多功能数字光功率计的设计
基于MSP430F149的光功率计的设计
５９２００６年第６期技术论坛光纤由于其传输损耗小、容量大;抗干扰能力强的特点，已经作为数字通讯中主要的传输介质。
光功率计作为光纤通讯测试仪表中最为普及和用量最大的测试仪表，在光纤施工工程中，被广泛使用。
因其经常在户外使用的原因，在设计上要考虑仪表省电，测量精确，便于携带以及智能控制等。
传统的光功率计设计很多采用C51系列的单片机。
C51系列单片机的工作电压一般为5V，稳定工作时功率在100mW以上。
在对仪表功耗要求较高的场合，用C51系列作为CPU就显出了某种缺陷。
在需要扩展智能化仪表功能时，C51的I/O口不够用。
C51系列自身不集成A/D转换结构。
当仪表设计选用C51系列的芯片时，还需再加A/D转换芯片，这会增加功率消耗，尤其不适于经常在户外使用的光功率计。
针对以上原因和相关资料，选用MSP430F149来设计光功率计。
MSP430系列单片机是美国德州仪器公司推出的16位超低功耗、高性能产品。
它具有处理能力强、运行速度快、资源丰富、开发方便等优点，有很高的性价比。
MSP430F149的主要特点有：低电源电压范围：1.8~3.6V；超低功耗，4kHz、2.2V时的电流为2.5A；16位RISC结构，125ns指令周期；基本时钟模块配置：高速晶体（最高8MHz），低速晶体（32768Hz），DCO；12位200kbps 的A/D转换器，自带采样保持；具有3个捕获/比较寄存器的16位定时器Timer_A,Timer_B；6个8位并行端口，其中2个8位端口有中断能力；多达60kb的FLASH ROM和2kb RAM；串行在线系统编程等。
基于MSP430F149的光功率计设计The Design of Optical Power Measure Meter Based on MSP430F149重庆大学光电工程学院（重庆400044）刘京诚朱木健刘俊高海英摘要：电源电路设计成软开关，实现了仪表的智能化控制。
基于ATmega16的数字光功率计设计
基于ATmega16的数字光功率计设计
0 引言
数字光功率计是一种由控制的、可测量光信号强弱的便携式仪器，是光纤通信干线铺设、设备维护、科研和生产用法的重要仪器。
然而，传统的光功率计存在测量精度低，测量范围窄，便携性差等问题。
针对这种状况，开发了一种由单片机控制的通用便携光功率计，具有量程可自动转换，测量精度高，通用性强，携带便利的特点，十分适合在光信息、光通信领域用法。
1 系统原理
光功率就是光在单位时光内所做的功。
该数字光功率计由微处理器、光电探测器、I/V变换器、量程自动转换、A/D转换、液晶显示等部分组成，其系统原理1所示。
微处理器采纳AVR系列ATmega16单片机，它是基于增加型AVR RISC 结构的低功耗8位微控制器。
在外设方面，它具有一个可编程的UART 和自立于片内的定时器等资源，支持SPI接口，允许ATmega16与其他外设或AVR单片机举行高速的同步数据传输。
系统采纳硅光电池作为光电探测器，它被设计用于把入射到它表面的光能转化为电能，因此，可用作光电探测器和光电池，被广泛用于试验室和野外便携式仪器等的探测器。
在该系统中，硅光电池工作于零偏状态。
自动量程转换部分通过运算和多路挑选开关CD4051来完成。
反馈信号通过CD4051挑选不同的量程，举行自动量程转换，以输出合适的信号。
数据采集部分通过16位精度的A/D转换器AD7705完成将模拟电压信号转换成数字信号。
数据经AVR单片机ATmega16处理后转换成光功率数据，在1602液晶屏幕上显示出来。
第1页共4页。
opticalmultimeter光功率说明书
opticalmultimeter光功率说明书全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：光功率是光学领域中非常重要的参数之一，用于衡量光信号的强度。
在光通信、光网络、光纤传感等领域中，光功率监测是必不可少的工作。
为了准确、方便地进行光功率测量，一款高性能的光功率表——光功率计应运而生。
我们的公司近期推出了最新款的光功率计产品——optical multimeter 光功率表，集光功率测量、波长测试、光衰减测量于一体，具有高精度、快速响应、便捷携带等特点，适用于各种光纤光缆测试和维护工作。
