激光功率检测自动化装置研究

徐 渠

(连云港广播电视大学，江苏连云港222000)

1 研制激光功率检测自动化装置的意义

为了有效保障激光计量工作的准确性，人们相继建立了一些激光计量标准装置.但是，人们在检定激光计量器具时，主要采用的是人工模式，在这个过程中，不仅耗费大量的人力物力，而且还容易产生误差［1］.因此，为了有效提高检测效率，需要研制出激光功率检测自动化装置，实现相关器具检定的自动化模式.在激光的应用中，其参数计量的发展对激光技术的发展具有很大的影响［2］.因此，研制激光功率检测自动化装置，可以有效用于激光功率计量检定过程，从而有效推动激光应用的良好发展.

2 装置的组成结构及其设计

2.1 装置的构成

在激光功率检测自动化装置中，主要的构成部分有中央监控、显示、键盘、激光功功率计上的功率量值进行采集，然后按照相关的检测要求，对采集的功率值进行数据运算处理，完成数据处理工作后，再由打印机将检测结果打印出来［3］.

数据采集等.在这个装置中，它使用中央处理器(这里采用的是型号为MCS-51单片机系列中的芯片，芯片的机种为8031)并充分利用A/D转换器，对显示在在这个检测的过程中，快门的开启和关闭操作都是自动控制方式.

2.2 各构成部分的设计

2.2.1 中央监控的设计

中央处理器是整个装置的重要部分，对装置的应用效果具有重要的影响.因此，为了有效保障装置的应用效果，这个部分采用的是典型电路，在原有的单片机系列的芯片8031的基础之上，对其进行了扩展，主要包括三个方面:其一，EPROM，它能在断电的情况下，仍然可以有效保留数据，从而有效避免数据的遗失;其二，RAM，即所谓的随机存取存储器，可以作为一种临时的数据存储媒介;其三，I/O口，它属于一个输入输出的端口，完成数据的相关输入、输出操作［4］.

2.2.2 数据采集部分的设计

在这个部分的设计中，参照激光功率计检定的相关要求，设计了两路A/D转换器，分别采集两种显示值，一种是标准激光功率计的显示值，另一种是代检激光功率计上的显示值［5］.一般来讲，功率计显示中，采用的是3位半表.因此，为了达到读数一致的目的，这里的A/D转换器为3位半双斜积分式，型号为MC14433.这种转换器具有多方面的优点，比如不易受到外部因素的影响，即抗干扰性能强，还具有高度的转换精度.此外，这种转换器的内部还有时钟发生器，这样就可以省略外部提供采用脉冲操作，因而完成上电操作后，就可以转换外部模拟输入电压.在数据采集部分中，将电路上的MC14433设备同直接与单片机上的扩展口连接起来，在接口程序中，单片机就可以直接运用查询方式，实现A/D转换结果.在数据采集操作中，为了保障采样值与功率显示值相吻合，为后期调整电路操作中，可以非常直观地看到具体的采样值，电路中，需要将A/D转换通过数码管的方式显示出来.

2.2.3 键盘部分的设计

在这个部分的设计中，采用宽为2，长为8的矩阵键盘，主要负责的是数据和命令的输入工作.通常情况下，在测量工作开始时，程控扫描法是键盘工作所采取的方式，换而言之，就是先由单片机对键盘进行不停的扫描，当有键按下时，这个扫描工作才会停止，整个测量仅仅是被当做一个键值的处理过程［6］.当完成每一个测量周的工作之后，就会对测量进程的键盘工作方式进行修改，此时将其设置为定时扫描法，这个时候就会定时扫描，当到了定时时间之后，它就会自动停止工作，从而便于测量进程的修改.当然，如果在定时时间内，修改测量进程的工作没有进行按键处理，那么当其到了定时时间后，会直接自动停止键盘扫描工作，并且可以直接继续后面的工作.

在处理键盘接口电路过程中，采用的是串行口的方式，即串行移位寄存器，还有单片机.具体的接口程序如下:首先，参照键盘识别原理，看是否有键盘按下，如有，那么在调节延时操作时，就直接消除键抖动，然后结合按键的具体排列位置情况，完成键值的计算.在键盘操作中，为了保障键的闭合同单片机的处理保持一致(即前者闭合一次，后者也相应地只做一次处理)，这里需要等键释放之后，才可以对其进行相关的处理.

