光功率计及光功率测量方法与流程

1.本技术涉及红光功率测试领域，具体涉及一种光功率计及光功率测量方法。


背景技术：

2.传统的光功率计一般为毫瓦或者零点几瓦量级，功率测量范围较小，使用时需要外接电源及其他设备进行测量。统功率计使用成本高，功率消耗大，结构复杂，不能满足使用需求。


技术实现要素：

3.本技术实施例的目的在于提供一种光功率计及光功率测量方法，能够实时测量出光功率，功率测量范围增大，结构简单。
4.为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：第一方面，本技术实施例提供一种光功率计，包括光能转换模块、处理模块、显示模块以及温度检测模块，所述光能转换模块连接处理模块，光能转换模块用以将光能转化为电压值并传输给处理模块；所述处理模块连接显示模块，处理模块用以接收光能转换模块传输过来的电压值并进行处理，并将处理结果输送到显示模块；所述显示模块用以显示出处理模块处理得到的功率数据；所述温度检测模块连接处理模块，温度检测模块检测光能转换模块温度以及环境温度并将检测数据传输到处理模块用以克服温度对功率数据的影响。
5.所述光能转换模块包括外壳，在外壳上开设有用以接收待测光线的光线入射口以及用以与处理模块相连接的通讯接口，所述外壳内设置有电路板，电路板安装在支座上，所述电路板上安装有硅光电池，所述外壳内还安装有分光镜。
6.所述分光镜设置在光线入射口的正下方，用以将光信号进行衰减，所述硅光电池用以接收分光镜进行衰减后的光信号并将其转化为电压值。
7.所述电路板上设置有运算放大器，所述硅光电池转化的电压值经过运算放大器放大后传输给处理模块。
8.所述处理模块采用stm单片机，所述显示模块采用lcd显示屏。
9.所述温度检测模块包括用以检测环境温度的第一温度传感器以及用以检测硅光电池温度的第二温度传感器，所述第一温度传感器和第二温度传感器均连接到处理模块。
10.所述第一温度传感器和第二温度传感器采用ds18b20温度传感器。
11.第二方面，本技术实施例提供一种光功率测量方法，包括以下具体步骤：待检测的光信号通过光线入射口进入到光能转换模块的外壳内；通过外壳内安装的分光镜对入射的光信号进行衰减，然后照射到硅光电池上；硅光电池将光信号转化为电压值并经过运算放大器后传输到处理模块；
温度检测模块检测环境温度以及硅光电池温度，并将检测的环境温度以及硅光电池温度输送到处理模块；处理模块将环境温度以及硅光电池温度通过遗传算法的bp 神经网络进行温度补偿；处理模块结合进行温度补偿的硅光电池温度数据以及经过运算放大器放大后的光信号转化的电压值计算出入射的光信号的功率值；显示模块显示处理模块计算出来的功率值结果数据。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、材料普通，加工难度低，装配细节部位设计巧妙，既满足了功率计的结构强度，又降低了加工成本。
13.2、采用硅光电池，性能稳定，光谱响应范围宽，转换效率高，使用寿命长，耐高温辐射，光谱灵敏度和人眼灵敏度相近，可以从太阳能中获取可再生的电能,能环保安全的使用,排放的污染物也很少。
14.3、采用高性能的stm32zet6芯片作为主控，具有强的处理能力，运行效率高，运算速度快，功耗低，体积小，可靠性高，能够保证系统平稳稳定的运行。
15.4、采用lcd显示屏，lcd可直接与cmos集成电路匹配，没有几何失真，工作电压低且无辐射，无闪烁，不受磁场的影响，功耗低，运行时散热量小，通过外部总线与主控连接，刷新率更高。
16.5、采用温度检测模块对环境温度和硅光电池温度进行采集，并通过遗传算法的bp 神经网络进行温度补偿从而消除温度对硅光电池转换的电压值的影响，提高光功率计的计量精度。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
18.图1为本技术整体结构示意图；图2为本技术光能转换模块结构示意图；图3为本技术光能转换模块内部结构示意图；图4为本技术温度补偿原理示意图。
具体实施方式
19.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行描述。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
