基于SPCE061A的激光衍射光栅测试仪设计

2．3 小信号采样及放大电路

该系统具有两路采样通道，一路采样0级光斑和未加光栅时激光直接照射探测器的信号，另一路采样1级光斑光电转换后的信号。从光探测器出来的是0．01～0．5 mA的微弱电流信号，而单片机的ADC转换范围是0～2．5 V。为了使A／D转换的精度提高，必须对电流信号进行电流一电压转换并将信号放大。

一般来说，ADC转换器在对量程范围内的中间值左右的转换误差最小。因此，设计时将所有电流信号都转换为1 V左右的电压信号。该系统需要测试的参数为光斑亮度比和光栅透过率，因此需要测量未加光栅前的探测器电流和加光栅后的两个亮光斑产生的电流。而未加光栅前的电流大概为0．4～0．5 mA，0级光斑的电流大概为0．1～0．2 mA，而1级光斑的电流大概为0．01～0．05 mA，因此它们放大的倍数会有很大差别。其中测量0级光斑和未加光栅时激光的光探测器是同一个，为了使两者产生的电压都在1 V左右，设计一个单刀双掷开关，以实现不同的放大倍数。

3 测试仪的软件设计

测试仪主程序流程图如图3所示。其中包括A／D转换子程序、LED显示子程序、外部按键中断子程序。

通过两路A／D分别对0级和1级光斑转换所得的电压信号进行采样，为了提高采样数据的稳定性与可靠性，采用了数字滤波。每路数据采样150次，去掉最大值和最小值之后再取平均值。每一种合格光栅，其光斑亮度比和透过率的值在一定的范围内，如果超过这个范围，说明该光栅参数不合格，仪器会显示U或倒U来说明该参数是上溢还是下溢，方便了用户。

4 测试结果与分析

对于10个光栅样品，测试的1级和0级光斑亮度比数据如表1所示。每个相同样品测5组数据。其中参考值为光栅厂家提供的标准样品值。

式(5)和式(6)中：δ为相对误差；D为均方差；Ri为测量值；R为平均值；N为项数。试验结果表明，测试仪测试误差小于2％，均方差小于2．2×10-3，完全满足设计要求。

5 结语

该设计利用高性能16位SPCE061A单片机实现了DVD等设备用激光二极管衍射光栅测试仪，非常适用于小批量衍射光栅的测试。经过实际测试验证，具有较高的稳定性和精确度。具有溢出报警功能，同时，该仪器成本低，体积小，检测效率高，具有较高的推广价值。