專利名稱：光纖陀螺的多光源主動抗輻射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖陀螺空間應(yīng)用時(shí)的一種主動抗輻照加固裝置。
背景技術(shù)：
光纖陀螺在空間應(yīng)用中具有潛在的優(yōu)勢，將光纖陀螺應(yīng)用到空間是當(dāng)前國內(nèi)光纖陀螺發(fā)展的一種趨勢。但是，空間的輻射影響會導(dǎo)致光纖陀螺(FOG)性能下降，制約陀螺的精度、可靠性和壽命。目前光纖陀螺中普遍采被動防護(hù)方法，即通過對光纖陀螺外殼的重金屬屏蔽來提高其抗輻照性能，這雖然可以明顯的提高陀螺的抗輻照性能，但必將導(dǎo)致陀螺質(zhì)量的增加。在空間應(yīng)用中對質(zhì)量的要求是相當(dāng)苛刻，衛(wèi)星每增加一克的重量都意味著發(fā)射系統(tǒng)要增加幾百克的質(zhì)量來提供所必須的動力，太多的重量增加是不允許的。
在干涉型光纖陀螺內(nèi)，保偏光纖環(huán)(PM Fiber Coil)和陀螺內(nèi)各種光電器件的尾纖是受輻射影響比較嚴(yán)重器件，主要表現(xiàn)在輻照環(huán)境下光纖損耗增加。其主要原因是在高能輻射作用下，光纖纖芯石英玻璃發(fā)生物理和化學(xué)變化，產(chǎn)生各種缺陷(點(diǎn)缺陷、位錯(cuò)、色心)，從而使光纖的光傳輸性能惡化。其中“色心”的影響最大，即石英玻璃中所含有雜質(zhì)離子Cl、OH和著色離子，在輻射條件下產(chǎn)生雜質(zhì)吸收損耗，使光纖損耗增加。然而在形成色心的同時(shí)，光纖本身存在著輻射恢復(fù)效應(yīng)，即輻射引起的損耗在一定溫度下隨著時(shí)間的延長而漸漸消退，也就是光褪色。光褪色是與輻射引起的衰減相反的反應(yīng)，其原理主要是輻射造成的晶格損傷由于“光”的作用得到恢復(fù)，且光功率越強(qiáng)，波長越短，光褪色效果越明顯。利用這一效應(yīng)，在光路上對光纖環(huán)進(jìn)行有效的褪色恢復(fù)，可以減少光纖損耗的增加量，很好的改善陀螺的抗輻射性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種將光纖的褪色效應(yīng)應(yīng)用于光纖陀螺的抗輻加固的光纖陀螺的多光源主動抗輻射裝置，該裝置采用多光源實(shí)現(xiàn)光纖陀螺的主動防護(hù)，在不增加光纖陀螺重量的情況下，提高光纖陀螺在輻照環(huán)境下的抗輻射性能。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案光纖陀螺的多光源主動抗輻射裝置，其特點(diǎn)在于在光纖陀螺光路的耦合器輸入端接入大功率半導(dǎo)體激光器LD，用于對光纖褪色處理所需要的強(qiáng)光；光纖陀螺的前放輸出端接至協(xié)調(diào)控制電路的輸入端，用于對前放輸出信號的監(jiān)測，對陀螺的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)做出判斷；所述的協(xié)調(diào)控制電路的輸出端分別與光纖陀螺SLD光源和大功率半導(dǎo)體激光器LD相接，用于周期性的啟動和關(guān)閉大功率半導(dǎo)體激光器LD，同時(shí)所述的協(xié)調(diào)控制電路輸出端還與光纖陀螺電路中的信號處理電路連接，用于控制光纖陀螺解調(diào)系統(tǒng)的關(guān)閉和啟動，實(shí)現(xiàn)陀螺的主動防護(hù)。
