专利名称：快速响应型超辐射发光二极管自动温度控制方法及其驱动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种控制方法及装置，尤其是一种快速响应型超辐射发光二极管自动温度控制方法及其驱动装置，属于超辐射发光二极管控制的技术领域。
背景技术：
超辐射发光二极管(SLD)的性能介于激光二极管(LD)与发光二极管(LED)之间。它具有两大特点短相干长度和高输出功率。目前，普遍应用在光纤陀螺(FOG)、光时域反射仪(0TDR)、光频域反射仪(0FDR)、白光干涉仪、分布式光纤传感等方面。SLD光源的稳定性对这些系统的精度和稳定度有较大的影响，所以，控制SLD高稳定输出具有极其重要的意义。SLD光源的稳定性主要分为功率稳定性和波长稳定性。影响SLD高稳定输出的两个因素是温度和驱动电流的稳定性。随着温度的增加，SLD输出光功率将减小，中心波长将向长波长的方向移动。SLD是电流驱动器件，SLD驱动电流的稳定性直接决定了 SLD输出光功率的稳定性。目前，市售的SLD芯片模块由SLD管芯、负温度系数热敏电阻、热电制冷器(TEC)、三部分组成。这种结构简化了 SLD温度控制工作，但高稳定性SLD温度控制系统的设计和研制仍是一个急需解决的问题。热敏电阻与热电制冷器都可以表示为惯性环节H(S) = —~(I)
TS+ I式(I)中K为增益，T为响应时间。SLD温度的控制通常采用模拟的比例(P)、比例积分(PI)或比例积分微分(PID)控制，以及固定参数的比例积分微分(PID)数字控制。由于缺乏热敏电阻与热电制冷器精确参数，需要通过大量的实验来确定控制系统的参数。这类方法的温度控制的精度不高，调试工作量大，响应速度慢，控制效果差，而且通用性差。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种快速响应型超辐射发光二极管自动温度控制方法及其驱动装置，其稳定性高，通用性强，无稳态误差，响应速度快。按照本发明提供的技术方案，一种快速响应型超辐射发光二极管自动温度控制方法，所述超辐射发光二极管自动温度控制方法包括如下步骤
a、启动阶段，微处理器经第一 D/A转换器向热电制冷器发送扫频信号，使热电制冷器产生相应的制冷量；利用温度采样电路采集热敏电阻的温度-电压信号，获得热敏电阻与热电制冷器的幅频特性曲线；b、根据上述获得的幅频特性曲线，通过递归算法，得到热敏电阻与热电制冷器的串联二阶环节的两级响应时间T1和T2 ；
C、根据获得的热敏电阻的响应时间T1及热电制冷器的响应时间T2,设置微处理器内超前校正环节及控制器的參数；d、微处理器通过光电探测器对SLD管芯的发光功率米样,获得SLD管芯工作时的功率-电压曲线，根据所获得的功率-电压曲线的振荡，来校验微处理器内设置的超前校正环节及控制器參数；当微处理器内超前校正环节与控制器參数设置检验匹配吋，SLD管芯正常工作，否则，微处理器调整超前校正环节与控制器的设置參数。所述超前校正环节的传递函数为
权利要求
1.一种快速响应型超辐射发光二极管自动温度控制方法，其特征是，所述超辐射发光二极管自动温度控制方法包括如下步骤 (a)、启动阶段，微处理器(3)经第一D/A转换器(4)向热电制冷器(83)发送扫频信号，使热电制冷器(83)产生相应的制冷量；利用温度采样电路(12)采集热敏电阻(82)的温度-电压信号，获得热敏电阻(82)与热电制冷器(83)的幅频特性曲线； (b)、根据上述获得的幅频特性曲线，通过递归算法，得到热敏电阻(82)与热电制冷器(83)的串联二阶环节的两级响应时间T1和T2 ； (C)、根据获得的热敏电阻(82)的响应时间T1及热电制冷器(83)的响应时间T2，设置微处理器(3)内超前校正环节(20)及控制器(15)的参数； (d)、微处理器(3)通过光电探测器(10)对SLD管芯(81)的发光功率采样，获得SLD管芯(81)工作时的功率-电压曲线，根据所获得的功率-电压曲线的振荡，来校验微处理器(3 )内设置的超前校正环节(20 )及控制器(15 )参数；当微处理器(3 )内超前校正环节(20 )与控制器(15)参数设置检验匹配时，SLD管芯(81)正常工作，否则，微处理器(3)调整超前校正环节(20)与控制器(15)的设置参数。