1. 测量范围广泛：optical multimeter 光功率计可覆盖从800nm到1700nm的波长范围，满足不同波长光信号的测量需求。
2. 高精度：通过优化设计和精准校准，我们的光功率计具有极高的测量精度，保证测量结果的准确性。
3. 快速响应：光功率计采用先进的光电传感器和数字处理技术，响应速度快，可以即时获取到光功率信号。
4. 易于操作：光功率计采用用户友好的界面设计，配备液晶显示屏和直观的操作按钮，操作简单方便。
6. 轻便携带：光功率计体积小巧，重量轻，方便携带和使用，适合各种现场测试和维护工作。
我们的optical multimeter 光功率计已经在光通信、光网络、光纤传感等领域得到了广泛应用，受到了用户的一致好评。
我们将持续优化产品性能，为用户提供更好的光功率测量解决方案。
如果您有光功率测量的需求，不妨考虑选择我们的optical multimeter 光功率计，它将成为您的可靠助手，帮助您轻松完成各种光功率测量任务。
感谢您的关注与支持！第二篇示例：光功率计是光学测量中非常重要的一种仪器，它通常用于测量光信号的强度、功率和能量。
光功率计也被称为“光度计”或“光功率仪”，是一种集成了光学、电子和计算机技术的先进测量仪器。
在各种光学应用中，光功率计都扮演着不可或缺的角色，它可以帮助用户精确地测量光源的输出功率，以及光信号在光纤传输过程中的衰减情况。
光功率计课程设计
目录摘要 (1)第1章概述 (2)1.1 引言 (2)第2章光功率计的基本原理 (4)2.1光功率计键位及功能 (4)2.2光功率探头结构 (5)2.3 A/D转换器及89S52单片机在光功率计中应用 (6)第3章设计结果 (9)3.1分析工作过程 (9)3.2改进方法 (9)第4章心得体会 (10)参考文献 (11)光功率计测试仪改良设计摘要:光功率检测是光的最基本测量技术之一，广泛应用于光通信设备、光电武器装备的测试和光器件的生产中。
所谓光功率计（PM——optical power meter），即用于测量绝对光功率或通过一段光纤的光功率相对损耗的仪器，由光电探测器、电子设备和显示器构成。
其在光纤领域内的重要性就像数字万用表在电子工业中一样。
本次课程设计即围绕光纤通信中功率的测试工具——光功率计作一定探究。
关键词: 光功率计；功率测量；PIN光电二极管第1章概述1.1 引言目前光功率测量方法有两种，一种是热转换型方式，利用黑体吸收光功率后温度的升高来计算光功率的大小，这种光功率计的优点是光谱响应曲线平坦、准确度高，缺点是成本高，响应时间长，因此，一般被用来作为标准光功率计；另一种是半导体光电检测方式，利用半导体PN结的光电效应，目前，适合于光纤通信系统应用的光检测器有PIN光电二极管和雪崩光电二极管。
ADP具有雪崩放大作用、响应度高，但附加噪声大、偏置电压高、温度稳定性差、结构复杂且价格高，因此光功率检测的仪器一般采用PIN光电二极管作为光电转换器件，所以通用光功率计一般是采用PIN 光电二极管作为光探测器件的。
光功率计的基本工作原理是被测光投射到PIN光探测器上变为电流，再经I/V 变换电路和程控放大电路得到电压信号。
这个信号送到程控低通滤波器及响应度补偿放大电路，得到与功率值相对应的直流电压，经A/D转换得到表示功率大小的数字量，控制处理部分进行数据处理和判断后，送至显示器进行功率显示或给出超量程或欠量程指示并发出量程转换命令进行量程的自动控制。
光功率计的原理及应用
光功率计的原理及应用1.引言1.1 概述光功率计是一种用于测量光信号功率的精密仪器，广泛应用于光通信、光纤传感等领域。
随着光通信技术的快速发展，对光功率计的需求也日益增加。
本文旨在介绍光功率计的原理及其在实际应用中的重要性。
概述部分将从整体上对光功率计进行简要介绍，包括其基本概念、工作原理和使用范围。
首先，我们将简要解释光功率计是什么，它的作用是什么。
简单来说，光功率计是一种测量光信号输出功率的仪器，可以衡量光功率的大小。
光功率是指光信号每秒传输的能量，单位通常为瓦特（W）或分贝（dBm）。
光功率的准确测量对于光纤通信和光电器件的性能评估具有重要意义。
接下来，我们将探讨光功率计的工作原理。
光功率计的核心组成部分是光电探测器和信号处理电路。
光电探测器将光信号转换为电信号，并经过信号处理电路后输出对应的数字或模拟信号。
