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1、生物与食品工程学院毕业小论文 阅读后请删除此文本框。（填写8位号）学生学号10110248学生姓名王某某专业班级生工101102指导教师 张某某教 授 联合指导教师 XXX教 授 完成日期2014.6.18吉林化工学院Jilin Institute of Chemical Technology附件1例文：附件2撰写规范一种精密光功率测量方法吴 鹏,艾学忠*（信息与控制工程学院，自动化 0101班）摘要：本文介绍一种精密光功率测量方法，测量范围为-7010dBm。分析了PIN光电接收元件的P-I（光功率-光电流）特性实际模型的建立以及光功率测量电路的实现方法。关键词：光功率；对数放大；A/D；单
2、片机0 引 言光纤损耗是反映光纤通路技术指标的重要参数，光纤损耗的测量有两种基本方法：一种是测量通过光纤的传输光功率，称剪断法和插入法；另一种是测量光纤的后向散射光功率，称后向散射法。剪断法是使用较多的测量方法，不论哪种方法，要测量光纤通路损耗量（衰减量），都必须测量光功率。那么，如何能精确测量光功率呢？本文介绍一种建立光功率-光电流实际测量模型及应用对数运算放大电路实现光功率测量的方法。1 测量原理图1 光功率测量框图光功率测量系统如图1所示，光源通过注入装置向光纤输入光信号，检测器对通过光纤的光信号进行检测。假设在A点测得的光功率为P1，检测器的光电流为I1，在B点测得的光功率为P2，检测
3、器的光电流为I2， PIN光电二极管的暗电流为I0。则可得出检测器PIN光电二极管接收光功率和光电流之间的实际模型为： （1）分析（1）式，如果通过定标测得一组光功率P1对应的光电流I1，就可以通过测量任意光电流I2来测量产生此光电流的光功率值P2，这就是光功率测量原理。2 电路设计2.1 光-电转换电路图2 光-电转换电路U光-电转换电路如图2所示，PIN光电二极管接收到光纤中的光信号后，产生与光强对应的电流信号I，电流I经运算放大电路构成的I-U转换电路转换成电压信号U输出。S1、S2用来切换I-U转换的增益，以适应不同的光强信号。在这部分电路中所选运放为OPA2335，该器件为极低温漂和
4、失调的精密运算放大器。在图2中有下式成立： （2）式中：I为光电检测器件的输出光电流；R为运放电路的等效反馈电阻，与电阻R1、R2、R3以及开关S1、S2的状态有关；U为光电转换电路输出电压。2.2 对数运算电路从式（1）中可以看出光信号强度在-7010dBm范围变化时对应的光电流将跨越8个数量级，要达到一定的测量精度线性放大电路难以实现。因此，要将光-电转换后的信号进行对数运算。对数运放选用MAX4206，MAX4206的功能是计算输入电流与基准电流(外部或内部生成的)比的对数，提供对应的电压输出，其缺省比例系数为0.25V/10倍。该器件工作于+2.7V至+11V的单电源或2.7V至5.5
5、V的双电源，输入信号在10nA至1mA的范围。要使测量范围扩展到-7010dBm 即跨越超过5个数量级，必须在光-电转换电路通过S1、S2对信号进行增益调整。由MAX4206构成的对数运算电路如图3所示。MAX4206的电流输入端（LOGIN）电势VLOGIN为0.500V，对数运算之前必须先对信号变换，运放U1B（OPA2335）就是用来调整信号范围的，将输入信号和MAX4206的0.500V基准VREF0.5输出做加法，即： （3）图3 对数运算电路对数运放的输入电流ILOGIN为： （4）由（2）、（3）、（4）式及Ui=U得： （5）对数运算电路的输出电压为： （6）式（6）中，通过调
6、整R11能够改变对数运算参比电流值，以使对数运算电路适应不同的输入信号范围。A/D输入电压_对数运算输出LOGV1VCC单片机I/O_SDA单片机I/O_SCLADS1110VCC VIN+SDA VIN-SCL GND图4 A/D转换电路2.3 A/D转换电路对数运算处理后的信号LOGV1经A/D（选ADS1110）转换后才能送给单片机（选用AT89C52），单片机运算处理后得出测量结果，由液晶（选RT12232F）显示出来，完成测量功能。由于只有A/D转换器件涉及测量精度，在此仅介绍ADS1110的特性、ADS1110与单片机及模拟信号接口方式。ADS1110是美国TI公司生产的低功耗、微
7、封装、16位A/D转换器。其特性为：SOT23-6型封装体积极小，16位分辨不丢码，最大非线性误差0.0125% ，连续自校准，可设置为单次或循环转换，增益可编程（1，2，4，或8），低噪声，可编程数据转换率，内置系统时钟，I2C接口，2.7V到5.5V供电，90A工作电流。ADS1110的数据读写是基于I2C总线操作的，AT89C52单片机没有现成的I2C总线，可以用I/O口模拟I2C总线的方式与ADS1110接口。3 提高测量精度的软件措施光功率在-7010dBm范围内变化时PIN光电检测元件的光电流将跨越8个数量级，运放的失调特性等必然造成测量结果的非线性（虽然ADS1110本身也存在非
