一种用于温度控制的高精度分段脉冲发生方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及核磁共振陀螺仪的加热技术领域，特别是一种用于温度控制的高精度 分段脉冲发生方法。
【背景技术】
[0002] 微型核磁共振陀螺具有小体积、低功耗、高性能、大动态范围等特性，已成为新型 惯性器件的研究重点和热点。核磁共振陀螺的性能受原子核自旋宏观磁矩的影响，且直接 与碱金属原子密度相关。为提高陀螺信噪比，需要对原子气室的温度进行精确控制，以减小 其波动性。
[0003] 为了提高控制精度，现有温度控制方法会采用位宽较长的二进制数进行PWM控 制，这种控制方式加热时间比较集中，会导致加热片温度振荡范围较大，不利于最终温度的 稳定。当长脉冲加热时，由于加热脉冲相对集中，会造成加热片温度升温过快，而非加热脉 冲发生时，温度又会急剧下降，造成加热片过热甚至损坏，同时也对温度控制难度带来了较 高的困难。但是如果将PWM控制方法进行分段控制，位宽会降低，在没有闭环反馈的条件 下，精度达不到高位宽时的精度，温度控制同样会出现较大的波动。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供了一种用于温度控制的高精度 分段脉冲发生方法，采用分段加热代替集中加热，并通过二进制分解算法形成闭环控制可 保证分段后精度不损失。
[0005] -种用于温度控制的高精度分段脉冲发生方法包括如下步骤：
[0006] 步骤（一）产生一个有效加热脉冲个数为B[N_1:0]的原始二进制数脉冲，其中， 原始二进制数脉冲的总长度为2N_1，二进制数脉冲中有效加热脉冲为逻辑1，其余脉冲为逻 辑〇 ;
[0007] 步骤（二）将原始二进制数脉冲中的有效加热脉冲按照如下公式进行分解，分解 为2M组子脉冲和1组相位脉冲：
[0008] B[N-1:0] =B[N-l:Μ]X2M+B[M-1:0]
[0009] 其中，B[N-1:M]表示为子脉冲的有效加热脉冲长度，B[M-1:0]表示为相位脉冲的 有效加热脉冲长度；
[0010] 所述相位脉冲进行分解，得到B[M-ι: 0]个1和2M-B[M-ι: 0]个0,并记为相位脉冲 数组[1，1，1···1，0,0,0···0];
[0011] 其中，每组子脉冲总长度为2NM-1个脉冲，相位脉冲总长度为2Μ-1个脉冲；
[0012] 步骤（三）将相位脉冲数组[1，1，1···1，0, 0, 0···0]中的第i+Ι个数值加到2Μ组子 脉冲中第i+Ι组子脉冲中的有效加热脉冲长度上，得到子脉冲的有效加热脉冲长度B'（i) 为
[0013]B' ⑴=B[N-l:M]+w(i) Μ ?ο, / >B[M -1: Ο?
