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用于光纤光栅传感解调的驱动电路的研制

李德明  
【摘要】:在光纤光栅解调装置中,光源及其驱动电路将电信号转变为光信号,耦合入光纤,并在光纤中传输。光电探测器及其驱动电路将来自光纤线路中的光信号转换为电信号。这两部分电路的性能直接影响着解调系统的性能和精度。所以研制高性能的光源驱动电路和光电探测器驱动电路具有极为重要的意义。 本文分析了国内外SLED驱动技术的现状,在归纳、整理和比较它们各自优缺点的基础上,设计了SLED驱动电源。该驱动电源在温控电路和SLED保护电路的设计上存在一定的创新性。温控电路采用最新的温控芯片ADN8831,引入灵活的PID补偿网络,实现对SLED工作温度的稳恒控制,其制冷电流可达2.5A,温控精度为0.035℃。SLED保护电路包括限流、限压、浪涌抑制、静电防护、防雷击等功能。其中,浪涌抑制电路先采用交流滤波器和直流滤波器对SLED电源中的高频成分进行衰减,然后利用可控硅电路的开关特性使得SLED导通的时间滞后于电源开关打开的时间,这样就避免了电源开关打开时的强浪涌,浪涌抑制电路可将浪涌电压限制在1.2V以内。静电保护电路是利用器件LASORB的快速响应,将电路中的静电、高电压等率先吸收,从而避免SLED遭受电冲击。此外,过流、过压保护电路设置了SLED工作时的电流上限和电压上限,使SLED的电流不超过90mA,电压不超过2.5V。 本文还分析了国内外光电探测器驱动技术的现状,确定了光电探测器驱动电路应具备光电转换、信号放大和滤波去噪的功能。针对电源和空间工频干扰,设计了陷波电路,50Hz陷波电路利用带通电路的原理,对50Hz及其附近的信号抑制很强,而对其它波段的信号没有影响,仿真结果表明,陷波电路对50Hz信号的抑制比可达38dB。 最后,对所研制的SLED驱动电源和光电探测器驱动电路进行了性能测试。实验表明,驱动电源能提供稳定的电流驱动SLED工作,驱动电流在0~250mA内可调,电流纹波系数小于1%,浪涌电压在1.2V以内,温控电路制冷电流可达2.5A,温度控制精度为0.035℃;光电探测器驱动电路能完成将输入的光信号转化为电信号的任务,其放大倍数在0~3.3108内可调,等效噪声功率(NEP)为0.06nw/Hz,暗电流为0.115nA,带宽为908Hz,SLED注入电流为60mA时光栅阵列反射谱光电转换后的电压波形信噪比分别为16.26dB、25.1dB、25.1dB、23.52dB、18.06dB、17.50dB,可以满足实际工程测量的需要。


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