[发明专利]一种提高掺铒光纤光源功率稳定性的方法

说明书

本发明提供一种提高掺铒光纤光源功率稳定性的方法，设计掺铒超荧光光纤光源整体结构；设计光源TEC温度控制模块和LD驱动电路；在光源的输出端通过光耦合器分束的光到电路的反馈控制模块，光电检测器作为反馈控制模块的核心器件，接收返回光并将光信号转换为电信号；编写增量式微分先行PID控制算法，编译完成后将控制程序下载到光源系统中总控制器中，进行光源的输出光功率控制，输出稳定性功率的光源。本发明将该控制算法应用到掺铒光纤光源功率反馈控制模块中，可以得到在‑40℃～+60℃百摄氏度范围内功率稳定性好、随功率温度呈线性变化的掺铒超荧光光纤光源，更重要的是为高精度光纤陀螺的研究奠定了坚实的基础。

技术领域

本发明涉及一种提高光源功率稳定性的方法，尤其涉及一种提高掺铒光纤光源功率稳定性的方法，属于光电传感领域。

背景技术

掺铒超荧光光纤光源有着极好的平均波长热稳定性和功率稳定性，且输出光谱平坦，被广泛应用到光纤陀螺领域。随着导航精度要求的提高，对光纤陀螺上每个重要组成部件的要求也随之提高。掺铒光纤光源作为光纤陀螺的源头部件，直接影响陀螺的输出性能，平均波长热稳定性和功率稳定性是光源的两个重要输出特性。光源的平均波长热稳定性可以通过设计光路结构、加光栅滤波器等技术，将其稳定到2ppm/℃之内，而功率稳定性可以通过在反馈控制模块中加入PID控制算法来稳定。PID控制算法在光功率控制方面具有极好的鲁棒性和准确性。PID控制算法的经典离散表达式如下所示：

上式中，e(k)＝r(k)-c(k)为PID控制器的输入值(实际光功率数字量和设定光功率数字量的差)，r(k)和c(k)分别代表光功率的设定数字量大小和实际数字量大小；u₀为光功率的初始值，T为光源系统的采样时间。K_P、T_I和T_D分别为PID控制器的比例增益、积分时间和微分时间。比例P是一个可调增益放大器，它只改变调制信号即光功率反馈信号的幅度，而不改变其相位，P控制算法可以提高系统的开环增益并及时响应偏差，但并不能消除光源系统中的稳态误差，最终会影响光源的输出光功率稳定，然而积分I可以消除此类稳态误差，微分D可以对输出光功率进行提前控制，控制速度较快。

位置式PID控制算法的输出与过去整个状态有关，在算法中使用的是偏差的累加值，而增量式PID控制算法只与最近两个时刻的误差值有关，由此可知位置式PID控制算法累积误差相对较大。

发明内容

本发明的目的是为了在-40℃～+60℃百摄氏度变温过程中提高光源的功率稳定性而提供一种提高掺铒光纤光源功率稳定性的方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种提高掺铒光纤光源功率稳定性的方法，包括如下步骤：

步骤一：设计掺铒超荧光光纤光源整体结构；

步骤二：设计光源TEC温度控制模块和LD驱动电路；

步骤三：在光源的输出端通过光耦合器分束的光到电路的反馈控制模块，光电检测器作为反馈控制模块的核心器件，接收返回光并将光信号转换为电信号；

步骤四：编写增量式微分先行PID控制算法，编译完成后将控制程序下载到光源系统中总控制器中，进行光源的输出光功率控制，输出稳定性功率的光源。

本发明还包括这样一些特征：

1、所述步骤一中的掺铒超荧光光纤光源整体结构包括光路结构和电路结构；

所述光路结构选用单程后向结构，波分复用器、掺饵光纤依次连接，光隔离器、增益平坦滤波器、光耦合器依次连接，波分复用器还与光隔离器连接；