CN1804550A - 光纤陀螺的多光源主动抗辐射装置 - Google Patents

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Abstract

利用多光源实现光纤陀螺主动抗辐射加固装置，其特征在于：在光纤陀螺光路的耦合器输入端接入大功率半导体激光器LD，用于对光纤褪色处理所需要的强光；光纤陀螺的前放输出端接至协调控制电路的输入端，用于对前放输出信号的监测，对陀螺的运转状态做出判断；所述的协调控制电路的输出端分别与光纤陀螺SLD光源和大功率半导体激光器LD相接，用于周期性的启动和关闭大功率半导体激光器LD，同时所述的协调控制电路输出端还与光纤陀螺电路中的信号处理电路连接，用于控制光纤陀螺解调系统的关闭和启动，实现陀螺的主动防护。本发明周期性的防护时间很短，陀螺系统以相对较长的时间工作，保证了输出信号的连续性和准确性。

Description

光纤陀螺的多光源主动抗辐射装置
技术领域
本发明涉及光纤陀螺空间应用时的一种主动抗辐照加固装置。
背景技术
光纤陀螺在空间应用中具有潜在的优势，将光纤陀螺应用到空间是当前国内光纤陀螺发展的一种趋势。但是，空间的辐射影响会导致光纤陀螺(FOG)性能下降，制约陀螺的精度、可靠性和寿命。目前光纤陀螺中普遍采被动防护方法，即通过对光纤陀螺外壳的重金属屏蔽来提高其抗辐照性能，这虽然可以明显的提高陀螺的抗辐照性能，但必将导致陀螺质量的增加。在空间应用中对质量的要求是相当苛刻，卫星每增加一克的重量都意味着发射系统要增加几百克的质量来提供所必须的动力，太多的重量增加是不允许的。
在干涉型光纤陀螺内，保偏光纤环(PM Fiber Coil)和陀螺内各种光电器件的尾纤是受辐射影响比较严重器件，主要表现在辐照环境下光纤损耗增加。其主要原因是在高能辐射作用下，光纤纤芯石英玻璃发生物理和化学变化，产生各种缺陷(点缺陷、位错、色心)，从而使光纤的光传输性能恶化。其中“色心”的影响最大，即石英玻璃中所含有杂质离子Cl、OH和着色离子，在辐射条件下产生杂质吸收损耗，使光纤损耗增加。然而在形成色心的同时，光纤本身存在着辐射恢复效应，即辐射引起的损耗在一定温度下随着时间的延长而渐渐消退，也就是光褪色。光褪色是与辐射引起的衰减相反的反应，其原理主要是辐射造成的晶格损伤由于“光”的作用得到恢复，且光功率越强，波长越短，光褪色效果越明显。利用这一效应，在光路上对光纤环进行有效的褪色恢复，可以减少光纤损耗的增加量，很好的改善陀螺的抗辐射性能。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种将光纤的褪色效应应用于光纤陀螺的抗辐加固的光纤陀螺的多光源主动抗辐射装置，该装置采用多光源实现光纤陀螺的主动防护，在不增加光纤陀螺重量的情况下，提高光纤陀螺在辐照环境下的抗辐射性能。
本发明的技术解决方案：光纤陀螺的多光源主动抗辐射装置，其特点在于：在光纤陀螺光路的耦合器输入端接入大功率半导体激光器LD，用于对光纤褪色处理所需要的强光；光纤陀螺的前放输出端接至协调控制电路的输入端，用于对前放输出信号的监测，对陀螺的运转状态做出判断；所述的协调控制电路的输出端分别与光纤陀螺SLD光源和大功率半导体激光器LD相接，用于周期性的启动和关闭大功率半导体激光器LD，同时所述的协调控制电路输出端还与光纤陀螺电路中的信号处理电路连接，用于控制光纤陀螺解调系统的关闭和启动，实现陀螺的主动防护。
本发明的原理：在光纤陀螺中引入大功率半导体激光器LD，对辐照环境下的光纤陀螺光路部分进行短时间、周期性的光褪色处理，减少光纤陀螺内光纤环和各种光电器件的尾纤由辐照引起的损耗，从而提高光纤陀螺的抗辐照性能。按照事先计算确定好的周期，由专门的协调控制电路，对光褪色的应用进行控制，使光纤陀螺进行周期性的主动防护；同时对前放的输出信号进行监测，当该信号达到某一极限值，光纤陀螺受辐照的影响引起的衰减影响系统解调，及时对SLD的输出进行调解，保证光纤陀螺的正常工作。
本发明与现有技术相比的优点在于：使用LD和SLD两个光源，通过协调控制电路，周期性的启动和关闭大功率半导体激光器，相应的控制光纤陀螺解调系统的关闭和启动，实现陀螺的主动防护，避免了光纤陀螺外壳的重金属保护；利用独立的协调控制电路有效地控制光褪色的应用以及相应的陀螺解调系统的工作，不影响陀螺系统原有的互易性；监测前放输出的信号，对SLD进行有效的反馈控制，提高了陀螺系统工作的可靠性和使用寿命。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的协调控制电路原理图；
图3为本发明的协调控制电路工作流程图；
图4为本发明的前放信号监测反馈控制流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明采用两个光源实现陀螺的主动防护，其中光源1为SLD光源，是陀螺工作必须的，光源2为大功率半导体激光器，提供光纤褪色处理所需的强光；在光纤陀螺的前放输出端接入协调控制电路，用于对前放输出信号的监测，对陀螺的运转状态做出判断；协调控制电路的输出端分别与光源1和光源2相接，用于周期性的启动和关闭大功率半导体激光器及对SLD输出光功率进行调节；协调控制电路的输出端还与光纤陀螺电路中的信号处理电路，即逻辑/处理电路连接，用于控制光纤陀螺解调系统的关闭和启动，实现陀螺的主动防护。
如图2所示，本发明的协调控制电路原理图，其核心处理器为单片机，外围电路包括单片机工作必须的晶振、电源供电等。继电器位于LD驱动电路和陀螺逻辑/处理电路的供电线路上，由单片机输出的高低电平信号控制继电器的状态，从而控制LD驱动电路及陀螺逻辑/处理电路的供电和断电，实现对LD及陀螺逻辑/处理电路的开启和关闭的控制。在陀螺加电后，单片机的程序内部会通过判断继电器工作情况对陀螺的状态(主动防护/正常工作)做出判断，当陀螺处于主动防护状态时，向上位机发出提示信号，说明此时陀螺不可用。来自前放输出的监测信号经A/D后进入单片机，其内部程序对其进行处理，并与极限值比较，根据比较结果对SLD驱动电路的驱动电流进行适当的调节，保证使陀螺正常工作的SLD光功率输出。
如图3所示，当陀螺加电后启动光源1，开启陀螺解调电路，即信号处理电路，同时计时装置开始计时，此时陀螺正常工作，光源2关闭，输出为陀螺旋转信号；当运转时间等于设定时间T1时，关闭陀螺的解调电路即信号处理电路，同时开启光源2，并对计时装置进行清零，重新开始计时，此时光源2工作，向陀螺光路中注入强光，陀螺系统工作在褪色恢复阶段，由协调控制电路向上位机发出提示信号，告知此时陀螺系统不工作；当运转时间等于设定时间T2时，关闭光源2，再次启动陀螺信号处理电路，测量旋转速率。这种周期性的时序控制由单片机编程实现，程序的流程参考图3，其中计时装置由单片机的计数器完成，通过中断触发控制程序的执行。
由于光褪色是一种短时间的效应，时间较长后，光纤达到平衡状态，光褪色的效果减小。因此不需要太长的褪色时间，本方案中T2的设定时间为5-10分钟为宜；根据空间应用中辐照剂量率、空间使用寿命及陀螺精度要求等因素，在足够的冗余设计的条件下，通过详细的计算可确定褪色恢复间隔，依此可给出系统正常工作的设定时间T1为20-25分钟。
空间环境中，光纤陀螺受辐照影响，光纤环和所有光电器件的尾纤的损耗增加将导致到达探测器的光功率下降，使前放输出信号变小。由于系统解调对对前放输出信号有最低限要求，低于其极限值将导致陀螺解调电路不可用。因此在陀螺正常工作时对前放输出信号进行监测，通过逻辑判断其是否满足最低限要求。如图3所示，如果满足，陀螺系统照常工作，并继续进行前放信号检测；如果不满足，对光源1驱动电路进行反馈控制，适当提高其输出光功率，从而提高探测器的光功率，使前放输出高于极限值。如果光源1的输出光功率已达到某限定值，且前放的输出仍无法满足要求，此时由控制电路向上位机发出提示信号，说明陀螺已不可用(一般不会出现这种情况，图3中未画出)。整个控制流程由单片机编程实现，LD光功率的控制可通过改变LD的输入电流来实现。

