采用圖形化操作界面的光功率計(jì)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)

光功率計(jì)是現(xiàn)代光通信中最基本的光纖測(cè)試儀器。隨著寬帶通信技術(shù)的快速發(fā)展，通信網(wǎng)絡(luò)中大量使用光纖作為傳輸介質(zhì)，因此光功率計(jì)也就越來越多地被應(yīng)用于科研、生產(chǎn)的各個(gè)部門。對(duì)于計(jì)量檢測(cè)部門而言，每年都要計(jì)量大量的光功率計(jì)，然而傳統(tǒng)的計(jì)量方法耗時(shí)長(zhǎng)、效率低，計(jì)量的準(zhǔn)確性也極易受人為操作的影響。在這里我們介紹一套最新研制的光功率計(jì)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，具有測(cè)試準(zhǔn)確性高、投資省、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。

1 傳統(tǒng)光功率計(jì)的測(cè)試方法

傳統(tǒng)的光功率計(jì)測(cè)試框圖如圖1所示。

所用測(cè)試原理為比較法。首先將光衰減器與標(biāo)準(zhǔn)光功率計(jì)連接起來，測(cè)試光從光源發(fā)出，經(jīng)過衰減器后被標(biāo)準(zhǔn)光功率計(jì)讀出的數(shù)值為標(biāo)稱值。接著將光纖從標(biāo)準(zhǔn)光功率計(jì)上取下切換到待測(cè)光功率計(jì)上，再測(cè)量待測(cè)光功率計(jì)讀出的數(shù)值，該值為實(shí)測(cè)值。測(cè)試完第一個(gè)光功率下的數(shù)值后，調(diào)節(jié)光衰減器使輸出光功率為下一值，重復(fù)以上步驟進(jìn)行下一次測(cè)試。待所有光功率量程都測(cè)完后，通過計(jì)算待測(cè)光功率計(jì)的相對(duì)誤差對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定。計(jì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)是：相對(duì)誤差在±10%以內(nèi)，待測(cè)光功率計(jì)標(biāo)定為合格，超過這一范圍則為限用，需重新校準(zhǔn)后才能使用。

測(cè)試時(shí)必須注意兩點(diǎn)：①用光纖連接光器件時(shí)，盡量旋緊光接頭以避免由于接入損耗而降低測(cè)量的準(zhǔn)確性；②為了將測(cè)試誤差降至最低，在每一次光功率的測(cè)試過程中，需采用平均值測(cè)試法，即在相同光功率下進(jìn)行多次的重復(fù)測(cè)試，然后去掉一個(gè)最大值和一個(gè)最小值，再將其它數(shù)值取平均即為該光功率下最終的測(cè)試數(shù)值。

采用以上方法進(jìn)行實(shí)際測(cè)試時(shí)，調(diào)節(jié)光衰減器、切換光纖、記錄測(cè)試數(shù)據(jù)、計(jì)算相對(duì)誤差等均需手工完成，工作效率低下。在測(cè)試過程中由于不斷地進(jìn)行光纖的切換工作，使得接入損耗嚴(yán)重影響測(cè)試的準(zhǔn)確性。雖然測(cè)試人員可以旋緊光接頭以降低接入損耗，但由于光信號(hào)本身非常弱，將光纖反復(fù)多次地插入和拔出，會(huì)造成接入損耗有很大不同，直接降低測(cè)試的準(zhǔn)確性。

經(jīng)過以上分析發(fā)現(xiàn)，造成工作效率低下和測(cè)試準(zhǔn)確性低的主要原因是由于所有的測(cè)試工作均需人工完成。解決這一問題的最好辦法就是采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化測(cè)試。新的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)框圖如圖2所示。

2 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制時(shí)，在滿足功能的前提下應(yīng)該最大限度地利用計(jì)算機(jī)現(xiàn)有的資源。這樣，一方面可以充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的作用，另一方面也可以節(jié)省另外制作控制板卡所需的資金、器材、時(shí)間和人力。

