專利名稱：快速響應(yīng)型超輻射發(fā)光二極管自動(dòng)溫度控制方法及其驅(qū)動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制方法及裝置，尤其是一種快速響應(yīng)型超輻射發(fā)光二極管自動(dòng)溫度控制方法及其驅(qū)動(dòng)裝置，屬于超輻射發(fā)光二極管控制的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
超輻射發(fā)光二極管(SLD)的性能介于激光二極管(LD)與發(fā)光二極管(LED)之間。它具有兩大特點(diǎn)短相干長(zhǎng)度和高輸出功率。目前，普遍應(yīng)用在光纖陀螺(FOG)、光時(shí)域反射儀(0TDR)、光頻域反射儀(0FDR)、白光干涉儀、分布式光纖傳感等方面。SLD光源的穩(wěn)定性對(duì)這些系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定度有較大的影響，所以，控制SLD高穩(wěn)定輸出具有極其重要的意義。SLD光源的穩(wěn)定性主要分為功率穩(wěn)定性和波長(zhǎng)穩(wěn)定性。影響SLD高穩(wěn)定輸出的兩個(gè)因素是溫度和驅(qū)動(dòng)電流的穩(wěn)定性。隨著溫度的增加，SLD輸出光功率將減小，中心波長(zhǎng)將向長(zhǎng)波長(zhǎng)的方向移動(dòng)。SLD是電流驅(qū)動(dòng)器件，SLD驅(qū)動(dòng)電流的穩(wěn)定性直接決定了 SLD輸出光功率的穩(wěn)定性。目前，市售的SLD芯片模塊由SLD管芯、負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻、熱電制冷器(TEC)、三部分組成。這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化了 SLD溫度控制工作，但高穩(wěn)定性SLD溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研制仍是一個(gè)急需解決的問題。熱敏電阻與熱電制冷器都可以表示為慣性環(huán)節(jié)H(S) = —~(I)
TS+ I式(I)中K為增益，T為響應(yīng)時(shí)間。SLD溫度的控制通常采用模擬的比例(P)、比例積分(PI)或比例積分微分(PID)控制，以及固定參數(shù)的比例積分微分(PID)數(shù)字控制。由于缺乏熱敏電阻與熱電制冷器精確參數(shù)，需要通過大量的實(shí)驗(yàn)來確定控制系統(tǒng)的參數(shù)。這類方法的溫度控制的精度不高，調(diào)試工作量大，響應(yīng)速度慢，控制效果差，而且通用性差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種快速響應(yīng)型超輻射發(fā)光二極管自動(dòng)溫度控制方法及其驅(qū)動(dòng)裝置，其穩(wěn)定性高，通用性強(qiáng)，無穩(wěn)態(tài)誤差，響應(yīng)速度快。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，一種快速響應(yīng)型超輻射發(fā)光二極管自動(dòng)溫度控制方法，所述超輻射發(fā)光二極管自動(dòng)溫度控制方法包括如下步驟
a、啟動(dòng)階段，微處理器經(jīng)第一 D/A轉(zhuǎn)換器向熱電制冷器發(fā)送掃頻信號(hào)，使熱電制冷器產(chǎn)生相應(yīng)的制冷量；利用溫度采樣電路采集熱敏電阻的溫度-電壓信號(hào)，獲得熱敏電阻與熱電制冷器的幅頻特性曲線；b、根據(jù)上述獲得的幅頻特性曲線，通過遞歸算法，得到熱敏電阻與熱電制冷器的串聯(lián)二階環(huán)節(jié)的兩級(jí)響應(yīng)時(shí)間T1和T2 ；
C、根據(jù)獲得的熱敏電阻的響應(yīng)時(shí)間T1及熱電制冷器的響應(yīng)時(shí)間T2,設(shè)置微處理器內(nèi)超前校正環(huán)節(jié)及控制器的參數(shù)；d、微處理器通過光電探測(cè)器對(duì)SLD管芯的發(fā)光功率米樣,獲得SLD管芯工作時(shí)的功率-電壓曲線，根據(jù)所獲得的功率-電壓曲線的振蕩，來校驗(yàn)微處理器內(nèi)設(shè)置的超前校正環(huán)節(jié)及控制器參數(shù)；當(dāng)微處理器內(nèi)超前校正環(huán)節(jié)與控制器參數(shù)設(shè)置檢驗(yàn)匹配吋，SLD管芯正常工作，否則，微處理器調(diào)整超前校正環(huán)節(jié)與控制器的設(shè)置參數(shù)。所述超前校正環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為
