器、光源热敏电阻和光源管芯；

21、温度控制器、温度预设电路和光源热敏电阻分别与比较器连接，光源热电制冷器与温度控制器连接，光源管芯、光源热电制冷器和光源热敏电阻内置于光源中。

22、进一步地，所述温度预设电路可以测量环境温度，并根据环境温度设定光源温控预设温度；

23、所述光源热敏电阻测量光源管芯温度，所述温度预设电路和光源热敏电阻分别输出光源温控预设温度和光源管芯温度至所述比较器，获得光源温控预设温度和光源管芯温度的温差；

24、所述温度控制器接收由比较器输出的光源温控预设温度和光源管芯温度的温差，通过pid算法计算出温控参数，输入光源热电制冷器；

25、所述光源热电制冷器接收温控参数，控制电流方向，对光源管芯进行加热或致冷，调整光源管芯温度至光源温控预设温度。

26、进一步地，所述温度预设电路由温度传感器、数字信号处理器和数模转换器组成；

27、温度传感器测量光纤陀螺的工作环境温度，数字信号处理器根据测量的工作环境温度设定光源温控预设温度，数模转换器输出光源温控预设温度。

28、进一步地，所述设定温度区间为[15℃，40℃]。

29、本发明还提供了一种根据上述控制方法制作的光源陀螺温控光源。

30、与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

31、1、本发明的控制装置中，采用了温度预设电路，温度预设电路可以测量光纤陀螺的工作环境温度，依据工作环境温度设定光源温控预设温度。

32、2、温度预设电路的输出与光源热敏电阻的输出可通过比较器进行比较，输出反馈控制信号，从而实现温度控制。

33、3、本发明方法根据光纤陀螺工作环境温度设定光源温控预设温度，使光纤陀螺在应用环境中工作时光源温控预设温度在一个设定的范围内根据环境温度浮动，减小温控电路调整的温差，降低了光纤陀螺光源功耗。

34、4、本发明方法根据光纤陀螺工作环境温度设定光源温控预设温度，可以使光纤陀螺产品在更高的温度下稳定工作，扩展光纤陀螺产品工作温度范围。

35、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

技术特征：

1.一种光纤陀螺光源低功耗控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述光纤陀螺的工作温度区间[tl，th]，所述设定温度区间为[tb，tt]，所述依据工作环境温度设定光源温控预设温度，包括：当光纤陀螺工作环境温度位于光纤陀螺的工作温度区间[tl，th]内时，所述光源温控预设温度ts通过以下公式进行确定：

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述依据工作环境温度设定光源温控预设温度，还包括当光纤陀螺工作环境温度te高于高温工作温度th时，所述光源温控预设温度ts通过以下公式进行确定：te>th时，ts＝tt。

4.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述依据工作环境温度设定光源温控预设温度，还包括当光纤陀螺工作环境温度te低于低温工作温度tl时，所述光源温控预设温度ts通过以下公式进行确定：te<tl时，ts＝tb。

5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述根据光源温控预设温度和光源管芯温度的温差，对光源管芯实施温度控制，包括：

6.一种光纤陀螺光源低功耗控制装置，用于实现权利要求1-5任一项所述光纤陀螺光源低功耗控制方法，其特征在于，包括温度控制器、光源、温度预设电路、比较器、光源热电制冷器、光源热敏电阻和光源管芯；

7.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述温度预设电路可以测量环境温度，并根据环境温度设定光源温控预设温度；

8.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，所述温度预设电路由温度传感器、数字信号处理器和数模转换器组成；

9.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述设定温度区间为[15℃，40℃]。

10.根据权利要求1所述的控制方法制作的光源陀螺温控光源。

技术总结
本发明涉及一种光纤陀螺光源低功耗控制方法和装置，属于光纤陀螺控制技术领域，解决现有光源温控装置采用恒定的光源温控预设温度，温控电路调整功耗大的问题。一种光纤陀螺光源低功耗控制方法，根据光纤陀螺的使用要求，确定光纤陀螺的工作温度区间和设定温度区间；测量光纤陀螺的工作环境温度，依据工作环境温度设定光源温控预设温度，使得光源温控预设温度在设定温度区间内根据光纤陀螺工作环境温度浮动；测量光源管芯温度，比较光源温控预设温度和光源管芯温度，得到光源温控预设温度和光源管芯温度的温差；根据光源温控预设温度和光源管芯温度的温差，对光源管芯实施温度控制。本发明方法降低了光纤陀螺在低温和高温工作时温控电路的功耗。

技术研发人员：王刚,万洵,崔志超,谢良平
受保护的技术使用者：中航捷锐（北京）光电技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12