CN202748129U - 教学实验用数字式光功率计 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种教学实验用数字式光功率计，包括光敏二极管和对数放大电路，对数放大电路通过模数转换电路与单片机相连接，单片机上连接有LED显示屏，所述的光敏二极管将光信号转变为电流信号，通过对数放大电路来放大微弱的电流信号，并输出与输入光功率的平均值成正比的电压信号，再通过模数转换电路，将模拟信号变成数字信号，送入单片机进行处理，用LED显示屏显示光功率值。该数字式光功率计可用于光功率测量，也可用于实验教学。本光功率计程序处理简单，电路设计简洁，易于校准，测量精度高。
Description
技术领域
本实用新型涉及光纤通信测量技术和实验仪器，特别涉及一种教学实验用数字式光功率计。
背景技术
用来测量光功率的仪表称为光功率计，用于测量绝对光功率或通过一段光纤的光功率相对损耗。它与光源配合使用，可测出光纤、光缆和各种无源光器件的光损耗，应用广泛。
一般的光功率计原理是PIN光电管接收光输入后，产生与输入光功率成正比的电流信号，经I/V变换和程控放大等线性放大电路放大到一定的电压，经A/D转换器转换成数字信号送单片机进行数据处理与校准，用软件完成对数转换计算，最后得到被测光功率的对数值，并将结果显示出来。采用这种设计的光功率计动态范围小，要求使用高精密电阻作为增益放大，存在换档误差，软硬件复杂，需进行对数和量程切换处理。对数放大器可以在很宽的动态范围内保持精确的测量。宽动态范围信号经过压缩之后，使用较低分辨率的测量电路即可实现信号测量。本文所介绍的数字光功率工作波长1310nm，采用对数放大器放大PIN光电管采集的电流信号，其输入和输出呈对数关系，通过硬件即可实现对数转换功能，从而使软件设计非常简单，只需完成A/D转换和波长校准。电路设计也非常简洁，易于校准，测量精度高。
对高等院校光信息科学和技术专业来说，光功率计是一种必不可少的实验仪器。由于目前市场上没有合适的专用于实验室教学的光功率计，学生在使用的过程中缺乏对该仪器原理及其构造的了解。因此，设计一种实验用数字式光功率计，以供学生学习和实验是十分必要的。
发明内容
本实用新型的目的在于，提供一种教学实验用数字式光功率计，除用于光功率测量以外，还设置了开放电路供教学实验使用。
为了实现上述任务，本实用新型采取如下的技术解决方案：
一种教学实验用数字式光功率计，其特征在于，包括光敏二极管和对数放大电路，对数放大电路通过模数转换电路与单片机相连接，单片机上连接有LED显示屏，所述的光敏二极管将光信号转变为电流信号，通过对数放大电路来放大微弱的电流信号，并输出与输入光功率的平均值成正比的电压信号，再通过模数转换电路，将模拟信号变成数字信号，送入单片机进行处理，用LED显示屏显示光功率值。
本实用新型的其它特点是：
所述的光敏二极管与对数放大电路之间设开放口，由一刀双掷开关控制，当用于测量使用时切换到测量端；此时光敏二极管使用InGaAs-PIN光敏二极管；当用于实验教学时切换到实验端,将Si-PIN光敏二极管和Ge-PIN光敏二极管分别插入开放端口，用以验证不同材料的光敏二极管对波长的响应度。
所述的光敏二极管与对数放大电路之间设开放口，由一刀双掷开关控制，当用于测量使用时切换到测量端,此时对数放大电路选用AD8304对数放大器；并使用该AD8304对数放大器；当用于实验教学时切换到实验端，自行设计AD8304对数放大电路，修改软件程序，并进行校准。
本实用新型的教学实验用光功率计并给出了开放电路，采用对数放大器放大PIN光电管采集的电流信号，其输入和输出呈对数关系，通过硬件即可实现对数转换功能，从而使软件设计非常简单，电路设计也非常简洁，易于校准，测量精度高。不仅可用于实验室教学对光功率进行测试，又可直接针对光功率计的相关电路进行测试以及对部分电路进行重新设计验证，从而让 学生在了解光功率计的工作原理的过程中提高实际动手能力。非常适合学生对光测试设备电路的掌握，满足高校实验教学对综合性和设计性实验的要求。同时本光功率计的设计方法和思路同样适用于该类设备的设计原则，具有较高的理论参考意义和实际使用价值。