本發(fā)明的原理在光纖陀螺中引入大功率半導(dǎo)體激光器LD，對輻照環(huán)境下的光纖陀螺光路部分進(jìn)行短時(shí)間、周期性的光褪色處理，減少光纖陀螺內(nèi)光纖環(huán)和各種光電器件的尾纖由輻照引起的損耗，從而提高光纖陀螺的抗輻照性能。按照事先計(jì)算確定好的周期，由專門的協(xié)調(diào)控制電路，對光褪色的應(yīng)用進(jìn)行控制，使光纖陀螺進(jìn)行周期性的主動防護(hù)；同時(shí)對前放的輸出信號進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)該信號達(dá)到某一極限值，光纖陀螺受輻照的影響引起的衰減影響系統(tǒng)解調(diào)，及時(shí)對SLD的輸出進(jìn)行調(diào)解，保證光纖陀螺的正常工作。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于使用LD和SLD兩個(gè)光源，通過協(xié)調(diào)控制電路，周期性的啟動和關(guān)閉大功率半導(dǎo)體激光器，相應(yīng)的控制光纖陀螺解調(diào)系統(tǒng)的關(guān)閉和啟動，實(shí)現(xiàn)陀螺的主動防護(hù)，避免了光纖陀螺外殼的重金屬保護(hù)；利用獨(dú)立的協(xié)調(diào)控制電路有效地控制光褪色的應(yīng)用以及相應(yīng)的陀螺解調(diào)系統(tǒng)的工作，不影響陀螺系統(tǒng)原有的互易性；監(jiān)測前放輸出的信號，對SLD進(jìn)行有效的反饋控制，提高了陀螺系統(tǒng)工作的可靠性和使用壽命。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的協(xié)調(diào)控制電路原理圖；圖3為本發(fā)明的協(xié)調(diào)控制電路工作流程圖；圖4為本發(fā)明的前放信號監(jiān)測反饋控制流程圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明采用兩個(gè)光源實(shí)現(xiàn)陀螺的主動防護(hù)，其中光源1為SLD光源，是陀螺工作必須的，光源2為大功率半導(dǎo)體激光器，提供光纖褪色處理所需的強(qiáng)光；在光纖陀螺的前放輸出端接入?yún)f(xié)調(diào)控制電路，用于對前放輸出信號的監(jiān)測，對陀螺的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)做出判斷；協(xié)調(diào)控制電路的輸出端分別與光源1和光源2相接，用于周期性的啟動和關(guān)閉大功率半導(dǎo)體激光器及對SLD輸出光功率進(jìn)行調(diào)節(jié)；協(xié)調(diào)控制電路的輸出端還與光纖陀螺電路中的信號處理電路，即邏輯/處理電路連接，用于控制光纖陀螺解調(diào)系統(tǒng)的關(guān)閉和啟動，實(shí)現(xiàn)陀螺的主動防護(hù)。
如圖2所示，本發(fā)明的協(xié)調(diào)控制電路原理圖，其核心處理器為單片機(jī)，外圍電路包括單片機(jī)工作必須的晶振、電源供電等。繼電器位于LD驅(qū)動電路和陀螺邏輯/處理電路的供電線路上，由單片機(jī)輸出的高低電平信號控制繼電器的狀態(tài)，從而控制LD驅(qū)動電路及陀螺邏輯/處理電路的供電和斷電，實(shí)現(xiàn)對LD及陀螺邏輯/處理電路的開啟和關(guān)閉的控制。在陀螺加電后，單片機(jī)的程序內(nèi)部會通過判斷繼電器工作情況對陀螺的狀態(tài)(主動防護(hù)/正常工作)做出判斷，當(dāng)陀螺處于主動防護(hù)狀態(tài)時(shí)，向上位機(jī)發(fā)出提示信號，說明此時(shí)陀螺不可用。來自前放輸出的監(jiān)測信號經(jīng)A/D后進(jìn)入單片機(jī)，其內(nèi)部程序?qū)ζ溥M(jìn)行處理，并與極限值比較，根據(jù)比較結(jié)果對SLD驅(qū)動電路的驅(qū)動電流進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，保證使陀螺正常工作的SLD光功率輸出。
