CN100504319C - 激光能量功率显示仪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激光能量功率显示仪表，它包括模拟电路单元、数字电路单元及与所述数字电路单元连接的显示单元，其中所述模拟电路单元包括通用前置放大器和模拟信号调理放大单元，所述前置放大器的数据输入端口接收各种探测器输出的信号，所述前置放大器输出的信号输入到所述模拟信号调理放大单元的输入端；所述数字电路单元包括中央处理器、分别与中央处理器连接的存储单元、人机通信接口和计算机接口，以及连接所述模拟电路单元与所述数字电路单元的A/D转换电路。本发明可与各种探测器配合使用，降低设备购置成本。

Description

激光能量功率显示仪
技术领域
本发明涉及显示仪表，特别是指一种通用型激光能量功率显示仪。
背景技术
激光功率能量显示仪表随着仪器仪表技术的发展而发展，现在市场上存在着各个时代的各种显示仪表。包括传统的模拟指针仪表、采用模拟电路技术的数显仪表、采用数字电路技术的数显仪表、采用嵌入式技术的智能化仪表及利用计算机技术和虚拟仪器技术的虚拟仪表等。
目前国外的激光测量产品，目前绝大部分采用了智能化仪表，部分采用虚拟仪表。此类仪表的共同特点是具有较强的通用性，但其前提是必须对所连接的探测器输出信号进行预处理，即在每个探测器内都设计安装了信号处理电路，其显然的缺点是使探测器制造成本大大提高。国内仍大量沿用采用模拟电路技术的数显仪表，少量为智能化仪表，但通用性较差，即每台仪表只能与特定类型或特定功能的探测器配套使用。这样当需要不同类型或功能的多种探测器时，必须同时选择与之匹配的多种显示仪表，势必会增加购置设备的成本。
发明内容
针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种激光能量功率显示仪，其可与各种探测器配合使用，降低设备购置成本。
为达到上述目的，本发明所提供的一种通用型激光能量功率显示仪表，它包括模拟电路单元、数字电路单元及与所述数字电路单元连接的显示单元，其特征在于：所述模拟电路单元包括通用前置放大器和模拟信号调理放大单元，所述前置放大器的数据输入端口接收各种探测器输出的信号，所述前置放大器输出的信号输入到所述模拟信号调理放大单元的输入端；所述数字电路单元包括中央处理器、分别与中央处理器连接的存储单元、人机通信接口和计算机接口，以及连接所述模拟电路单元的A/D转换电路。
所述前置放大器，其包括一开关，与所述开关连接的第一级放大器，所述第一级放大器的输出端连接一切换开关，所述切换开关连接RC滤波电路，所述RC滤波电路的输出端连接在后级放大器的输入端，所述后级放大器的输出端连接所述模拟信号调理放大单元的输入端。
所述RC滤波电路包括一高通滤波器与一低通滤波器，所述切换开关能够切换以分别导通所述高通滤波器与所述低通滤波器。
所述模拟信号调理放大单元包括依序连接的反相放大器A、跟随器、程控放大器、反相放大器B、峰值保持电路、信号幅度调理电路及比较器，所述比较器的输出端连接所述中央处理器。
所述反相放大器B的参考端还连接有自动调零电路。
所述反相放大器B的反馈端还连接有一与中央处理器连接的增益选择电路。
采用上述技术方案，本发明由于在模拟电路单元中设置可灵活配置的通用前置放大器作为数据输入端口接收各种探测器输出的信号，并将所接收的信号转换为模拟电路单元所能接收的信号模式，保证了输入信号的一致性，使得探测器与显示仪表相互独立，从而简化了仪表的设计，使本发明能够通用于不同类型的探测器，同时降低了设备购置成本。
附图说明
图1是本发明前置放大器原理图；
图2是本发明模拟信号调理放大单元原理框图；
图3是本发明数字处理单元和人机接口原理框图。
具体实施方式
为了详细说明本发明的结构及特点，现举以下较佳实施例并配合附图说明下。
本发明为基于单片机原理的数字式通用型激光能量功率显示仪表，其包括模拟电路单元、数字电路单元及显示单元。
其中，模拟电路单元包括通用前置放大器1和模拟信号调理放大单元2。由于激光功率探测器与激光能量探测器的工作原理各异，为保证本发明的通用性，适用于各种不同原理工作的探测器，本发明在模拟电路单元中设置可灵活配置的通用前置放大器1作为数据输入端口。
如图1所示，通用前置放大器1具有一用于切换来自于激光功率探测器或激光能量探测器输出的电流输入或电压输入的传感器输入信号的开关S7。当输入信号为电流输入信号时，开关S7切换至INPUT1，第一级放大器3相当于一个I/V转换电路。当输入信号为电压输入信号时，开关S7切换至INPUT2，第一级放大器3便相当于一个反相放大电路。第一级放大器3的输出端连接一用于将第一级输出信号切换至RC滤波网络4的切换开关S8。RC滤波网络4包括一高通滤波器与一低通滤波器，若信号来自于激光能量探测器，则切换开关S8切换至高通滤波器，以滤除能量探测器的直流偏置和低频漂移。若信号来自于激光功率探测器，切换开关S8便切换至低通滤波器，以滤除耦合到探测器中的高频干扰信号。连接在RC滤波网络4之后的后级放大器5是一个标准的正相放大电路，其输出的信号输入到模拟信号调理放大单元2的输入端。
