針對(duì)其空中機(jī)器人保證機(jī)載電源保證各系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，經(jīng)普通光隔實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的機(jī)載電源電壓值存在溫度漂移現(xiàn)象，由內(nèi)窺鏡專家北京德朗研發(fā)部門致力于技術(shù)最前沿，提出3種溫度補(bǔ)償方案。

1 關(guān)于機(jī)載電源監(jiān)測(cè)電壓的溫度漂移

在飛行過程中，空中機(jī)器人機(jī)載電源經(jīng)常處于較為惡劣的環(huán)境中，溫度、噪聲、振動(dòng)、電磁等干擾大量存在。為實(shí)現(xiàn)對(duì)電源電壓測(cè)量，且不把干擾引入到測(cè)量系統(tǒng)中，須將監(jiān)測(cè)信號(hào)和控制電路在電氣上實(shí)現(xiàn)隔離。常用的隔離方式主要有：變壓器隔離法、隔離放大器法、光電隔離法。

于變壓器隔離法只適用于高頻交流模擬信號(hào)，而不適合用于直流信號(hào)；集成隔離放大器內(nèi)部電路復(fù)雜，體積大，成本高；光電隔離電路簡(jiǎn)潔，光隔體積小，成本低廉。本文采用光電隔離法。

設(shè)計(jì)初期，選用普通光隔2501進(jìn)行電氣隔離，但在進(jìn)行高低溫試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)機(jī)載電源電壓一定時(shí)，隨著環(huán)境溫度變化．經(jīng)過光隔隔離后電壓監(jiān)測(cè)信號(hào)存在較大幅度的漂移，具體數(shù)據(jù)如表1所示。

針對(duì)光隔2501的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，分析溫漂的產(chǎn)生機(jī)理：普通光隔以光為媒介來傳輸電信號(hào)，把發(fā)光器(紅外線發(fā)光二極管LED)與受光器(光敏半導(dǎo)體管)封裝在同一管殼內(nèi)。當(dāng)輸入端加電信號(hào)時(shí)發(fā)光器發(fā)出光線，受光器接受光線之后就產(chǎn)生光電流，從輸出端流出，實(shí)現(xiàn)。電一光一電”轉(zhuǎn)換。根據(jù)圖1所示光隔特性曲線，在高溫實(shí)驗(yàn)中，外界環(huán)境溫度升高，導(dǎo)致電流傳輸比CTR(輸出電流與輸入電流比值)降低，即使輸入電流不變，輸出電流也會(huì)降低，最終導(dǎo)致輸出電壓隨著溫度的升高而下降，低溫實(shí)驗(yàn)溫漂機(jī)理類推。

2 機(jī)載電源監(jiān)測(cè)電壓溫度補(bǔ)償方案

依據(jù)普通光隔溫度漂移機(jī)理，一方面可以改變輸入電流，補(bǔ)償輸出電流因溫度變化而產(chǎn)生的波動(dòng)，以保證輸出電壓保持不變；再者，可對(duì)普通光隔進(jìn)行線性化處理。由此，提出以下溫度補(bǔ)償方案：在光隔輸入端加入負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻；兩個(gè)同型號(hào)光隔反饋連接，實(shí)現(xiàn)線性化；直接采用線性光隔。

方案一：應(yīng)用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻(NTC，阻值隨溫度升高而降低)，可以根據(jù)溫度變化調(diào)整輸入電流，以實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償，應(yīng)用熱敏電阻進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)碾娐泛?jiǎn)圖如圖2所示。

 試驗(yàn)結(jié)果表明，由于熱敏電阻溫度／電阻特性及普通光隔的電流傳輸特性曲線均是非線性的，只能在較小的溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償，不能通過嚴(yán)格的高低溫試驗(yàn)。

方案二：基于控制理論中負(fù)反饋思想，引入負(fù)反饋可以改善系統(tǒng)的線性度。普通光隔線性化實(shí)現(xiàn)方法如圖3所示，2#光隔用于輸出，1#光隔用于反饋以補(bǔ)償溫度特性的非線性。

