CN2215120Y - 便携式半导体激光器自动测试仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种半导体激光器测试仪，由发 送部件、接收部件、单片机控制部件、屏幕液晶显示部 件和微型打印部件构成，发送通道由单片机和D/A 片构成程控电压源，再经电压增益和压控电流源产生 测试电流；接收通道对光电检测器的输出信号进行可 控增益放大，经A/D片转为数字信号。经过逐点 测试和采样，得到P-I、V-I曲线的原始数据，经单 片机处理后生成显示、打印数据。具有自动快速测量 便携，适于野外作业等优点。

Description

本实用新型涉及一种测试仪表，更确切地说是涉及一种半导体激光器测试仪。

随着光纤通信技术在我国的飞速发展，生产及使用半导体激光器的单位也不断增多，目前对半导体激光器的测试大都采用光功率计、驱动电流源、X－Y记录仪等设备组合完成，不仅体积大、精度差、投资多，且费工费时，不能适应需要，虽也有采用计算机测试系统的，但仍有体积大无法随身携带的问题。

随着长途光缆干线的兴建，长途光纤通信系统的测试、中继站（器）内半导体激光器的检测通常需要野外作业，测试仪的便携问题也愈益突出，迫切需要一种小型的、可自动、快速、准确地测量、处理并直观显示的半导体激光器智能测试仪表。

本实用新型的目的是设计一种便携式半导体激光器自动测试仪。采用先进的单片机，液晶显示等技术，不仅可自动测试、显示、打印半导体激光器的P－I、V－I曲线和主要参数，而且还可存贮、保护和管理测试数据。

本实用新型的便携式半导体激光器自动测试仪，包括向待测半导体激光器发送电流信号的发送部件，检测发送光动率和待测半导体激光器两端电压的接收部件、显示部件、打印部件和控制发送部件、接收部件、显示部件、打印部件工作及将逐点测试的原始数据处理生成打印显示数据的控制部件；所述的控制部件包括单片机及与单片机连接的程序存贮器、数据存贮器、地址锁存器及产生各部件片选信号的译码器，其特征在于：

所述的发送部件包括顺序连接的D／A变换器、电流电压转换器、程控电压增益电路和压控电流源电路，D／A变换器的数据输入端接数据总线，压控电流源输出端接待测半导体激光器；还包括在流过待测半导体激光器的电流超量程时自动分流、报警的分流、报警电路，由与待测半导体激光器并接的超载分流电路、与待测半导体激光器串接的电流采样电路和电压比较器连接构成，电压比较器一端连接程控电压增益电路输出端，电压比较器另一端连接电流采样电路输出端，电压比较器输出端连接单片机的中断端；

所述的接收部件包括顺序连接的光电检测器、前级放大电路、完成增益挡自动切换的主放大电路和A／D变换器，A／D变换器输出接数据总线；还包括与所述A／D变换器另一输入端连接的待测半导体激光器背向光器的电流超量程时自动分流、报警的分流、报警电路，由与待测半导体激光器并接的超载分流电路、与待测半导体激光器串接的电流采样电路和电压比较器连接构成，电压比较器一端连接程控电压增益电路输出端，电压比较器另一端连接电流采样电路输出端，电压比较器输出端连接单片机的中断端；

所述的接收部件包括顺序连接的光电检测器、前级放大电路、完成增益挡自动切换的主放大电路和A／D变换器，A／D变换器输出接数据总线；还包括与所述A／D变换器另一输入端连接的待测半导体激光器背向光输出电路，A／D变换器另两输入端连接待测半导体激光器两端。

所述发送部件的程控电压增益电路由放大器、集成模似开关和缓冲放大器连接构成；所述放大器正输入端接所述电流电压转换电路输出端，所述放大器负输入端并接集成模拟开关各选择输入端，所述放大器输出端并接缓冲放大器正输入端和集成模拟开关选择输出端，缓冲放大器负端并接其输出端和所述压控电流源电路输入端，集成模拟开关选择控制端连接所述单片机I／O端。

所述接收部件的主放大器由放大器、集成模拟开关连接构成，放大器负输入端接前级放大电路输出端，放大器正输入端并接集成模拟开关的各选择输入端，放大器输出端接集成模拟开关选择输出端和所述A／D变换器的输入端，集成模似开关选择控制端连接单片机I／O端。

所述发送部件的超载分流电路是一CMOS管，其源漏极与待测半导体激光器两端分别连接，其栅极与所述单片机中断端连接。

测试仪在以单片机为核心部件的控制部件作用下完成各项功能，单片机和D／A变换器构成程控电压源，并在单片机I／O信号控制下进行放大增益选择，最后经电压控制电流源电路产生注入给激光器的电流，并增加过载分流、报警电路，使在流过激光器的电流超量程时自动分流，同时通报单片机采取告警措施。测试电压经前级放大、具有程控增益功能的主放大电路和A／D变换电路转换为数字信号送入单片机。通过逐点测试和采样得到P－I和V－I曲线的原始数据，经单片机处理后生成显示、打印数据，送液晶显示器或微型打印机，完成整个测试过程。