如图2所示，模拟信号调理放大单元包括依序连接的反相放大器A、跟随器、程控放大器、反相放大器B、峰值保持电路、信号幅度调理电路及比较器。通用前置放大器1的输出信号，通过反相放大器A改变信号极性，经跟随器输入程控放大器，程控放大器采用BURR-BROWN公司的PGA202，是模拟电路的核心部分，通过CPU可程控改变增益1、10、100、1000倍，实现不同量程的转换。程控放大器之后再增加一级放大电路反相放大器B，主要目的是为了实现3倍信号增益，从而使仪表具有1、3、10、30、100、300、1000、3000倍的增益能力，避免了信号在两个10进制量程转换临界点时测量的误差。同时在反相放大器B的参考端接入自动调零电路，通过CPU采集到本底信号，并反馈控制调零电路，改变反相放大器B的参考电位，实现电路“0”点的自动调整。在反相放大器B的反馈端还连接有一增益选择电路，它连接中央处理器，按照中央处理器的指令确定增益的倍数。反相放大器B的输出信号输入至峰值保持电路，该电路用于将经放大后的脉冲信号峰值(正比于输入能量)保持足够长的时间，以便于A/D转换，功率测量时该部分电路通过CPU控制进入跟随状态，可使连续信号直接通过。由于各种探测器有不同的灵敏度，而后续处理电路的增益为固定值，因此，为使不同灵敏度的探测器信号在放大后均能够充分利用A/D的分辨精度，又设计了信号幅度调理电路，对来自于峰值保持电路的信号进行幅度调理，使之既能够使用A/D满度，又具有相同的量程。比较器接收幅度调理后的信号，与设定的触发阈值(约为量程的20％)比较，将比较结果输出至CPU，用于脉冲信号到来的判断，同时比较器触发阈值的设置，也可对一些混杂噪声信号的脉冲能量信号进行有效抑制，避免仪表在测量脉冲能量时对噪声信号误测量。
如图3所示，数字电路单元包括中央处理器、分别与中央处理器连接的存储单元、人机通信接口及计算机接口。中央处理器采用飞利浦(Philips)公司的P89C51RD2单片机作为主控CPU。该单片机兼容通用的8051系列单片机，并在芯片内集成了64kEEPROM和768字节RAM，从而简化了电路板设计，提高了系统集成度。存储单元采用西科(XICOR)公司的非易失性存储器X5045，用于存储各探头的灵敏度数据。在本实施例中，人机通信接口为中央处理器通过连接总线扩展电路与键盘译码接口电路与键盘连接，键盘采用导电橡胶键盘阵列，使可通过菜单选择控制整个仪表。其中总线扩展电路采用的芯片型号为ICL8155，键盘译码接口电路采用的芯片型号为74LS21。
本发明的计算机接口为中央处理器通过连接MAX232作为RS232串行接口的驱动芯片，实现与PC机的通信，使测量系统可处于PC机的遥控之下工作。中央处理器还连接有实现模拟信号与数字信号转换的A/D转换器，在本实施例中采用AD公司的12位中速A/D芯片(转换时间35μs)AD574作为模拟信号与数字信号转换的中介。
显示单元与中央处理器连接，显示单元采用图形点阵式LCD，可以显示简单图形和不同字体的文本。
综上所述，本发明由于在模拟电路单元中设置可灵活配置的通用前置放大器作为数据输入端口接收各种探测器输出的信号，并将所接收的信号转换为模拟电路单元所能接收的信号模式，保证了输入信号的一致性，使得探测器与显示仪表相互独立，从而简化了仪表的设计，使本发明能够适用于不同类型的探测器。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，凡根据本发明的说明书、权利要求书及附图所作的等效变换，均应包含在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1、一种通用型激光能量功率显示仪表，它包括模拟电路单元、数字电路单元及与所述数字电路单元连接的显示单元，其特征在于：
所述模拟电路单元包括通用前置放大器和模拟信号调理放大单元，所述前置放大器的数据输入端口接收各种探测器输出的信号，所述前置放大器输出的信号输入到所述模拟信号调理放大单元的输入端；
所述数字电路单元包括中央处理器、分别与中央处理器连接的存储单元、人机通信接口和计算机接口，以及连接所述模拟电路单元的A/D转换电路。
2、如权利要求1所述的通用型激光能量功率显示仪表，其特征在于：所述前置放大器，其包括一开关，与所述开关连接的第一级放大器，所述第一级放大器的输出端连接一切换开关，所述切换开关连接RC滤波电路，所述RC滤波电路的输出端连接在后级放大器的输入端，所述后级放大器的输出端连接所述模拟信号调理放大单元的输入端。
3、如权利要求2所述的通用型激光能量功率显示仪表，其特征在于：所述RC滤波电路包括一高通滤波器与一低通滤波器，所述切换开关能够切换以分别导通所述高通滤波器与所述低通滤波器。
4、如权利要求1或2或3所述的通用型激光能量功率显示仪表，其特征在于：所述模拟信号调理放大单元包括依序连接的反相放大器A、跟随器、程控放大器、反相放大器B、峰值保持电路、信号幅度调理电路及比较器，所述比较器的输出端连接所述中央处理器。
5、如权利要求4所述的通用型激光能量功率显示仪表，其特征在于：所述反相放大器B的参考端还连接有自动调零电路。
6、如权利要求4所述的通用型激光能量功率显示仪表，其特征在于：所述反相放大器B的反馈端还连接有一与中央处理器连接的增益选择电路。
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