本發(fā)明屬于光功率測量技術領域，具體涉及一種大功率無線光功率計。

背景技術：

光功率計是檢測光信號強弱的一種精密光學測量儀器，廣泛用于光纖通信、光學實驗、生物醫(yī)學等高新技術領域。在光纖通信領域中，它是測試光功率、光衰減量必不可少的測量儀表。因此，適用于工程施工現(xiàn)場且便于攜帶、操作簡便、性能穩(wěn)定的光功率計越來越受到人們的青睞。但目前，國內所需光功率計大多來自進口，而國外光功率計的價格貴，配件品種多，使用操作也較復雜。此外，國外還有眾多的光功率計生產(chǎn)廠家，有著相當高的銷售額，總體來說，國內的光功率計市場幾乎被國外儀器壟斷。因此，研究和開發(fā)高性能、多功能、低成本以及具有完全自主知識產(chǎn)權的光功率計具有一定的實際意義。

公開號為105928617 A的中國專利申請公開了一種抗干擾能力強的光功率計，包括按順序依次通過導線電連接的光電轉換模塊、光電探測模塊、處理模塊和顯示模塊，處理模塊電連接有溫控模塊，光電轉換模塊、光電探測模塊、處理模塊和顯示模塊內均設有溫度傳感器，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，所述的按鍵模塊內設有溫度傳感器，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備，連接光電轉換模塊、光電探測模塊、處理模塊和顯示模塊的導線外覆有由環(huán)氧樹脂制成的絕緣保護層。該發(fā)明通過光電探測模塊對光信號進行探測，使得探測波長范圍比較小。

技術實現(xiàn)要素：

鑒于上述，本發(fā)明提供了一種大功率無線光功率計，該光功率計具有探測波長范圍寬、性能穩(wěn)定、分靈敏度高、體積小、價格低、重量輕、使用方便以及可支持藍牙通訊等優(yōu)點，廣泛應用于光纖通信、光學實驗、生物醫(yī)學等高新技術領域。

本發(fā)明采取的技術方案是：提供一種大功率無線光功率計，探測器、程控放大電路、CPU處理單元、通信模塊以及顯示模塊，所述的探測器為熱電堆探測器，所述的熱電堆探測器將探測的光信號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轉換為數(shù)字信號，并根據(jù)此數(shù)字信號控制程控放大電路量程的自動切換，然后計算得到光功率值，將光功率值通過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關、N溝道場效應管以及運算放大器組成，所述的運算放大器的反向輸入和輸出端通過反饋電阻連接。所述的運算放大器的量程由多通道的模擬開關控制。

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

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

所述的運算放大器為AD8041、MAX4238、MAX4239，作為優(yōu)選，所述的運算放大器為AD8041，AD8041是一款低功耗、電壓反饋型、高速放大器,設計采用+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供電軌以下200mV至正供電軌1V范圍以內。

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關CD4051、N溝道場效應管AO3402以及運算放大器AD8041組成。

所述的信號處理電路用于對熱電堆探測器探測到的微弱的模擬光信號進行放大降噪處理。

所述的CPU處理單元內置有模數(shù)轉換器，該模數(shù)轉換器用于將模擬信號轉換為數(shù)字信號。

所述的CPU處理單元根據(jù)模數(shù)轉換器的轉換數(shù)值控制多通道的模擬開關將運算放大器設置到相應的放大檔位；當轉換數(shù)值小于預先設置參數(shù)時，判斷當前檔位是否為最低檔位，若是，表明此時測得的信號不在探測器的探測范圍內，停止探測，若否，CPU處理單元控制多通道的模擬開關將運算放大器切換至相鄰的較低檔位；當轉換數(shù)值大于預先設置參數(shù)時，判斷當前檔位是否為最高檔位，若是，表明此時測得的信號已超過探測器的探測范圍內，這將損壞探測器，停止探測，若否，CPU處理單元控制多通道的模擬開關將運算放大器切換至相鄰的較高檔位；實現(xiàn)測量功率范圍內的量程自動切換。

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

所述的CPU處理單元讀取CPU處理單元內置的EEPROM中的R值，并利用該R值對模數(shù)轉換后的轉換數(shù)值進行校準；所述的微處理器單元計算光功率，并接收波長切換命令和單位換算命令，并根據(jù)波長切換命令重新讀取波長重新計算光功率，根據(jù)單位換算命令進行光功率值單位轉換，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)進行通信的藍牙模塊、人機接口。

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度的PWM輸出。

所述的CPU處理單元具有對激光進行反饋調節(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的輸入，進行觸發(fā)。

