一种光电功率计的制作方法

本申请涉及功率计技术领域，尤其涉及一种光电功率计。

背景技术：

随着光通信行业的发展，对光电检测模块提出了较高的要求。对于光功率的检测，一般要求在0dbm到-30dbm甚至更大范围。

光电功率计是一种常用的光电检测模块。光电功率一般要求在0dbm到-30dbm甚至更大范围，而现有利用光电二极管的“光电特性”的光功率计，是用手动换档位，即改变放大倍数来实现不同功率的光检测。手动换挡的方式，操作麻烦，且容易烧毁电路。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请提供了一种光电功率计，解决了现有手动换挡的光电功率计操作麻烦，且容易烧毁电路的技术问题。

本申请提供了一种光电功率计，包括：光电转换电路、增益选择电路主控制器和显示电路；

所述光电转换电路，用于将采集到的待检测光源的光信号转换为电压信号；

所述增益选择电路，用于对比所述电压信号和预置参考电压，并根据对比结果选择所述光电转换电路中用于放大所述电压信号的放大倍数；

所述主控制器，用于测量经由所述放大倍数放大后的所述电压信号，得到对应的光功率；

所述显示电路，用于显示所述光功率。

可选地，所述增益选择电路包括：电压比较电路和自锁电路；

所述电压比较电路，用于对比所述电压信号和预置参考电压，得到对比结果；

所述自锁电路，用于将所述对比结果输入至所述光电转换电路，使得所述光电转换电路，根据所述比较结果选择放大所述电压信号的放大倍数。

可选地，所述电压比较电路包括：电压比较器u1、继电器rl2和电压比较器u8；

所述自锁电路包括：第一自锁电路和第二自锁电路；

所述电压比较器u1的正向输入端连接所述光电转换电路的输出端，输出端通过所述第一自锁电路连接至所述继电器rl2的引脚1；

所述继电器rl2的引脚2接地，引脚3连接所述光电转换电路的输出端，引脚4连接所述电压比较器u8的正向输入端；

所述电压比较器u8的输出端通过所述第二自锁电路连接所述光电转换电路。

可选地，所述第一自锁电路包括：继电器rl1、二极管d1、二极管d2、放大器u3和继电器rl5；

所述继电器rl1的引脚1连接所述电压比较器u1的输出端，引脚2接地，引脚3连接电源电压，引脚4连接所述放大器u3的正向输入端、所述二极管d1的正极和所述继电器rl5的引脚3；

所述二极管d1的负极连接所述二极管d2的正极；

所述二极管d2的负极连接所述放大器u3的反向输入端；

所述放大器u3的输出端连接所述继电器rl2的引脚1；

所述继电器rl5的引脚1用于输入第一控制信号，引脚5连接所述继电器rl2的引脚1，引脚2和引脚4均接地。

可选地，所述第二自锁电路包括：继电器rl3、二极管d4、二极管d5、放大器u9和继电器rl4；

所述继电器rl3的引脚1连接所述电压比较器u8的输出端，引脚2接地，引脚3连接电源电压，引脚4连接所述放大器u9的正向输入端、所述二极管d4的正极和所述继电器rl4的引脚3；

所述二极管d4的负极连接所述二极管d5的正极；

所述二极管d5的负极连接所述放大器u9的反向输入端；

所述放大器u9的输出端连接所述光电转换电路；

所述继电器rl4的引脚1输入第二控制信号，引脚5连接所述光电转换电路，引脚2和引脚4均接地。

可选地，还包括：峰值保持电路；

所述峰值保持电路的输入端连接所述增益选择电路的输出端，输出端连接所述主控制器的输入端；

所述峰值保持电路，用于保持放大后的所述电压信号的峰值。

可选地，所述峰值保持电路包括：放大器u7、二极管d6、二极管d7、二极管d8、电容c20和电压比较器u10；

所述放大器u7的正向输入端连接所述增益选择电路的输出端，反向输入端连接所述电压比较器u10的输出端和所述二极管d8的正极，输出端连接所述二极管d8的负极和所述二极管d6的正极；