8、线性误差，但相对运放失调造成的非线性误差可以忽略）。实际测得的光功率与A/D转换结果之间的关系可用A/D结果-70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 dBm 图5 光功率与A/D转换结果之间的关系曲线图5所示曲线表示。从图中可以看出，在-50dBm-70dBm范围内由于光电流很小，因此运放的失调电流对测量精度影响很大，硬件措施无法消除这部分非线性误差。yi+2yi+1yyi图6 二次插值数据处理示意图xi x xi+1 xi+2要提高测量精度，还要在软件算法上采取多点校准，并对校准点和A/D结果进行二次插值补偿。这样就能够达到很高的测量精度。二次插值的方法对数据处理是通
9、过实验的方法存入输入信号量和测量结果序列(x0，y0)，(x1，y1)，(x2，y2)，(xn，yn)，对于任意测量结果，假设通过查表在测量结果序列中的位置是yiyyi+1 yi+2（0 i n2）（如图6所示），则对应的输入信号值x可用下式计算： (7)由于在(xi,xi+2) 邻域内，把信号拟和成抛物线，使得拟和精度大大提高，因此在保证相同的计算精度前提下，可以把变量序列的步长取得相对较大，这样，可以大大压缩表格数据的存储量。在对温度信号分度表处理时，相同的误差条件下，二次插值节点的步长约是线性插值节点步长的20倍。因此，表格存储量仅是线性插值的二十分之一。提高拟合精度的方法有两个，一是增
10、加拟合曲线的阶次，这种方法运算量大；另一个方法是增加分段数，即减小插值步长，这种方法存储量大。要综合考虑系统存储能力和CPU运算速度来决定采用哪种方法。4 结论上述测量电路及方法实测结果：分辨率0.01dBm，精度优于0.05dBm。由于对数运放MAX4206单电源供电、功耗低，十分适用于电池供电的精密手持光功率测量设备或光纤测试设备。参考文献1 刘增基. 光纤通信M. 西安: 西安电子科技大学出版社, 20012 康华光, 陈大钦，等. 电子技术基础（模拟部分）M. 北京: 高等教育出版社, 20003 张毅刚, 修林成, 胡振江. 单片机应用设计M. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社, 19
11、96A precision approach to optical power testWU Peng , AI Xue-zhong*(Class-0101, Major of Automation, College of Information &Control Engineering)Abstract: A precision approach to optical power test is presented in this paper. The optical power within the range of 70dbm10dbm can be measured accuratel
12、y. The model construction of the P-I characteristics of the photoelectrical receiver is analyzed, and the circuit dedicated to optical power test is put forward.Key words: optical power; logarithmic amplification; A/D; MCU生物与食品工程学院毕业设计（论文）小论文撰写规范毕业生应根据毕业设计说明书（论文报告）内容，进行精简和浓缩，撰写一篇符合公开发表格式要求的论文。一、行文要求
13、1题目应简明、准确，不宜用缩略词。2论文摘要应包括本论文的主要成果和结论性意见。设计摘要应包括本设计主要内容、设计原则、设计标准及主要技术资料。中文摘要100字以内，英文摘要应与中文摘要内容相同。3关键词须能反映文稿的内容特征，一般选3-5个，以分号间隔开。最后一个关键词的后面不加任何符合。4正文要求言简意赅、术语规范、论据充分、条理清楚，图表、公式、程序安排紧凑。插图、表格、公式、数字、名词术语、计量单位的用法及引用参考文献，可参照信控学院本科学生毕业设计说明书（论文）模版中相关规定执行。5正文应不少于3000汉字。6英文翻译放在文章结尾处。二、打印要求1标题：黑体小二号字，居中排列，1.3
14、倍行距，段前断后均为0行。2学生姓名、指导教师姓名：楷体四号，居中排列，1.3倍行距，段前断后均为0行。3教学院、专业全称、班级：宋体六号字，居中排列，加圆括号，1.3倍行距，段前断后均为0。4摘要、关键词：宋体小五号字，两端对齐，1.3倍行距。关键词另起一行。“摘要”、“关键词”需加黑。5正文：1.3倍行距，宋体五号字，两端对齐，首行缩进两个字符。图表大小合适、规范。6指导教师简介：放在文章第一页最下端，单倍行距，宋体小五号字。（详见例文）7参考文献：宋体五号字，两端对齐（“参考文献”四个字为宋体四号加黑、居中）。具体参考文献书写格式可参照信控学院本科学生毕业设计说明书（论文）模版中有关参考文献的要求执行。8英文翻译格式：（1）标题：1.3倍行距，Times New Roman