式中．K。、K：分別為電路中2個(gè)光隔電流傳輸比，G為電路的電壓增益。

若兩個(gè)光隔選用同一型號(hào)的產(chǎn)品，特性基本一致，即K：=K2，則有：

根據(jù)上式，該測(cè)量電路的電壓增益只與電阻R。、Rz的阻值有關(guān)，而與光隔的電流傳輸比等特?zé)o關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓信號(hào)的線性隔離。但實(shí)際上由于電路采用分離元件搭建而成，制造工藝的差別，很難保證K-=K2的假設(shè)嚴(yán)格成立，使得測(cè)量結(jié)果存在一定的偏差，可靠性并不高。

方案三：線性光隔基于負(fù)反饋思想將普通光耦增加一個(gè)反饋光接收電路，兩個(gè)光接收電路非線性特性一樣，通過反饋通路的非線性就可抵消直通通路的非線性，在輸入端加入控制電壓，在輸出端成比例輸出電壓，實(shí)現(xiàn)線性隔離。出線性光隔工作原理圖如圖4所示。

與方案二比較，線性光隔內(nèi)部2個(gè)發(fā)光二極管位置的精確性和元件先進(jìn)的封裝設(shè)計(jì)可以確保元件的高線性度和增益的穩(wěn)定性，具有更高的可靠性和抗干擾性能，最終采用此種方案進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

依據(jù)上述方案論證，選用NEC公司的高精度線性光隔PS8741進(jìn)行溫度補(bǔ)償，具體性能指標(biāo)如下：(1)1％的傳輸增益誤差；(2)0．05％的線性誤差。

其典型電壓測(cè)量應(yīng)用電路如圖5所示，設(shè)光隔的輸入端電壓為Vin，輸出端電壓為Vout，兩個(gè)光隔的電流傳輸比分別為K1、K2，基于“虛斷”、“虛短”概念，可認(rèn)為通過R1、R2、R3的電流分別為，I1、I2、If。

 針對(duì)應(yīng)用PS8741設(shè)計(jì)的空中機(jī)器人機(jī)載電源監(jiān)測(cè)電壓溫度補(bǔ)償電路，進(jìn)行高低溫實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證其對(duì)于溫度漂移的抑制能力。27℃和43℃溫度下機(jī)載電源監(jiān)測(cè)電壓的變化情況如圖6所示。

針對(duì)不同溫度條件下PS8741溫度補(bǔ)償性能測(cè)試試驗(yàn)，每次都要處理大量的數(shù)據(jù)，確定輸入、輸出電壓的擬合關(guān)系。為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理可視化。基

利用開發(fā)的圖形界面，用戶將不同溫度記錄的光隔輸入、輸出電壓錄入對(duì)應(yīng)的文本框中，并設(shè)定欲擬合多項(xiàng)式的最高階次后，通過。擬合”按鈕開始處理數(shù)據(jù)，并隨后將擬合出來的曲線及多項(xiàng)式顯示出來。

經(jīng)過多次實(shí)際的高低溫試驗(yàn)測(cè)試，PS8741能夠很好地克服原有普通光隔的溫度漂移現(xiàn)象，保證輸入輸出電壓的線性度。可以應(yīng)用到空中機(jī)器人機(jī)載電源的監(jiān)測(cè)中。

工業(yè)電子內(nèi)窺鏡專家們針對(duì)某型空中機(jī)器人機(jī)載電源受溫度干擾，電壓監(jiān)測(cè)值存在溫度漂移問題，設(shè)計(jì)了基于高精度線性光隔PS8741的溫度補(bǔ)償電路，經(jīng)高低溫測(cè)試證實(shí)可有效克服溫度漂移，目前已經(jīng)成功應(yīng)用于該型空中機(jī)器人，并可廣泛用于模擬信號(hào)的精確檢測(cè)系統(tǒng)中，研發(fā)部門開發(fā)了可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速擬合標(biāo)定的圖形用戶界面，界面友好，操作便捷，對(duì)于工程數(shù)據(jù)處理可視化研究具有一定參考價(jià)值。