激光功率檢測(cè)自動(dòng)化裝置研究

張素英 張秀琴

（1、太原理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院，山西 太原030027 2、武警工程大學(xué)，陜西 西安710086）

激光功率建設(shè)自動(dòng)化裝置在當(dāng)前多個(gè)社會(huì)領(lǐng)域都具有廣泛應(yīng)用，而自動(dòng)化技術(shù)的引入又能夠在很大程度上推動(dòng)激光功率測(cè)量的效率和準(zhǔn)確性，使得該設(shè)備能夠在更廣泛范圍內(nèi)應(yīng)用，進(jìn)而推動(dòng)社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展進(jìn)步。

1 激光功率檢測(cè)自動(dòng)化裝置的研究?jī)r(jià)值

激光功率檢測(cè)主要是為了利用激光開(kāi)展計(jì)量工作，計(jì)量的準(zhǔn)確性在很大程度上影響到激光功率檢測(cè)的效果，激光技術(shù)的發(fā)展成熟使其在計(jì)量領(lǐng)域的應(yīng)用成為可能，測(cè)量效果得到了根本性提升。在常規(guī)激光計(jì)量器具的使用過(guò)程中，人工模式的使用需要人員介入才能夠完成測(cè)量工作，這不僅僅增加了增量的難度并且消耗人力和物力，同時(shí)也可能導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性受到不利影響。因此為了有效提升激光功率檢測(cè)的準(zhǔn)確性并降低使用成本，我們嘗試引入了自動(dòng)化裝置，最終研發(fā)激光功率檢測(cè)自動(dòng)化裝置，使得檢測(cè)工作能夠在自動(dòng)化模式下完成，這對(duì)于計(jì)量檢測(cè)和自動(dòng)化技術(shù)的融合發(fā)展起到了積極的推動(dòng)作用和促進(jìn)作用，為檢測(cè)技術(shù)的自動(dòng)化發(fā)展提供了助力。

2 激光功率檢測(cè)自動(dòng)化裝置的組織結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)分析

檢測(cè)自動(dòng)化裝置的設(shè)計(jì)需要充分考慮到設(shè)備的自動(dòng)化檢測(cè)需求，確保設(shè)備能夠在自動(dòng)化工作狀態(tài)下完成檢測(cè)工作。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，該檢測(cè)設(shè)備需要有控制系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、配套設(shè)備及激光功率計(jì)共同構(gòu)成，通過(guò)自動(dòng)化裝置完成測(cè)試工作。而在完成檢測(cè)工作之后，設(shè)備能夠自動(dòng)完成數(shù)據(jù)的處理和運(yùn)算，同時(shí)將相關(guān)結(jié)果打印出來(lái)。在數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)需要使用中央處理器，選用型號(hào)MCS-51 的單片機(jī)芯片能夠較好地滿足總體設(shè)備需求，通過(guò)A/D 轉(zhuǎn)換器能夠在整個(gè)設(shè)備進(jìn)行功率檢測(cè)時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，這也使得檢測(cè)工作更加順暢。主要設(shè)計(jì)包括了以下內(nèi)容：

2.1 中央監(jiān)控設(shè)計(jì)。中央處理器是實(shí)現(xiàn)激光功率檢測(cè)自動(dòng)化的主要控制設(shè)備，它對(duì)設(shè)備的使用及最終效果具有直接影響，為了保證自動(dòng)化裝置能夠更好地工作，在8031 芯片基礎(chǔ)上展開(kāi)功能擴(kuò)展是非常有必要的。首先從EPROM入手，使得中央處理器能夠在斷電工作狀態(tài)下依然能夠保存已有數(shù)據(jù)，避免數(shù)據(jù)的丟失；其次增加了隨機(jī)存取處理器，這大大提升了處理器的工作效率；最后增加了I/O 輸入輸出端口，使得數(shù)據(jù)能夠在中央控制單元實(shí)現(xiàn)順暢的輸入和輸出。