根据不同的工作原理，光功率计可分为热释电型、光电二极管型和光纤型等。
每种类型的光功率计都有其独特的优势和适用场景。
最后，我们将探讨光功率计的应用范围。
光功率计广泛应用于光通信、光纤传感、医疗、科研等领域。
在光通信中，光功率计可以用于光纤连接的检测和监控，确保光信号的质量和稳定性。
在光纤传感中，光功率计可以用于测量光纤传感器的输出信号，评估传感器的性能。
在医疗领域，光功率计可用于激光治疗设备的功率监测和控制。
在科研中，光功率计被广泛应用于光学实验室中的光功率测量和光学元件的性能测试等方面。
总之，光功率计作为一种重要的测量仪器，在光通信、光纤传感、医疗和科研领域发挥着重要的作用。
了解光功率计的原理及其在实际应用中的重要性是我们深入了解光学技术的基础。
接下来，我们将详细介绍光功率计的原理和具体应用。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以包括以下内容：文章结构是指整篇文章的组织方式和框架，它对于读者来说非常重要，可以帮助读者更好地理解和掌握文章的内容。
本文主要分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分主要介绍了本文所要讨论的主题——光功率计的原理及应用，并对这一主题进行概述。
基于STC89C516单片机的数字光功率计设计
管 接 收光 输入 后 ．由于价 带 中电子 吸 收 了光 子 而
跃 迁 到 导 带 ，因而 可 产 生一 个 电子 一 穴对 。该 空 电子 一 穴 对若 在 耗 尽 区产生 ，那 么 ，在 自建 电 空 场 （ Ｉ 一般 采 用零 偏 压 ） 的作 用 下 ，电子 将 向 Ｐ管 Ｎ区漂移 ，空 穴 向Ｐ 区漂移 ，从 而产 生 与输入 光 功 率 成 正 比的 电流 信号 。ＩＧ Ａ — Ｉ ｎ ａ ｓ ＰＮ的光 响应 度 可 达０８ ． ，波 长 范 围为 １ ～ ． ｍ。事 实 上 。基 于 暗 ． １ Ｉ ３ ６ｘ 电 流 、上 升 时 间 、带 宽 、偏 置 电 压 等综 合 考 虑 ， ＩＧ Ａ — Ｉ 无 疑是 一种 很好 的选 择 。 因为在 实 际 ｎ ａ ｓ ＰＮ 设 计 中 ，往 往 都需 要 测 试 光 电二 极 管 的 响应 度 。
大 ，以得 到与 功率 值相 对应 的直流 电压 ，之 后再 将 该 电 压经 Ｄ 换 ，以得 到 表 示 功 率 大小 的数 转 字 量 ，最 后 通过 Ｃ Ｕ 行数 据 处 理 和判 断 后 ，将 Ｐ进 数 据送 入Ｌ Ｄ 示器 进行 功率 显示 或指示 。 Ｃ显
２ 光 电 转 换
的噪声 对 光功 率计 的精 度 影 响很 大 。前 放 的噪 声
取 决 于放 大器 的类 型 ． 目前有 三种 类 型 的前 放 可
２ ８ 定 时器使 用 。其 单 片机 电路 如 图３ 个 位 所示 。
功 能键 是 人 机交 互式 处 理 系统 中不 可缺 少 的
光功率计设计
专业课程设计报告一、设计题目：光功率计的制作二、设计要求：1．利用LD激光二极管作为光源，设计电路测其光功率值大小2．用数码管显示数值3．根据数码管显示数值，通过分析，计算光功率值4．分析实验中存在误差，尽量的克服和消除。
5．记录实验数据，与LD激光二极管光功率真实值大小对照并分析误差等6．书写实习报告等三、分析设计1：光功率计设计分析过程：(a) LD激光二极管发出光信号通过光电接收器（PIN）转化为电信号（电流）。
其中光功率P与电流I存在如下关系：I=RP （R光电检测器的响应度，P为LD输出光功率值）（b）使用LD,由于光检测器（PIN）形成的是小信号电流，所以必须设计放大电路对小信号进行放大，以达到模数转换芯片所能正常工作所需电压幅值的要求.由于此实验只用到+5v直流电压，对于直流信号只需加电阻放大即可。
(c) 把此电压U的正负两端分别与数码管的31，30管脚相连，经过ICL7107A/D模数转换，用数码管将放大的电压电信号显示出来。
(d) 当光信号发生变化时，数码管所显示的数值随放大电路参数的改变而成比例变化，即设计基本正确；数码管所显示的电压值就是此时输入的光功率值的代换值。
即:P=U/（R1*R）其中R：光电检测器响应度2:光功率计的设计思想:测量光功率是光纤通信测量一个重要步骤，测量光功率有热学法和光电法和其他的特殊方法。
