一种可扩展型高精度数字光功率计的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种可扩展型高精度数字光功率计，属于光纤通信领域，包括壳体和测量单元，测量单元安装在壳体内，其中，测量单元包括光电转换器、放大及滤波电路、I/V转换电路、自动量程电路、滤波电路、A/D转换电路、控制器、多路开关电路、显示电路和输入电路。光电转换器的输出端与放大及滤波电路的输入端连接；放大及滤波电路的输出端与I/V转换电路的输入端连接；I/V转换电路的输出端经自动量程电路与滤波电路的输入端连接；滤波电路的输出端与A/D转换电路的输入端连接；A/D转换电路的输出端与控制器连接；显示电路的输入端与控制器连接；输入电路的输出端与控制器连接；多路开关电路的输入端与控制器连接；多路开关电路的输出端分别与I/V转换电路和自动量程电路连接。
【专利说明】
一种可扩展型高精度数字光功率计
技术领域
[0001]本发明涉及光纤通信领域，具体是涉及一种可扩展型高精度数字光功率计。
【背景技术】
[0002]光功率计作为一种测量光信号功率的精密仪器，被称为光学中的万用表，在当代高速发展的光纤通信工程及其相关科学实验和教学中起着重要作用。它即可用在各类科研实验中测量光功率，判断光信号的传输衰减与损耗，也可用于光纤通信工程中对光信号传输进行检测与判断。现今各类高等院校电子与通信类相关专业都开设了光纤通信类的课程，所以光功率计是一种必不可少的实验仪器。
[0003]由于目前市场上没有专门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。本文所介绍的数字光功率计技术先进，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。同时也能满足光纤工程应用时对光功率计性价比、测量精度、使用稳定性、操作灵活性、体积等方面要求，充分利用有限资源实现一机多用的目的。
【发明内容】
[0004]本发明需要解决的是现有光功率计测量精度不高和稳定性不好的问题。提供一种可扩展型高精度数字光功率计。
[0005 ]本发明通过以下技术方案解决上述问题:
[0006]—种可扩展型高精度数字光功率计，包括壳体和测量单元，测量单元安装在壳体内，其中，测量单元包括光电转换器、放大及滤波电路、I/V转换电路、自动量程电路、滤波电路、A/D转换电路、控制器、多路开关电路、显示电路和输入电路；
[0007]所述光电转换器的输出端与放大及滤波电路的输入端连接;所述放大及滤波电路的输出端与I/V转换电路的输入端连接;所述I/V转换电路的输出端经自动量程电路与滤波电路的输入端连接;所述滤波电路的输出端与A/D转换电路的输入端连接;所述A/D转换电路的输出端与控制器连接;所述显示电路的输入端与控制器连接;所述输入电路的输出端与控制器连接;所述多路开关电路的输入端与控制器连接;所述多路开关电路的输出端分别与I/V转换电路和自动量程电路连接。
[0008]本发明还进一步包括报警电路电路，所述报警电路的输入端与控制器连接。
[0009]上述方案中，优选的是放大及滤波电路主要包括滤波器和放大器，放大器的输入端与光电转换器连接;放大器的输出端经滤波器与I/V转换电路连接。
[0010]上述方案中，优选的是滤波电路主要采用了巴特沃斯有源低通滤波器。
[0011]上述方案中，优选的是A/D转换电路采用了16位的模数转换器AD7715作为AD转换芯片。
[0012]上述方案中，优选的是光电转换器为光电二极管。
[0013]本发明的优点与效果是:
[0014]1.本发明在光电转换器后接有放大及滤波电路，对光电转换器转换后的电信号进一步放大，并进一步滤波，减小光电二极管的暗电流噪声，从而提高了测量精度和使用稳定性。
[0015]2.本发明具有扩展性好、精度高、稳定可靠等优点，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；
[0016]3.本发明通过多次试验研究而得到的发明设计，因此具有很高的理论参考意义和实际使用价值。
【附图说明】
[0017]图1为本发明结构框图。
【具体实施方式】
[0018]以下结合实施例对本发明作进一步说明。
[0019]—种可扩展型高精度数字光功率计，如图1所示，包括壳体和测量单元，测量单元安装在壳体内，其中，测量单元包括光电转换器、放大及滤波电路、ι/ν转换电路、自动量程电路、滤波电路、A/D转换电路、控制器、多路开关电路、显示电路和输入电路；
[0020]所述光电转换器的输出端与放大及滤波电路的输入端连接;所述放大及滤波电路的输出端与I/V转换电路的输入端连接;所述I/V转换电路的输出端经自动量程电路与滤波电路的输入端连接;所述滤波电路的输出端与A/D转换电路的输入端连接;所述A/D转换电路的输出端与控制器连接;所述显示电路的输入端与控制器连接;所述输入电路的输出端与控制器连接;所述多路开关电路的输入端与控制器连接;所述多路开关电路的输出端分别与I/V转换电路和自动量程电路连接。
