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基于ARM的智能激光功率计的研制

作　者: 高然
导　师: 彭月祥
学　校: 北京工业大学
专　业: 光学
关键词: 激光功率计算机测量技术 ARM嵌入式处理器 AT91SAM7S64
分类号: TH744.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

当前,随着激光技术的广泛应用,很多领域对激光的质量要求越来越高。其中,激光光束功率的测量就是各种光学实验中非常重要的一个环节。本论文就是对光学实验中激光功率测量技术的研制。本论文首先介绍该课题的背景,并以此分析了课题研究的意义和目的。在这些基础上,本课题提出了相关所要实现的功能。其次,本论文介绍了一些常用的激光功率探头和激光功率的测量方法,包括激光功率计压电法探测器、激光功率计干涉法探测器、激光功率的环形量热方法、激光功率的热交换量热方法和激光功率的全吸收量热方法。基于这些方法本论文设计了一套基于嵌入式计算机的激光功率计,主要包括硬件和软件两部分。其特点是体积小、成本低、功耗小、数据采集快、存储量大、具有计算机接口。其中硬件包括光电接收设备、信号放大设备、信息处理设备、通信设备和液晶显示设备等等。软件包括ARM嵌入式处理器部分和电脑显示部分。最后本论文介绍了激光功率计的定标情况、测量实验结果和误差分析,并有效地提出了各种解决方案,为提高激光功率计测量精度提供了帮助。实验结果表明本激光功率计有效的测量出实验室小功率激光的数值。本论文的研究和设计对激光功率测量技术和仪器小型化、智能化、低成本、低能耗等方面都提供了一定的科学指导。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-14
  1.1 课题背景及意义  8-9
  1.2 激光功率测量技术国内外现状  9-12
    1.2.1 国内在激光功率计量方面的现状  9-11
    1.2.2 国外在激光功率计量方面的现状  11-12
  1.3 激光功率测量技术的发展前景  12
  1.4 本文主要研究内容  12-14
第2章激光功率计的理论基础和设计原理  14-24
  2.1 激光功率计探测器的设计原理  14-17
    2.1.1 压电法  15-16
    2.1.2 干涉法  16-17
  2.2 测量激光功率的基本方法概述  17-21
    2.2.1 环形量热测量方法  18-19
    2.2.2 热交换测量方法  19-20
    2.2.3 全吸收激光测量方法  20-21
  2.3 本课题激光功率计的设计原理  21-23
  2.4 本章小结  23-24
第3章激光功率计的硬件设计  24-44
  3.1 光电接收设备的物理特性及参数测量  24-29
    3.1.1 CR4*4 光电池的物理特性  25-26
    3.1.2 CR4*4 光电池的结构及工作原理  26-27
    3.1.3 激光功率计中CR4*4 光电池的设计  27-28
    3.1.4 CR4*4 光电池的实验数据及分析  28-29
  3.2 信号放大设备的物理特性及参数测量  29-37
    3.2.1 LM358 放大电子元件的物理特性  30-31
    3.2.2 电压串联负反馈放大方法  31-32
    3.2.3 信号放大设备的等效阻抗分析  32-34
    3.2.4 激光功率计中信号放大设备的设计  34-35
    3.2.5 信号放大设备的实验数据及分析  35-37
  3.3 信息处理设备的设计  37-41
    3.3.1 AT91SAM7S64 处理器电源及时钟  38
    3.3.2 AT91SAM7S64 处理器JTAG电路  38-39
    3.3.3 AT91SAM7S64 处理器模数转换系统  39-40
    3.3.4 AT91SAM7S64 处理器存储系统  40-41
  3.4 通信设备的设计  41-42
  3.5 液晶显示设备的设计  42-43
  3.6 本章总结  43-44
第4章激光功率计的软件设计  44-60
  4.1 软件总体设计原理  44-45
  4.2 ARM嵌入式处理器的软件设计  45-53
    4.2.1 ADS软件开发环境  46
    4.2.2 数据采集模块的软件设计  46-48
    4.2.3 数据存储模块的软件设计  48-50
    4.2.4 通信模块的软件设计  50-53
    4.2.5 显示模块的软件设计  53
  4.3 计算机显示程序的软件设计  53-58
    4.3.1 Visual C++软件编译系统  53-54
    4.3.2 计算机通信系统软件设计  54-57
    4.3.3 计算机显示系统软件设计  57
    4.3.4 计算机数据曲线系统软件设计  57-58
  4.4 本章小结  58-60
第5章激光功率计的定标及测量误差分析  60-68
  5.1 激光功率计的定标  60-63
    5.1.1 激光功率计的定标原理  60
    5.1.2 激光功率计的定标步骤  60-61
    5.1.3 激光功率计的定标数据  61-63
  5.2 激光功率计的测量数据  63-64
  5.3 激光功率计的误差分析及解决方法  64-67
    5.3.1 激光功率计的误差分析  65-66
    5.3.2 激光功率计的误差解决方法  66-67
  5.4 本章总结  67-68
第6章激光功率计的改进方案  68-74
  6.1 多波长激光测量改进方案  68-69
  6.2 量程调整改进方案  69-73
    6.2.1 X9241 数字控制电位器  69-71
    6.2.2 激光功率计量程改变方案  71-73
  6.3 本章总结  73-74
总结  74-76
参考文献  76-80
攻读硕士学位期间发表的学术论文  80-82
致谢  82-84
附录Ⅰ 激光功率计硬件实验图  84-86
附录Ⅱ 激光功率计显示图片  86-88
附录Ⅲ 激光功率计定标实验图  88-89
附录Ⅳ 激光功率计整体图  89-90
附录Ⅴ 激光功率计电路图  90

基于ARM的智能激光功率计的研制

内容摘要

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