基于LabVIEW的微米顆粒散射光信號(hào)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：微米顆粒散射光信號(hào)的獲取是利用夫朗和費(fèi)衍射原理分析微米顆粒粒徑的基礎(chǔ)。介紹了由計(jì)算機(jī)和高速數(shù)據(jù)采集卡組成的高速采集裝置，討論了在基于虛擬儀器軟件平臺(tái)的程序設(shè)計(jì)中遇到的有關(guān)散射光信號(hào)的高速采集、存儲(chǔ)、顯示等問(wèn)題。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明能夠得到反映微米顆粒散射光信號(hào)的結(jié)果，為今后利用這些結(jié)果進(jìn)行微米顆粒的粒徑分析提供了可靠的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：散射光；高速采集；微米顆粒；虛擬儀器

0 引言

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在建材、冶金、化工、食品、醫(yī)藥、機(jī)械、環(huán)保等工業(yè)中都廣泛涉及到與顆粒密切相關(guān)的技術(shù)問(wèn)題。因此，對(duì)顆粒粒度的準(zhǔn)確測(cè)量越來(lái)越引起人們廣泛的關(guān)注。它對(duì)環(huán)境保護(hù)、工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量控制、醫(yī)療衛(wèi)生等眾多領(lǐng)域的發(fā)展有著重要的意

義。在眾多的顆粒測(cè)定方法中，光散射法是目前使用的一種最先進(jìn)、應(yīng)用最廣泛和最有發(fā)展前景的一種顆粒測(cè)量技術(shù)。在基于夫朗和費(fèi)衍射技術(shù)的微米顆粒的尺寸測(cè)量中，首先必須了解微米顆粒的光散射特性，利用數(shù)據(jù)采集卡獲得散射光信號(hào)，再利用反演算法得到顆粒的粒徑、分散度等相關(guān)信息。因此，散射光信號(hào)的獲取是微米顆粒測(cè)量中首要解決的問(wèn)題。

本文介紹了基于NI公司的高速采集卡的采集裝置，討論了基于虛擬儀器軟件平臺(tái)的散射光信號(hào)的高速采集和顯示等的程序設(shè)計(jì)。

1 微米顆粒散射光的特點(diǎn)分析及對(duì)采集裝置的要求

根據(jù)微米顆粒夫朗和費(fèi)衍射光能量分布特點(diǎn)，該激光粒度儀普遍采用環(huán)形光電探測(cè)器件，該激光粒度儀上所用的光電探測(cè)器件是由重慶大學(xué)光電工程系設(shè)計(jì)制造的自掃描光電二極管列陣(Self Seanned Photodiode Array，SSPA)。SSPA的信號(hào)頻率為20 kHz，所用的數(shù)據(jù)采集卡(PCI-6220M)單通道采樣頻率為250 kS／s。根據(jù)采樣定理，要采集到SSPA的峰值是完全可以做到的。對(duì)于如何才能保證準(zhǔn)確地采集到SSPA各環(huán)信號(hào)峰值的問(wèn)題，這里采用對(duì)信號(hào)進(jìn)行峰值保持的方法來(lái)做。實(shí)驗(yàn)證明采用這種方法能夠準(zhǔn)確并穩(wěn)定地采集到SSPA各環(huán)信號(hào)的峰值。

2 散射光信號(hào)的獲取

本文采用圖1所示的采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)微米顆粒散射光信號(hào)的采集。它的測(cè)量過(guò)程如下：功率為28 mW的氦氖激光器發(fā)出的波長(zhǎng)為632．8 nm的光束經(jīng)擴(kuò)束、準(zhǔn)直后入射到被測(cè)顆粒樣品上，光被散射。散射光被付氏鏡會(huì)聚到SSPA探測(cè)器上，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。電信號(hào)經(jīng)過(guò)峰值保持電路，然后利用PCI-6220M采集卡采集信號(hào)。并將采集到的數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。從信號(hào)采集到處理的全過(guò)程都是在虛擬儀器的平臺(tái)(LabVIEW 8．20)上完成的。

由于在實(shí)驗(yàn)中使用的是M系列的DAQ卡，而該系列的采集卡不再支持傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，為此采用了新的基于NI-DAQmx的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。在該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，可以利用驅(qū)動(dòng)程序用戶接口MAX(Measurement＆Automtion Explorer)對(duì)硬件進(jìn)行各種設(shè)置和測(cè)試，然后調(diào)用DAQmx數(shù)據(jù)采集函數(shù)編寫(xiě)數(shù)據(jù)采集程序。另外它還提供了通過(guò)數(shù)據(jù)采集助手DAQ Assistant快速進(jìn)行交互式的硬件設(shè)置和自動(dòng)生成數(shù)據(jù)采集程序圖形代碼的方法?？梢栽贛AX中打開(kāi)數(shù)據(jù)采集助手，也可以在LabVIEW中啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集助手。

在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，只能采用把采集函數(shù)模塊一個(gè)一個(gè)鏈接起來(lái)的方法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。但在NI-DAQmx的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，除了可以用傳統(tǒng)的方法來(lái)編寫(xiě)采集程序外，還可以用建立任務(wù)(Task)的方法來(lái)編寫(xiě)采集程序，而且該方法更為簡(jiǎn)單快捷。

數(shù)據(jù)采集任務(wù)Task是NI-DAQ新增加的一個(gè)重要概念，它是一系列信息的集合，包括一個(gè)或多個(gè)通道已經(jīng)定時(shí)、觸發(fā)等屬性。它也是數(shù)據(jù)采集助手與數(shù)據(jù)采集程序之間聯(lián)系的紐帶。下面就來(lái)介紹如何在MAX中創(chuàng)建散射光信號(hào)的采集任務(wù)。

首先在MAX中建立一個(gè)任務(wù)，并命名為MyVoltageTask0，然后在這里設(shè)置采集信號(hào)的類(lèi)型，由于所采集的信號(hào)為模擬電壓信號(hào)，故在此選擇Analog Input下的VoItage選項(xiàng)，接著選擇信號(hào)輸入通道，最后出現(xiàn)數(shù)據(jù)采集助手的設(shè)置面板，如圖2所示。在數(shù)據(jù)采集助手中對(duì)輸入信號(hào)范圍、信號(hào)連接方式、采樣數(shù)、采樣率、外部時(shí)鐘信號(hào)等進(jìn)行設(shè)置，然后將任務(wù)保存在Max中。