基于LabVIEW的微米顆粒散射光信號采集系統(tǒng)設(shè)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(chǔ)。介紹了由計算機和高速數(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的程序設(shè)計中遇到的有關(guān)散射光信號的高速采集、存儲、顯示等問題。通過實驗證明能夠得到反映微米顆粒散射光信號的結(jié)果，為今后利用這些結(jié)果進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)濟的發(fā)展，在建材、冶金、化工、食品、醫(yī)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)問題。因此，對顆粒粒度的準(zhǔn)確測量越來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(yī)療衛(wèi)生等眾多領(lǐng)域的發(fā)展有著重要的意

義。在眾多的顆粒測定方法中，光散射法是目前使用的一種最先進、應(yīng)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(shù)據(jù)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(shè)計。

1 微米顆粒散射光的特點分析及對采集裝置的要求

根據(jù)微米顆粒夫朗和費衍射光能量分布特點，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(shè)計制造的自掃描光電二極管列陣(Self Seanned Photodiode Array，SSPA)。SSPA的信號頻率為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。對于如何才能保證準(zhǔn)確地采集到SSPA各環(huán)信號峰值的問題，這里采用對信號進行峰值保持的方法來做。實驗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(tǒng)實現(xiàn)微米顆粒散射光信號的采集。它的測量過程如下：功率為28 mW的氦氖激光器發(fā)出的波長為632．8 nm的光束經(jīng)擴束、準(zhǔn)直后入射到被測顆粒樣品上，光被散射。散射光被付氏鏡會聚到SSPA探測器上，轉(zhuǎn)換成電信號。電信號經(jīng)過峰值保持電路，然后利用PCI-6220M采集卡采集信號。并將采集到的數(shù)據(jù)傳送到計算機進行數(shù)據(jù)處理。從信號采集到處理的全過程都是在虛擬儀器的平臺(LabVIEW 8．20)上完成的。

由于在實驗中使用的是M系列的DAQ卡，而該系列的采集卡不再支持傳統(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)動程序用戶接口MAX(Measurement＆Automtion Explorer)對硬件進行各種設(shè)置和測試，然后調(diào)用DAQmx數(shù)據(jù)采集函數(shù)編寫數(shù)據(jù)采集程序。另外它還提供了通過數(shù)據(jù)采集助手DAQ Assistant快速進行交互式的硬件設(shè)置和自動生成數(shù)據(jù)采集程序圖形代碼的方法?？梢栽贛AX中打開數(shù)據(jù)采集助手，也可以在LabVIEW中啟動數(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)模塊一個一個鏈接起來的方法實現(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)的方法來編寫采集程序外，還可以用建立任務(wù)(Task)的方法來編寫采集程序，而且該方法更為簡單快捷。

數(shù)據(jù)采集任務(wù)Task是NI-DAQ新增加的一個重要概念，它是一系列信息的集合，包括一個或多個通道已經(jīng)定時、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中建立一個任務(wù)，并命名為MyVoltageTask0，然后在這里設(shè)置采集信號的類型，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，接著選擇信號輸入通道，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)采集助手中對輸入信號范圍、信號連接方式、采樣數(shù)、采樣率、外部時鐘信號等進行設(shè)置，然后將任務(wù)保存在Max中。