在這套自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中，光衰減器帶有串行接口，可直接與計(jì)算機(jī)通信。待測(cè)光功率計(jì)中，較新的帶有串行接口和GPIB接口，老一些的只有GPIB接口。為了滿足兼容性和自動(dòng)控制的要求，增加了一塊基于計(jì)算機(jī)總線的GPIB接口卡，通過該卡控制待測(cè)光功率計(jì)。標(biāo)準(zhǔn)光功率計(jì)自帶串行和GPIB兩種接口，可通過任意一個(gè)接口與計(jì)算機(jī)通信。由于計(jì)算機(jī)上有兩個(gè)串行接口，因此可分別通過這兩個(gè)接口控制光衰減器和標(biāo)準(zhǔn)光功率計(jì)。為了解決接入損耗問題，系統(tǒng)增加了一個(gè)1×2的光開關(guān)。光開關(guān)的作用就是在計(jì)算機(jī)的控制下，自動(dòng)切換光纖，將接入損耗的影響降至最低，類似于電子開關(guān)在電路切換中所起的作用。我們利用計(jì)算機(jī)的并行接口對(duì)光開關(guān)進(jìn)行控制。

光開關(guān)采用電壓控制方式，需自制一塊控制卡，利用計(jì)算機(jī)的并行接口進(jìn)行控制?？刂瓶ǖ碾娐啡鐖D3所示。

光開關(guān)由計(jì)算機(jī)的并口發(fā)控制信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，即從計(jì)算機(jī)并口378H的“0”、“1”兩端發(fā)送高低電平信號(hào)，使得控制電路A、B兩端的電壓交替變化，達(dá)到光開關(guān)自動(dòng)動(dòng)作的目的。當(dāng)“0”端為高電位時(shí)，三極管Q3、Q4導(dǎo)通，Q1、Q2截止；同時(shí)“1”端為低電位，Q5、Q6導(dǎo)通，Q7、Q8截止，這樣就構(gòu)成了導(dǎo)通回路+12V→Q6→B→A→Q3→GND，則光開關(guān)向右運(yùn)動(dòng)。同理，“0”端為低電位而“1”端為高電位時(shí)，光開關(guān)向左運(yùn)動(dòng)。二極管D1～D4為保護(hù)二極管，可避免光開關(guān)中的感性元件在極性切換時(shí)造成反向電壓而損壞功率三極管。

3 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件由系統(tǒng)自檢、硬件控制、測(cè)試數(shù)據(jù)記錄及計(jì)算、測(cè)試結(jié)果輸出等部分組成，其中最為關(guān)鍵的是硬件控制部分的程序。下面重點(diǎn)介紹一下該部分的并、串口控制程序以及GPIB接口程序的編寫方法。這些程序全部采用C++ Builder（簡(jiǎn)稱BCB）編寫，運(yùn)行在WIN9x操作系統(tǒng)下。

3.1 光開關(guān)控制程序設(shè)計(jì)

光開關(guān)的控制程序采用直接嵌入?yún)R編語句的方法實(shí)現(xiàn)，程序如下：

void outportb unsigned short port unsigned char value //port參數(shù)為輸出端口地址，value參數(shù)為輸出值 asm

mov dx port //把端口port地址送到

DX寄存器中

mov al value //把value的數(shù)值送到AL

寄存器中

out dx al //把AL寄存器中的數(shù)值

送到端口

光開關(guān)的控制程序如下：

#define PC 0x378 //PC機(jī)的并口地址

void_fastcall Tform2 BitBtn_Left2RightClick TObject Sender

outportb PC 0x01 // 378H的“0”端為高電位，“1”端為低電位，光開關(guān)向右運(yùn)動(dòng)

void_fastcall Tform2 BitBtn_Right2LeftClick TObject Senderoutportb PC 0x02 // 378H的“0”端為低電位，

“1”端為高電位，光開關(guān)向左運(yùn)動(dòng)

采用以上方式編制的程序可以非常方便地對(duì)原有的采用匯編語句編制的函數(shù)直接進(jìn)行使用，不需再另外編制相應(yīng)的程序。

3.2 串行接口程序設(shè)計(jì)

