[發明專利]一種多量程熱電堆激光功率計實現相同零點功率的方法

有效

• 申請號: 201610330213.X
• 申請日: 2016-05-18
• 公開（公告）號: CN106052859B
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: 張鵬;吳寅初;董杰;韓順利;韓強
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十一研究所
• 主分類號: G01J1/42
• 分類號: G01J1/42
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司37205
• 代理人: 王連君

技術領域

本發明涉及一種多量程熱電堆激光功率計實現相同零點功率的方法。

背景技術

熱電堆激光功率計主要由熱電堆探測器和數據采集電路組成，數據采集電路一般包含多量程放大電路、模數轉換器，熱電堆探測器接收激光之后產生模擬電壓信號，此電壓信號經過數據采集電路的放大電路、模數轉換器之后轉換為數字電壓信號。當沒有激光入射時，熱電堆探測器存在零點電壓、數據采集電路存在噪聲功率，因此熱電堆激光功率計存在零點功率，測試時需要調零。熱電堆激光功率計在使用時，可以根據熱電堆探測器輸出電壓信號的大小，選擇不同的量程，使電壓達到模數轉換器的最佳范圍。由于不同量程放大電路的放大倍數和噪聲功率是不同的，從而導致不同量程的零點功率不同。

目前，調零采用的方法是關閉激光器，等待熱電堆激光功率計穩定后，記錄當前量程的零點功率，打開激光器，用測試值減去零點功率。當更換量程時，需要重新調零。熱電堆激光功率計在使用時，至少需要30s才能穩定。另外，激光器開機之后需要穩定才能使用，一般穩定時間大于30分鐘。

綜上所述，現有技術在更換量程時，需要重新調零，操作繁瑣；熱電堆激光功率計需要重復穩定，激光器也需要不斷開關，更換量程后，需要很長時間才能測試，測試效率低。

發明內容

鑒于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種多量程熱電堆激光功率計實現相同零點功率的方法，使熱電堆激光功率計在更換量程后，不需要重新調零，減少操作過程，提高測試效率。

為解決上述技術問題，本發明方案包括：

一種多量程熱電堆激光功率計實現相同零點功率的方法，其包括以下步驟：

A、計算不同量程時，數據采集電路的輸出電壓x與輸入電壓y之間的最佳函數；

y＝ax+b 式(1)

式(1)中的a、b是最佳函數的系數；

B、根據熱電堆探測器的響應度R和上述最佳函數計算激光功率：

C、設置入射激光功率為0瓦，選擇一個量程，使用FPGA模塊處理數據采集電路的輸出電壓x₀，并傳給上位機，在上位機中根據式(1)和式(2)計算得到零點功率P₀。

進一步的，所述步驟A具體的包括：

假設熱電堆激光功率計有N個量程，其中N為正整數，每個量程的最佳函數的計算方法是：

A1、上位機通過FPGA模塊選擇一個量程，在該量程內，使用衰減片等間隔的控制入射到熱電堆探測器的激光功率，必須包含激光功率是0瓦的情況，此時熱電堆探測器輸出的電壓是零點電壓；

A2、不同入射激光功率時，使用數字電壓表測試熱電堆探測器的輸出電壓是y_i(i＝0,1,…,n)，該電壓是模擬電壓，也是數據采集電路的輸入電壓，其中y₀是激光功率為0瓦時數據采集電路的輸入電壓；

A3、數據采集電路的輸入電壓經過量程放大電路、模數轉換器之后轉換為數字電壓，即數據采集電路的輸出電壓；

A4、通過FPGA模塊對模數轉換器轉換之后的數字電壓處理，并傳輸給上位機；不同入射激光功率時，處理之后數據采集電路的輸出電壓是x_i(i＝0,1,…,n)，其中x₀是激光功率為0瓦時數據采集電路的輸出電壓；

A5、通過最佳函數和數據采集電路的輸出電壓，使計算得到的輸入電壓Y_i與實測輸入電壓y_i之間的誤差平方和δ最小：

為了使不同量程具有相同的零點功率，最佳函數還必須滿足(x₀，y₀)，即

y₀＝ax₀+b 式(4)

結合式(1)、式(3)與式(4)，計算得到誤差平方和函數是：

為使誤差平方和最小，使用誤差平方和函數δ對a求導數，令這個導數等于零，計算得到誤差平方和最小時最佳函數的系數是：

A6、上位機通過FPGA模塊切換量程，重復步驟A1～A5，直到每個量程的最佳函數求出為止。

進一步的，所述步驟A4，通過FPGA模塊對數字電壓的處理方法是：把模數轉換器轉換之后的1024個數據的平均值作為數據采集電路的輸出電壓。