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功率型LED光功率测试仪设计
功率型LED光功率测试仪是用于测量绝对光功率或通过一段光纤的光功率相对损耗。通过测量发射端机的绝对功率，一台功率型LED光功率计就能够评价光端设备的性能。用光功率计与稳定功率型LED组合使用，则能够测量连接损耗、检验连续性并帮助评估光纤链路传输质量。功率型LED光功率测试仪具有超宽的光功率测试围、精准的测试精度和超常的使用寿命。目前，日本安腾公司生产的AQ-1112B型，测量精度高，可达正负2%以，但灵敏度较低;本设计采用光敏电阻达到光电转换的目的，利用高精度单片机STC12C5A60S2作数据处理和显示，精确度很高，可达到正负1%以。
关键词：LED，光功率，测试仪
目 录
摘 要 ................................................. 错误!未定义书签。 ABSTRACT .............................................. 错误!未定义书签。 1 绪论 ................................................................ 1
1.1 意义 .......................................................... 1 1.2 国外发展状况 .................................................. 1 1.3 设计容 ........................................................ 1 2 光度学理论基础 ...................................................... 1
2.1 定义及应用 .................................................... 1 2.2 光学量 ........................................................ 2
2.2.1 光通量 ................................................... 2 2.2.2 发光强度 ................................................. 4 2.2.3 光亮度 ................................................... 4 2.2.4 光出射度 ................................................. 5 2.2.5 光照度 ................................................... 5
3 系统设计 ............................................................ 6
3.1 系统设计 ...................................................... 6 3.2 硬件设计 ...................................................... 6
3.2.1 LED光源部分 ............................................. 6
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3.2.2光电转换部分 ............................................. 9 3.2.3 A/D转换和数据处理部分 .................................. 10 3.2.4显示部分 ................................................ 13 3.2.5硬件总图 ................................................ 14 3.3 软件设计 ...................................... 错误!未定义书签。
3.3.1 主流程 ................................... 错误!未定义书签。 3.3.2 A/D流程 ................................. 错误!未定义书签。 3.3.3 程序 ..................................... 错误!未定义书签。
4 测试结果与分析 ...................................... 错误!未定义书签。
4.1 理论数据表 .................................... 错误!未定义书签。 4.2 结果分析 ...................................... 错误!未定义书签。 5 总结 ................................................ 错误!未定义书签。 致 谢 ................................................. 错误!未定义书签。 参考文献 .............................................. 错误!未定义书签。
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1 绪论
