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本文介紹了激光功率計(jì)的變換與顯示電路，該電路的主要功能是直接指示激光功率的大小。該電路把由激光功率計(jì)輸出的模擬電壓量變?yōu)閿?shù)字脈沖輸出，并且把輸出脈沖的頻率實(shí)時(shí)顯示出來，同時(shí)具有精度高、線性好、工作穩(wěn)定的特點(diǎn)。 在原子核物理實(shí)驗(yàn)中，需用激光發(fā)生裝置產(chǎn)生一定能量的激光對原子光電截面進(jìn)行測量。實(shí)驗(yàn)要求知道激光發(fā)生裝置產(chǎn)生的激光功率。為了簡捷方便地了解激光功率的大小，在實(shí)驗(yàn)中使用了激光功率計(jì)。它的輸出為一個模擬電壓量，該模擬電壓的幅度隨激光功率的變化而變化，為了便于實(shí)驗(yàn)人員實(shí)時(shí)觀測并記錄數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)并研制了本電路。電路的主要功能是把由功率計(jì)輸出的模擬電壓變?yōu)榕c之相對應(yīng)的數(shù)字脈沖輸出。該脈沖可以直接被記錄下來，脈沖頻率正比于功率計(jì)輸出模擬電壓的大小，即正比于激光的功率，同時(shí)該電路也實(shí)時(shí)顯示出輸出脈沖信號頻率的大小。 1、電路基本構(gòu)成 電路主要由緩沖放大電路、V-F轉(zhuǎn)換電路、計(jì)數(shù)率計(jì)電路、甄別顯示電路等4部分組成。V-F轉(zhuǎn)換電路的輸出脈沖信號一路輸出到計(jì)數(shù)率計(jì)電路，另一路直接作為計(jì)數(shù)輸出，計(jì)數(shù)輸出可直接送入定標(biāo)器或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。激光功率計(jì)的變換與顯示電路結(jié)構(gòu)框圖見圖1。該電路安裝在標(biāo)準(zhǔn)雙寬NIM插件里，在一個雙寬NIM插件里安裝了兩個相對獨(dú)立的工作通道，能同時(shí)對兩路激光功率計(jì)輸出的信號進(jìn)行采集變換與顯示。 
2.1、緩沖放大器 為了滿足不同幅度信號的測量與數(shù)據(jù)采集的要求，設(shè)計(jì)了緩沖放大器，其輸入信號為0～2V。主要由緩沖級與放大兩部分組成。緩沖級是由LF356構(gòu)成的一個跟隨器。放大級由增益粗調(diào)和細(xì)調(diào)兩級構(gòu)成。兩級均采用運(yùn)算放大器LF356構(gòu)成。增益粗調(diào)分為×1、×10、×100三檔，×1檔通過選擇開關(guān)來選擇，×10、×100檔可通過增益調(diào)節(jié)跳線器Jumper進(jìn)行選擇和設(shè)置。增益細(xì)調(diào)級放大倍數(shù)調(diào)節(jié)可通過改變電位器的阻值實(shí)現(xiàn)，增益調(diào)節(jié)范圍0～10倍。放大級基本電路結(jié)構(gòu)見圖2。第一級放大倍數(shù)可通過J3、J4兩個跳線器的選擇進(jìn)行調(diào)節(jié)；第二級放大倍數(shù)由電位器R115調(diào)節(jié)。
它是本電路中的關(guān)鍵部分，它把輸入的模擬電壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)橐?guī)則的脈沖信號輸出，脈沖信號的頻率與輸入模擬電壓成正比。在此采用LM331構(gòu)成V-F轉(zhuǎn)換器。LM331是一種通用集成電路，十分適于用作電壓頻率轉(zhuǎn)換，其輸出脈沖信號的頻率精確地正比于輸入電壓，它具備電壓頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)的所有優(yōu)點(diǎn)。它由1.9V基準(zhǔn)電壓、電流開關(guān)、比較器、雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器等構(gòu)成。V-F轉(zhuǎn)換電路的基本電路圖見圖3。V-F轉(zhuǎn)換電路將電壓輸入轉(zhuǎn)換為頻率輸出，輸出頻率由下式得出
為了簡單直觀，并實(shí)時(shí)地指示V-F轉(zhuǎn)換電路輸出信號頻率的變化趨勢，也即實(shí)時(shí)指示激光功率的變化趨勢，采用了計(jì)數(shù)率計(jì)電路方案。它是對單位時(shí)間內(nèi)輸入的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，給出正比于輸入脈沖頻率的輸出電壓。計(jì)數(shù)率計(jì)電路是基于電流脈沖對電容C充電，而電容C又經(jīng)過與其相并聯(lián)的R放電，通過測量電容充放電平衡時(shí)流經(jīng)電阻R的電流，或兩端的電壓，來實(shí)現(xiàn)脈沖平均計(jì)數(shù)率的測量。
2.4、甄別顯示電路 本單元電路將單位時(shí)間內(nèi)的計(jì)數(shù)分6檔顯示，由LED指示。甄別顯示電路(圖6)。主要由運(yùn)算放大器LM339構(gòu)成，當(dāng)輸入電位(在此輸入電壓由計(jì)數(shù)率計(jì)電路的輸出給出)大于相應(yīng)甄別單元預(yù)置電位時(shí)，該甄別單元輸出變?yōu)楦唠娖剑?qū)動相應(yīng)的指示LED亮。
設(shè)計(jì)并調(diào)試完成的激光功率計(jì)的變換與顯示電路測量精度高，工作性能可靠，穩(wěn)定性好，且各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。 |
