CN106052859A - 一种多量程热电堆激光功率计实现相同零点功率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多量程热电堆激光功率计实现相同零点功率的方法，包括以下步骤：步骤1：计算不同量程时，数据采集电路输出电压与输入电压之间的最佳函数；步骤2：根据最佳函数和热电堆探测器的响应度，计算激光功率；步骤3：设置入射激光功率为0瓦，根据激光功率计算公式计算零点功率。在不同量程时，根据本发明计算得到的热电堆探测器的零点电压是相同的，而且热电堆探测器的响应度与量程无关，因此本发明计算得到的不同量程的零点功率是相同的，在使用时，只需要一次调零即可，使热电堆激光功率计在更换量程后，不需要重新调零，减少了操作过程，提高了测试效率。

Description

一种多量程热电堆激光功率计实现相同零点功率的方法

技术领域

本发明涉及一种多量程热电堆激光功率计实现相同零点功率的方法。

背景技术

热电堆激光功率计主要由热电堆探测器和数据采集电路组成，数据采集电路一般包含多量程放大电路、模数转换器，热电堆探测器接收激光之后产生模拟电压信号，此电压信号经过数据采集电路的放大电路、模数转换器之后转换为数字电压信号。当没有激光入射时，热电堆探测器存在零点电压、数据采集电路存在噪声功率，因此热电堆激光功率计存在零点功率，测试时需要调零。热电堆激光功率计在使用时，可以根据热电堆探测器输出电压信号的大小，选择不同的量程，使电压达到模数转换器的最佳范围。由于不同量程放大电路的放大倍数和噪声功率是不同的，从而导致不同量程的零点功率不同。

目前，调零采用的方法是关闭激光器，等待热电堆激光功率计稳定后，记录当前量程的零点功率，打开激光器，用测试值减去零点功率。当更换量程时，需要重新调零。热电堆激光功率计在使用时，至少需要30s才能稳定。另外，激光器开机之后需要稳定才能使用，一般稳定时间大于30分钟。

综上所述，现有技术在更换量程时，需要重新调零，操作繁琐；热电堆激光功率计需要重复稳定，激光器也需要不断开关，更换量程后，需要很长时间才能测试，测试效率低。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种多量程热电堆激光功率计实现相同零点功率的方法，使热电堆激光功率计在更换量程后，不需要重新调零，减少操作过程，提高测试效率。

为解决上述技术问题，本发明方案包括：

一种多量程热电堆激光功率计实现相同零点功率的方法，其包括以下步骤：

A、计算不同量程时，数据采集电路的输出电压x与输入电压y之间的最佳函数；

y＝ax+b 式(1)

式(1)中的a、b是最佳函数的系数；

B、根据热电堆探测器的响应度R和上述最佳函数计算激光功率：

C、设置入射激光功率为0瓦，选择一个量程，使用FPGA模块处理数据采集电路的输出电压x₀，并传给上位机，在上位机中根据式(1)和式(2)计算得到零点功率P₀。

进一步的，所述步骤A具体的包括：

假设热电堆激光功率计有N个量程，其中N为正整数，每个量程的最佳函数的计算方法是：

A1、上位机通过FPGA模块选择一个量程，在该量程内，使用衰减片等间隔的控制入射到热电堆探测器的激光功率，必须包含激光功率是0瓦的情况，此时热电堆探测器输出的电压是零点电压；

A2、不同入射激光功率时，使用数字电压表测试热电堆探测器的输出电压是y_i(i＝0,1,…,n)，该电压是模拟电压，也是数据采集电路的输入电压，其中y₀是激光功率为0瓦时数据采集电路的输入电压；

A3、数据采集电路的输入电压经过量程放大电路、模数转换器之后转换为数字电压，即数据采集电路的输出电压；

A4、通过FPGA模块对模数转换器转换之后的数字电压处理，并传输给上位机；不同入射激光功率时，处理之后数据采集电路的输出电压是x_i(i＝0,1,…,n)，其中x₀是激光功率为0瓦时数据采集电路的输出电压；

A5、通过最佳函数和数据采集电路的输出电压，使计算得到的输入电压Y_i与实测输入电压y_i之间的误差平方和δ最小：

为了使不同量程具有相同的零点功率，最佳函数还必须满足(x₀，y₀)，即

y₀＝ax₀+b 式(4)