2.2.4 显示部分的设计

这个部分的设计主要分为两个方面的内容.其一，测量状态显示.它主要是用发光二极管来指示，其中涉及多方面的内容，比如测量方法、量程选择等，这个部分的接口线路与键盘部分比较相似，这里就不再阐述.其二，测量次数显示.它用两个数码管来显示.为了有效节省单片机资源，这里采用了并行静态显示.在其电路中，采用了两个显示芯片MC145143.在测量次数显示中，先由单片机扩展口将测量次数输入到MC145143中，然后经过它的锁存、译码处理之后，会直接输出7段显示器的字型码，并且还要完成带段输出驱动器操作.在锁存输入端的控制中，是由单片机来负责，测量次数会随着测量工作的进行而减少，一直到测量次数显示为0后，才可以对测量数据采取处理工作.

2.2.5 快门部分的设计

在这个部分的设计中，因为使用了继电器和线圈，容易非常容易产生电磁干扰.为了有效降低干扰，在单片机和快门控制电路之间，需要采取相应的隔离措施，这里采用光电耦合器，因为其具有良好的隔离效果.为了最大程度上减少快门控制电路对其它电路的干扰，快门控制电路需要采用独立电源［7］.此外，光电耦合器输出电流时，必须要经过晶体管的放大处理，这样才能实现直流继电器的驱动操作.

2.2.6 打印机部分的设计

这个部分采用的是台式微型打印机，型号为TPμP-T40，接口为25针并行接口，它可以直接与单片机的PO口相连，从而有效实现其功能.此外，在接口程序中，主要的工作有两方面的内容，一方面是判断打印机的状态，另一方面是产生选通信号.

2.2.7 数据处理程序的设计

在装置的使用中，数据处理是其中的重要环节，它利用采集的数据，根据相关的要求，对数据进行运算.在这个装置中，A/D转换器的数据采集结果中，其采用的显示方式是十进制，并其使用BCD码来表示，不便于计算工作的开展［8］.因此，需要将其抓换成浮点数的形式.在数据显示方式的转换中，具体的过程如下:首先，对小数点的位置进行判断，得出具体的位置，然后利用数学上的转换方法，将十进制转换成二进制，对整数、小数两个部分进行分别转换，这样就可以完成数据显示方式的转换.当完成数据转换之后，就需要进行数据处理，然后再将结果打印出来.但是，经过数据处理之后，数据结果是一种二进制浮点数的方式来显示，人们阅读起来比较麻烦，这时候就由需要将其转换成BCD码形式.因此这里还需要设计另外一个程序，用于完成二进制浮点数转换成十进制BCD码.

3 激光功率检测自动化装置的评价

第一，在检测的过程中，可以按照实际功率检测步骤，实现快门的自动操作，包括快门的开启、关闭.第二，在数据操作中，可以实现自动记录和存储操作.此外，这个装置还能根据预编制的程序，对数据完成相关处理工作，然后将结果打印出来.第三，在测量的过程中，可以根据实际需要，选择正确的测量方法.第四，在测量的过程中，根据相关的程序设定，可以对测量进程进行相关操作，比如复位、修改.此外，根据相关的模拟数据和实际测量结果来看，它在数据采集方面，具有很大的优势，其相对误差只有百分之零点三;在数据处理方面，其相对误差只有百分之零点一.因此，将此装置用于激光功率计检定中，完全符合相关的检定要求，具有良好的应用价值.

综上所述，此激光功率检测自动化装置，既可以有效实现激光功率测量自动化操作，同时还可以用于激光功率计检定过程，具有良好的应用效果.

［1］曾凯.微弱激光功率检测方法与技术研究［D］.长沙:中南大学，2011.

［2］董晓曦.激光治疗仪的功率密度测量系统［D］.天津:天津医科大学，2011.

［3］桑鹏.激光功率传递标准装置的研制［D］.西安:西安工业大学，2012.

［4］张兴奎.激光功率检测技术研究［D］.长春:长春理工大学，2009.

［5］高然.基于ARM的智能激光功率计的研制［D］.北京:北京工业大学，2010.

［6］杨柳.纳秒激光器输出能量起伏检测装置的研究［D］.哈尔滨:黑龙江大学，2010.

［7］杨在富，马冲，王嘉睿，等.便携式医用激光源检定装置的研制及测量不确定度评定［J］.医疗卫生装备，2010，31(7):1-3，11.

［8］徐奉一，张蕊，贺爱锋，等.激光起爆器检测功率安全上限研究［J］.火工品，2014，(02):50-53.