20.术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制
的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
21.术语“第一”、“第二”等仅用于将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
22.如图1所示，针对现有技术中存在的不足，本技术实施例提供一种光功率计，包括光能转换模块1、处理模块2、显示模块3以及温度检测模块4，所述光能转换模块1连接处理模块2，光能转换模块1用以将光能转化为电压值并传输给处理模块2；所述处理模块2连接显示模块3，处理模块2用以接收光能转换模块1传输过来的电压值并进行处理，并将处理结果输送到显示模块3；所述显示模块3用以显示出处理模块2处理得到的功率数据；所述温度检测模块4连接处理模块2，温度检测模块4检测光能转换模块1温度以及环境温度并将检测数据传输到处理模块2用以克服温度对功率数据的影响。
23.如图2和图3所示，所述光能转换模块1包括外壳10，在外壳10上开设有用以接收待测光线的光线入射口11以及用以与处理模块2相连接的通讯接口12，所述外壳10内设置有电路板13，电路板13安装在支座14上，所述电路板13上安装有硅光电池16，所述外壳10内还安装有分光镜15。
24.所述分光镜15设置在光线入射口11的正下方，用以将光信号进行衰减，所述硅光电池16用以接收分光镜15进行衰减后的光信号并将其转化为电压值。
25.所述电路板13上设置有运算放大器，所述硅光电池16转化的电压值经过运算放大器放大后传输给处理模块2。
26.所述处理模块2采用stm单片机，所述显示模块3采用lcd显示屏。
27.所述温度检测模块4包括用以检测环境温度的第一温度传感器以及用以检测硅光电池温度的第二温度传感器，所述第一温度传感器和第二温度传感器均连接到处理模块2。
28.所述第一温度传感器和第二温度传感器采用ds18b20温度传感器。
29.硅光电池主要由n型硅基片层和p型硅受光层组成，当光照在p型硅表面，且光子能量大于材料的禁带宽度时，在pn结内产生电子-空穴对。n区电子密度增加，p区空穴密度增加，如果外电路处于开路状态，那么这些光生电子和空穴积累在pn结附近，使p区获得附加正电荷，n区获得附加负电荷，这样在pn结上产生一个光生电动势。本技术中，先使用分光镜将光信号进行衰减，然后通过硅光电池将光能转化为电压值，将电压值通过运算放大器，最后输入到处理模块中。
30.处理模块采用stm32zet6作为主控芯片，stm32zet6拥有64kb sram、512kb flash、两个基本定时器。4个通用定时器、两个高级定时器、两个dma控制器、3个spi总线、两个iic、5个串口、一个can、3个12位adc、1个12位dac、一个sdio接口、一个fsmc接口以及112个通用i/o接口。通过外部总线fsmc连接lcd屏幕，提高lcd刷屏速度，通过3个12位adc通道，分别读取ds18b20和运算放大器的电压值，最后将功率转换位电压值。
31.是一种单总线数字，测试温度范围-55℃-125℃, ds18b20内部结构主要由四部分组成：64位光刻rom，温度传感器，温度报警触发器th和tl,
配置寄存器。ds18b20在出厂时配置为12位，读取温度时共读取16位，所以把后11位的2进制转化为10进制后在乘以0.0625便为所测的温度，还需要判断正负。前5个数字为符号位，当前5位为1时，读取的温度为负数；当前5位为0时，读取的温度为正数。
32.显示模块采用lcd显示屏，通过外部总线与stm32zet6连接，主控将需要显示的数据转换为像素点，然后在lcd显示屏的对应位置将像素点描绘出来，即可完成显示。
33.一种光功率测量方法，包括以下具体步骤：待检测的光信号通过光线入射口进入到光能转换模块的外壳内；通过外壳内安装的分光镜对入射的光信号进行衰减，然后照射到硅光电池上；硅光电池将光信号转化为电压值并经过运算放大器后传输到处理模块；温度检测模块检测环境温度以及硅光电池温度，并将检测的环境温度以及硅光电池温度输送到处理模块；处理模块将环境温度以及硅光电池温度通过遗传算法的bp 神经网络进行温度补偿；处理模块结合进行温度补偿的硅光电池温度数据以及经过运算放大器放大后的光信号转化的电压值计算出入射的光信号的功率值；显示模块显示处理模块计算出来的功率值结果数据。