结合式(1)、式(3)与式(4)，计算得到误差平方和函数是：

为使误差平方和最小，使用误差平方和函数δ对a求导数，令这个导数等于零，计算得到误差平方和最小时最佳函数的系数是：

A6、上位机通过FPGA模块切换量程，重复步骤A1～A5，直到每个量程的最佳函数求出为止。

进一步的，所述步骤A4，通过FPGA模块对数字电压的处理方法是：把模数转换器转换之后的1024个数据的平均值作为数据采集电路的输出电压。

本发明提供的一种多量程热电堆激光功率计实现相同零点功率的方法，在不同量程时，根据本发明计算得到的热电堆探测器的零点电压是相同的，而且热电堆探测器的响应度与量程无关，因此本发明计算得到的不同量程的零点功率是相同的，在使用时，只需要一次调零即可，使热电堆激光功率计在更换量程后，不需要重新调零，减少了操作过程，提高了测试效率。

附图说明

图1为本发明中多量程热电堆激光功率计的示意图；

图2为本发明中多量程热电堆激光功率计实现相同零点功率的方法的流程示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种多量程热电堆激光功率计实现相同零点功率的方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了更进一步描述本发明的方法，本发明简约描述一下多量程热电堆激光功率计，以方便更好的理解本发明的方法，如图1所述的，其包括上位机1，而且上位机1与一FPGA模块2通信连接，FPGA模块2与一模数转换器3通信连接，模数转换器3与多个量程通信连接，多个量程与一热电堆探测器4通信连接，热电堆探测器4对应处设置有衰减片5和激光器6。

为了实现多量程热电堆激光功率计在更换量程后，不需要重新调零，减少操作过程，提高测试效率的目的，本发明提供了一种多量程热电堆激光功率计实现相同零点功率的方法，如图2所示的，其包括以下步骤：

步骤A，计算不同量程时，数据采集电路的输出电压x与输入电压y之间的最佳函数；

y＝ax+b 式(1)

式(1)中的a、b是最佳函数的系数；

步骤B，根据热电堆探测器4的响应度R和上述最佳函数计算激光功率：

步骤C，设置入射激光功率为0瓦，选择一个量程，使用FPGA模块2处理数据采集电路的输出电压x₀，并传给上位机1，在上位机1中根据式(1)和式(2)计算得到零点功率P₀。

在本发明的较佳实施例中，上述步骤A具体的包括：

假设热电堆激光功率计有N个量程，其中N为正整数，每个量程的最佳函数的计算方法是：

步骤A1，上位机1通过FPGA模块2选择一个量程，在该量程内，使用衰减片等间隔的控制入射到热电堆探测器4的激光功率，必须包含激光功率是0瓦的情况，此时热电堆探测器4输出的电压是零点电压；

步骤A2，不同入射激光功率时，使用数字电压表测试热电堆探测器4的输出电压是y_i(i＝0,1,…,n)，该电压是模拟电压，也是数据采集电路的输入电压，其中y₀是激光功率为0瓦时数据采集电路的输入电压；

步骤A3、数据采集电路的输入电压经过量程放大电路、模数转换器之后转换为数字电压，即数据采集电路的输出电压；

步骤A4、通过FPGA模块2对模数转换器3转换之后的数字电压处理，并传输给上位机1；不同入射激光功率时，处理之后数据采集电路的输出电压是x_i(i＝0,1,…,n)，其中x₀是激光功率为0瓦时数据采集电路的输出电压；

步骤A5，通过最佳函数和数据采集电路的输出电压，使计算得到的输入电压Y_i与实测输入电压y_i之间的误差平方和δ最小：

为了使不同量程具有相同的零点功率，最佳函数还必须满足(x₀，y₀)，即

y₀＝ax₀+b 式(4)

结合式(1)、式(3)与式(4)，计算得到误差平方和函数是：

为使误差平方和最小，使用误差平方和函数δ对a求导数，令这个导数等于零，计算得到误差平方和最小时最佳函数的系数是：

步骤A6，上位机1通过FPGA模块2切换量程，重复步骤A1～A5，直到每个量程的最佳函数求出为止。

为了更进一步的描述本发明，以下列举更为详尽的实施例进行说明。

首先，计算不同量程时，数据采集电路输出电压x与输入电压y之间的最佳函数：

y＝ax+b 式(1)

式(1)中，a、b是最佳函数的系数。

假设热电堆激光功率计有N个量程，其中N是正整数，每个量程的最佳函数的计算方法是：

步骤(1)：上位机1通过FPGA模块2选择一个量程，在该量程内，使用衰减片等间隔的控制入射到热电堆探测器的激光功率，必须包含激光功率是0W的情况，此时热电堆探测器4输出的电压是零点电压。

比如激光功率计有5个量程为：300μW、3mW、30mW、300mW、3W，选择的量程是300μW，使用衰减片控制入射到热电堆探测器的激光功率分别是0μW、50μW、100μW、150μW、200μW、250μW、300μW。

步骤(2)；不同入射激光功率时，使用数字电压表测试热电堆探测器4的输出电压是y_i(i＝0,1,…,n)，该电压是模拟电压，也是数据采集电路的输入电压，经过量程放大电路、模数转换器3之后转换为数字电压，即数据采集电路的输出电压。其中y₀是激光功率为0W时数据采集电路的输入电压。

