专利名称：光源的温度控制方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明属于电子应用领域，具体涉及一种光源的温度控制方法和装置。
背景技术：
光纤陀螺是一种重要的惯性敏感器，用于测量运载体的姿态角和角速度，是构成 惯性系统的核心器件；不断应用在飞行器导航、舰船导航和陆用导航中，而且正在逐渐发展 到空间卫星的导航应用领域。干涉型光纤陀螺是一种测量角速度的仪器，其硬件包括光源、 耦合器、Y波导、光纤环、探测器和信号处理装置组成，其中的光源又包括用于控制光源温度 和驱动光源的电路。光纤陀螺光源的温度控制电路是光纤陀螺的重要组成部分，关系到光纤陀螺光源 温度的控制，涉及到整个光纤陀螺的性能表现。对于单光源多轴光纤陀螺来说，光源成为系 统的单点。因此，提高光纤陀螺光源的温度控制电路的可靠性是非常关键的。现有技术中的光纤陀螺光源的温度控制电路大多采用DRV594、MAX1978等工业级 温控芯片，通过这些芯片来控制光纤陀螺中的SLD(超辐射发光二极管，Superluminescent diode)光源的温度。在实现本发明过程中，发明人发现上述现有技术中的中的光纤陀螺光源的温度控 制电路至少存在如下问题上述芯片的器件等级不够，可靠性有限，对光源的温度控制的精 度不够，不能适用于军事、空间应用等领域中的光纤陀螺光源。
发明内容
本发明的实施例提供了一种光源的温度控制方法和装置，以实现提供光源的温度 控制的精度。一种光源的温度控制装置，包括测温桥路模块，用于测量光源内部的温度的变化，将温度的变化转换成差分电压 信号，将该差分电压信号输出；比例-积分-微分PID控制调节模块，用于对所述的测温桥路模块输出的差分电 压信号进行比例放大、微分特性调整和积分特性调整，将所述比例放大、微分特性调整和积 分特性调整后得到的电压信号输出；脉冲宽度调制PWM波生成模块，用于根据所述PID控制调节模块输出的电压信号 生成两路PWM波，将该两路PWM波输出；滤波处理模块，用于对所述PWM波生成模块输出的两路PWM波进行滤波处理后得 到两路电压信号，将该两路电压信号输出给光源中的半导体致冷器，以控制所述的半导体 致冷器进行制冷或制热。一种光源的温度控制方法，包括测量光源内部的温度的变化，将温度的变化转换成差分电压信号；对所述的差分电压信号进行比例放大、微分特性调整和积分特性调整得到电压信号；根据所述电压信号生成两路PWM波，对所述两路PWM波进行滤波处理后得到两路 电压信号，将该两路电压信号输出给光源中的制冷器，以控制所述的制冷器进行制冷或制 热。由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例所提供的光源的 温度控制装置具有高可靠性，高等级的特性，可以使得光纤陀螺用SLD光源等各种光源的 管芯温度和设定的温度值保持极小的偏差，从而有效地控制光纤陀螺用SLD光源等各种光 源的温度，满足各种光源的温度控制的精度要求。
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用 的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本 领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他 的附图。图1为本发明实施例一提供的一种光源的温度控制装置的结构示意图；图2为本发明实施例二提供的一种上述图1所示的光源的温度控制装置的具体实 现电路的结构示意图；图3为本发明实施例二提供的一种上述温度控制装置进行温度控制的方法的具 体处理流程图。