所述二极管d6的负极连接所述二极管d7的正极；

所述二极管d7的负极连接所述电容c20的第一端和所述电压比较器u10的正向输入端；

所述电容c20的第二端接地；

所述电压比较器u10的反向输入端连接所述电压比较器u10的输出端，输出端连接所述主控制器的输入端。

可选地，所述峰值保持电路还包括：三级管q4、电阻r19和电阻r20；

所述三级管的集电极连接所述二极管d7的负极，基级连接所述电阻r19的第一端、电阻r20的第一端，发射极接地；

所述电阻r20的第二端接地；

所述电阻r19的第二端用于输入放电信号。

可选地，光电二极管pin、模拟开关、电阻r1、电阻r2和电阻r3；

所述光电二极管pin的输入端用于采集待检测光源的光信号，输出端分别连接所述电阻r1的第一端、所述电阻r2的第一端和所述电阻r3的第一端；

所述电阻r1的第二端、所述电阻r2的第二端和所述电阻r3的第二端分别连接所述模拟开关的第一传输通道、第二传输通道和第三传输通道，其中所述电阻r1、所述电阻r2和所述电阻r3的阻值各不相同；

所述模拟开关的输入端连接有所述增益选择电路，输出端连接所述电压比较电路和所述主控制器。

可选地，所述光电转换电路还包括：放大器u4；

所述放大器u4的反向输入端连接所述光电二极管pin的输出端，正向输入端接地，输出端负反馈至放大器u4的反向输入端。

从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：

本申请提供的一种光电功率计，包括：光电转换电路、增益选择电路主控制器和显示电路；光电转换电路，用于将采集到的待检测光源的光信号转换为电压信号；增益选择电路，用于对比电压信号和预置参考电压，并根据对比结果选择光电转换电路中用于放大电压信号的放大倍数；主控制器，用于测量经由放大倍数放大后的电压信号，得到对应的光功率；显示电路，用于显示光功率。

本申请中，在光电转换电路将检测到的光信号转换为电压信号后，增益选择电路根据该电压信号和预置参考电压的对比结果，自动地适应性地调整光电转换电路中用于放大电压信号的放大倍数，然后主控制器对放大后的电压信号进行测量的到光功率，最后由显示电路输出该光功率，相较于现有技术中手动换挡的光电功率计，操作简单，且保护了电路结构，从而解决了现有手动换挡的光电功率计操作麻烦，且容易烧毁电路的技术问题。

附图说明

图1为本申请实施例中一种光电功率计的结构示意图；

图2为本申请实施例中增益选择电路的结构示意图；

图3为本申请实施例中峰值保持电路的结构示意图；

图4为本申请实施例中光电转换电路的结构示意图；

图5为本申请实施例中一种光电功率计的应用例的流程示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供了一种光电功率计，解决了现有手动换挡的光电功率计操作麻烦，且容易烧毁电路的技术问题。

下面将结合附图对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请实施例保护的范围。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可更换连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

以便于理解，下面对本申请提供的一种光电功率计进行详细说明。

本申请实施例提供一种光电功率计的实施例一，具体请参阅图1。

本实施例中的光电功率计，包括：光电转换电路、增益选择电路主控制器和显示电路；光电转换电路，用于将采集到的待检测光源的光信号转换为电压信号；增益选择电路，用于对比电压信号和预置参考电压，并根据对比结果选择光电转换电路中用于放大电压信号的放大倍数；主控制器，用于测量经由放大倍数放大后的电压信号，得到对应的光功率；显示电路，用于显示光功率。

本实施例中，在光电转换电路将检测到的光信号转换为电压信号后，增益选择电路根据该电压信号和预置参考电压的对比结果，自动地适应性地调整光电转换电路中用于放大电压信号的放大倍数，然后主控制器对放大后的电压信号进行测量的到光功率，最后由显示电路输出该光功率，相较于现有技术中手动换挡的光电功率计，操作简单，且保护了电路结构，从而解决了现有手动换挡的光电功率计操作麻烦，且容易烧毁电路的技术问题。

以上为本申请实施例提供的一种光电功率计的实施例一，以下为本申请实施例提供的一种光电功率计的实施例二，具体请参阅图1。

本实施例中的光电功率计包括：光电转换电路、增益选择电路主控制器和显示电路；光电转换电路，用于将采集到的待检测光源的光信号转换为电压信号；增益选择电路，用于对比电压信号和预置参考电压，并根据对比结果选择光电转换电路中用于放大电压信号的放大倍数；主控制器，用于测量经由放大倍数放大后的电压信号，得到对应的光功率；显示电路，用于显示光功率。