權(quán)利要求
1.一種快速響應(yīng)型超輻射發(fā)光二極管自動(dòng)溫度控制方法，其特征是，所述超輻射發(fā)光二極管自動(dòng)溫度控制方法包括如下步驟 (a)、啟動(dòng)階段，微處理器(3)經(jīng)第一D/A轉(zhuǎn)換器(4)向熱電制冷器(83)發(fā)送掃頻信號(hào)，使熱電制冷器(83)產(chǎn)生相應(yīng)的制冷量；利用溫度采樣電路(12)采集熱敏電阻(82)的溫度-電壓信號(hào)，獲得熱敏電阻(82)與熱電制冷器(83)的幅頻特性曲線； (b)、根據(jù)上述獲得的幅頻特性曲線，通過遞歸算法，得到熱敏電阻(82)與熱電制冷器(83)的串聯(lián)二階環(huán)節(jié)的兩級(jí)響應(yīng)時(shí)間T1和T2 ； (C)、根據(jù)獲得的熱敏電阻(82)的響應(yīng)時(shí)間T1及熱電制冷器(83)的響應(yīng)時(shí)間T2，設(shè)置微處理器(3)內(nèi)超前校正環(huán)節(jié)(20)及控制器(15)的參數(shù)； (d)、微處理器(3)通過光電探測(cè)器(10)對(duì)SLD管芯(81)的發(fā)光功率采樣，獲得SLD管芯(81)工作時(shí)的功率-電壓曲線，根據(jù)所獲得的功率-電壓曲線的振蕩，來校驗(yàn)微處理器(3 )內(nèi)設(shè)置的超前校正環(huán)節(jié)(20 )及控制器(15 )參數(shù)；當(dāng)微處理器(3 )內(nèi)超前校正環(huán)節(jié)(20 )與控制器(15)參數(shù)設(shè)置檢驗(yàn)匹配時(shí)，SLD管芯(81)正常工作，否則，微處理器(3)調(diào)整超前校正環(huán)節(jié)(20)與控制器(15)的設(shè)置參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的快速響應(yīng)型超輻射發(fā)光二極管自動(dòng)溫度控制方法，其特征是所述超前校正環(huán)節(jié)(20)的傳遞函數(shù)為 = 7,) FiS +1 其中，Ta為慣性系數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的快速響應(yīng)型超輻射發(fā)光二極管自動(dòng)溫度控制方法，其特征是所述控制器(15)的傳遞函數(shù)為⑴=Kr 7^s + I 其中，K。為增益系數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的快速響應(yīng)型超輻射發(fā)光二極管自動(dòng)溫度控制方法，其特征是所述步驟(b)中，所述采用遞歸算法為 其中，mag(f)為熱電熱敏電阻(82)與熱電制冷器(83)串聯(lián)環(huán)節(jié)得到的歸一化對(duì)數(shù)幅頻特性函數(shù)；Maglk(w)，Mag2k(w)分別表示以T1GO和T2 (k)為時(shí)間常數(shù)的歸一化對(duì)數(shù)幅頻特性函數(shù)！Mag4(Inag)、Maglf1 (mag)分別為Mag(w)、Maglk(W)的逆函數(shù)；f為掃頻信號(hào)的頻率。
5.一種快速響應(yīng)型超輻射發(fā)光二極管自動(dòng)溫度控制裝置，包括SLD芯片模塊(8)及用于控制SLD芯片模塊(8)工作溫度的微處理器(3);其特征是所述微處理器(3)的輸出端通過第一 D/A轉(zhuǎn)換器(4 )及熱電制冷器驅(qū)動(dòng)器(6 )與SLD芯片模塊(8 )內(nèi)的熱電制冷器(83 )相連，且微處理器(3)的輸出端通過第D/A轉(zhuǎn)換器(5)及SLD管芯驅(qū)動(dòng)器(7)與SLD芯片模塊(8)內(nèi)的SLD管芯(81)相連；所述SLD管芯(81)產(chǎn)生的光功率信號(hào)通過光電探測(cè)器(10)、第一 A/D轉(zhuǎn)換器(11)與微處理器(3)的輸入端相連；SLD芯片模塊(8)內(nèi)的熱敏電阻(82)通過溫度采樣電路(12)及第A/D轉(zhuǎn)換器(13)與微處理器(3)相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的快速響應(yīng)型超輻射發(fā)光二極管自動(dòng)溫度控制驅(qū)動(dòng)裝置，其特征是所述SLD管芯(81)通過I