由于我们所学知识的限制，我们通过自己所熟悉的光电法来实现功率计的制作。
光电法就是用光电检测器检测光功率，设计中使用PIN光电二极管作为光电检测器。
实质上是测量PIN在受光辐射后产生的微弱电流，根据光功率P与PIN生成电流I的关系式;I=RP此电流与入射到光敏面上的光功率成正比，R为光电检测器的响应度。
检测到的电流经过I/V变换，波长矫正后，再经过A/D转换模块，把模拟的电信号转化成数字信号通过数码管显示出来。
因此，光功率计实际上是光电检测器PIN 、I/V 变换、 A/D 转换电路、数字显示电路这四个模块的结合。
光功率测试仪原理及设计
I功率型LED光功率测试仪设计功率型LED光功率测试仪是用于测量绝对光功率或通过一段光纤的光功率相对损耗。
通过测量发射端机的绝对功率，一台功率型LED光功率计就能够评价光端设备的性能。
用光功率计与稳定功率型LED组合使用，则能够测量连接损耗、检验连续性并帮助评估光纤链路传输质量。
功率型LED光功率测试仪具有超宽的光功率测试范围、精准的测试精度和超常的使用寿命。
目前，日本安腾公司生产的AQ-1112B型，测量精度高，可达正负2%以内，但灵敏度较低;本设计采用光敏电阻达到光电转换的目的，利用高精度单片机STC12C5A60S2作数据处理和显示，精确度很高，可达到正负1%以内。
关键词：LED，光功率，测试仪目录摘要................................................................................................. 错误！未定义书签。
ABSTRACT ...................................................................................... 错误！未定义书签。
1 绪论 (1)1.1 意义 (1)1.2 国内外发展状况 (1)1.3 设计内容 (1)2 光度学理论基础 (1)2.1 定义及应用 (1)2.2 光学量 (2)2.2.1 光通量 (2)2.2.2 发光强度 (3)2.2.3 光亮度 (4)2.2.4 光出射度 (5)2.2.5 光照度 (5)3 系统设计 (6)3.1 系统设计 (6)II3.2 硬件设计 (6)3.2.1 LED光源部分 (6)3.2.2光电转换部分 (9)3.2.3 A/D转换和数据处理部分 (10)3.2.4显示部分 (13)3.2.5硬件总图 (14)3.3 软件设计............................................................................. 错误！未定义书签。
基于虚拟仪器的光功率计的设计
基于虚拟仪器的光功率计的设计光功率计是建立在光学测量原理基础上的一种生物学仪器，上世纪四十年代开始用于生物医学研究以及光谱仪器中的衍射仪的应用。
由于系统的成本低、精度高以及对实验环境的可靠性，光功率计在近几十年来得到了广泛的应用，尤其是在物理、化学、生物等不同领域的研究中。
随着科学文化的发展以及科技的进步，光功率计的设计也在不断发展，当今光功率计的设计由传统的机械设计方式逐步转向虚拟仪器设计。
本文旨在讨论基于虚拟仪器的光功率计设计，其中包括基本原理、传感器选择、系统结构以及控制等方面的内容。
一、基本原理光功率计的基本原理是根据相关物理学理论，将电磁波幅度转换成可以表征光功率的数值。
在常见的光功率计中，有一个晶体管和一个光学系统，这两者共同组成了光功率计。
光功率计的工作原理是：通过变化晶体管的微型玻璃管，将一定数量的光子从光学系统中聚集，经过形成晶体管电流时所需的传感器效应分量，将光学信号转换成电信号，然后经过后处理电路以及计算机的控制，最终将光功率的信号可以被识别和记录下来。
二、传感器选择光功率计的传感器选择是虚拟仪器设计的关键。
选择传感器的标准应从性能、品牌、价格以及其它性能指标上考虑。
光纤型传感器具有传输距离远、传输效率高等特点，但在设计中其装配非常复杂，同时价格贵，故通常使用Bruker系列传感器，它们具有体积小、性能可靠、价格低廉等特点，同时可以满足虚拟仪器设计的要求。
三、系统结构虚拟仪器设计的光功率计系统结构应根据应用需求而定。