具体实施例方式为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步 的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。实施例一该实施例提供的一种光源的温度控制装置的结构示意图如图1所示，由测温 桥路模块、前置放大模块、PID(比例-积分-微分)控制调节模块、PWM(PUlse Width Modulation，脉冲宽度调制)波生成模块、滤波处理模块构成。其中，所述测温桥路模块的 输出端与前置放大模块的输入端连接，所述前置放大模块的输出端与PID控制调节模块的 输入端连接，所述PID控制调节模块的输出端与PWM波生成模块的输入端连接，所述PWM波 生成模块的输出端与滤波处理模块的输入端连接。整个测温桥路模块、前置放大模块、PID 控制调节模块、PWM波生成模块和滤波处理模块构成一个闭合的反馈回路。上述测温桥路模块、前置放大模块、PID控制调节模块、PWM波生成模块和滤波处 理模块的功能如下所述的测温桥路模块，用于测量光源内部的温度的变化，将温度的变化转换成电 压信号，将该电压信号输出至前置放大模块。该测温桥路模块可以通过差分电路模块来实 现，具体为，通过差分电路模块中的热敏电阻RT测量光源内的管芯温度的实际温度，将该 实际温度转化为热敏电阻RT的电阻值，当上述测得的实际温度发生变化时，将导致热敏电 阻RT的电阻值发生变化。然后，将热敏电阻RT的电阻值和预先设置的其它固定电阻的电 阻值之间的差值转化为差分电压信号，将该差分电压信号输出给前置放大模块。
当上述测得的实际温度等于预先设定的温度值时，上述测温桥路模块输出的差分 电压信号为零。当上述测得的实际温度高于预先设定的温度值时，上述测温桥路模块输出 的差分电压信号为负。当上述测得的实际温度低于预先设定的温度值时，上述测温桥路模 块输出的差分电压信号为正。所述的前置放大模块，用于按照预先制定的放大倍数，对所述的测温桥路模块输 出过来的差分电压信号进行精确放大处理，将精确放大处理后得到的电压信号输出给PID 控制调节模块。上述精确放大处理可以利用仪表运算放大器来实现，上述预先制定的放大 倍数可以设置的电阻的电阻值来实现。所述的PID控制调节模块，用于对所述的前置放大模块输出过来的电压信号进行 比例放大、微分特性调整和积分特性调整，以调整电压信号达到稳定所需的时间，以及避免 电压信号出现发散的振荡。包括比例放大模块和微积分特性调整模块。其中，所述的比例放大模块，用于通过调整电阻的电阻值设定放大倍数，利用运算 放大器对电压信号进行反向的所述放大倍数的放大，将放大处理后的电压信号传输给微积 分特性调整模块；其中，所述的微积分特性调整模块，用于通过调整电容的容值设定PID控制调节 模块的微分特性和积分特性，利用所述微分特性和积分特性对所述电压信号的微分特性和 积分特性进行调整。然后，将电压信号传输给PWM波生成模块。所述的PWM波生成模块，用于根据所述的PID控制调节模块输出过来的电压信号 生成PWM波，将该PWM波输出给滤波处理模块。该PWM波生成模块可以通过PWM波生成器 来实现。PWM波生成器的输入端接收上述PID控制调节模块输出的电压信号，PWM波生成器 的两个输出端M0T0RA端、M0T0RB端根据上述电压信号输出两路PWM波。当上述测温桥路 模块输出的差分电压信号为零时，两个输出端M0T0RA端、M0T0RB端输出的两路PWM波占空 比相同，都为50% ；当上述差分电压为正时，MOTORA端输出的PWM波的占空比高于MOTORB 端输出的PWM波的占空比；当上述差分电压为负时，MOTORA端输出的PWM波的占空比低于 MOTORB端输出的PWM波的占空比。PWM波生成模块将上述两路PWM波输出到滤波处理模块。 上述PWM波的占空比是指PWM波的高电平与脉冲总周期的比值。所述的滤波处理模块，用于将所述的PWM波生成模块输出过来的两路PWM波进行 滤波处理后，得到两路电压信号。