下面结合实施例及附图进一步说明本实用新型的技术

图1、便携式半导体激光器自动测试仪部件框图

图2、便携式半导体激光器自动测试仪总体实施例结构框图

图3、便携式半导体激光器自动测试仪电原理图

图4、便携式半导体激光器自动测试仪测试流程图

参见图1、测试仪的主要功能是采集、处理、显示和打印被测激光器的特性曲线和测试参数。由控制部件1、发送部件2、接收部件3、显示部件4和打印部件5构成。在控制部件1作用下，由发送通道产生注入给激光器的电流信号，由接收通道对发送光功率和激光器两端电压进行检测，得到P－I、V－I曲线的原始数据，经控制部件处理后生成显示、打印数据分别送显示部件4、打印部件5。

参见图2，图中虚线框部分为半导体激光器测试仪20。控制电路部分以单片机21（80C31）为核心，外扩16K程序存贮器27（EPRON）、8K数据存贮器28（SRAM）及地址锁存器26、译码器25、通过接口电路实现各项控制功能。22为上电复位电路、23为晶振电路，24为按键接口电路。

发送电路部分包括D／A变换器32和发送电路33，单片机21和D／A变换器构成程控电压源，发送电路33在控制信号控制下进行放大增益选择，最后由压控电流源产生待测激光器21（LD）的注入电流信号。

接收电路部分包括接收电路35和A／D变换器34、光电检测器36输出信号经放大由A／D片34转换为数字信号，主放大电路具有程控增益功能，在单片机控制下进行各增益挡自动切换，以适应不同的输入信号、提高测试精度。

液晶显示器（DMF5002）30为128×112点阵结构，具有字符、图形和汉字显示等功能，经过对其内含的6963C控制器29进行开发编程，可在显示屏上实现测试条件设置、测试图形显示和测试参数显示等功能。

微型打印机37采用LASER    PD40四色绘图仪，图中31为配合显示及打印的数据锁存器。

参见图3、单片机21（80C31），R1、E1、G1构成上电复位电路22。MAX232、E4－E7构成计算机RS232接口，与单片机的TXD、RXD端连接。按键组241及串行扫描键盘接口电路242（74HC151）组成键盘接口电路24，由于在软件上进行了一键多义处理，对日期、温度等测试信息修改采用一个键移动光标、另一键进行数字循环显示修改的双键控制方式，只需六个键、仅占用4条单片机口线P1.0－P1.3。

程序存贮器27选择EPROM27C128，数据存贮器28选择SRAM6264，地址锁存器26选择74HC373，译码器25选择74HC138，译码器25输出YO接SRAM的CE1端、Y4接发送电路D／A变换器的CS（xfer）端，Y5接接收电路A／D变换器的ALE、START、E端（与WR、RD信号作逻辑组合）、Y6接锁存器31（74HC273）的CLK端（与WR信号作逻辑组合）、Y1接液晶显示控制器29（6963C）。

微型打印机37，其STB端接锁存器74HC273的CLK端，其BUSY端经G2反相送单片机INT1端。

液晶显示器30（LCD）和控制器29，各相应控制端分别连接读写信号WR、RD、单片机口线P2.4及译码器输出Y7。

由D／A变换器32（DAC0832）、电流电压变换器L1、隔离器L2、电压反相器L3、程控电压增益电路L4、L5、L11、压控电流源L9、L10、T1、过载分流报警电路T2、L8、L6、L7构成发送电路。其中程控增益电路中的L5为双4选1模拟开关，受单片机口线P1.4、P1.5控制，选择不同放大增益量，L11具有缓冲放大作用。经压控电流源电路产生向待测激光器LD注入的电流IN1。过载分流报警电路中，L8及其电阻R29－R32构成报警采样电路，T2为过载分流电路，L6及其电阻R33－R35构成电压比较器，当流过激光器LD的电流超量程时，T2导通相当于在LD上并接一个小电阻以自动分流，保护被测LD。电压比较器L6输出状态发生变化经L7输出送单片机INTO端，启动告警显示。电压比较器L6的正端经电阻R17连接双四选一模拟开关L5的另一个选择输出端，L5外围电阻阻值在调试时固定。

为确保持测激光器的安全，本实用新型还设置了电流缓慢回落电路，由双4选1模拟开关L5选择X4输出并在L4输出端对地设电容C，在每次测试完毕后，使电流缓慢回落。

由前级放大电路和L15、主放大电路L16、L14、输出电路L13、背向光输出信号电路L12、D触发器L17、或非门G3、G4，A／D变换器34（ADC0809）构成接收电路。其中光电检测器的PIN电流输出送L15的负端，主放大电路中的L14为双4选1模拟开关4052，受单片机口线P1.6、P1.7控制选择不同的增益量，进行各增益挡自动切换，增益可控可适应不同的输入信号。L12将接收的激光器背向光信号以IN3送A／D变换器，A／D变换器的IN1、IN2分别连接待测激光器LD两端。