我們使用Microsoft的MSComm32.ocx控件來編寫串行通信程序。首先要進(jìn)行串口初始化，程序如下：

……

Mscomm1→CommPort＝1 //選用COM1串行口

Mscomm1→Settings＝″9600 N 8 1″

//波特率9600，無奇偶校驗(yàn)位，8位數(shù)據(jù)位，1位停

止位

Mscomm1→InputLen＝0 //讀取接收緩沖區(qū)的全

部?jī)?nèi)容

Mscomm1→InBufferSize＝1024 //設(shè)置接收緩沖區(qū)的

字節(jié)長(zhǎng)度為1024

Mscomm1→PortOpen＝True //打開串行口

……

串口初始化后就可以利用Input函數(shù)讀取標(biāo)準(zhǔn)光功率計(jì)的讀數(shù)了。通過串口1讀取標(biāo)準(zhǔn)光功率計(jì)讀數(shù)的程序如下：

double buffer 1024 //定義接收數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)

int ByteNum //收到的字節(jié)數(shù)

int BuffPtr //接收緩沖區(qū)的指針

OleVariant RxBuff //一個(gè)用于接收的OleVariant

變量

……

if MSComm1→InBuffCount＞0 //如果緩沖區(qū)有多于

一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)則接收

RxBuff＝Communical－＞Input

ByteNum＝RxBuff．ArrayHighBound 1 //將實(shí)際的

字節(jié)數(shù)取出

for int i＝0 i＜＝ByteNum I++

buffer BuffPtr++ ＝double RxBuff．GetElement i //將接收到數(shù)據(jù)讀入緩沖區(qū)

……

光衰減器的自動(dòng)控制程序與此類似，本文不再復(fù)述。

3.3 GPIB接口程序設(shè)計(jì)

GPIB接口程序是使用NI公司的ActiveX控件編制的，方法如下：

打開BCB的ActiveX控件組，將GPIB控件拖放到Form上，在“Object Inspector”表框中對(duì)通信的時(shí)間間隔、目標(biāo)地址、起始位、校驗(yàn)位、存放數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)大小等進(jìn)行設(shè)置。

完成了以上設(shè)置后，在程序中只要加上不多的幾行代碼即可實(shí)現(xiàn)待測(cè)光功率計(jì)的自動(dòng)數(shù)值采樣。程序代碼如下：

{

……

double number；

Form2→CWGPIB1→Configure //初始化GPIB接口卡

……

number＝Form2→CWGPIB1→Read //自動(dòng)讀取

待測(cè)光功率計(jì)的讀數(shù)

……

}

4 自動(dòng)測(cè)試結(jié)果

利用以上自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)出的某一待測(cè)光功率計(jì)的計(jì)量標(biāo)定參數(shù)如表1所示。

從以上測(cè)試數(shù)據(jù)來看，該待測(cè)光功率計(jì)在1.3μm測(cè)試波長(zhǎng)下，mW、μW量程為合格，而nW量程為限用，必須重新校準(zhǔn)后才能使用，或僅用于指示光纖中有無光功率的一般性使用。

在這套光功率計(jì)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中，測(cè)試軟件采用圖形化操作界面，每一步的操作都有直觀的提示，可使測(cè)試人員在很短的時(shí)間內(nèi)掌握系統(tǒng)的使用方法。測(cè)試時(shí)，測(cè)試人員只要將整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)連接起來，然后正確地使用測(cè)試軟件即可，其它的操作，如光衰減器的調(diào)節(jié)、光纖的切換、測(cè)試數(shù)據(jù)的輸入與計(jì)算，以及最終測(cè)試結(jié)果的輸出全部由計(jì)算機(jī)完成。這使得整個(gè)測(cè)試工作的準(zhǔn)確性和靈活性都得到了加強(qiáng)，工作效率大為提高，也極大地增強(qiáng)了測(cè)試的自動(dòng)化水平和使用檔次。