然后，将该两路电压信号输出给光源中TEC的TEC+端和 TEC-端。当MOTORA端输出的P丽波的占空比等于MOTORB端输出的P丽波的占空比时，TEC+ 端电压等于TEC-端，TEC不进行制冷或制热操作。当M0T0RA端输出的PWM波的占空比高 于MOTORB端输出的P丽波的占空比时，TEC+端电压高于TEC-端，将导致光源的TEC中流 过正向电流，TEC制冷，使得光源的管芯温度下降。当M0T0RA端输出的PWM波的占空比低 于MOTORB端输出的PWM波的占空比时，TEC+端电压低于TEC-端，将导致光源的TEC中流 过负向电流，TEC制热，使得光源的管芯温度增加。实施例二该实施例提供的一种上述图1所示的光源的温度控制装置的具体实现电路的结 构示意图如图2所示，上述温度控制装置进行温度控制的方法的具体处理流程如图3所示， 包括如下的处理步骤
步骤31、根据测量得到的光源内的管芯温度的实际温度输出差分电压信号。如图2所示，所述测温桥路模块的具体实现电路包括差分电路，该差分电路由电 阻Rl、R2、R3与光源内的热敏电阻RT组成，其中，Rl与R3串联，Rl另一端接+5V，R3另一 端接-5V。R2与RT串联，R2另一端接+5V，RT另一端接-5V。热敏电阻RT测量光源内的管芯温度的实际温度，将该实际温度转化为热敏电阻 RT的电阻值，当上述测得的实际温度发生变化时，将导致热敏电阻RT的电阻值发生变化， 上述差分电路将热敏电阻RT的电阻值和电阻R2的电阻值之间的差值转化为差分电压信 号，将该差分电压信号输出给前置放大模块的具体实现电路。当上述测得的实际温度等于预先设定的温度值时，负温度系数的热敏电阻RT的 电阻值与电阻R2的电阻值相同，上述差分电路输出的差分电压信号为零。当上述测得的实际温度高于预先设定的温度值时，负温度系数的热敏电阻RT的 电阻值降低，低于电阻R2的电阻值，上述差分电路输出的差分电压信号为负。当上述测得的实际温度低于预先设定的温度值时，负温度系数的热敏电阻RT的 电阻值增加，高于电阻R2的电阻值，上述差分电路输出的差分电压信号为正。上述电阻Rl、R3与R2、RT共同构成一个电桥，通过调节Rl、R3与R2的
阻值，可以调节上述预先设定的温度值，精密仪表运算放大器Ul的输入差分电压
.‘ J RT R3 )、
In^ - in =10---)。
+ — {R2 + RT RI + R3J步骤32、对上述差分电压信号进行精确放大。上述前置放大模块的具体实现电路由仪表运算放大器U1、电阻R4、电容C1、C2、C3 组成。电阻R4接在仪表运算放大器Ul的Rg两端，通过调整R4的电阻值可以调整前置运 算放大模块的放大倍数，仪表运算放大器Ul的Ref端接地，为仪表运算放大器Ul提供参考 电压。仪表运算放大器Ul的in+、in-两端接收上述测温桥路模块的具体实现电路输出 的差分电压信号，根据上述R4的电阻值对应的放大倍数，对上述差分电压信号进行精确放 大。然后，通过仪表运算放大器Ul的Vout端，将精确放大处理后得到的电压信号输出给 PID控制调节模块的具体实现电路。上述电容Cl、C2、C3起到为电路滤除噪声的作用。步骤33、对上述精确放大处理后得到的电压信号进行反向的比例放大处理，微分 特性、积分特性调整后，输出给PWM波生成器。上述PID控制调节模块的具体实现电路由运算放大器U2、电阻R5、R6、R7、R8、电 容〇4』5丄6、07丄8组成。电阻R5与电容C4串联后与R6并联。前置放大模块的具体实 现电路输出的电压信号通过R5、C4、R6输入到运算放大器U2的“_”相输入端，运算放大器 U2的“ + ”相端通过电阻R7接地。电容C5与R8串联后与电容C6并联，接到运算放大器U2 的“_”相输入端和运算放大器U2的输出端之间。通过调整电阻R8的电阻值、R5的电阻值 之间的比值可以调整运算放大器U2的放大倍数，即PID控制调节模块的放大倍数。通过调 整电容C4的容值可以调节PID控制调节模块的微分特性，通过调整电容C5、C6的容值可以 调整PID控制调节模块的积分特性。通过调整电容C5、C6与电容C4的容值比例关系可以 调整PID控制调节模块输出的电压信号达到稳定所需的时间，以及避免电压信号出现发散
