本發(fā)明屬于光功率測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大功率無(wú)線光功率計(jì)。

背景技術(shù)：

光功率計(jì)是檢測(cè)光信號(hào)強(qiáng)弱的一種精密光學(xué)測(cè)量?jī)x器，廣泛用于光纖通信、光學(xué)實(shí)驗(yàn)、生物醫(yī)學(xué)等高新技術(shù)領(lǐng)域。在光纖通信領(lǐng)域中，它是測(cè)試光功率、光衰減量必不可少的測(cè)量?jī)x表。因此，適用于工程施工現(xiàn)場(chǎng)且便于攜帶、操作簡(jiǎn)便、性能穩(wěn)定的光功率計(jì)越來(lái)越受到人們的青睞。但目前，國(guó)內(nèi)所需光功率計(jì)大多來(lái)自進(jìn)口，而國(guó)外光功率計(jì)的價(jià)格貴，配件品種多，使用操作也較復(fù)雜。此外，國(guó)外還有眾多的光功率計(jì)生產(chǎn)廠家，有著相當(dāng)高的銷售額，總體來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)的光功率計(jì)市場(chǎng)幾乎被國(guó)外儀器壟斷。因此，研究和開(kāi)發(fā)高性能、多功能、低成本以及具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的光功率計(jì)具有一定的實(shí)際意義。

公開(kāi)號(hào)為105928617 A的中國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種抗干擾能力強(qiáng)的光功率計(jì)，包括按順序依次通過(guò)導(dǎo)線電連接的光電轉(zhuǎn)換模塊、光電探測(cè)模塊、處理模塊和顯示模塊，處理模塊電連接有溫控模塊，光電轉(zhuǎn)換模塊、光電探測(cè)模塊、處理模塊和顯示模塊內(nèi)均設(shè)有溫度傳感器，溫度傳感器與溫控模塊電連接，所述的處理模塊電連接有按鍵模塊，所述的按鍵模塊內(nèi)設(shè)有溫度傳感器，溫度傳感器與溫控模塊電連接，所述的溫控模塊電連接有降溫設(shè)備，連接光電轉(zhuǎn)換模塊、光電探測(cè)模塊、處理模塊和顯示模塊的導(dǎo)線外覆有由環(huán)氧樹(shù)脂制成的絕緣保護(hù)層。該發(fā)明通過(guò)光電探測(cè)模塊對(duì)光信號(hào)進(jìn)行探測(cè)，使得探測(cè)波長(zhǎng)范圍比較小。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述，本發(fā)明提供了一種大功率無(wú)線光功率計(jì)，該光功率計(jì)具有探測(cè)波長(zhǎng)范圍寬、性能穩(wěn)定、分靈敏度高、體積小、價(jià)格低、重量輕、使用方便以及可支持藍(lán)牙通訊等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于光纖通信、光學(xué)實(shí)驗(yàn)、生物醫(yī)學(xué)等高新技術(shù)領(lǐng)域。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：提供一種大功率無(wú)線光功率計(jì)，探測(cè)器、程控放大電路、CPU處理單元、通信模塊以及顯示模塊，所述的探測(cè)器為熱電堆探測(cè)器，所述的熱電堆探測(cè)器將探測(cè)的光信號(hào)輸入至程控放大電路，所述的程控放大電路將接收到的光信號(hào)放大處理后輸入至CPU處理單元，所述的CPU處理單元將接收的放大光信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并根據(jù)此數(shù)字信號(hào)控制程控放大電路量程的自動(dòng)切換，然后計(jì)算得到光功率值，將光功率值通過(guò)通信模塊顯示于顯示模塊上。

所述的程控放大電路由相互并聯(lián)連接的多通道的模擬開(kāi)關(guān)、N溝道場(chǎng)效應(yīng)管以及運(yùn)算放大器組成，所述的運(yùn)算放大器的反向輸入和輸出端通過(guò)反饋電阻連接。所述的運(yùn)算放大器的量程由多通道的模擬開(kāi)關(guān)控制。

所述的多通道的模擬開(kāi)關(guān)為CD4051、MAX4051，作為優(yōu)選，所述的多通道的模擬開(kāi)關(guān)為CD4051，該CD4051具有低截止漏電流和低導(dǎo)通阻抗的單端雙向8選1模擬開(kāi)關(guān)，具有靜態(tài)功耗極低、適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠控制運(yùn)算放大器量程的自動(dòng)切換。