具体地，如图2所示，增益选择电路包括：电压比较电路和自锁电路；电压比较电路，用于对比电压信号和预置参考电压，得到对比结果；自锁电路，用于将对比结果输入至光电转换电路，使得光电转换电路，根据比较结果选择放大电压信号的放大倍数。

具体地，如图1和图2所示，电压比较电路包括：电压比较器u1、继电器rl2和电压比较器u8；自锁电路包括：第一自锁电路和第二自锁电路；电压比较器u1的正向输入端连接光电转换电路的输出端，输出端通过第一自锁电路连接至继电器rl2的引脚1；继电器rl2的引脚2接地，引脚3连接光电转换电路的输出端，引脚4连接电压比较器u8的正向输入端；电压比较器u8的输出端通过第二自锁电路连接光电转换电路。

需要说明的是，本实施例中电压比较电路，利用运放构成比较器组成。为了实时了解adc参考电压和放大电路的大小关系以避免超出量程，故用电压比较电路对比这两者的大小。当放大电压(放大后的电压信号，简称为放大电压)>参考电压时，则输出正向最大不失真电压；当放大电压<参考电压时，则输出反向最大不失真电压。如果采用的是单电源供电运放，即运放的反向供电电源接地。则比较器要么输出最大正向不失真电压，要么输出0，等效输出“0”“1”的数字信号。该种电压比较方式相较于单片机采集并判断的方式，采集时间短，故可以响应于光信号变动较快的情形。

可以理解的是，本实施例中因为三个放大倍数的选择，即反馈电阻有三个，不同的阻值代表不同的放大倍数。而电路的设计思想是，默认情况下，反馈电阻选100k，因为测的是微弱小信号，所以放大倍数要足够大。然后就会进入比较电路，当微弱小信号放大100k倍即105倍时，转换得到的电压高于参考电压，此时不能将电压信号对adc传输，否则容易使主控制器烧坏，所以就换一个反馈电阻10k的，即转换放大倍数，但是转换得到的电压，如果仍然大于参考电压，则再转为1k的。

在工作时，比较次序是先比较电压比较器u1再比电压比较器u8。因为如果此时转换得到的放大电压高于参考电压时，电压比较器u1输出高电平，自锁电路将其锁住为高电平。这个高电平控制继电器rl2，使电压信号能进入电压比较器u8做进一步比较。

具体地，如图1和图2所示，第一自锁电路包括：继电器rl1、二极管d1、二极管d2、放大器u3和继电器rl5；继电器rl1的引脚1连接电压比较器u1的输出端，引脚2接地，引脚3连接电源电压，引脚4连接放大器u3的正向输入端、二极管d1的正极和继电器rl5的引脚3；二极管d1的负极连接二极管d2的正极；二极管d2的负极连接放大器u3的反向输入端；放大器u3的输出端连接继电器rl2的引脚1；继电器rl5的引脚1用于输入第一控制信号，引脚5连接继电器rl2的引脚1，引脚2和引脚4均接地。

第一自锁电路的输出端还连接有电阻r11和电阻r12，放大器u9的反向输入端还连接有电阻r9和电阻r10。

需要说明的是，如图1和图2所示，第二自锁电路包括：继电器rl3、二极管d4、二极管d5、放大器u9和继电器rl4；继电器rl3的引脚1连接电压比较器u8的输出端，引脚2接地，引脚3连接电源电压，引脚4连接放大器u9的正向输入端、二极管d4的正极和继电器rl4的引脚3；二极管d4的负极连接二极管d5的正极；二极管d5的负极连接放大器u9的反向输入端；放大器u9的输出端连接光电转换电路；继电器rl4的引脚1输入第二控制信号，引脚5连接光电转换电路，引脚2和引脚4均接地。

第二自锁电路的输出端还连接有电阻r15和电阻r16，放大器u9的反向输入端还连接有电阻r13和电阻r14。

需要说明的是，当放大电压>参考电压时，电压比较电路输出正向电压，从而改变模拟开关的传输通道，因此这样的结果是脉冲式的。但是模拟开关的通道选择脚需要的是电平式的，因此需要一个“自锁”电路，让其始终为高电平。于是，设计一个“自锁”电路。