一般系统由传感器、放大器、滤波器、检测器、控制器和仿真器组成。
通过这几个部分的协同配合，可实现光功率计的信号检测和处理，从而实现对光功率信号的不断跟踪和记录，以及计算机软件程序的实时控制和处理。
四、控制在光功率计中，控制器能够实现对分光光度计的实时跟踪，从而实现光功率的实时监测以及实现计算机软件控制的过程，从而满足对产品和系统的高精度控制要求。
总结以上，我们阐述了基于虚拟仪器的光功率计的设计，其中包括基本原理、传感器的选择、系统结构及控制等方面的内容，可以满足例如物理、化学、生物等不同领域的研究应用，具有成本低、精度高以及对实验环境的可靠性等特点。
基于DSP的高精度光纤功率计的设计
够转 换接收的± ｖ 电 ５ 的 压信号
。
计
高精度 光纤光 功率计 的 电路设 计主要包 括光 电转 换电路设计 、信号前置处理电路设计 、模数转换 电路设 计 、数字信号处理器电路设计 、光功率液 晶显示 电路设
计五部分 。原理框 图如 图１ 所示 。
１１ 电转 换 。光 电转换 的基本原理是利 用光 电二 ．光
极管Ｆ ３ Ｐ 将光信号转换成 电信号。Ｆ ５ Ｄ Ｕ ９Ｄ Ｕ１Ｐ 光电转换
的基本原理是当被测光照射到光探测器上 时 ，产生相应 的光 电流 ，即实现将光信号转化成 电信号 。
１２ 号前 置 处理 电路 。信 号前 置处 理 电路 的原 ．信
理框 图如 图２ 所示 。信 号前置处理 电路主要完成将 Ｆ Ｕ一
压信号 经过Ｃ ５ ２ 后 转换成 １位 串行 数字信号流送 给 Ｓ ５９ ６ 数字信号处理器Ｔ Ｍ３ ０ ３ 进行数据处理。 Ｓ ２ＶＣ ３ １４ ．数字 信 号处 理 器数 据处 理 。数 字 信号 处 理器 （ ＭＳ ２ ＶＣ ３是实现光纤光功率测量 的核心部分 ，这 Ｔ ３０ ３） 里需要完成控制ＡＤ 转换 ，对转 换完成输入 的数字 电压 信号进行数字滤波 、浮点运算 、对数运算 ，经过一系列 数据运算后得到 当前采集到 的光信号的功率值 ，并送 液
引言
当前流行的光缆集 中监控系统 主要采用光 功率计测 量传输光 的功率变化 ，判断传输光在光缆 中运行情况 ， 当光功率 出现异 常时 ，起动Ｏ ＤＲ 光时域反射计） Ｔ （ 进行
光缆故障定位 。这样测量传输光光功率 的功率计要求运
行稳定可靠 ，测量精度高等特点 。目前 国内外同类测试 仪器存在价格偏高且测量精度偏低的不足 。针对光缆集
光功率计的设计说明
一、设计题目光功率计的功能完善二、设计要求1、设计一光电转换电路,将所收到的光信号转变为可测量的电信号。
2、测试转换后的电信号,并显示电压值。
3、使光功率计的量程、精度等方面得到完善三、分析设计1、工作原理光功率计主要用于测量光信号的强弱，其部原理如图1.1所示，光探头就是光敏感面面积较大（直径为1.10mm）的半导体ＰＩＮ光电二极管，加上Ｉ层的ＰＮ结二极管可以提高探测灵敏度和响应速度。
被测光通过光纤接口投射到光探头的光敏面上时，半导体中的价带电子激发到导带，偏置电路中便会出现光电流，通过负载电阻实现I/V变换，此电压信号再经滤波放大后，最后由数字式显示器显示。
光电流的大小是随输入射光的强度变化的，也就是说负载上电压信号的大小就反应了光强变化，所以显示器可以直接读出光功率的大小。
图1.1光功率计原理框图2、模块介绍及功能（1）光电转换、I/V变换放大将一定功率的光信号经过光电二极管转化为电流信号，再经过滤波通过一个变阻器转化为电压信号，再经过运放变为符合数模转化的电压信号。
图1.2 数字光功率计的光电转换电路图（2）模数转换及显示ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。
它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。
图1.3 ADC0809的管脚图AT89C51单片机是Atmel公司的生产的一种低功耗/低电压、高性能的8位单片机，部除CPU外，还包括128字节RAM，4个8位并行I/O口，5个中断优先级，2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，片集成4K字节可改变程序Flash存储器，具有低功耗，速度快，程序擦写方便等优点，完全满足本系统设计需要。
