數(shù)據(jù)處理 - 一種基于STM32的光功率計(jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

5、數(shù)據(jù)處理和校正

STM32微控制器的數(shù)據(jù)處理是實(shí)現(xiàn)光功率測(cè)量的核心部分，這里需要對(duì)從模數(shù)轉(zhuǎn)換器讀取的數(shù)字量進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和修正。首先，為了減少暗電流對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響需要進(jìn)行清除暗電流的處理。然后，選擇是否進(jìn)行數(shù)字平均值濾波，以便進(jìn)一步提高測(cè)量數(shù)據(jù)的精度。接下來(lái)，讀取被測(cè)光的波長(zhǎng)用以計(jì)算光功率值（單位是dBM），光功率計(jì)算方法由以下計(jì)算公式給出：

P＝10ｌG（ADVAｌｕｅ）（6）

式中：P是計(jì)算得到的初始光功率值，單位是dBM；ADVAｌｕｅ是讀取的模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)值。

計(jì)算得到光功率值是一個(gè)初始值，需要進(jìn)行相關(guān)修正和校準(zhǔn)才能保證其準(zhǔn)確度。光功率值修正的處理方法由下式給出：

PdBM＝10ｌG（ADVAｌｕｅ）＋Ｃ＋K1＋K2＋K3（7）

式中：Ｃ稱(chēng)為估算校準(zhǔn)值，可根據(jù)初始光功率值估算得到；K1稱(chēng)為小誤差校準(zhǔn)值，是在估算校準(zhǔn)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步減少測(cè)試誤差而進(jìn)行的校準(zhǔn)，一般通過(guò)和標(biāo)準(zhǔn)光功率計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)得到，其校準(zhǔn)原理圖如圖9所示。

圖9 ?校準(zhǔn)原理

K2稱(chēng)為增益校準(zhǔn)值，由于放大增益不固定而設(shè)置，相鄰的量程增益相差10倍，則增益校準(zhǔn)值相差10dBM；

K3稱(chēng)為波長(zhǎng)校準(zhǔn)值，由于光電探測(cè)器對(duì)不同波長(zhǎng)的光的響應(yīng)度不同，由此引起的誤差需要進(jìn)行波長(zhǎng)校準(zhǔn)，主要涉及1310NM和1550NM波長(zhǎng)。

光功率經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)后得到了精確的光功率值，需要判斷是否超出設(shè)計(jì)指標(biāo)的－70～＋6dBM的測(cè)量量程。為了方便按鍵處理時(shí)進(jìn)行單位的切換，必須根據(jù)精確的光功率值計(jì)算出以MW為單位的光功率值，計(jì)算公式如下：

PdBM＝10ｌGPMW/1MW（8）

式中：PMW是以MW為單位的光功率值。

經(jīng)過(guò)上面的數(shù)據(jù)處理和修正后，可以進(jìn)一步提高光功率計(jì)的測(cè)量精度，并減少測(cè)量誤差。

為了驗(yàn)證搭建的樣機(jī)是否可以準(zhǔn)確的測(cè)量光功率值大小，需要對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確度測(cè)試，測(cè)試的方法根據(jù)圖9的校準(zhǔn)原理圖進(jìn)行，測(cè)試波長(zhǎng)為1310NM，在相應(yīng)波長(zhǎng)下利用可調(diào)光源發(fā)出的13組不同強(qiáng)度的光同時(shí)入射進(jìn)待測(cè)樣機(jī)和標(biāo)準(zhǔn)光功率計(jì)，記錄兩者測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較，得出該波長(zhǎng)下的數(shù)據(jù)擬合圖，如圖10所示。

圖10 ?測(cè)試數(shù)據(jù)擬合度曲線

6、結(jié)論

設(shè)計(jì)了一款基于STM32的高精度光功率計(jì)，具有精度高，顯示分辨率高，動(dòng)態(tài)范圍寬等特點(diǎn)，采用自動(dòng)量程切換技術(shù)，在INGAAS－PIN光電探測(cè)器的整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)進(jìn)行了8段線性化的處理，極大地提高了功率檢測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性。