步骤(3)通过FPGA模块2对模数转换器3转换之后的数字电压处理，并传输给上位机1。即把模数转换器3转换之后的1024个数据的平均值作为数据采集电路的输出电压，能够减小噪声。不同入射激光功率时，数据采集电路的输出电压是x_i(i＝0,1,…,n)，其中x₀是激光功率为0W时数据采集电路的输出电压。

步骤(4)：根据最小化误差的平方和寻找数据采集电路的输出电压与输入电压之间的最佳函数，即利用最佳函数和数据采集电路的输出电压，使计算得到的输入电压Y_i与实测输入电压y_i之间的误差平方和δ最小：

为了使不同量程具有相同的零点功率，最佳函数还必须满足(x₀，y₀)，即

y₀＝ax₀+b 式(4)

结合式(1)、式(3)与式(4)，计算得到误差平方和函数是：

为使误差平方和最小，使用误差平方和函数δ对a求导数，令这个导数等于零，计算得到误差平方和最小时最佳函数的系数是：

步骤(5)：上位机1通过FPGA模块2切换量程，重复步骤(1)～(4)，直到每个量程的最佳函数求出为止。

采用这种方法求得的不同量程的最佳函数，当入射激光功率是0W时，根据上位机1读取的不同量程数据采集电路的输出电压，计算得到的数据采集电路的输入电压是相同的，即热电堆探测器的零点电压是相同的。

其次，根据最佳函数和热电堆探测器的响应度R，计算激光功率：

最后，设置入射激光功率为0W，选择一个量程，使用FPGA模块2处理数据采集电路的输出电压x₀，并传给上位机1，在上位机1中根据式(1)和式(2)计算得到零点功率P₀。

在不同量程时，根据本发明计算得到的热电堆探测器的零点电压是相同的，而且热电堆探测器的响应度与量程无关，因此本发明计算得到的不同量程的零点功率是相同的，在使用时，只需要一次调零即可。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (3)

1.一种多量程热电堆激光功率计实现相同零点功率的方法，其包括以下步骤：

A、计算不同量程时，数据采集电路的输出电压x与输入电压y之间的最佳函数；

y＝ax+b 式(1)

式(1)中的a、b是最佳函数的系数；

B、根据热电堆探测器的响应度R和上述最佳函数计算激光功率：

C、设置入射激光功率为0瓦，选择一个量程，使用FPGA模块处理数据采集电路的输出电压x₀，并传给上位机，在上位机中根据式(1)和式(2)计算得到零点功率P₀。

2.如权利要求1所述的一种多量程热电堆激光功率计实现相同零点功率的方法，其特征在于，上述步骤A具体的包括：

假设热电堆激光功率计有N个量程，其中N为正整数，每个量程的最佳函数的计算方法是：

A1、上位机通过FPGA模块选择一个量程，在该量程内，使用衰减片间隔的控制入射到热电堆探测器的激光功率，必须包含激光功率是0瓦的情况，此时热电堆探测器输出的电压是零点电压；

A2、不同入射激光功率时，使用数字电压表测试热电堆探测器的输出电压是y_i(i＝0,1,…,n)，该电压是模拟电压，也是数据采集电路的输入电压，其中y₀是激光功率为0瓦时数据采集电路的输入电压；

A3、数据采集电路的输入电压经过量程放大电路、模数转换器之后转换为数字电压，即数据采集电路的输出电压；

A4、通过FPGA模块对模数转换器转换之后的数字电压处理，并传输给上位机；不同入射激光功率时，处理之后数据采集电路的输出电压是x_i(i＝0,1,…,n)，其中x₀是激光功率为0瓦时数据采集电路的输出电压；

A5、通过最佳函数和数据采集电路的输出电压，使计算得到的输入电压Y_i与实测输入电压y_i之间的误差平方和δ最小：

为了使不同量程具有相同的零点功率，最佳函数还必须满足(x₀，y₀)，即

y₀＝ax₀+b 式(4)

结合式(1)、式(3)与式(4)，计算得到误差平方和函数是：

为使误差平方和最小，使用误差平方和函数δ对a求导数，令这个导数等于零，计算得到误差平方和最小时最佳函数的系数是：

A6、上位机通过FPGA模块切换量程，重复步骤A1～A5，直到每个量程的最佳函数求出为止。

3.如权利要求2所述的一种多量程热电堆激光功率计实现相同零点功率的方法，其特征是，所述步骤A4中通过FPGA模块对数字电压的处理方法是：把模数转换器转换之后的1024个数据的平均值作为数据采集电路的输出电压。