1.1 意义
功率型LED光功率测试仪是用于测量绝对光功率或通过一段光纤的光功率相对损耗。通过测量发射端机的绝对功率，一台功率型LED光功率计就能够评价光端设备的性能。用光功率计与稳定功率型LED组合使用，则能够测量连接损耗、检验连续性并帮助评估光纤链路传输质量。功率型LED光功率测试仪具有超宽的光功率测试围、精准的测试精度和超常的使用寿命。
1.2 国外发展状况
目前，测量光功率的方法有热学法和光学法。热学法在波长特性，测量精度等方面较好，但响应速度慢，灵敏度低，设备体积大。光学法有较快的响应速度，良好的线性特性而且灵敏度高，测量围大但其波长特性和测量精度方面不如热学法。因此，根据热学法制成的光功率计一般均为标准光功率计，做的比较好的是日本安腾公司生产的AQ-1112B型，它的传感器采用热电堆，测量精度高，可达正负2%以，但灵敏度较低，只能测量10uW以上的光功率。
1.3 设计容
本设计采用光敏电阻达到光电转换的目的，利用高精度单片机STC12C5A60S2作数据处理和显示，该单片机集成八通道A/D转换器，精确度很高，可达到正负1%以，显示部分采用四位一体的七段码共阴数码管，使得硬件电路简单，从而达到经济、实惠且高精度的目的。
2 光度学理论基础
2.1 定义及应用
光度学是1760年由朗伯建立的，且定义了光通量、发光强度、照度、亮度等主要光学光度学参量，并用数学阐明了它们之间的关系和光度学几个重要定律，如照度的叠加性定律、距离平方比定律、照度的余弦定律等，这些定律一直没用至今，实践已证明是正确的。 在可见光波段，考虑到人眼的主观因素后的相应计量学科称为光度学。 光度学除了要定义一些物理量并确定相应的测量单位外，还要研究测量仪器的设计、制造和测量方法。对各种光源进行光度的特性测量广泛应用于光学工业、照明工业、遥感遥测、色度学和大气光学等领域。对各种光敏和热敏探测器也需要运用光度的测量技术来确定其灵敏度及响应特性。
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2.2 光学量
光度学是研究光度测量的一门科学，光度量是光辐射能为平均人眼接受所引起的视
觉刺激大小的度量。光度量是具有标准人眼视觉特性的人眼所能接收到辐射能的度量。光度学通常引进下述光学量来进行描述： 2.2.1 光通量
在光度学中，光通量明确的被定义为能够被人的视觉系统所感受到的那部分光辐射功率的大小的度量。
辐射通量以光谱光视函数V（λ）（即视见函数，见可见光）为权重因子的对应量。设波长为λ的光的辐射通量为Φe（λ）。对应的光通量为
Φv
（2-1）
（
λ
）
=Km
*
V
（
λ
）
*Φe
（
λ
）
式中Km为比例系数，是波长为555nm的光谱光视效能，也叫最大光谱光视效能，由Φe和Φv的单位决定。光通量的SI单位为流明，Km＝683lm/W。复色光的光通量需对所有波长的光通量求和。
这个量是对光源而言，是描述光源发光总量的大小的，与光功率等价。光源的光通量越大，则发出的光线越多。
对于各向同性的光（即光源的光线向四面八方以相同的密度发射），则 F = 4πI。也就是说，若光源的I为1cd，则总光通量为4π =12.56lm。与力学的单位比较，光通量相当于压力，而发光强度相当于压强。要想被照射点看起来更亮，我们不仅要提高光通量，而且要增大会聚的手段，实际上就是减少面积，这样才能得到更大的强度。
要知道，光通量也是人为量，对于其它动物可能就不一样的，更不是完全自然的东西，因为这种定义完全是根据人眼对光的响应而来的。
人眼对不同颜色的光的感觉是不同的，此感觉决定了光通量与光功率的换算关系。对于人眼最敏感的555nm的黄绿光，1W = 683 lm，也就是说，1W的功率全部转换成波长为555nm的光，为683lm。这个是最大的光转换效率，也是定标值，因为人眼对555nm的光最敏感。对于其它颜色的光，比如650nm的红色，1W的光仅相当于73流明，这是因为人眼对红光不敏感的原因。对于白色光，要看情况了，因为很多不同的光谱结构的光都是白色的。例如LED的白光、电视上的白光以及日光就差别很大，光谱不同。
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图2-1为人眼对不同颜色光的相对响应曲线，主线为正常的明视觉，左边的曲线是暗视觉曲线（比较暗的场合下）
由图2-1可知，人眼对不同颜色的光的感觉是不同的，此感觉决定了光通量与光功率的换算关系。对于人眼最敏感的555nm的黄绿光，1W = 683 lm，也就是说，1W的功率全部转换成波长为555nm的光，为683lm。
至于电光源的发光效率，是另外一个相关的话题，是说1W的电功率到底能转化成多少光通量。如果全部转换成555nm的光，那就是每瓦683lm。但如果有一半转换成555nm的光，另一半变成热量损失了，那效率就是每瓦341.5lm。白炽灯能达到1W=20 lm就很不错了，其余的都成为热量或红外线了。测量一个不规则发光体的光通量，要用到积分球，比较专业而复杂。
积分球的基本工作原理如下图2-2所示：光线由输入孔入射后，光线在球部被均匀的反射及漫射，在球面上形成均匀的光强分布，因此输出孔所得到的光线为非常均匀的漫射光束。而且入射光之入射角度、空间分布、以及极性都不会对输出的光束强度和均匀度造成影响。同时因为光线经过积分球部的均匀分布后才射出，因此积分球也可当作一个光强衰减器，输出强度与输入强度比大约约为：光输出孔面积/积分球部的表面积。
图2-2 积分球工作原理 常见发光的大致效率（lm/W） 白炽灯，15 白色LED，20 日光灯，50 太阳，94 钠灯，120
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光功率测试仪原理与设计说明