参见图5，图中各框意义是：501－开始，502－设置电流和功率量程；503－从电流I＝0开始；504－通过数据总线DB向发送电路D／A变换器写入电流I的数据；515－经发送电路将生成的电流注入待测激光器LD；505－延时；506－经光电检测器及接收电路从A／D变换器读出数据；507－判断该数据是否合理；514－若测试数据不合理则作出错信息显示；508－若测试数据合理则进一步作功率超量程判断；509－若功率不超量程再作电流超量程判断；510－功率及电流均不超量程则作下一值电流测试，I＋1→I；511－功率及电流任一超量程，控制电流缓降电路工作；512－作测试数据存贮和处理，513－显示、打印；516－结束。

本测试仪软件设计有八大模块与硬件设置相配合，包括键控、数据采样、数据处理、液晶显示、微打、数据管理、错误处理和光功率采样及显示。其中数据采样模块实现对激光器P－I特性和V－I特性逐点采样功能。数据处理模块对功率采样数据进行校正以消除暗电流影响，生成打印显示数据，利用最小二乘法原理对测量结果进行数学处理，包括根据辐射功率与正向电流关系曲线的二阶导数中的第一个极大值计算阀值电流、外微分量子效率、微分电阻、最大驱动电流和最大输出功率。数据管理模块为使测试仪可同时保存三组激光器测试数据而设计，在数据存贮器中辟有三块原始数据存贮区，对每组数据的测试日期、量程、温度等信息则另行存贮，在调用时根据编号与3的余数决定从那里取得测试数据和相应的测试信息，因此测试、显示、打印时能自动根据当前编号对三组数据区进行管理。

本实用新型实施例的主要技术指标是：自动测试时间2－4秒；电流量程0－50MA    0－1000MA；功率量程0－0.5    MW    0－1.0MW；用作功率计时量程≤1.0MW；光功率准确度≤±5％；电流准确度≤±2％；电压准确度≤±2％；主机体积17×13×5cm；重量500g。

本实用新型的主要特点是：在单片机实时控制下快速自动测量；采用大屏幕点阵式液晶显示器可直观显示测试曲线和参数；可同时存贮和管理三组测试数据；可驱动微型打印机打印出测试曲线及参数；具有量程选择功能；操作简单可便携。

Claims (4)

1、一种便携式半导体激光器自动测试仪，包括向待测半导体激光器发送电流信号的发送部件，检测发送光动率和待测半导体激光器两端电压的接收部件、显示部件、打印部件和控制发送部件、接收部件、显示部件、打印部件工作及将逐点测试的原始数据处理生成打印显示数据的控制部件；所述的控制部件包括单片机及与单片机连接的程序存贮器、数据存贮器、地址锁存器及产生各部件片选信号的译码器，其特征在于：

所述的发送部件包括顺序连接的D/A变换器、电流电压转换器、程控电压增益电路和压控电流源电路，D/A变换器的数据输入端接数据总线，压控电流源输出端接待测半导体激光器；还包括在流过待测半导体激光器的电流超量程时自动分流、报警的分流、报警电路，由与待测半导体激光器并接的超载分流电路、与待测半导体激光器串接的电流采样电路和电压比较器连接构成，电压比较器一端连接程控电压增益电路输出端，电压比较器另一端连接电流采样电路输出端，电压比较器输出端连接单片机的中断端；

所述的接收部件包括顺序连接的光电检测器、前级放大电路、完成增益挡自动切换的主放大电路和A/D变换器，A/D变换器输出接数据总线；还包括与所述A/D变换器另一输入端连接的待测半导体激光器背向光输出电路，A/D变换器另两输入端连接待测半导体激光器两端。

2、根据权利要求1所述的便携式半导体激光器自动测试仪，其特征在于：所述发送部件的程控电压增益电路由放大器、集成模似开关和缓冲放大器连接构成；所述放大器正输入端接所述电流电压转换电路输出端，所述放大器负输入端并接集成模拟开关各选择输入端，所述放大器输出端并接缓冲放大器正输入端和集成模拟开关选择输出端，缓冲放大器负端并接其输出端和所述压控电流源电路输入端，集成模拟开关选择控制端连接所述单片机I／O端。

3、根据权利要求1所述的便携式半导体激光器自动测试仪，其特征在于：所述接收部件的主放大器由放大器、集成模拟开关连接构成，放大器负输入端接前级放大电路输出端，放大器正输入端并接集成模拟开关的各选择输入端，放大器输出端接集成模拟开关选择输出端和所述A／D变换器的输入端，集成模拟开关选择控制端连接单片机I／O端。

4、根据权利要求1所述的便携式半导体激光器自动测试仪，其特征在于：所述发送部件的超载分流电路是一CMOS管，其源漏极与待测半导体激光器两端分别连接，其栅极与所述单片机中断端连接。

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