34.在一个具体实施例中，分别采集10组温度数据，具体如下表：
35.根据上表可以看出，引入本技术的温度补偿后，能够确保硅光电池温度更加接近实际温度，从而消除由于温度升高从而影响到测量得到的光功率数据出现偏差的问题。
36.本技术专门针对红光光动力治疗系统而设计，红光功率为6w，在不影响设备的同时，只需将治疗系统探头对准该设计的入射光采集口，即可实时精确测量出光口的光源功率，操作简单无需外接电源等其他设备。
37.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种光功率计，其特征在于，包括光能转换模块（1）、处理模块（2）、显示模块（3）以及温度检测模块（4），所述光能转换模块（1）连接处理模块（2），光能转换模块（1）用以将光能转化为电压值并传输给处理模块（2）；所述处理模块（2）连接显示模块（3），处理模块（2）用以接收光能转换模块（1）传输过来的电压值并进行处理，并将处理结果输送到显示模块（3）；所述显示模块（3）用以显示出处理模块（2）处理得到的功率数据；所述温度检测模块（4）连接处理模块（2），温度检测模块（4）检测光能转换模块（1）温度以及环境温度并将检测数据传输到处理模块（2）用以克服温度对功率数据的影响。2.根据权利要求1所述的一种光功率计，其特征在于，所述光能转换模块（1）包括外壳（10），在外壳（10）上开设有用以接收待测光线的光线入射口（11）以及用以与处理模块（2）相连接的通讯接口（12），所述外壳（10）内设置有电路板（13），电路板（13）安装在支座（14）上，所述电路板（13）上安装有硅光电池（16），所述外壳（10）内还安装有分光镜（15）。3.根据权利要求2所述的一种光功率计，其特征在于，所述分光镜（15）设置在光线入射口（11）的正下方，用以将光信号进行衰减，所述硅光电池（16）用以接收分光镜（15）进行衰减后的光信号并将其转化为电压值。4.根据权利要求3所述的一种光功率计，其特征在于，所述电路板（13）上设置有运算放大器，所述硅光电池（16）转化的电压值经过运算放大器放大后传输给处理模块（2）。5.根据权利要求1所述的一种光功率计，其特征在于，所述处理模块（2）采用stm单片机，所述显示模块（3）采用lcd显示屏。6.根据权利要求1所述的一种光功率计，其特征在于，所述温度检测模块（4）包括用以检测环境温度的第一温度传感器以及用以检测硅光电池温度的第二温度传感器，所述第一温度传感器和第二温度传感器均连接到处理模块（2）。7.根据权利要求6所述的一种光功率计，其特征在于，所述第一温度传感器和第二温度传感器采用ds18b20温度传感器。8.一种光功率测量方法，其特征在于，包括以下具体步骤：待检测的光信号通过光线入射口进入到光能转换模块的外壳内；通过外壳内安装的分光镜对入射的光信号进行衰减，然后照射到硅光电池上；硅光电池将光信号转化为电压值并经过运算放大器后传输到处理模块；温度检测模块检测环境温度以及硅光电池温度，并将检测的环境温度以及硅光电池温度输送到处理模块；处理模块将环境温度以及硅光电池温度通过遗传算法的bp 神经网络进行温度补偿；处理模块结合进行温度补偿的硅光电池温度数据以及经过运算放大器放大后的光信号转化的电压值计算出入射的光信号的功率值；显示模块显示处理模块计算出来的功率值结果数据。

技术总结
本申请涉及一种光功率计及光功率测量方法，包括光能转换模块所述光能转换模块连接处理模块，光能转换模块用以将光能转化为电压值并传输给处理模块；所述处理模块连接显示模块，处理模块用以接收光能转换模块传输过来的电压值并进行处理，并将处理结果输送到显示模块；所述显示模块用以显示出处理模块处理得到的功率数据；所述温度检测模块连接处理模块，温度检测模块检测光能转换模块温度以及环境温度并将检测数据传输到处理模块用以克服温度对功率数据的影响。本申请专门针对红光光动力治疗系统而设计，只需将治疗系统探头对准该设计的入射光采集口，即可实时精确测量出光口的光源功率，操作简单无需外接电源等其他设备。备。备。


技术研发人员：兰慧 张道宇 刘金友 肖朝晖 邓超
受保护的技术使用者：武汉亚格光电技术股份有限公司
技术研发日：2023.04.14
技术公布日：2023/7/20