摘要：通過光電傳感器將待測光信號變化轉變為模擬信號，對模擬信號進行AD處理分析得到光信號的參數特性并在51單片機上通過串口通訊輸出。

　　1 背景概述

　　1.1 光功率定義

　　光功率是光在單位時間內所做的功。光功率常用單位是毫瓦(mW)和分貝(dB)，其中兩者關系為1mW=0dB，而小于1mW的分貝為負值。例如，在光纖收發器或交換機說明書中，有其產品的發光和接收光功率，通常發光小于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態范圍，發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好處

　　(1)數值較小，便于記錄。電路放大倍數通常數量級較大，有些大型電路甚至達到萬級以上。用分貝表示時，先轉化為對數，數值較小，便于記錄。(2)運算方便。放大器級聯時，總的放大倍數是各級相乘。用分貝做單位時，總增益就是相加。如果某個功率放大器第一級的放大倍數是100倍(20dB)，第二級是20倍(13dB)，則總功率放大倍數為2 000倍，總增益33dB。

　　1.3 光功率計的設計要點

　　針對實際應用，要選擇適合的光功率計，應該關注以下各點：

　　(1)選擇最優的探頭類型和接口類型。

　　(2)評價校準精度和編寫校準程序，與光纖和接頭要求范圍相匹配。

　　(3)確定這些型號與測量范圍和顯示分辨率相一致。

　　(4)具備直接插入損耗測量功能。

　　2 實驗器件

　　光功率計探頭(光電傳感器)，P89V51單片機實驗板，RC低通濾波電路，TL074，CS5550，導線若干。

　　3 各功能模塊詳解

?

　　3.1 光功率計探頭

　　光功率計探頭，是光信號轉換為電信號的核心部件。探頭帶有光電傳感器，用來接收被測光源的輻射并將其轉換為電流信號。探頭采用雙線正負兩個端口輸出。當被檢測光源強度發生變化時，傳感器輸出的電流會隨之改變。我們通過對電流量變化進行轉換分析最終獲得外部光源的光功率變化參數。

　　3.2 I/U變換

　　光功率探頭輸出小電流信號。電流信號與電壓信號相比，長距離傳輸抗干擾性能較好。但是由于本次試驗距離較短，同時為了與后面電壓放大器相匹配，所以要轉換為電壓信號。連接時，光功率探頭的輸出正端口接入轉換電路輸入端，負端口與I/U變換電路共地連接。圖2電路圖中，J1為檔位調節開關。

　　3.3 運算放大電路

　　將電壓信號通過儀用放大器進行放大。儀用放大器設計簡單、放大效果好并且能夠通過滑動電阻調整增益，便于實時調節電壓信號、保護ADC芯片的輸入量程、保護電路等。

　　關于放大電路和I/U信號轉換電路中運放芯片的選取，本設計采用TL074芯片。TL074芯片低功耗，低成本，擁有較低的輸入偏置和低噪聲，高輸入阻抗及電流補償，同時是具有內部頻率補償的一款常見芯片。電路設計如圖3所示。

圖3中電阻阻值R11=R10=R=R13=R12 R7=R9

　　輸出電壓表達式：

?