基于PWM技术的光纤陀螺光源控制系统设计.pdf

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1、140传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2012年第31卷第3期基于PWM技术的光纤陀螺光源控制系统设计李清东，刘军，余伟涛，尹建玲(军械工程学院光学与电子工程系，河北石家庄050003)摘要：为满足工程中对光纤陀螺光源控制电路的低功耗、小型化设计需求，设计了一种基于脉冲宽度调制(PWM)技术的光源控制系统。实验表明，该控制系统体积小，功耗低，最大电源效率可达91．4％，全温温控精度可达0．0l℃，同时操作灵活，可扩展性强，具有良好的实用价值。关键词：光纤陀螺；超辐射发光二极管；数字脉冲宽度调制；温度控制中图分类号：TP23文献

2、标识码：A文章编号：1000-9787(2012)03-0140-03DesignofFOGlightsourcecontrolsystembasedonPWMtechniqueLIQing—dong，LIUJun，YuWei—tao，YINJian—ling(DepartmentofOpticsandElectronicsEngineering，OrdnanceEngineeringCollege，Shijiazhuang050003，China)Abstract：Tomeetthedesignrequirementsoflow—powerconsumptionandminiatu

3、rizationcontrolcircuitforFOGlightsource．Alightsourcecontrolsystembasedonpulsewidthmodulation(PWM)technologyisdesigned．Experimentsshowthatthecontrolsystemhasadvantageofsmallinsize，lowpowerconsumption．Itsnlaximunlpowereficiencyupto91．4％．overalltemperaturecontrolprecisionupto0．01℃．Itisflexibleforo

4、perationandhasstrongscalability，SOithasgoodpracticalvalue．Keywords：fiber—opticgyroscope(FOG)；supperradiancelightemittingdiode(SLED)；digitalpulsewidthmodulation(PWM)；temperaturecontrol0引言光源，其内部由发光管管芯、负温度系数热敏电阻器、半导随着光纤陀螺技术的不断发展与应用，光纤陀螺的光体制冷器和散热的热沉组成。由于SLED光源的稳定性主源控制技术近年来得到了广泛的研究，光源的控制精度与要受环境温度和电流

5、的影响，因此，对SLED的控制方法主稳定性直接影响着光纤陀螺的性能。超辐射发光二极管要从稳定电流和稳定温度两方面人手：一方面用恒流源电(superradiancetightemittingdiode，SLED)是目前主流的光路给SLED光源提供注入电流；另一方面用温控电路控制纤陀螺用光源，其稳定性主要受光源的驱动电流和管芯温SLED光源管芯的温度，使温度稳定在一个精确的范围内。度影响⋯。传统的光源控制多为模拟电路线性控制系统，设计延续了目前国内主流的“恒流+温控”的光源控特别是温度控制部分，功耗高，散热大，是整个系统产生功制模式，以SoC单片机C8051F350为主控制器，控制数据的

6、耗的最主要部分，由功耗散热引起管芯温度的变化严重影采集、处理以及与PC机之间的通信。恒流源部分采用模响SLED光源工作的稳定性，无法满足实际工程上对光纤拟电路设计，该技术已十分成熟；温控电路由电桥温度测量陀螺工作稳定性的需求。因此，光纤陀螺光源控制系统的电路、数字PID校正网络、数字脉宽调制电路、以及半导体低功耗设计显得尤为重要。致冷器(thermoelectriccooler，TEC)驱动电路组成，是设计针对这一需求，以SoC单片机C8051F350为平台，采用重点。系统总体设计框图如图1所示。数字PID控制算法，提出了一种基于脉冲宽度调制(pulse恒流源电路为管芯提供恒定的注入

7、电流，驱动光源输widthmodulation，PWM)技术的低功耗小型化光源控制系统出功率稳定的激光，其大小调节可在单片机内部实现。光设计方案。源管芯温度可以通过调节流过光源内部TEC电流的大小1系统总体设计与工作原理和方向来控制。温度采样电路采集到误差电压后经滤波送光纤陀螺系统中大多采用8脚标准蝶形封装的SLED入C8051F350单片机中的数字PID模块，经PID运算后控收稿日期：2011-09一l3第3期李清东，等：基于PWM技术的光纤陀螺光源控制