一种新型的智能激光功率计

　　1　引　言

　　激光在日常生活各个领域中有着广泛的应用,如激光扫描、激光打印、激光表演、激光美容和激光医疗等等[1]。在一些应用领域,对所需激光的波长和功率有着严格的要求。这就要求功率计能对各种波长的激光功率进行精确测量。目前常见的小功率光电型激光功率计[2],一般只能测量单一波长的激光功率,或者通过更换滤光片和手动换挡的方式来测量多种波长的激光功率[3]。其测量过程繁琐,且测量精度较低。本文设计了一种通过单片机控制的智能型激光功率计。该功率计能够自动识别几种常见的激光波长,也可以手动输入其他激光波长,并根据波长自动进行数据变换,具有测量精度高、波长范围宽等优点。通过更换探头,可实现0. 1~100mW或1~5W激光功率的精确测量。

　　2　智能激光功率计的工作原理

　　系统工作原理如图1所示。测量方式分两种,一是测量红光(635nm )、绿光(532nm )、蓝光(473nm)三种常见激光功率;二是测量其他波长的激光功率。在方式一中,待测激光射入功率计以后,经分光镜分成两束光,一束为透射光,另一束为反射光。透射光束占输入光强的大部分,它通过一个光电池进行光电转换产生电压信号,该电压信号经放大后送给A/D转换和单片机,最终产生功率信号,并用LCD显示。一小部分反射光束经扩束器扩展后,照射到红光、绿光、蓝光三个窄带滤光片上,每个滤光片后均安装一个光电池,结果只有一个滤光片有光通过,其所对应的光电池有电压输出,单片机通过扫描光电池经放大后的这些电压信号,判断出入射光波长,并自动进行数据变换;在方式二中,单片机只扫描透射光通道的信号(下面所述的通道4),根据用户已经定义的波长计算出光功率信号,并显示出来。

　　3　系统硬件电路组成及工作原理

　　3. 1　硬件电路组成及工作原理

　　系统硬件电路组成原理如图2所示。光电池1、2和3中产生的信号是经分光镜反射的光束产生的,光电池4中产生的信号是经分光镜透射的光束产生的,这四路信号均经放大电路放大后送给电子开关。单片机通过控制逻辑控制电子开关导通状态。任意一路通过的信号均经A/D转换后送给单片机,单片机对测量数据进行存储、处理及显示。在处理过程中,对第1、2和3三路信号,单片机用来判断输入波长,并进行数据变换。第4路信号单片机经过计算产生功率信号。

　　3. 2　单片机及其外围电路

　　单片机采用51增强型的W77E58,它与标准80C52管脚兼容,指令集与MCS251兼容,具有两个全双工串口, 12个中断源, 32kB大容量Flash存储器, 1kB片上SRAM。外部接口电路简单,响应速度快,精度高。采用16位模数转换芯片,更提高了系统的精度。显示部分采用LCD显示,能耗低,散热少,可显示功率的平均值、当前值和最大值以及待测波长[4]。