所述的大功率無線光功率計用于實現(xiàn)范圍為100mW-100W的大功率光功率測量。

所述的大功率無線光功率計對波長范圍為0.19-15um的激光實現(xiàn)大功率光功率測量。

本發(fā)明提供的大功率無線光功率計具有探測波長范圍寬、性能穩(wěn)定、靈敏度高、體積小、價格低、重量輕、使用方便以及可支持藍牙通訊等優(yōu)點，廣泛應用于光纖通信、光學實驗、生物醫(yī)學等高新技術領域。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例大功率無線光功率計的結構示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例程控放大電路的結構示意圖。

具體實施方式

為了更為具體地描述本發(fā)明，下面結合附圖及具體實施方式對本發(fā)明的技術方案進行詳細說明。

本發(fā)明實例涉及一種大功率無線光功率計，如圖1所示，包括：熱電堆探測器、程控放大電路、芯片STM32、BM77藍牙模塊與人機接口、LCD顯示屏與APP。

工作過程為：熱電堆探測器將檢測到的光信號轉變?yōu)殡妷盒盘?，電壓信號?jīng)過程控放大電路放大處理后，再由芯片STM32的內置的12位ADC進行模數(shù)轉換，芯片STM32根據(jù)轉換數(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算顯示的數(shù)字量，并計算得到光功率值，將光功率值通過支持與windows系統(tǒng)和ios系統(tǒng)通信的BM77藍牙模塊傳輸至APP上進行顯示，或者通過藍牙USB傳輸送入具有背光的LCD屏進行顯示。同時，芯片STM32還可以通過PWM來調控被測激光的強度，輸出0～5V的模擬電壓對激光進行反饋調節(jié)，利用外觸發(fā)功能可以實現(xiàn)功率的單步測量。

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

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

Z＝Z₀+(T-T₀)·Z_C

式中：Z₀是校準溫度和校準波長下的輻射靈敏度，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量，單位為℃。

光功率計的輸入信號動態(tài)范圍通常比較大，為了提高測量精度，光功率級應根據(jù)測量范圍設置多個量程，并能在各個量程上自動切換。量程自動轉換的過程，就是CPU處理單元根據(jù)輸入信號的大小，自動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)過處理后的輸出電壓能滿足ADC對輸入的要求。熱電堆探測器輸出的信號非常微小，因此選用程控放大電路來控制信號放大倍數(shù)，從而實現(xiàn)量程的自動選擇。

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

芯片STM32通過控制PB0,PB1,PB2的狀態(tài)選通I2，I3，I4，I5的導通或閉合，同時根據(jù)輸入的信號大小控制O的通斷，實現(xiàn)運算放大器AD8041量程的自動切換。

輸入芯片STM32的信號先采用芯片STM32的ADC進行模數(shù)轉換，芯片STM32內的ADC是12位逐次逼近型的模擬數(shù)字轉換器。它有18個通道，可測量16個外部和2個內部信號源。各通道的A/D轉換可以單次、連續(xù)、掃描或間斷模式執(zhí)行。ADC的結果可以左對齊或右對齊方式存儲在16位數(shù)據(jù)寄存器中。

芯片STM32根據(jù)ADC的轉換數(shù)值控制多通道的模擬開關將AD8041設置到相應的放大檔位；當轉換數(shù)值小于預先設置參數(shù)時，判斷當前檔位是否為最低檔位，若是，表明此時測得的信號不在熱電堆探測器的探測范圍內，停止探測，若否，芯片STM32控制CD4051將AD8041切換至相鄰的較低檔位；當轉換數(shù)值大于預先設置參數(shù)時，判斷當前檔位是否為最高檔位，若是，表明此時測得的信號已超過探測器的探測范圍內，這將損壞探測器，停止探測，若否，芯片STM32控制CD4051將AD8041切換至相鄰的較高檔位；實現(xiàn)測量功率范圍內的量程自動切換。

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

BM77藍牙模塊用于短距離的數(shù)據(jù)無線傳輸領域，方便地與PC機的藍牙設備相連，實現(xiàn)BM77藍牙模塊與PC機的藍牙設備之間的數(shù)據(jù)通信。此模塊遵循V3.0/4.0+EDR藍牙規(guī)范，支持UART接口，并支持SPP和LE藍牙通信協(xié)議，內部帶有8Kbit的EEPROM，具有成本低、體積小、收發(fā)靈敏度高等優(yōu)點?？梢詰迷跓o線鍵盤、智能家居、藍牙打印機和機房設備無線監(jiān)控等方面。

本實施例的大功率無線光功率計以實現(xiàn)對波長范圍為0.19-15um的激光的功率值進行測量，且測得的功率值的范圍為100mW-100W。

以上所述的具體實施方式對本發(fā)明的技術方案和有益效果進行了詳細說明，應理解的是以上所述僅為本發(fā)明的最優(yōu)選實施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則范圍內所做的任何修改、補充和等同替換等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。