单片机P0口作为ADC0804转换数据的输入端，P3.0接ADC0809的EOC端检测数据转换是否结束。
P0.0～P0.3则作为４个数码管的位选信号控制。
P3口有特殊的功能，P3.1用于控制ADC0804的启动，P2用于控制读取ADC0804的转换结果。
光功率计的设计
光功率计的设计四川九州电子科技股份有限公司技术中心刘学唐谢亮摘要:本文阐述了光功率计的设计方案和原理框图,通过研究和开发试验,从开发光功率计的几种思路中得到了一种实用的工程方案。
关键词:PIN二级管;对数放大器;多路模拟开关引言随着光纤通讯的成熟和普及,光功率计在电信和广电等领域的应用越来越多。
目前在已有的各种开发方案中,存在各种各样的问题,尤其在实际工程化中,存在测试误差大、成本高等问题。
如何得到一种低成本又实用的设计方案,在目前光电子技术和DSP技术日趋成熟的今天,实现此目标成为了可能。
一、光功率计的原理框图光功率计的设计原理可以用如下框图来表示:图1由PIN二极管产生的光电流很小,不能直接用于测量,所以需要通过适当的低噪声放大后,再进行数据处理。
二、PIN二极管根据结构的不同,半导体光电二极管可分为P-N结型、PIN结型、雪崩型以及肖特基结型光电二极管。
在光纤通信领域的应用中,为了克服光生载流子扩散时间长的缺点,在P-N结型光电二极管的P型层和N型层中间加入一层本征型的高阻I型层。
当管芯加上一定反向电压后,其耗尽区便可在整个I型层展开,亦即扩展了耗尽区,而光生载流子扩散区域则被压缩,这种结构的光电二极管称为PIN光电二极管。
光电二极管的输出电流为：I＝IS＋IΦ＝IS＋SΦΦ为光通量,S为光电灵敏度或响应度,IS为二极管的反向饱和电流。
若无光照时, I＝IS为光电二极管的暗电流。
输出电流(I)和输入光功率(P)大致有如下关系(图3)：图2由曲线可以看出,电流与输入功率的关系并不是线性关系,但可以通过分为若干区间,这样在每个区间里,可以近似地作为线性来处理。
这是设计光功率计的一般处理方法。
PIN二极管型号的选择主要是根据所做光功率计的测量范围来确定的。
常用的PIN二极管(如FU-15PD)都是小信号工作器件,光敏面不合适,能接收的光功率范围很有限,所以一般不用来做光功率计的探测器。
笔者做光功率计所选的PIN二极管参数如下表:图3三、放大器设计的几种思路在A/D转换器之前的放大器部分,传统的设计方案有三种:(1)PIN-TIA探测器;(2)PIN管＋运算放大器;(3)PIN管＋对数放大器。
基于AD8304对数放大器的开放型数字式光功率计
基于AD8304对数放大器的开放型数字式光功率计【摘要】介绍了基于AD8304对数放大器的数字光功率计的设计原理及方法，提出了提高测试精度的硬件及软件的实现方法，针对高校实验教学环节，设计了开放型电路以供学生学习和实验，该光功率计具有软件设计简单，电路设计简洁，易于校准，测量精度高等优点，非常适合学生对光测量设备电路的掌握，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，具有较高的理论参考意义和实际应用价值。
【关键词】光功率计；对数放大器；实验教学0引言用来测量光功率的仪表称为光功率计[1]，它可以用于测量绝对光功率或通过一段光纤的光功率相对损耗。
用光功率计与稳定光源组合使用，能够测量连接损耗、检验连续性，并帮助评估光纤链路传输质量。
常用于测量光纤、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光电管作为接收端接收光输入，并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，需进行对数转换和量程切换处理。
而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与技术专业来说，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。
基于 AD8304对数放大器的高精度光功率计的设计