2.2 數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)要依照技工功率檢測(cè)需求進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，A/D 兩路轉(zhuǎn)換器的引入能夠顯示兩種數(shù)值，一種是標(biāo)準(zhǔn)激光功率計(jì)數(shù)值，另一種則為代檢數(shù)值，這兩個(gè)數(shù)值都采用三位半表顯示，而為了保證這個(gè)兩個(gè)數(shù)值的一致性，選用了MC14433 型號(hào)的A/d 轉(zhuǎn)換器。該轉(zhuǎn)化器的轉(zhuǎn)化精度非常高，同時(shí)不易受到外界因素影響和干擾，內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器能夠直接完成內(nèi)外部電壓的轉(zhuǎn)化，在工作后能夠很好地完成數(shù)據(jù)傳輸工作。而在數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)可以直接利用A/D 轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)拓展口連接，這樣就能夠在較短的時(shí)間內(nèi)完成查詢功能。在數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)，采樣值與功率顯示是否一致也是非常重要的，因此可以嘗試?yán)脭?shù)碼管進(jìn)行顯示，同時(shí)在后續(xù)使用過(guò)程中及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

2.3 輸入鍵盤(pán)設(shè)計(jì)。鍵盤(pán)是數(shù)據(jù)和指令輸入的主要工具，采用矩陣鍵盤(pán)能夠在較短時(shí)間內(nèi)將大量的數(shù)據(jù)和指令輸入，在檢測(cè)工作開(kāi)始前可以采取程控掃描法進(jìn)行輸入，即利用單片機(jī)對(duì)鍵盤(pán)展開(kāi)持續(xù)性掃描。當(dāng)每一個(gè)系列檢測(cè)工作完成后，鍵盤(pán)工作方式也會(huì)隨之做出調(diào)整，更改為定時(shí)掃描，在特定時(shí)間范圍內(nèi)進(jìn)行掃描工作，當(dāng)達(dá)到指定時(shí)間后掃描工作也會(huì)隨之停止。如果在掃描過(guò)程中未停止掃描則會(huì)自動(dòng)停止，同時(shí)開(kāi)展其它工作。鍵盤(pán)接口電路采用了串行口方式，接口程序首先識(shí)別鍵盤(pán)是否按下，同時(shí)根據(jù)按鍵的具體排列情況進(jìn)行調(diào)節(jié)并實(shí)現(xiàn)鍵值計(jì)算。

2.4 顯示部分設(shè)計(jì)。顯示設(shè)計(jì)主要圍繞兩個(gè)方面展開(kāi)，一方面是測(cè)量狀態(tài)顯示，另一方面則是測(cè)量次數(shù)顯示。前者通過(guò)發(fā)光二極管完成，在選擇時(shí)需要注意測(cè)量方法和量程；后者則可以通過(guò)數(shù)碼管來(lái)實(shí)現(xiàn)。筆者在設(shè)計(jì)過(guò)程中為了更好地利用資源采用了并行靜態(tài)顯示的方式，選擇了兩個(gè)MC145143 芯片，測(cè)量次數(shù)的顯示利用單片機(jī)拓展口輸入到芯片中，經(jīng)過(guò)處理后得到字型碼，進(jìn)而完成帶段輸出驅(qū)動(dòng)器操作。而在測(cè)量狀態(tài)現(xiàn)實(shí)中，測(cè)量工作逐漸完成，顯示剩余次數(shù)逐漸減少，直到最終待檢測(cè)數(shù)據(jù)清零后可以進(jìn)行下一步的數(shù)據(jù)處理工作。

2.5 快門(mén)部門(mén)設(shè)計(jì)。快門(mén)部分需要使用繼電器和線圈，因?yàn)殡姶鸥蓴_因素的存在，在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須要采取有效措施消除干擾，嘗試在單片機(jī)與控制電路之間增加隔離手段，此次設(shè)計(jì)選擇了具有良好隔離效果的光電耦合器。在耦合器輸入電流時(shí)，晶體管的放大處理也是非常重要部分，這有助于實(shí)現(xiàn)直流繼電器的驅(qū)動(dòng)操作。

2.6 打印部分設(shè)計(jì)。打印部分能夠支持?jǐn)?shù)據(jù)的輸出，將檢測(cè)結(jié)果通過(guò)打印方式直觀地呈現(xiàn)出來(lái)，選用25 針并行接口，直接與P0 接口相連，功能的實(shí)現(xiàn)更加順暢。在接口程序設(shè)計(jì)時(shí)既要判斷打印機(jī)狀態(tài)，同時(shí)也要選通信號(hào)，確保打印機(jī)部分在工作時(shí)能夠及時(shí)有效地記錄所有的數(shù)據(jù)。