Claims (6)

1、光纤陀螺的多光源主动抗辐射装置，其特征在于：在光纤陀螺光路的耦合器输入端接入大功率半导体激光器LD，用于对光纤褪色处理所需要的强光；光纤陀螺的前放输出端接至协调控制电路的输入端，用于对前放输出信号的监测，对陀螺的运转状态做出判断；所述的协调控制电路的输出端分别与光纤陀螺SLD光源和大功率半导体激光器LD相接，用于周期性的启动和关闭大功率半导体激光器LD，同时所述的协调控制电路输出端还与光纤陀螺电路中的信号处理电路连接，用于控制光纤陀螺解调系统的关闭和启动，实现陀螺的主动防护。
2、根据权利要求1所述的光纤陀螺的多光源主动抗辐射装置，其特征在于：大功率半导体激光器LD的功率大于1mW。
3、根据权利要求1或2所述的光纤陀螺的多光源主动抗辐射装置，其特征在于：所述的协调控制电路由单片机及其外围电路、继电器、LD驱动电路、SLD驱动电路、A/D转换器，单片机输出的高低电平与继电器相接，控制继电器的状态，以控制LD驱动电路及陀螺信号处理电路的供电与断电，从而控制LD及陀螺工作状态，同时单片机根据系统的工作情况向上位机发出提示信号；来自前放的监测信号经A/D后进入单片机，经单片机处理后对陀螺状态进行反馈监测，同时通过调节SLD驱动电路驱动电流对SLD的输出光功率进行适当的调节。
4、根据权利要求1或2所述的光纤陀螺的多光源主动抗辐射装置，其特征在于：所述的协调控制电路控制过程为：当陀螺加电后，陀螺光源1工作，启动陀螺的信号处理电路，同时计时装置开始计时，此时陀螺正常工作，强激光光源2关闭，输出为陀螺旋转信号；当运转时间等于设定时间T2时，关闭陀螺的信号处理电路，同时开启光源1，并对计时装置进行清零，重新开始计时，此时光源2工作，向陀螺光路中注入强光，系统工作在褪色恢复阶段，由协调控制电路向上位机发出提示信号，告知此时陀螺系统不工作；当运转时间等于设定时间T2时，关闭光源2，再次启动陀螺信号处理电路，测量旋转速率。
5、根据权利要求1所述的光纤陀螺的多光源主动抗辐射装置，其特征在于：所述的T2为5-10分钟。
6、根据权利要求1所述的光纤陀螺的多光源主动抗辐射装置，其特征在于：所述的T1为20-25分钟。
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