基于 AD8304对数放大器的高精度光功率计的设计杨浩;刘译文;赵笠铮;严一民【摘要】In order to avoid the disadvantages of the traditional Optical Power Meter Method,such as the large measuring error and the narrow measuring range,this paper is deigned to explore the measurement accuracy of the Optical Power Meter and the optimization of the measuring range.In this design,photodiode PIN is used to convert light current into voltage values.And the employment of the log-arithmic amplifier AD8304 can avert the sophisticated logarithm operation and the error by using the linear amplifier.The design thought of the Optical Power Meter is provided in this paper,which focuses on the special characteristics of the logarithmic amplifier AD8304 and the application of the Optical Power Meter.And the calculation accuracy of this design has been verified by software.%为了避免传统光功率计测量误差较大、测量范围较窄等缺点，文中对光功率计的测量精度及范围进行了优化设计。
多档光功率计设计
大连民族大学课程设计（论文）多档光功率计设计学院（系）：物理与材料工程学院专业：光电子技术科学学生姓名：学号：2012153211指导教师：冯志庆完成日期：2015年07月01日大连民族大学摘要本次设计以通用运算放大器中的I-V转换器和同相放大器为核心，通过多档开关实现不同反馈电阻间的切换，从而实现多档光功率计的设计。
首先，我使用Altium Designer Summer 09软件绘制电路原理图与PCB板图；其次，到实验室，在冯老师的指导与帮助下，根据所绘电路原理图，完成使用电烙铁点焊电路板的实验设计，该电路板中有六个电阻、两个OP07芯片、硅光电池和若干导线等；再其次，利用万用表调试电路板，直至调试无误；接着，打开光源钨灯，利用积分球提供稳定光，对硅光电池进行照射，通过改变积分球的出射光功率改变光照强度，在不同光功率下使用万用表分别测量电路最终的输出电压，记录数据；然后，切换I-V转换电路的反馈电阻，改变光功率计的档位，重复上一步骤，记录数据；而后，根据所得数据，绘制P-U曲线，并对其进行标定与灵敏度计算；最后，分析整体电路的输入与输出特性，得出本次课程设计圆满完成的结论。
关键词：通用运算放大器、多档开关、Altium Designer Summer 09目录一、绪论 (1)1.1设计背景 (1)1.2设计任务 (1)1.3基本理论知识 (1)1.3.1 半导体三极管 (1)1.3.2 理想运算放大器 (2)1.3.3 同相放大器 (2)1.3.4 反相放大器 (3)1.3.5 I-V转换器 (3)1.3.6 多档开关 (4)1.4其他理论知识 (4)1.4.1 焊接 (4)1.4.2 Altium Designer Summer 09 (5)二、设计方案 (5)2.1功能设计 (5)2.2原理图设计 (5)2.3PCB设计 (6)三、硬件与设备 (7)3.1PCB (7)3.2硅光电池 (7)3.2.1 结构分析 (7)3.2.2 工作原理 (8)3.3钨灯 (8)3.4积分球 (8)3.5OP07CP芯片 (9)3.6其他工具 (9)四、实验过程 (10)4.1实验步骤 (10)4.2注意事项 (10)4.3完成情况 (11)五、数据记录与分析 (11)5.1数据记录 (11)5.2数据分析 (12)5.2.1 理论放大系数 (12)5.2.2 灵敏度 (12)5.2.3 P-U曲线（标定曲线） (12)5.2.4 模拟P-U表 (13)5.3误差分析 (13)5.3.1放大系数误差分析 (13)5.3.2灵敏度误差分析 (13)六、实验总结 (14)七、参考文献 (14)一、绪论1.1 设计背景随着教学的深入开展，本专业——光电子技术科学的学生有必要了解与掌握一些基本的实验电路设计的技能，并能有相应的动手实验能力。