2.7 數(shù)據(jù)處理設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)處理是整個(gè)激光功率檢測(cè)自動(dòng)化裝置的核心，在數(shù)據(jù)采集完成后，它能夠?qū)⑹占降臄?shù)據(jù)進(jìn)行有效處理，在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中能夠?qū)⒉杉臄?shù)據(jù)進(jìn)行處理和運(yùn)算。A/D 轉(zhuǎn)化及能夠?qū)Σ杉降臄?shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)地處理，顯示方式可以選用十進(jìn)制方式，使用BCD 碼顯示，這對(duì)于計(jì)算機(jī)工作方式并不是非常有利。在數(shù)據(jù)的具體轉(zhuǎn)化處理過(guò)程中，首先處理設(shè)備需要對(duì)小數(shù)點(diǎn)位置進(jìn)行判斷，通過(guò)換算將十進(jìn)制轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制，整數(shù)和小數(shù)兩個(gè)分IE 進(jìn)行轉(zhuǎn)化，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示方式的有效轉(zhuǎn)化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)顯示方式的轉(zhuǎn)化。在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化完成后需要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并將結(jié)果打印，處理結(jié)果處理后將采用二進(jìn)制方式顯示，這時(shí)將其轉(zhuǎn)化為BCD 碼能夠避免使用者的閱讀障礙，將二進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制BCD 碼。

3 激光功率檢測(cè)自動(dòng)化裝置的應(yīng)用

激光功率檢測(cè)自動(dòng)化裝置的應(yīng)用使得檢測(cè)測(cè)量技術(shù)在該領(lǐng)域得到了更好的應(yīng)用，整個(gè)測(cè)量過(guò)程實(shí)現(xiàn)了全面自動(dòng)化，這對(duì)于檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展具有非常積極的促進(jìn)作用，特別是自動(dòng)化裝置的應(yīng)用使得人為因素等等擾動(dòng)對(duì)檢測(cè)過(guò)程的影響降至最低，這對(duì)于檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展是至關(guān)重要的。

3.1 檢測(cè)過(guò)程自動(dòng)化。激光功率檢測(cè)自動(dòng)化裝置在檢測(cè)過(guò)程中能夠?qū)扉T(mén)進(jìn)行控制，有效實(shí)現(xiàn)快門(mén)的自動(dòng)開(kāi)啟和關(guān)閉。這樣就能夠保證快門(mén)在檢測(cè)過(guò)程中自動(dòng)識(shí)別測(cè)量對(duì)象，按照預(yù)先設(shè)定的程序開(kāi)關(guān)，完全自動(dòng)化的運(yùn)行能夠讓快門(mén)開(kāi)關(guān)時(shí)機(jī)更加精準(zhǔn)，進(jìn)而保證了檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，進(jìn)一步提升激光功率檢測(cè)的可靠性。

3.2 自動(dòng)記錄存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。激光功率檢測(cè)自動(dòng)化裝置在數(shù)據(jù)處理方面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)記錄和自動(dòng)存儲(chǔ)，裝置能夠根據(jù)預(yù)先編制的程序進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)處理，直接將最終的處理結(jié)果通過(guò)打印方式直接呈現(xiàn)出來(lái)。數(shù)據(jù)的自動(dòng)記錄存儲(chǔ)使得數(shù)據(jù)的處理變得更加簡(jiǎn)單，大大提升了數(shù)據(jù)分析處理效率。

3.3 測(cè)量程序自動(dòng)化。激光功率檢測(cè)自動(dòng)化裝置能夠在測(cè)量過(guò)程中根據(jù)實(shí)際需要選擇最合適的測(cè)量方式，保證測(cè)量的精度和測(cè)量效率。在測(cè)量的過(guò)程中，設(shè)備也可以根據(jù)程序的預(yù)先設(shè)定做出調(diào)整。根據(jù)實(shí)際測(cè)量結(jié)果來(lái)看，該設(shè)備在數(shù)據(jù)采集方面的優(yōu)勢(shì)非常明顯，而在數(shù)據(jù)處理方面同樣具有顯著的優(yōu)勢(shì)，總體誤差非常小，很好地滿足了自動(dòng)檢測(cè)的需求，能夠在各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。