所述的N溝道場(chǎng)效應(yīng)管為AO3402、AON6058，作為優(yōu)選，所述的N溝道場(chǎng)效應(yīng)管為AO3402，AO3402采用先進(jìn)的溝槽技術(shù)提供出色的R_DS(ON)，低柵極電荷和操作時(shí)柵極電壓低至2.5V。

所述的運(yùn)算放大器為AD8041、MAX4238、MAX4239，作為優(yōu)選，所述的運(yùn)算放大器為AD8041，AD8041是一款低功耗、電壓反饋型、高速放大器,設(shè)計(jì)采用+3V、+5V或±5V電源供電。它具有單電源供電能力,輸入電壓范圍是從負(fù)供電軌以下200mV至正供電軌1V范圍以內(nèi)。

作為優(yōu)選，所述的程控放大電路由相互并聯(lián)連接的多通道的模擬開(kāi)關(guān)CD4051、N溝道場(chǎng)效應(yīng)管AO3402以及運(yùn)算放大器AD8041組成。

所述的信號(hào)處理電路用于對(duì)熱電堆探測(cè)器探測(cè)到的微弱的模擬光信號(hào)進(jìn)行放大降噪處理。

所述的CPU處理單元內(nèi)置有模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。

所述的CPU處理單元根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換數(shù)值控制多通道的模擬開(kāi)關(guān)將運(yùn)算放大器設(shè)置到相應(yīng)的放大檔位；當(dāng)轉(zhuǎn)換數(shù)值小于預(yù)先設(shè)置參數(shù)時(shí)，判斷當(dāng)前檔位是否為最低檔位，若是，表明此時(shí)測(cè)得的信號(hào)不在探測(cè)器的探測(cè)范圍內(nèi)，停止探測(cè)，若否，CPU處理單元控制多通道的模擬開(kāi)關(guān)將運(yùn)算放大器切換至相鄰的較低檔位；當(dāng)轉(zhuǎn)換數(shù)值大于預(yù)先設(shè)置參數(shù)時(shí)，判斷當(dāng)前檔位是否為最高檔位，若是，表明此時(shí)測(cè)得的信號(hào)已超過(guò)探測(cè)器的探測(cè)范圍內(nèi)，這將損壞探測(cè)器，停止探測(cè)，若否，CPU處理單元控制多通道的模擬開(kāi)關(guān)將運(yùn)算放大器切換至相鄰的較高檔位；實(shí)現(xiàn)測(cè)量功率范圍內(nèi)的量程自動(dòng)切換。

根據(jù)熱電堆探測(cè)器的測(cè)探范圍，將所述的程控放大電路的量程檔位設(shè)置為6個(gè)。

所述的CPU處理單元讀取CPU處理單元內(nèi)置的EEPROM中的R值，并利用該R值對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的轉(zhuǎn)換數(shù)值進(jìn)行校準(zhǔn)；所述的微處理器單元計(jì)算光功率，并接收波長(zhǎng)切換命令和單位換算命令，并根據(jù)波長(zhǎng)切換命令重新讀取波長(zhǎng)重新計(jì)算光功率，根據(jù)單位換算命令進(jìn)行光功率值單位轉(zhuǎn)換，得到用于顯示的光功率值。

所述的通信模塊包括支持與windows系統(tǒng)與ios系統(tǒng)進(jìn)行通信的藍(lán)牙模塊、人機(jī)接口。

所述的顯示模塊包括APP、LCD屏。

所述的CPU處理單元具有控制激光強(qiáng)度的PWM輸出。

所述的CPU處理單元具有對(duì)激光進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)的0～5V的模擬電壓輸出。