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多功能数字光功率计的设计在通信领域中，需要对传输信号进行质量的检测处理，目前的通信信号特别是光信号的光功率检测十分重要。
在光纤信道中，光功率检测可以检测出激光信号的损耗，从而完成对光纤信号的质量检测。
目前，微控制器应用于传感器的测控技术使得工业生产更加现代化，通过对各式各样的传感器的控制，解决了很多譬如数据检测的难题。
由于单片机成本低廉，操控简单易学，可以应用于各个领域。
通过微处理器对传感器的控制，就可实现在通信领域下光信号的质量检测。
多功能数字光功率的设计，从基本的光电转换技术入手，通过相应的电路处理和对微控制器的操作，经过反复的调试，有效地检测出光功率和光强以及进行光谱分析。
由于该系统误差较小、成本低廉、易于调试等特点，可以广泛应用于光信道光信号质量的检测，对相关科学实验的改进以及工业检测有较好的实用价值。
1 系统方案
1.1 系统方案描述
为实现本系统的功能，下面分别对各个功能模块进行分析论证，原理框图与整体设计框图如图1所示。
1.2 系统设计原理
系统采用单片机作为微控制芯片，在光照强度检测模块中，使用光电检测器检测光信号。
当有光投射到检测器上时，检测器会有一定的光电信号转换，把光信号转换为电信号，经过放大和AD转换器的转换后直接由单片机输出到显示器上显示;光功率检测模块中，采用光电二极管作为光检测器，当收到光照后会产生微弱电流，通过滤噪电路、放大电路处理和模数转换后输送给微处理器来显示。
光谱分析模块中，使用彩色光到频率转换器进行光谱分析。
从而实现多功能数字光功率计的设计。
2 系统的硬件设计及软件设计
为了表现整体性和便于检测调试，在制作电路时采用了模块化，将电源模块、显示模块以及传感器模块、AD转换模块分别放置，体现了合理性，将多个模块同时放在多块电路板中，这样方便各个模块的检测与组装。
2.1 数据信号采集模块电路
系统采用PIN光电二极管作为接收器，可以实现对光照强度和光信号的采集。
光电二极管原理图如图2所示。
2.2 AC?DC转换电路
AC?DC转换电路的功能为将电流由交流变为直流，转换电路的电路图如图3所示。
2.3 显示模块电路
采用的是LCD1602液晶显示器，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块，它有若干个5×7或者5 x 11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。
每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间
距和行间距的作用，低电压、低功耗也是其又一显著特点。
LCD1602液晶显示电路如图4所示。
2.4 电源模块电路
采用手机充电器，分别经LM7805和LM7905稳压后给单片机、光电二极管传感器、LCD1602液晶显示屏等设备供电。
电源电路图如图5所示。
2.5 光谱分析模块
采用TCS3200，它是TAOS公司推出的可编程彩色光道频率的转换器。
其输出的信号是数字量，可以与微处理器和其他逻辑电路相连接。
可以实现每个彩色信道的10位以上的转换精度。
3 软件系统的设计与实现
系统软件设计采用模块化设计方法。
整个程序由初始化模块、显示器部分、电源模块等各种功能模块组成。
上电后，进入系统初始化模块，系统软件开始运行。
在执行过程中，根据选择分别调用各个功能模块完成对应的功能。
程序流程图如图7所示。
4 总结
本多功能数字光功率计使用高精度、高响应度、低噪声的光电接收器，能够准确地采集到所需信号，对信号进行数字化处理，尽量减少信号在传递过程中的衰减和干扰，重点对数据采集模块和光谱分析模块等做了认真的分析。
最终实现了对光元素的照射强度、RGB颜色的分析、激光功率几个方面的测量，并通过液晶屏实时地显示测量数据，最终实现了对数字光功率计的设计。
此系统在科学技术日益发展的今天有很大的推广应用价值。