X 2耦合器(9 )與光電探測(cè)器(10 )相連，所述I X 2耦合器(9)的分光比為I:9，1X2耦合器(9)將SLD管芯(81)發(fā)光功率的10%分光到光電探測(cè)器(10)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的快速響應(yīng)型超輻射發(fā)光二極管自動(dòng)溫度控制驅(qū)動(dòng)裝置，其特征是所述微處理器(3)包括乘法器(17)，所述乘法器(17)的輸入端分別與溫度設(shè)定模塊(16)及超前校正環(huán)節(jié)(20)相連，乘法器(17)的輸出端與控制器(15)相連，超前校正環(huán)節(jié)(20)及控制器(15)與參數(shù)計(jì)算模塊(19)相連，微處理器(3)內(nèi)包括用于產(chǎn)生掃頻信號(hào)的掃頻信號(hào)發(fā)生器(14)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的快速響應(yīng)型超輻射發(fā)光二極管自動(dòng)溫度控制驅(qū)動(dòng)裝置，其特征是所述微處理器(3)還包括低功率控制信號(hào)發(fā)生器(18)，所述低功率控制信號(hào)發(fā)生器(18)通過第D/A轉(zhuǎn)換器(5)及SLD管芯驅(qū)動(dòng)器(7)與SLD管芯(81)相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的快速響應(yīng)型超輻射發(fā)光二極管自動(dòng)溫度控制驅(qū)動(dòng)裝置，其特征是所述參數(shù)計(jì)算模塊(19)的輸入端與第一 A/D轉(zhuǎn)換器(11)相連，控制器(15)及掃頻信號(hào)發(fā)生器(14)的輸出端通過第一 D/A轉(zhuǎn)換器(4)及熱電制冷器驅(qū)動(dòng)器(6)與熱電制冷器(83)相連，超前校正環(huán)節(jié)(20)的輸入端與第二A/D轉(zhuǎn)換器(13)相連。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的快速響應(yīng)型超輻射發(fā)光二極管自動(dòng)溫度控制驅(qū)動(dòng)裝置，其特征是所述微處理器(3)通過第一 D/A轉(zhuǎn)換器(4)及熱電制冷器驅(qū)動(dòng)器(6)向熱電制冷器(83)發(fā)送0. OlHz IMHz的掃頻信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種快速響應(yīng)型超輻射發(fā)光二極管自動(dòng)溫度控制方法及其驅(qū)動(dòng)裝置，其包括如下步驟a、微處理器發(fā)送掃頻信號(hào)，獲得熱敏電阻與熱電制冷器的幅頻特性曲線；b、，通過遞歸算法，得到熱敏電阻與熱電制冷器的串聯(lián)二階環(huán)節(jié)的兩級(jí)響應(yīng)時(shí)間T1和T2；c、設(shè)置微處理器內(nèi)超前校正環(huán)節(jié)及控制器的參數(shù)；d、微處理器通過光電探測(cè)器對(duì)SLD管芯的發(fā)光功率采樣，獲得SLD管芯工作時(shí)的功率-電壓曲線，校驗(yàn)微處理器內(nèi)設(shè)置的超前校正環(huán)節(jié)及控制器參數(shù)；當(dāng)微處理器內(nèi)超前校正環(huán)節(jié)與控制器參數(shù)設(shè)置檢驗(yàn)匹配時(shí)，SLD管芯正常工作，否則，微處理器調(diào)整超前校正環(huán)節(jié)與控制器的設(shè)置參數(shù)。本發(fā)明穩(wěn)定性高，通用性強(qiáng)，無穩(wěn)態(tài)誤差，響應(yīng)速度快。
文檔編號(hào)G05D23/24GK102707748SQ20111028885
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2011年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月24日
發(fā)明者萬遂人, 馮宏偉, 盧瑾輝, 孫小菡, 殷強(qiáng), 潘超, 趙興群 申請(qǐng)人:東南大學(xué), 無錫科晟光子科技有限公司