對于儀器的變化色譜剖析體系的研究 設(shè)計方案
硬件設(shè)計
計算機發(fā)出開關(guān)控制信號經(jīng)接口板到達直流電動機，電機軸的勻速轉(zhuǎn)動經(jīng)過減速箱后由皮帶驅(qū)動干涉儀的微動手輪，由絲杠帶動可動反射鏡移動，造成光程差的改變，使等傾環(huán)狀干涉條紋的中心光強發(fā)生周期性的變化，此變化由光電倍增管轉(zhuǎn)換為電流信號，經(jīng)信號處理電路1送到數(shù)據(jù)采集卡，被計算機接收。為了計算光源中所包含各譜線波長的絕對值，還必須在采集干涉條紋中心光強信號的同時測量光程差的變化。
我們在干涉儀微調(diào)手輪上安裝了一塊100等分的光調(diào)制盤（斬波器） ，對光耦的光信號進行調(diào)制。手輪每轉(zhuǎn)動一周，動鏡移動0. 01 mm ，調(diào)制盤則產(chǎn)生100個脈沖，因此每個脈沖當量相對于0. 1μm動鏡位移量（2倍光程差）。光耦-編碼盤系統(tǒng)產(chǎn)生的脈沖經(jīng)信號處理電路2和數(shù)據(jù)采集卡送往計算機計數(shù)處理，這樣就以很高的分辨率實現(xiàn)了光程差的實時測量。
上述系統(tǒng)中的光源可以是激光、鈉光燈、白熾燈，隨著其單色性的不同，光電倍增管采集到的干涉條紋中心光強隨時間變化曲線（干涉圖）也不同：用單色性極好的He2Ne激光獲得的是幅值基本不變的正弦信號；用單色性較好的鈉光得到的是總體幅值逐步下降，而同時呈現(xiàn)拍變化的正弦信號（因為鈉光包含兩個相近的波長589. 0 nm和589. 6 nm） ；用非單色的白熾燈則僅可得到幾個周期的畸變正弦信號，幅值便迅速下降為0.因此干涉圖真實反映了光源的時間相干性，通過對干涉圖信號進行傅立葉分析，就可以獲得光源的功率譜及中心波長值。
如前所述，為了使實驗系統(tǒng)在最新的WinXP操作環(huán)境下使用，我們利用美國NI公司生產(chǎn)的PCI26014數(shù)據(jù)采集卡和LabVIEW圖形化編程語言對Win98環(huán)境和VB語言編寫的測控軟件及AΠD轉(zhuǎn)換系統(tǒng)進行了改造升級，利用虛擬儀器技術(shù)使新系統(tǒng)迅速獲得了良好的精度和滿意的使用效果。改造后的系統(tǒng)電路基本不變，用PCI26014卡和配套接口板取代原系統(tǒng)中的普通AΠD轉(zhuǎn)換卡，干涉條紋信號和動鏡位移脈沖信號分別接到LabVIEW數(shù)據(jù)采集卡的“ANALOG INPUT”和“CTR”端，由控制軟件對信號進行采集、頻譜分析和處理，并按要求顯示和存儲結(jié)果。
軟件設(shè)計
其主要功能是：在采樣的同時觀測信號波形、在頻域顯示采樣信號經(jīng)傅立葉分析后的結(jié)果、用多次平均法計算光源中心波長值。
用戶可以改變采樣速率和采樣點總數(shù)，來得到不同的頻率分辨率（頻率分辨率=采樣速率Π采樣點總數(shù)） ，系統(tǒng)狀態(tài)可通過狀態(tài)顯示欄和進度條讀出。光源為He2Ne激光器，采樣速率為50次Π秒，采樣點數(shù)為6400 ，顯示的是時域波形圖的局部放大。經(jīng)傅立葉變換頻譜分析后，得到所顯示的結(jié)果，計算出峰值波長值為632. 0 nm ，與典型值632. 8 nm非常接近。
測控軟件包括①信號實時監(jiān)測、②信號采樣、③脈沖計數(shù)、④頻譜分析、⑤多次采樣平均、⑥文件存取、⑦提取中心波長、⑧狀態(tài)顯示和圖形工具等八個模塊，其核心部分為采樣及FFT處理程序所示。
該實驗系統(tǒng)具有良好的人機交互功能。不論是實時監(jiān)測還是采樣都可從指示燈狀態(tài)看出，采樣進度條方便使用者了解程序運行情況；在“光譜分析”面板上，操作者可通過移動光標獲得頻譜分析中每條譜線的數(shù)值，還可以放大中心頻率處的波形變化的細節(jié)。采樣數(shù)據(jù)可以文件方式存儲，測量結(jié)果可以顯示、打印，便于操作者存取典型實驗數(shù)據(jù)供分析使用。
誤差分析
由于Windows是一個多任務(wù)型的操作系統(tǒng)，在進行數(shù)據(jù)采樣工作時，額外的其它操作（如移動鼠標）都會給測量進程造成影響，帶來計時誤差，以前我們用VB編寫的測控軟件運行精度只能達到5 % ，而借助NI公司開發(fā)的LabVIEW專業(yè)軟件和配套板卡，測量精度達到了3 %.
由于LabVIEW軟件可以方便地進行多次采樣平均，從而進一步減小隨機誤差，采取多次平均法后可使中心波長的計算誤差降到1 %.這樣的測量結(jié)果可以滿足一般的教學(xué)實驗要求。
結(jié)語
利用LabVIEW虛擬儀器軟件和配套接口卡，花費很短的時間和少量的程序設(shè)計工作，成功改造了基于普通AΠD卡和VB語言的傅立葉光譜分析實驗系統(tǒng)。
改造后的系統(tǒng)可以在Windows XP環(huán)境下運行并及時獲得軟硬件升級，不僅具有傳統(tǒng)儀器那樣實用而熟悉的界面，而且運行更加可靠、精度高，操作直觀、簡便，交互性強；此系統(tǒng)既可用于傅立葉光學(xué)的實驗教學(xué)，又可作為應(yīng)用實例講解虛擬儀器課程的有關(guān)內(nèi)容。http://www.yoshikomatsuura.com