如圖3所示，當(dāng)陀螺加電后啟動光源1，開啟陀螺解調(diào)電路，即信號處理電路，同時(shí)計(jì)時(shí)裝置開始計(jì)時(shí)，此時(shí)陀螺正常工作，光源2關(guān)閉，輸出為陀螺旋轉(zhuǎn)信號；當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間等于設(shè)定時(shí)間T1時(shí)，關(guān)閉陀螺的解調(diào)電路即信號處理電路，同時(shí)開啟光源2，并對計(jì)時(shí)裝置進(jìn)行清零，重新開始計(jì)時(shí)，此時(shí)光源2工作，向陀螺光路中注入強(qiáng)光，陀螺系統(tǒng)工作在褪色恢復(fù)階段，由協(xié)調(diào)控制電路向上位機(jī)發(fā)出提示信號，告知此時(shí)陀螺系統(tǒng)不工作；當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間等于設(shè)定時(shí)間T2時(shí)，關(guān)閉光源2，再次啟動陀螺信號處理電路，測量旋轉(zhuǎn)速率。這種周期性的時(shí)序控制由單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)，程序的流程參考圖3，其中計(jì)時(shí)裝置由單片機(jī)的計(jì)數(shù)器完成，通過中斷觸發(fā)控制程序的執(zhí)行。
由于光褪色是一種短時(shí)間的效應(yīng)，時(shí)間較長后，光纖達(dá)到平衡狀態(tài)，光褪色的效果減小。因此不需要太長的褪色時(shí)間，本方案中T2的設(shè)定時(shí)間為5-10分鐘為宜；根據(jù)空間應(yīng)用中輻照劑量率、空間使用壽命及陀螺精度要求等因素，在足夠的冗余設(shè)計(jì)的條件下，通過詳細(xì)的計(jì)算可確定褪色恢復(fù)間隔，依此可給出系統(tǒng)正常工作的設(shè)定時(shí)間T1為20-25分鐘。
空間環(huán)境中，光纖陀螺受輻照影響，光纖環(huán)和所有光電器件的尾纖的損耗增加將導(dǎo)致到達(dá)探測器的光功率下降，使前放輸出信號變小。由于系統(tǒng)解調(diào)對對前放輸出信號有最低限要求，低于其極限值將導(dǎo)致陀螺解調(diào)電路不可用。因此在陀螺正常工作時(shí)對前放輸出信號進(jìn)行監(jiān)測，通過邏輯判斷其是否滿足最低限要求。如圖3所示，如果滿足，陀螺系統(tǒng)照常工作，并繼續(xù)進(jìn)行前放信號檢測；如果不滿足，對光源1驅(qū)動電路進(jìn)行反饋控制，適當(dāng)提高其輸出光功率，從而提高探測器的光功率，使前放輸出高于極限值。如果光源1的輸出光功率已達(dá)到某限定值，且前放的輸出仍無法滿足要求，此時(shí)由控制電路向上位機(jī)發(fā)出提示信號，說明陀螺已不可用(一般不會出現(xiàn)這種情況，圖3中未畫出)。整個(gè)控制流程由單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)，LD光功率的控制可通過改變LD的輸入電流來實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.光纖陀螺的多光源主動抗輻射裝置，其特征在于在光纖陀螺光路的耦合器輸入端接入大功率半導(dǎo)體激光器LD，用于對光纖褪色處理所需要的強(qiáng)光；光纖陀螺的前放輸出端接至協(xié)調(diào)控制電路的輸入端，用于對前放輸出信號的監(jiān)測，對陀螺的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)做出判斷；所述的協(xié)調(diào)控制電路的輸出端分別與光纖陀螺SLD光源和大功率半導(dǎo)體激光器LD相接，用于周期性的啟動和關(guān)閉大功率半導(dǎo)體激光器LD，同時(shí)所述的協(xié)調(diào)控制電路輸出端還與光纖陀螺電路中的信號處理電路連接，用于控制光纖陀螺解調(diào)系統(tǒng)的關(guān)閉和啟動，實(shí)現(xiàn)陀螺的主動防護(hù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖陀螺的多光源主動抗輻射裝置，其特征在于大功率半導(dǎo)體激光器LD的功率大于1mW。