[0021]本发明还进一步包括报警电路电路，所述报警电路的输入端与控制器连接。报警电路电路主要用于在光功率计测量光纤功率时，当出现超出量程或出现短路等时，报警电路电路发出报警声通知用户。
[0022]放大及滤波电路主要包括滤波器和放大器，放大器的输入端与光电转换器连接；放大器的输出端经滤波器与I/V转换电路连接。放大及滤波电路对有用信号的放大和对噪声抑制能力会影响后续测量精度。放大器采用差分运放AD8130，该芯片具有非常高的共模抑制比，特别适用于微弱信号放大中需要低噪声、低谐波失真和高共模抑制比的应用中。光电转换器输出的交流有效方波信号频率为200kHz左右，为保证该方波信号无失真通过后端滤波电路，滤波电路的高频截止频率必须以不损失20倍的方波基频信号的谐波设计，同时为避免高频噪声进入I/V转换电路，高频截止带宽不能太宽，本设计中采用4MHz带宽的型滤波器实现前端滤波。
[0023]滤波电路主要采用了巴特沃斯有源低通滤波器。该电路为可扩展性电路:由一刀双掷开关控制。当用于工业测量使用时打开开关，此时系统使用固定滤波器;当用于实验教学时闭合开关，学生自行设计滤波器以此来提高理论设计和实践动手能力，实验证明该方式能达到预期的目的，且对工程应用时的精度影响很小。
[0024]光电转换器为光电二极管，主要把光信号转为电信号。光电转换器中的采集电路采用四路集成运放对PIN探测器扑捉到的电信号进行放大、I/V转换、滤波和自动量程转换控制。由于光电转换器转换的光电流很小且变化范围较大，当放大器增益固定时会出现小信号得不到有效放大而降低A/D转换的精度。同时AD7715的模拟输入端要求的电压输入必须限定在0-5V的范围，这就要求根据光电流的大小适当地调整放大倍数。通过单片机对多路模拟开关的控制，实现自动量程选择
[0025]A/D转换电路采用了 16位的模数转换器AD7715作为AD转换芯片。A/D转换器是决定数字光功率计精度的主要因素，根据设计精度(± 2% )和测量范围(Inff-1Omff)的需要，选用16位串行高精度低功耗的A/D转换器AD7715。该芯片是一款高档多功能16位AD转换器:极佳的静态性能、16位无误码、±0.0015%精度和低噪声(<550nV)。它只需要很少的外部元件就能构成完整的信号采集电路，且理论上完成一次信号转换的时间小于2ms。在实际电路应用中，16位数字量输出采取8位操作模式，即16位转换数字量分两次读取，先读取数据高8位，再读取低8位
[0026]控制器采用STC89C516RD+单片机为主控制器，主要实现数据处理和控制。显示电路以LCD1602A液晶显示屏与单片机采用8位并行传输连接，具有耗电低，使用寿命长的优点。
[0027]以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可作出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请的范围内。
【主权项】
1.一种可扩展型高精度数字光功率计，包括壳体和测量单元，测量单元安装在壳体内，其特征在于:测量单元包括光电转换器、放大及滤波电路、I/V转换电路、自动量程电路、滤波电路、A/D转换电路、控制器、多路开关电路、显示电路和输入电路； 所述光电转换器的输出端与放大及滤波电路的输入端连接;所述放大及滤波电路的输出端与I/V转换电路的输入端连接;所述I/V转换电路的输出端经自动量程电路与滤波电路的输入端连接;所述滤波电路的输出端与A/D转换电路的输入端连接;所述A/D转换电路的输出端与控制器连接;所述显示电路的输入端与控制器连接;所述输入电路的输出端与控制器连接;所述多路开关电路的输入端与控制器连接;所述多路开关电路的输出端分别与I/V转换电路和自动量程电路连接。2.根据权利要求1所述的一种可扩展型高精度数字光功率计，其特征在于:还包括报警电路电路，所述报警电路的输入端与控制器连接。3.根据权利要求1所述的一种可扩展型高精度数字光功率计，其特征在于:所述放大及滤波电路主要包括滤波器和放大器，放大器的输入端与光电转换器连接;放大器的输出端经滤波器与Ι/v转换电路连接。4.根据权利要求1所述的一种可扩展型高精度数字光功率计，其特征在于:所述滤波电路主要采用了巴特沃斯有源低通滤波器。5.根据权利要求1所述的一种可扩展型高精度数字光功率计，其特征在于:所述A/D转换电路采用了 16位的模数转换器AD7715作为AD转换芯片。6.根据权利要求1所述的一种可扩展型高精度数字光功率计，其特征在于:所述光电转换器为光电二极管。
【文档编号】G09B23/22GK105894928SQ201610477789
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月24日
【发明人】姚峰
【申请人】桂林创研科技有限公司