所述的CPU處理單元接收外部按鍵信號(hào)的輸入，進(jìn)行觸發(fā)。

所述的大功率無(wú)線光功率計(jì)用于實(shí)現(xiàn)范圍為100mW-100W的大功率光功率測(cè)量。

所述的大功率無(wú)線光功率計(jì)對(duì)波長(zhǎng)范圍為0.19-15um的激光實(shí)現(xiàn)大功率光功率測(cè)量。

本發(fā)明提供的大功率無(wú)線光功率計(jì)具有探測(cè)波長(zhǎng)范圍寬、性能穩(wěn)定、靈敏度高、體積小、價(jià)格低、重量輕、使用方便以及可支持藍(lán)牙通訊等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于光纖通信、光學(xué)實(shí)驗(yàn)、生物醫(yī)學(xué)等高新技術(shù)領(lǐng)域。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例大功率無(wú)線光功率計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例程控放大電路的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了更為具體地描述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明實(shí)例涉及一種大功率無(wú)線光功率計(jì)，如圖1所示，包括：熱電堆探測(cè)器、程控放大電路、芯片STM32、BM77藍(lán)牙模塊與人機(jī)接口、LCD顯示屏與APP。

工作過(guò)程為：熱電堆探測(cè)器將檢測(cè)到的光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)程控放大電路放大處理后，再由芯片STM32的內(nèi)置的12位ADC進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，芯片STM32根據(jù)轉(zhuǎn)換數(shù)值的大小控制程控放大電路切換到合適的量程以獲得可供計(jì)算顯示的數(shù)字量，并計(jì)算得到光功率值，將光功率值通過(guò)支持與windows系統(tǒng)和ios系統(tǒng)通信的BM77藍(lán)牙模塊傳輸至APP上進(jìn)行顯示，或者通過(guò)藍(lán)牙USB傳輸送入具有背光的LCD屏進(jìn)行顯示。同時(shí)，芯片STM32還可以通過(guò)PWM來(lái)調(diào)控被測(cè)激光的強(qiáng)度，輸出0～5V的模擬電壓對(duì)激光進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，利用外觸發(fā)功能可以實(shí)現(xiàn)功率的單步測(cè)量。

熱電堆探測(cè)器的工作原理為：當(dāng)激光束擊中的熱電堆傳感器的表面上，入射輻射被所述被覆層內(nèi)被吸收并轉(zhuǎn)化為熱，該熱量被流經(jīng)從頂面至底部的傳感器，造成整個(gè)傳感器的溫度差。由于熱電效應(yīng)，溫度差引起的電壓施加至傳感器元件內(nèi)積聚并輸出。該輸出電壓是正比于入射輻射的功率。熱電探測(cè)器的表面通常鍍有吸收涂層，吸收涂層決定了檢測(cè)到的輻射的光譜范圍。當(dāng)使用具有平坦光譜的寬帶吸收器時(shí)，熱電堆傳感對(duì)所有波長(zhǎng)的輻射敏感。入射到檢測(cè)器表面的激光功率與檢測(cè)器的電壓輸出成比例。其計(jì)算公式為：

式中：U代表探測(cè)器的輸出電壓，單位是V；Z是檢測(cè)器的輻射靈敏度，單位是mV/W。激光功率檢測(cè)器的靈敏度取決于使用它們的溫度水平。使用下述公式計(jì)算檢測(cè)器的溫度校正靈敏度：

Z＝Z₀+(T-T₀)·Z_C

式中：Z₀是校準(zhǔn)溫度和校準(zhǔn)波長(zhǎng)下的輻射靈敏度，單位為mV/W；Z_C是輻射靈敏度的線性校正因子，單位為(mV/W)/℃；T₀為校準(zhǔn)溫度(通常為20℃)，單位為℃；T是散熱器溫度水平，可以用溫度傳感器測(cè)量，單位為℃。

光功率計(jì)的輸入信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍通常比較大，為了提高測(cè)量精度，光功率級(jí)應(yīng)根據(jù)測(cè)量范圍設(shè)置多個(gè)量程，并能在各個(gè)量程上自動(dòng)切換。量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換的過(guò)程，就是CPU處理單元根據(jù)輸入信號(hào)的大小，自動(dòng)選擇程控放大電路的放大系數(shù)或程控衰減系數(shù)，使經(jīng)過(guò)處理后的輸出電壓能滿足ADC對(duì)輸入的要求。熱電堆探測(cè)器輸出的信號(hào)非常微小，因此選用程控放大電路來(lái)控制信號(hào)放大倍數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)量程的自動(dòng)選擇。