当放大电压高于参考电压时，例如电压比较器u8中的正向输入端输入的就是转换得到的电压，如果比反向输入端输入的参考电压高，则电压比较器u8输出的是该放大器的正电源电压值，即+5v。对于继电器rl3来说，左边形成了通路，于是把衔铁吸引，继电器内部的开关闭合，+5v接入自锁定电路。对于u9来说，反向输入端接入的是经过对5v分压得到的2.5v电压，而u9的正向输入端和反向输入端是通过二极管d4和d5连接的，而二极管导通电压为0.7v左右，所以正向输入端的电压uin+会比反向输入端uin-的电压高1.4v左右，即uin+＝uin-+2*0.7，而u9通过rl4构成正反馈回路，所以会导致u9一直对电压进行放大，直到饱和，即输出正电源电压值5v，对于rl4而言，p1.5是控制这个自锁电路停止工作的。因为当单片机p1.5脚输出高电平时，与地形成通路，于是把rl4的衔铁往下吸引，u9就没有了正反馈，而另外rl3也断开了，所以u9的输出慢慢地降为0v，等待下一次比较。

需要说明的是，对于峰值保持电路的输入而言，因为放大电压是波动的，所以如果adc的转换时间不够快，容易导致误判/误测。如图1和图3所示，本实施例中的光电功率计还包括：峰值保持电路；峰值保持电路的输入端连接增益选择电路的输出端，输出端连接主控制器的输入端；峰值保持电路，用于保持放大后的电压信号的峰值。

具体地，峰值保持电路包括：放大器u7、二极管d6、二极管d7、二极管d8、电容c20和电压比较器u10；放大器u7的正向输入端连接增益选择电路的输出端，反向输入端连接电压比较器u10的输出端和二极管d8的正极，输出端连接二极管d8的负极和二极管d6的正极；二极管d6的负极连接二极管d7的正极；二极管d7的负极连接电容c20的第一端和电压比较器u10的正向输入端；电容c20的第二端接地；电压比较器u10的反向输入端连接电压比较器u10的输出端，输出端连接主控制器的输入端。

需要说明的是，当输入放大电压时，因为放大器u7的输出脚6脚的电压高于电容c20的电压，二极管d6和二极管d7正向导通，于是对电容c20充电，c20能够充到这个放大电压的大小，当小于输入的放大电压时，即6脚电压低于c20两端的电压，由于二极管的单向导通性，则输入电压不能对电容充电，于是从后面来看，输出的仍是和输入保持不变的放大电压。

进一步地，为了防止电容c20上的电压不能及时外泄导致下一次检测有误差，峰值保持电路还包括：三级管q4、电阻r19和电阻r20；三级管的集电极连接二极管d7的负极，基级连接电阻r19的第一端、电阻r20的第一端，发射极接地；电阻r20的第二端接地；电阻r19的第二端用于输入放电信号。

可以理解的是，为了保持电路结构稳定性，峰值保持电路还可以连接有电容c15、电容c16、电容c17、电容c18、电容c19、电阻r17和电阻r18。

需要说明的是，三级管q4、电阻r19和电阻r20构成放电电路，即p1.7控制的电阻r19，电阻r20，三级管q4组成，当p1.7输出放电信号，即高电平时，q4导通，c20对地放电。

需要说明的是，如图4所示，光电转换电路包括：光电二极管pin、模拟开关、电阻r1、电阻r2和电阻r3；光电二极管pin的输入端用于采集待检测光源的光信号，输出端分别连接电阻r1的第一端、电阻r2的第一端和电阻r3的第一端；电阻r1的第二端、电阻r2的第二端和电阻r3的第二端分别连接模拟开关的第一传输通道、第二传输通道和第三传输通道，其中电阻r1、电阻r2和电阻r3的阻值各不相同；模拟开关的输入端连接有增益选择电路，输出端连接电压比较电路和主控制器。