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光纖陀螺的多光源主動抗輻射裝置，其特征在于所述的協(xié)調(diào)控制電路由單片機(jī)及其外圍電路、繼電器、LD驅(qū)動電路、SLD驅(qū)動電路、A/D轉(zhuǎn)換器，單片機(jī)輸出的高低電平與繼電器相接，控制繼電器的狀態(tài)，以控制LD驅(qū)動電路及陀螺信號處理電路的供電與斷電，從而控制LD及陀螺工作狀態(tài)，同時(shí)單片機(jī)根據(jù)系統(tǒng)的工作情況向上位機(jī)發(fā)出提示信號；來自前放的監(jiān)測信號經(jīng)A/D后進(jìn)入單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理后對陀螺狀態(tài)進(jìn)行反饋監(jiān)測，同時(shí)通過調(diào)節(jié)SLD驅(qū)動電路驅(qū)動電流對SLD的輸出光功率進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光纖陀螺的多光源主動抗輻射裝置，其特征在于所述的協(xié)調(diào)控制電路控制過程為當(dāng)陀螺加電后，陀螺光源1工作，啟動陀螺的信號處理電路，同時(shí)計(jì)時(shí)裝置開始計(jì)時(shí)，此時(shí)陀螺正常工作，強(qiáng)激光光源2關(guān)閉，輸出為陀螺旋轉(zhuǎn)信號；當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間等于設(shè)定時(shí)間T2時(shí)，關(guān)閉陀螺的信號處理電路，同時(shí)開啟光源1，并對計(jì)時(shí)裝置進(jìn)行清零，重新開始計(jì)時(shí)，此時(shí)光源2工作，向陀螺光路中注入強(qiáng)光，系統(tǒng)工作在褪色恢復(fù)階段，由協(xié)調(diào)控制電路向上位機(jī)發(fā)出提示信號，告知此時(shí)陀螺系統(tǒng)不工作；當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間等于設(shè)定時(shí)間T2時(shí)，關(guān)閉光源2，再次啟動陀螺信號處理電路，測量旋轉(zhuǎn)速率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖陀螺的多光源主動抗輻射裝置，其特征在于所述的T2為5-10分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖陀螺的多光源主動抗輻射裝置，其特征在于所述的T1為20-25分鐘。
全文摘要
利用多光源實(shí)現(xiàn)光纖陀螺主動抗輻射加固裝置，其特征在于在光纖陀螺光路的耦合器輸入端接入大功率半導(dǎo)體激光器LD，用于對光纖褪色處理所需要的強(qiáng)光；光纖陀螺的前放輸出端接至協(xié)調(diào)控制電路的輸入端，用于對前放輸出信號的監(jiān)測，對陀螺的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)做出判斷；所述的協(xié)調(diào)控制電路的輸出端分別與光纖陀螺SLD光源和大功率半導(dǎo)體激光器LD相接，用于周期性的啟動和關(guān)閉大功率半導(dǎo)體激光器LD，同時(shí)所述的協(xié)調(diào)控制電路輸出端還與光纖陀螺電路中的信號處理電路連接，用于控制光纖陀螺解調(diào)系統(tǒng)的關(guān)閉和啟動，實(shí)現(xiàn)陀螺的主動防護(hù)。本發(fā)明周期性的防護(hù)時(shí)間很短，陀螺系統(tǒng)以相對較長的時(shí)間工作，保證了輸出信號的連續(xù)性和準(zhǔn)確性。
文檔編號G01C19/72GK1804550SQ20061001125
公開日2006年7月19日 申請日期2006年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月23日
發(fā)明者肖文, 韓艷玲, 伊小素, 杜新政, 劉德文, 張玉艷 申請人:北京航空航天大學(xué)