[发明专利]一种适用于泵浦激光器的温度控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种泵浦激光器温度控制系统，特别是用于宽谱光纤光源中泵浦激光器的温度控制。

背景技术

光纤陀螺作为一种新型的角速率传感器，广泛应用于航天、航空及船舶制导等领域。光源作为光纤陀螺的主要部件，其性能直接影响到陀螺的精度及稳定性。宽谱光纤光源是一种基于掺铒光纤中自发辐射放大原理的宽带光源，因其优良的性能，成为了光纤陀螺特别是高精度光纤陀螺的首选光源。高精度光纤陀螺对宽谱光纤光源全温状态下(-45℃～+70℃)的功率和波长稳定性提出了更高的要求。为了实现这一要求，对宽谱光纤光源中泵浦激光器的高稳定性、低噪声的温度控制技术研究就具有重要的实用价值。

目前，宽谱光纤光源中泵浦激光器的温度控制大都采用集成温度芯片如MAX 1978等来实现，这种实现方法具有集成度高、体积小、设计容易实现等优点，但由于这一类集成芯片都采用脉宽调制(PWM)模式工作，容易产生很强的干扰，会干扰其它控制系统或电子设备的正常运行，甚至导致误动作，因此这种方案并不适合于高精度光纤陀螺的宽谱光源应用。尽管与PWM模式相比较，线性驱动的效率低、功耗大，但是其纹波电压小，电磁干扰小，控制系统结构相对简单，所以宽谱光纤光源的温度控制设计需要采用线性驱动方案。

温度控制器设计也是宽谱光纤光源温度控制需要重点研究的部分。目前，文献报道的温度控制器设计仍以常规PID控制器为主。然而包含热电制冷器在内的激光器的热控制过程具有非线性、时变不确定性，难以建立精确的数学模型，应用常规PID控制器并不能达到理想的控制效果，而且参数整定也是个繁重的工作。同时，对运行工况的适应性也很差，例如经过仔细整定的一组PID参数可能仅在某段温度范围内有效。这就要求全温(-45℃～+70℃)工作下的宽谱光纤光源温度控制系统要有一定的自适应性，才能达到较理想的温度控制效果。因此，如何在传统的PID控制器的基础上引入新的控制策略，提高整个温度控制器的性能就成为一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种宽谱光纤光源用温度控制系统，该系统能够实现低噪声的温度控制，同时满足高精度光纤陀螺中对光源温度控制系统响应速度和系统稳定性的应用要求。

本发明是一种适用于泵浦激光器的温度控制系统，该温度控制系统连接在泵浦激光器的热敏电阻(1)与热电制冷器(10)之间。该温度控制系统包括有温度传感电路(2)、差分处理电路(3)、温度设定电路(4)、光电隔离电路(5)、多模态温度控制电路(6)、限流电路(7)、热电致冷器驱动电路(8)和微控制器(9)；

温度传感电路(2)用于采集热敏电阻(1)在工作状态时的电阻阻值Rt变化，并将电阻阻值Rt转化成电压信号的温度电压值Vmon输出；差分处理电路(3)对接收的温度电压值Vmon和温度关联电压V4进行差值比较，得到电压差值V_in，即V_in＝Vmon-V₄；温度设定电路(4)对接收的温度设定指令V_5-3进行数模转换，得到温度关联电压V₄；光电隔离电路(5)一方面对接收的温度指令信号DM₉进行隔离，分别得到温度设定指令V_5-3、温度极限指令V_5-1和多模态指令V_5-2；另一方面对接收的温度电压值Vmon进行隔离，得到数字量的温度电压值DVmon输出给微控制器(9)；多模态温度控制电路(6)对接收的电压差值V_in和多模态指令V_5-2进行融合，得到驱动电压V_out；限流电路(7)对接收的温度极限指令V_5-1进行数模转换，得到极限温度关联电压V₇；热电致冷器驱动电路(8)对接收的驱动电压V_out进行与极限温度关联电压V₇比较，若V_out≤V₇时，则用V_out来启动热电致冷器驱动电路(8)进入正常工作状态，并输出驱动电流I₈作用到热电制冷器(10)上，使热电制冷器(10)进行温度调节；若V_out＞V₇时，则用V₇来启动热电致冷器驱动电路(8)进入正常工作状态，并输出驱动电流I₈作用到热电制冷器(10)上，使热电制冷器(10)进行温度调节；微控制器(9)用于输出与温度相差的温度指令信号DM₉。