8的振荡。根据上述电阻R8的电阻值、R5的电阻值之间的比值对应的放大倍数，上述运算放 大器U2对前置放大模块的具体实现电路输出的电压信号进行反向的比例放大。并且，根据 上述电容C4的容值对反向的比例放大处理后的电压信号的微分特性进行调整，根据上述 电容C5、C6的容值对反向的比例放大处理后的电压信号的积分特性进行调整。然后，上述前置放大模块的具体实现电路将进行了反向的比例放大处理、微分特 性、积分特性调整后的电压信号输出给PWM波生成模块的具体实现电路的输入端。在上述PID控制调节模块中，以Ul的输出Vout为输入、以U3的输入Uinput为输
权利要求
一种光源的温度控制装置，其特征在于，包括测温桥路模块，用于测量光源内部的温度的变化，将温度的变化转换成差分电压信号，将该差分电压信号输出；比例 积分 微分PID控制调节模块，用于对所述的测温桥路模块输出的差分电压信号进行比例放大、微分特性调整和积分特性调整，将所述比例放大、微分特性调整和积分特性调整后得到的电压信号输出；脉冲宽度调制PWM波生成模块，用于根据所述PID控制调节模块输出的电压信号生成两路PWM波，将该两路PWM波输出；滤波处理模块，用于对所述PWM波生成模块输出的两路PWM波进行滤波处理后得到两路电压信号，将该两路电压信号输出给光源中的半导体致冷器，以控制所述的半导体致冷器进行制冷或制热。
2.根据权利要求1所述的光源的温度控制装置，其特征在于，所述的温度控制装置还 包括前置放大模块，用于按照预先制定的放大倍数，对所述的测温桥路模块输出的差分电 压信号进行放大处理，将放大处理后得到的电压信号输出给PID控制调节模块。
3.根据权利要求1所述的光源的温度控制装置，其特征在于，所述的测温桥路模块包括差分电路模块，用于通过热敏电阻测量光源内的实际温度，将该实际温度转化为热敏 电阻的电阻值；将所述热敏电阻的电阻值和预先设置的其它固定电阻的电阻值之间的差值 转化为差分电压信号，将该差分电压信号输出。
4.根据权利要求1所述的光源的温度控制装置，其特征在于，所述的PID控制调节模块 包括比例放大模块，用于通过调整电阻的电阻值设定放大倍数，利用运算放大器对电压信 号进行反向的所述放大倍数的放大，将放大处理后的电压信号传输给微积分特性调整模 块；微积分特性调整模块，用于通过调整电容的容值设定PID控制调节模块的微分特性 和积分特性，利用所述微分特性和积分特性对所述电压信号的微分特性和积分特性进行调iF. ο
5.根据权利要求1至4任一项所述的光源的温度控制装置，其特征在于，所述的PWM波 生成模块包括PWM波生成器，用于根据所述PID控制调节模块输出的电压信号分别设定两路PWM波的 占空比，并将所述两路PWM波输出。
6.一种光源的温度控制方法，其特征在于，包括测量光源内部的温度的变化，将温度的变化转换成差分电压信号； 对所述的差分电压信号进行比例放大、微分特性调整和积分特性调整得到电压信号； 根据所述电压信号生成两路PWM波，对所述两路PWM波进行滤波处理后得到两路电压 信号，将该两路电压信号输出给光源中的制冷器，以控制所述的制冷器进行制冷或制热。
7.根据权利要求6所述的光源的温度控制方法，其特征在于，所述的测量光源内部的 温度的变化，将温度的变化转换成差分电压信号，包括通过热敏电阻测量光源内的管芯温度的实际温度，将该实际温度转化为热敏电阻的电 阻值，将所述热敏电阻的电阻值和预先设置的其它电阻的电阻值之间的差值转化为差分电 压信号；当所述测得的实际温度等于预先设定的温度值时，所述差分电压信号为零；当所述测 得的实际温度高于预先设定的温度值时，所述差分电压信号为负；当所述测得的实际温度 低于预先设定的温度值时，所述差分电压信号为正。