进一步地，光电转换电路还包括：放大器u4；放大器u4的反向输入端连接光电二极管pin的输出端，正向输入端接地，输出端负反馈至放大器u4的反向输入端。

需要说明的是，放大器u4连接有负反馈回路，所以具有“虚短”和“虚断”的特性，而正输入端接地，即对地电位为0v。所以，由“虚短”特性可知，反向输入端的电压也为0v。同时，由“虚断”特性得知反向输入端的输入电流也为0a。所以，可得输入电流iin与输出电压vout的关系为：

vout＝iin*r，

式中，r为选择的反馈电阻对应的阻值。

可以理解的是，如图4所示，为了电路结构稳定，光电转换电路中还连接有电容c7、电容c2和电容c1。

具体地，本实施例中的主控制器采用stc12c5a芯片，它是增强版的8051单片机，具有高速、低功耗、超强抗干扰的优点，而且价格低廉，可降低产品制作成本。

具体地，本实施例中的显示电路lcd12864作为显示屏幕，将光功率结果在屏幕上显示。因为二极管的电流对输入光的响应关系是手册上给出的，或者已经自行测量好的。所以程序中只要把所检测的adc值转换为对应的模拟电压值，然后把模拟电压值除以放大倍数，得到光响应电流值，由对应关系可得光功率。

如图5所示，本实施例中的光功率计的工作原理为：首先pin二极管接收到由待检测光源发出的光，响应出相应的光电流。然后光电流就进入放大器u4，因为对模拟开关的传输通道a脚供以正电源，即始终为高电平，所以模拟开关的默认的传输通道为通道1，即选择电阻r3作为反馈电阻，此时经传输通道一输出放大电压。然后进入电压比较器u1，如果放大电压<参考电压vref，则u1输出为负电源电压数值，而u1的负电源端接地，所以此时输出为低电平0v，模拟开关的传输通道不变。然后放大电压经由峰值保持电路保持稳定，再主控制器进行adc，从而检测出峰值电压，并显示检测的光功率值。

而如果放大电压>adc参考电压vref，电压比较器u1则输出u1的正向电源端电压值即+5v，然后继电器铁芯线圈通电，将衔铁吸引，使5v接入自锁电路。在自锁电路中因为放大器u3引入正反馈，而放大器u3的正向输入端比反向输入端高两个二极管导通电压，所以通过正反馈实现自锁，最终放大器u3输出+5v电压。而放大器u3输出的这个+5v电压输入到模拟开关的引脚控制b脚，从而改变传输通道，模拟开关的通道选择脚“cba”的电平状况变为011，于是接通了通道3，即选择电阻10k作为反馈电阻。如果没有自锁电路，一旦改变模拟开关的传输通道，电压比较器u1输出的又恢复为低电平则又会导致模拟开关导通的是通道1。所以为了模拟开关的传输通道脚始终得到高电平，于是加了“自锁”电路。“自锁”电路中的运放的反向端电压为0.5vcc，所以当自锁电路没输入时，放大器u3输出的始终为低电平。

另外，当放大器u3输出为高电平时，使继电器rl2的铁芯线圈得电，将衔铁吸引，从而进入电压比较器u8。其工作原理同上，当10k作为反馈电阻时，即放大倍数为104，所放大电压高于adc参考电压vref，则比较器u8输出高电平，并使自锁电路输出一直输出高电平，从而使模拟开关的三个通道控制脚“cba”的电平为111，选择1k电阻作为反馈电阻，即实现放大倍数的再一次调整。通过此方法来实现自适应量程检测。当完成一次检测后，通过单片机控制继电器的放电脚，将“自锁”电路中的运放断开和峰值保持电路中的电容进行放电，从而恢复初始状态。

增益选择电路图中，p2.3和p2.4是检测脚，用来判断adc结果是在哪一个反馈电阻，即放大倍数下所得到的结果。

本实施例中，在光电转换电路将检测到的光信号转换为电压信号后，增益选择电路根据该电压信号和预置参考电压的对比结果，自动地适应性地调整光电转换电路中用于放大电压信号的放大倍数，然后主控制器对放大后的电压信号进行测量的到光功率，最后由显示电路输出该光功率，相较于现有技术中手动换挡的光电功率计，操作简单，且保护了电路结构，从而解决了现有手动换挡的光电功率计操作麻烦，且容易烧毁电路的技术问题。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。