2.根据权利要求I所述的快速响应型超辐射发光二极管自动温度控制方法，其特征是所述超前校正环节(20)的传递函数为 = 7,) FiS +1 其中，Ta为惯性系数。
3.根据权利要求I所述的快速响应型超辐射发光二极管自动温度控制方法，其特征是所述控制器(15)的传递函数为⑴=Kr 7^s + I 其中，K。为增益系数。
4.根据权利要求I所述的快速响应型超辐射发光二极管自动温度控制方法，其特征是所述步骤(b)中，所述采用递归算法为 其中，mag(f)为热电热敏电阻(82)与热电制冷器(83)串联环节得到的归一化对数幅频特性函数；Maglk(w)，Mag2k(w)分别表示以T1GO和T2 (k)为时间常数的归一化对数幅频特性函数！Mag4(Inag)、Maglf1 (mag)分别为Mag(w)、Maglk(W)的逆函数；f为扫频信号的频率。
5.一种快速响应型超辐射发光二极管自动温度控制装置，包括SLD芯片模块(8)及用于控制SLD芯片模块(8)工作温度的微处理器(3);其特征是所述微处理器(3)的输出端通过第一 D/A转换器(4 )及热电制冷器驱动器(6 )与SLD芯片模块(8 )内的热电制冷器(83 )相连，且微处理器(3)的输出端通过第D/A转换器(5)及SLD管芯驱动器(7)与SLD芯片模块(8)内的SLD管芯(81)相连；所述SLD管芯(81)产生的光功率信号通过光电探测器(10)、第一 A/D转换器(11)与微处理器(3)的输入端相连；SLD芯片模块(8)内的热敏电阻(82)通过温度采样电路(12)及第A/D转换器(13)与微处理器(3)相连。
6.根据权利要求5所述的快速响应型超辐射发光二极管自动温度控制驱动装置，其特征是所述SLD管芯(81)通过I X 2耦合器(9 )与光电探测器(10 )相连，所述I X 2耦合器(9)的分光比为I:9，1X2耦合器(9)将SLD管芯(81)发光功率的10%分光到光电探测器(10)。
7.根据权利要求5所述的快速响应型超辐射发光二极管自动温度控制驱动装置，其特征是所述微处理器(3)包括乘法器(17)，所述乘法器(17)的输入端分别与温度设定模块(16)及超前校正环节(20)相连，乘法器(17)的输出端与控制器(15)相连，超前校正环节(20)及控制器(15)与参数计算模块(19)相连，微处理器(3)内包括用于产生扫频信号的扫频信号发生器(14)。
8.根据权利要求7所述的快速响应型超辐射发光二极管自动温度控制驱动装置，其特征是所述微处理器(3)还包括低功率控制信号发生器(18)，所述低功率控制信号发生器(18)通过第D/A转换器(5)及SLD管芯驱动器(7)与SLD管芯(81)相连。
9.根据权利要求7所述的快速响应型超辐射发光二极管自动温度控制驱动装置，其特征是所述参数计算模块(19)的输入端与第一 A/D转换器(11)相连，控制器(15)及扫频信号发生器(14)的输出端通过第一 D/A转换器(4)及热电制冷器驱动器(6)与热电制冷器(83)相连，超前校正环节(20)的输入端与第二A/D转换器(13)相连。
10.根据权利要求5所述的快速响应型超辐射发光二极管自动温度控制驱动装置，其特征是所述微处理器(3)通过第一 D/A转换器(4)及热电制冷器驱动器(6)向热电制冷器(83)发送0. OlHz IMHz的扫频信号。
全文摘要
本发明涉及一种快速响应型超辐射发光二极管自动温度控制方法及其驱动装置，其包括如下步骤a、微处理器发送扫频信号，获得热敏电阻与热电制冷器的幅频特性曲线；b、，通过递归算法，得到热敏电阻与热电制冷器的串联二阶环节的两级响应时间T1和T2；c、设置微处理器内超前校正环节及控制器的参数；d、微处理器通过光电探测器对SLD管芯的发光功率采样，获得SLD管芯工作时的功率-电压曲线，校验微处理器内设置的超前校正环节及控制器参数；当微处理器内超前校正环节与控制器参数设置检验匹配时，SLD管芯正常工作，否则，微处理器调整超前校正环节与控制器的设置参数。本发明稳定性高，通用性强，无稳态误差，响应速度快。
文档编号G05D23/24GK102707748SQ20111028885
公开日2012年10月3日 申请日期2011年9月24日 优先权日2011年9月24日
发明者万遂人, 冯宏伟, 卢瑾辉, 孙小菡, 殷强, 潘超, 赵兴群 申请人:东南大学, 无锡科晟光子科技有限公司