基于LabVIEW的微米顆粒散射光信號采集系統設計

摘要：微米顆粒散射光信號的獲取是利用夫朗和費衍射原理分析微米顆粒粒徑的基礎。介紹了由計算機和高速數據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的程序設計中遇到的有關(guān)散射光信號的高速采集、存儲、顯示等問(wèn)題。通過(guò)實(shí)驗證明能夠得到反映微米顆粒散射光信號的結果，為今后利用這些結果進(jìn)行微米顆粒的粒徑分析提供了可靠的依據。

關(guān)鍵詞：散射光；高速采集；微米顆粒；虛擬儀器

0 引言

隨著(zhù)現代科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟的發(fā)展，在建材、冶金、化工、食品、醫藥、機械、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，對顆粒粒度的準確測量越來(lái)越引起人們廣泛的關(guān)注。它對環(huán)境保護、工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量控制、醫療衛生等眾多領(lǐng)域的發(fā)展有著(zhù)重要的意

義。在眾多的顆粒測定方法中，光散射法是目前使用的一種最先進(jìn)、應用最廣泛和最有發(fā)展前景的一種顆粒測量技術(shù)。在基于夫朗和費衍射技術(shù)的微米顆粒的尺寸測量中，首先必須了解微米顆粒的光散射特性，利用數據采集卡獲得散射光信號，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，散射光信號的獲取是微米顆粒測量中首要解決的問(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的散射光信號的高速采集和顯示等的程序設計。

1 微米顆粒散射光的特點(diǎn)分析及對采集裝置的要求

根據微米顆粒夫朗和費衍射光能量分布特點(diǎn)，該激光粒度儀普遍采用環(huán)形光電探測器件，該激光粒度儀上所用的光電探測器件是由重慶大學(xué)光電工程系設計制造的自?huà)呙韫怆姸O管列陣(Self Seanned Photodiode Array，SSPA)。SSPA的信號頻率為20 kHz，所用的數據采集卡(PCI-6220M)單通道采樣頻率為250 kS／s。根據采樣定理，要采集到SSPA的峰值是完全可以做到的。對于如何才能保證準確地采集到SSPA各環(huán)信號峰值的問(wèn)題，這里采用對信號進(jìn)行峰值保持的方法來(lái)做。實(shí)驗證明采用這種方法能夠準確并穩定地采集到SSPA各環(huán)信號的峰值。

2 散射光信號的獲取

本文采用圖1所示的采集系統實(shí)現微米顆粒散射光信號的采集。它的測量過(guò)程如下：功率為28 mW的氦氖激光器發(fā)出的波長(cháng)為632．8 nm的光束經(jīng)擴束、準直后入射到被測顆粒樣品上，光被散射。散射光被付氏鏡會(huì )聚到SSPA探測器上，轉換成電信號。電信號經(jīng)過(guò)峰值保持電路，然后利用PCI-6220M采集卡采集信號。并將采集到的數據傳送到計算機進(jìn)行數據處理。從信號采集到處理的全過(guò)程都是在虛擬儀器的平臺(LabVIEW 8．20)上完成的。

由于在實(shí)驗中使用的是M系列的DAQ卡，而該系列的采集卡不再支持傳統的數據采集系統，為此采用了新的基于NI-DAQmx的數據采集系統。在該數據采集系統中，可以利用驅動(dòng)程序用戶(hù)接口MAX(Measurement＆Automtion Explorer)對硬件進(jìn)行各種設置和測試，然后調用DAQmx數據采集函數編寫(xiě)數據采集程序。另外它還提供了通過(guò)數據采集助手DAQ Assistant快速進(jìn)行交互式的硬件設置和自動(dòng)生成數據采集程序圖形代碼的方法?？梢栽贛AX中打開(kāi)數據采集助手，也可以在LabVIEW中啟動(dòng)數據采集助手。

在傳統的數據采集系統中，只能采用把采集函數模塊一個(gè)一個(gè)鏈接起來(lái)的方法實(shí)現數據采集。但在NI-DAQmx的數據采集系統中，除了可以用傳統的方法來(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。

數據采集任務(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。它也是數據采集助手與數據采集程序之間聯(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，然后在這里設置采集信號的類(lèi)型，由于所采集的信號為模擬電壓信號，故在此選擇Analog Input下的VoItage選項，接著(zhù)選擇信號輸入通道，最后出現數據采集助手的設置面板，如圖2所示。在數據采集助手中對輸入信號范圍、信號連接方式、采樣數、采樣率、外部時(shí)鐘信號等進(jìn)行設置，然后將任務(wù)保存在Max中。