8.根据权利要求7所述的光源的温度控制方法，其特征在于，所述的对所述的差分电 压信号进行比例放大、微分特性调整和积分特性调整得到电压信号，包括按照预先制定的放大倍数，对所述差分电压信号进行正向的放大处理得到电压信号；通过调整电阻的电阻值设定放大倍数，利用运算放大器对所述电压信号进行反向的所 述放大倍数的放大；通过调整电容的容值，对所述反向放大后的电压信号的微分特性和积分特性进行调iF. ο
9.根据权利要求7所述的光源的温度控制方法，其特征在于，所述的根据所述电压信 号生成两路PWM波，包括利用PWM波生成器接收所述微分特性调整和积分特性调整后的电压信号，根据所述 电压信号分别设定所述PWM波生成器的第一输出端、第二输出端输出的两路PWM波的占空 比；当所述差分电压信号、所述反向放大后的电压信号为零时，所述PWM波生成器的第一 输出端、第二输出端输出的两路P丽波的占空比相同，都为50% ；当所述差分电压信号为负、所述反向放大后的电压信号为正时，所述HVM波生成器的 第一输出端输出的PWM波的占空比高于所述PWM波生成器的第二输出端输出的PWM波的占 空比；当所述差分电压信号为正、所述反向放大后的电压信号为负时，所述PWM波生成器的 第一输出端输出的PWM波的占空比低于所述PWM波生成器的第二输出端输出的PWM波的占空比。
10.根据权利要求7所述的光源的温度控制方法，其特征在于，所述的对所述两路PWM 波进行滤波处理后得到两路电压信号，将该两路电压信号输出给光源中的制冷器，以控制 所述制冷器进行制冷或制热，包括对所述PWM波生成器的第一输出端输出的PWM波进行滤波处理，将滤波处理后得到的 电压信号输出给光源中的半导体致冷器的正向输入端，对所述PWM波生成器的第二输出端 输出的PWM波进行滤波处理，将滤波处理后得到的电压信号输出给光源中的半导体致冷器 的负向输入端；当所述PWM波生成器的第一输出端、第二输出端输出的两路PWM波的占空比相同时，所 述半导体致冷器的正向输入端、负向输入端接收的电压信号的电压相同，所述半导体致冷 器不进行致冷或制热操作；当所述PWM波生成器的第一输出端输出的PWM波的占空比高于所述PWM波生成器的第 二输出端输出的PWM波的占空比时，所述半导体致冷器的正向输入端接收的电压信号的电 压高于所述半导体致冷器的负向输入端接收的电压信号的电压，所述半导体致冷器进行致冷操作；当所述PWM波生成器的第一输出端输出的PWM波的占空比低于所述PWM波生成器的第 二输出端输出的PWM波的占空比时，所述半导体致冷器的正向输入端接收的电压信号的电 压低于所述半导体致冷器的负向输入端接收的电压信号的电压，所述半导体致冷器进行致 热操作。
全文摘要
本发明的实施例提供了一种光源的温度控制方法和装置。该方法主要包括测量光源内部的温度的变化，将温度的变化转换成差分电压信号，对所述的差分电压信号进行比例放大、微分特性调整和积分特性调整得到电压信号。根据所述电压信号生成两路PWM波，对所述两路PWM波进行滤波处理后得到两路电压信号，将该两路电压信号输出给光源中的制冷器，以控制所述的制冷器进行制冷或制热。利用本发明，使得光纤陀螺用SLD光源等各种光源的管芯温度和设定的温度值保持极小的偏差，从而有效地控制光纤陀螺用SLD光源等各种光源的温度，满足各种光源的温度控制的精度要求。
文档编号G05D23/24GK101963818SQ20101025116
公开日2011年2月2日 申请日期2010年8月11日 优先权日2010年8月11日
发明者宋凝芳, 朱明达, 潘雄, 邱金娟 申请人:北京航空航天大学