附图说明
图1为本实用新型的教学实验用数字式光功率计硬件结构框图。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
具体实施方式
参见图1，本实施例给出一种教学实验用数字式光功率计的硬件结构框图，包括InGaAs-PIN光敏二极管、对数放大电路、模数转换电路、单片机及LED显示屏。
PIN光敏二极管将光信号转变为电流信号，通过对数放大电路来放大微弱的电流信号，并输出与输入光功率的平均值成正比的电压信号，再通过模数转换电路，将模拟信号变成数字信号，送入单片机进行处理，用LCD显示屏显示光功率值。
对数放大器有极宽动态范围。有专门的光敏二极管接口，内部集成了温度补偿电路，对数比转换器和线性运算放大器。对数放大器可完成微小电流到电压的对数比转换。其输出电压值和被测功率值P有简单的线性对应关系。对数放大电路不用进行繁琐的对数运算，使得后继的程序设计非常简单，主要是完成A/D转换和波长校准，电路设计也非常简洁，易于校准，测量精度高。
控制A/D转换的程序对数据处理的方式为：根据ADC采集值转换为光功率值的方法存放在单片机中，ADC值为经PIN管光电转换和AD8304处理过的经ADC0809模数转换器转换出串行数字信号。用于计算的数据库有三种，一种是ADC库，一种是K库，一种是C库。其软件转换的方法 是将模数转换器转换出来的ADC值与ADC库进行对比，设n=0，ADC库中存放的测试点总共为S，转换过来的ADC值为ADCx，ADC为ADC库中存放的数据。写一查找表程序使n从0至S，当ADCn<=ADCx<ADC(n+1)时，暂存n值，然后根据n值从K库和C库中调用Kn和Cn，使用斜率公式Y=Kn×ADCx+Cn计算，结果Y就是此ADCx采集值所对应的光功率值。不同的波长需要做不同的曲线，每条曲线都要ADC库，K库，C库组成。
为了让学生验证不同材料的光敏二极管对波长的响应度，光敏二极管与对数放大器之间设开放口，由一刀双掷开关控制，当用于测量使用时换切到测量端，此时系统使用InGaAs-PIN光敏二极管；当用于实验教学时换切到实验端，学生可将Si-PIN光敏二极管和Ge-PIN光敏二极管分别插入开放端口，用以验证不同材料的光敏二极管对波长的响应度。
为了让学生能观察到不同光通量引起输出电压的变化，对数放大器的输出端设置测量点，可供学生测量对数放大器输出端的电压值。
光敏二极管与对数放大器之间设开放口，由一刀双掷开关控制，当用于测量使用时换切到测量端,此时对数放大电路使用AD8304对数放大器；当用于实验教学时换切到实验端，学生可自行设计AD8304对数放大电路，修改软件程序，并进行校准，对数放大器与数模转换器（A/D转换器）之间设开放口由一刀双掷开关控制，当用于测量使用时换切到测量端；当用于实验教学时换切到实验端。
Claims (2)
1.一种教学实验用数字式光功率计，其特征在于，包括光敏二极管和对数放大电路，对数放大电路通过模数转换电路与单片机相连接，单片机上连接有LED显示屏，所述的光敏二极管将光信号转变为电流信号，通过对数放大电路来放大微弱的电流信号，并输出与输入光功率的平均值成正比的电压信号，再通过模数转换电路，将模拟信号变成数字信号，送入单片机进行处理，用LED显示屏显示光功率值。
2.如权利要求1所述的教学实验用数字式光功率计，其特征在于，所述的光敏二极管与对数放大电路之间设开放口，由一刀双掷开关控制，当用于测量使用时切换到测量端；此时光敏二极管使用InGaAs-PIN光敏二极管；当用于实验教学时切换到实验端,将Si-PIN光敏二极管和Ge-PIN光敏二极管分别插入开放端口，用以验证不同材料的光敏二极管对波长的响应度。
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