基于51單片機(jī)的光功率計(jì)的設(shè)計(jì)

摘要：通過光電傳感器將待測(cè)光信號(hào)變化轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號(hào)，對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行AD處理分析得到光信號(hào)的參數(shù)特性并在51單片機(jī)上通過串口通訊輸出。
關(guān)鍵詞：光功率計(jì)；AD轉(zhuǎn)換；單片機(jī)

1 背景概述
1．1 光功率定義
光功率是光在單位時(shí)間內(nèi)所做的功。光功率常用單位是毫瓦(mW)和分貝(dB)，其中兩者關(guān)系為1mW=0dB，而小于1mW的分貝為負(fù)值。例如，在光纖收發(fā)器或交換機(jī)說明書中，有其產(chǎn)品的發(fā)光和接收光功率，通常發(fā)光小于0dB。
接收端所能夠接收的最小光功率稱為靈敏度，能接收的最大光功率減去靈敏度的值稱為動(dòng)態(tài)范圍，發(fā)光功率減去接收靈敏度是允許光纖損耗值。
1．2 使用分貝做單位主要有兩個(gè)好處
(1)數(shù)值較小，便于記錄。電路放大倍數(shù)通常數(shù)量級(jí)較大，有些大型電路甚至達(dá)到萬級(jí)以上。用分貝表示時(shí)，先轉(zhuǎn)化為對(duì)數(shù)，數(shù)值較小，便于記錄。(2)運(yùn)算方便。放大器級(jí)聯(lián)時(shí)，總的放大倍數(shù)是各級(jí)相乘。用分貝做單位時(shí)，總增益就是相加。如果某個(gè)功率放大器第一級(jí)的放大倍數(shù)是100倍(20dB)，第二級(jí)是20倍(13dB)，則總功率放大倍數(shù)為2 000倍，總增益33dB。
1．3 光功率計(jì)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
針對(duì)實(shí)際應(yīng)用，要選擇適合的光功率計(jì)，應(yīng)該關(guān)注以下各點(diǎn)：
(1)選擇最優(yōu)的探頭類型和接口類型。
(2)評(píng)價(jià)校準(zhǔn)精度和編寫校準(zhǔn)程序，與光纖和接頭要求范圍相匹配。
(3)確定這些型號(hào)與測(cè)量范圍和顯示分辨率相一致。
(4)具備直接插入損耗測(cè)量功能。

2 實(shí)驗(yàn)器件
光功率計(jì)探頭(光電傳感器)，P89V51單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板，RC低通濾波電路，TL074，CS5550，導(dǎo)線若干。

3 各功能模塊詳解

3．1 光功率計(jì)探頭
光功率計(jì)探頭，是光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的核心部件。探頭帶有光電傳感器，用來接收被測(cè)光源的輻射并將其轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)。探頭采用雙線正負(fù)兩個(gè)端口輸出。當(dāng)被檢測(cè)光源強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，傳感器輸出的電流會(huì)隨之改變。我們通過對(duì)電流量變化進(jìn)行轉(zhuǎn)換分析最終獲得外部光源的光功率變化參數(shù)。
3．2 I／U變換
光功率探頭輸出小電流信號(hào)。電流信號(hào)與電壓信號(hào)相比，長(zhǎng)距離傳輸抗干擾性能較好。但是由于本次試驗(yàn)距離較短，同時(shí)為了與后面電壓放大器相匹配，所以要轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。連接時(shí)，光功率探頭的輸出正端口接入轉(zhuǎn)換電路輸入端，負(fù)端口與I／U變換電路共地連接。圖2電路圖中，J1為檔位調(diào)節(jié)開關(guān)。