如圖2所示，本實(shí)施例中的程控放大電路由互相并聯(lián)的多通道的模擬開(kāi)關(guān)CD4051、N溝道場(chǎng)效應(yīng)管為AO3402以及運(yùn)算放大器AD8041。為可以根據(jù)測(cè)量的光功率范圍將量程劃分為6段，選用美國(guó)無(wú)線電公司生產(chǎn)的CD4051，它是一種具有低截止漏電流和低導(dǎo)通阻抗的單端雙向8選1模擬開(kāi)關(guān)。對(duì)于高檔量程，由于反饋電阻較小必須要考慮模擬開(kāi)關(guān)導(dǎo)通電阻的影響。為了提高高量程的選擇靈敏度，采用導(dǎo)通電阻足夠大的N溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管AO3402代替導(dǎo)通電阻較小的通道。

芯片STM32通過(guò)控制PB0,PB1,PB2的狀態(tài)選通I2，I3，I4，I5的導(dǎo)通或閉合，同時(shí)根據(jù)輸入的信號(hào)大小控制O的通斷，實(shí)現(xiàn)運(yùn)算放大器AD8041量程的自動(dòng)切換。

輸入芯片STM32的信號(hào)先采用芯片STM32的ADC進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，芯片STM32內(nèi)的ADC是12位逐次逼近型的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。它有18個(gè)通道，可測(cè)量16個(gè)外部和2個(gè)內(nèi)部信號(hào)源。各通道的A/D轉(zhuǎn)換可以單次、連續(xù)、掃描或間斷模式執(zhí)行。ADC的結(jié)果可以左對(duì)齊或右對(duì)齊方式存儲(chǔ)在16位數(shù)據(jù)寄存器中。

芯片STM32根據(jù)ADC的轉(zhuǎn)換數(shù)值控制多通道的模擬開(kāi)關(guān)將AD8041設(shè)置到相應(yīng)的放大檔位；當(dāng)轉(zhuǎn)換數(shù)值小于預(yù)先設(shè)置參數(shù)時(shí)，判斷當(dāng)前檔位是否為最低檔位，若是，表明此時(shí)測(cè)得的信號(hào)不在熱電堆探測(cè)器的探測(cè)范圍內(nèi)，停止探測(cè)，若否，芯片STM32控制CD4051將AD8041切換至相鄰的較低檔位；當(dāng)轉(zhuǎn)換數(shù)值大于預(yù)先設(shè)置參數(shù)時(shí)，判斷當(dāng)前檔位是否為最高檔位，若是，表明此時(shí)測(cè)得的信號(hào)已超過(guò)探測(cè)器的探測(cè)范圍內(nèi)，這將損壞探測(cè)器，停止探測(cè)，若否，芯片STM32控制CD4051將AD8041切換至相鄰的較高檔位；實(shí)現(xiàn)測(cè)量功率范圍內(nèi)的量程自動(dòng)切換。

芯片STM32還用于對(duì)所述程控放大電路的檔位的固定放大值進(jìn)行校準(zhǔn)；芯片STM32計(jì)算光功率，并接收波長(zhǎng)切換命令和單位換算命令，并根據(jù)波長(zhǎng)切換命令重新讀取波長(zhǎng)重新計(jì)算光功率，根據(jù)單位換算命令進(jìn)行光功率值單位轉(zhuǎn)換，得到用于顯示的光功率值。

BM77藍(lán)牙模塊用于短距離的數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸領(lǐng)域，方便地與PC機(jī)的藍(lán)牙設(shè)備相連，實(shí)現(xiàn)BM77藍(lán)牙模塊與PC機(jī)的藍(lán)牙設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信。此模塊遵循V3.0/4.0+EDR藍(lán)牙規(guī)范，支持UART接口，并支持SPP和LE藍(lán)牙通信協(xié)議，內(nèi)部帶有8Kbit的EEPROM，具有成本低、體積小、收發(fā)靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。可以應(yīng)用在無(wú)線鍵盤、智能家居、藍(lán)牙打印機(jī)和機(jī)房設(shè)備無(wú)線監(jiān)控等方面。

本實(shí)施例的大功率無(wú)線光功率計(jì)以實(shí)現(xiàn)對(duì)波長(zhǎng)范圍為0.19-15um的激光的功率值進(jìn)行測(cè)量，且測(cè)得的功率值的范圍為100mW-100W。

以上所述的具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解的是以上所述僅為本發(fā)明的最優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則范圍內(nèi)所做的任何修改、補(bǔ)充和等同替換等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。