[0014] 其中，i= 0，1，2,3-2^1，初值为0，界(1)为调整因数，》'(/卜 | . 〇Γ,, ,m ；
[1, /<5[.￥-l:0]
[0015] 步骤（四）、使用PWM脉冲发生器产生有效加热脉冲长度为B'（i)的脉冲；
[0016] 步骤（五）、令i=i+Ι，重新步骤（三）至步骤（四）直至i= 2m_1。
[0017] 在上述的一种用于温度控制的高精度分段脉冲发生方法，其特征在于：所述的N =19、M= 13〇
[0018] 本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
[0019] (1)本发明通过将长加热脉冲分解为η段子脉冲和相位脉冲，实现η段子脉冲的分 段加热，同时将相位脉冲融合进子脉冲中，分段后有效加热脉冲总数不变，控制精度不变， 解决了分段后控制精度下降的问题，另外，融合后相邻子脉冲的有效加热脉冲长度相差1 或〇,分段后相邻加热子脉冲长度差距较小，可实现均匀分段加热；
[0020] (2)本发明采用闭环反馈的方式，通过统计当前已发生的子脉冲数，调整下一个将 发生的子脉冲的长度，将相位脉冲融合进每个子脉冲中，提高了分段加热的控制精度；
[0021] (3)本发明采用子脉冲加热，将集中的加热脉冲分成多份，每份加热脉冲和非加热 脉冲组成一组子脉冲，与现有技术相比由于加热脉冲相对离散，因此加热片温度缓慢升高， 不会剧烈变化，可以很好的保护加热片，同时减小温度的剧烈波动，提高了温度的稳定性。
【附图说明】
[0022] 图1为本发明一种用于温度控制的高精度分段脉冲发生方法原理流程图；
[0023] 图2为本发明一种用于温度控制的高精度分段脉冲发生方法中结构示意图；
[0024] 图3为本发明方法中PWM脉冲发生器生成的脉冲波形图；
[0025] 图4为本发明方法中有效加热脉冲分段加热和长脉冲加热的对比图。
【具体实施方式】
[0026] 本发明提出一种用于温度控制的高精度分段脉冲发生方法，采用分段加热代替集 中加热，并通过二进制分解算法形成闭环控制可保证分段后精度不损失，下面结合附图进 行详细说明。如图1、图2所示，本发明的工作过程包括：
[0027] 步骤（一）、PID控制器输出一个有效加热脉冲个数为Β[Ν-1:0]的原始二进制数 脉冲进入二进制分解器，其中，原始二进制数脉冲的总长度为2Ν_1，二进制数脉冲中有效加 热脉冲为逻辑1，其余脉冲为逻辑〇 ;有效加热脉冲用于实现温度控制；
[0028] 步骤（二）、二进制分解器将将原始二进制数脉冲中的有效加热脉冲按照如下公 式进行分解，分解为2Μ组子脉冲和1组相位脉冲：
[0029] Β[Ν-1:0] =Β[N-l:Μ]X2Μ+Β[Μ-1:0]
[0030] 其中，Β[Ν-1:Μ]表示为子脉冲的有效加热脉冲长度，Β[Μ-1:0]表示为相位脉冲的 有效加热脉冲长度；
[0031] 由于相位脉冲长度小于子脉冲组数，因此可将相位脉冲再分解，所述相位脉冲进 行分解，得到Β[Μ-1:0]个1和2μ-Β[Μ-1:0]个0,并记为相位脉冲数组[1，1，1···1，0,0,0··· 0];其中，每组子脉冲总长度为2ΝΜ-1个脉冲，其中，每组子脉冲总长度根据以下公式得出：
[0032]
[0033] 兵甲，T-Ι艿原妬二近制数脒/甲的忍长度；Z"_l艿ffl怔脒/甲忍长度；；Γ为子脉冲 组数。相位脉冲总长度为2Μ_1个脉冲，并按顺序的增加到每组子脉冲上。分解后每组子脉 冲的有效加热长度增加1或〇,总长度增加1。η组子脉冲增加1个有效加热脉冲的总量等 于相位脉冲中的有效加热脉冲长度，实现相位脉冲融合进子脉冲中，因此分解后只需生成η 组子脉冲，不必额外生成相位脉冲，同时保证总加热脉冲数和PID控制器输出的加热脉冲 数相同，温度控制精度相同。
[0034] 步骤（三）、二进制分解器将分解后子脉冲的有效加热长度传递给相位累加器，相 位累加器通过调整每组子脉冲的有效加热长度加1或〇实现将相位数据叠加到η组子脉冲 上；将相位脉冲数组[1，1，1…1，0, 0, 0…0]中的第i+Ι个数值加到2Μ组子脉冲中第i+Ι组 子脉冲中的有效加热脉冲长度上，得到子脉冲的有效加热脉冲长度B'（i)为
[0035] B' ⑴=B[N-l:M]+w(i) (2)
[0036] 其中，1 =