摘要：設計了一個基于虛擬儀器的可見光譜數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)。對彩色線陣 TCD2252的 RGB三通道輸出進行加法處理，提高了系統(tǒng)靈敏度；利用氦燈特征譜線、根據(jù)二階定標法對系統(tǒng)進行波長標定，比傳統(tǒng)的線性定標法改善了測量精度；通過網(wǎng)絡實時發(fā)布測量數(shù)據(jù)，遠程用戶可方便地瀏覽測量情況。利用 LabVIEW8.5編寫測試程序，實現(xiàn)了光譜的采集、處理、分析、顯示及傳輸?shù)裙δ?。實驗結果表明測量誤差在可接受的范圍內。

關鍵詞：虛擬儀器； LabVIEW；CCD；光譜；數(shù)據(jù)采集

Data acquisition and processing of visible spectrum based on virtual instrument 
Abstract: A data acquisition and processing system of visible spectrum based on virtual instrument was designed. The sensitivity of the system was increased by adding three output channels of RGB of the color linear TCD2252. Compared with the traditional linear calibration method, the precision was improved by the use of characteristic spectrum of helium lamp and second-order calibration method. The test data was published to internet real-time, therefore the remote users can browsing the spectrum measurement easily. The application program was designed with LabVIEW8.5 to achieve the functions of data acquisition, processing, analysis, display and web transmission. The result indicated that measurement error is within acceptable range.

Key words: Virtual instrument; LabVIEW; CCD; spectrum; date acquisition
1 引言
在現(xiàn)代節(jié)能照明中，可見光譜測量是研究光源性能的重要手段，但大多數(shù)測量儀表功能固定且較為單一，不能根據(jù)測量對象及測試要求的多樣性進行靈活的調整和變更，由此帶來了使用中的諸多不便。而利用虛擬儀器技術的優(yōu)勢就可較好的解決這一問題。
虛擬儀器是基于計算機的儀器，它通過軟件將計算機硬件資源與儀器硬件有機的融為一體，從而把計算機強大的計算處理能力和儀器硬件的測量、控制能力結合在一起，大大縮減了儀器硬件的成本和體積，尤其是便于軟件的修改，以實現(xiàn)測試功能的擴展。本文利用目前國際上唯一的編譯型圖形化編程語言 LabVIEW[1]，設計了一個基于虛擬儀器技術的光譜采集與處理系統(tǒng)，功能較強，操作簡便。 2 測量系統(tǒng)設計
2.1 系統(tǒng)構成
本系統(tǒng)主要由光源、光柵分光系統(tǒng)、 CCD光電探測器、數(shù)據(jù)采集卡、 LabVIEW軟件平臺構成。CCD器件具有卓越的光電響應量子效率、靈敏度高、噪聲低、讀出快、動態(tài)范圍大以及對光的頻率響應范圍寬等優(yōu)點[2]，使它成為光譜檢測的理想探測器。并且，由于它能夠進行多通道并行探測，進而同時探測多條譜線，所以在光電檢測領域得到廣泛了的應用[3]。實驗中，采用 TCD2252型 CCD接收光譜，通過 PCI-6251采集經(jīng) CCD轉化得到的電信號并將數(shù)據(jù)送入計算機，用 LabVIEW編寫程序，實現(xiàn)光譜采集、分析、顯示、存儲等功能。系統(tǒng)組成見圖1。

TCD2252是像元數(shù)為 2700的高靈敏彩色線陣 CCD，采用高靈敏度和低暗電流的 PN結作為光敏單元，內部設有彩色濾光片，信號分紅、綠、藍三路輸出，RGB三陣列靈敏度典型值分別為 7.0V/lx.s、9.1sV/lx.s、3.2V/lx.s，其傳輸效率大于92%，光譜響應范圍寬，在可見光波長范圍內具有良好的光譜響應特性。
2.2 數(shù)據(jù)采集
LabVIEW 對 NI的數(shù)據(jù)采集卡提供了驅動程序,通過在 MAX中創(chuàng)建采集任務及相應參數(shù)，并調用DAQ 函數(shù)就可直接采集CCD的輸出信號 [4]。TCD2252按照彩色三分量RGB進行三路輸出，單獨采集一路或兩路信號時，會造成某些顏色的光譜信號漏采樣，故設計了對R、G、B三路信號同時采集?？紤]到用軟件實現(xiàn)時對采集卡采樣率的要求較高，故在采集前先通過加法電路對三路電壓信號值相加（見圖2），進而實現(xiàn) RGB三路光強信號的同時采集。 
 

再進行二次多項式擬合[7]，擬合函數(shù)可以設為：


顯然，線性定標法的誤差相對較大，因此，二次標定比線性標定更加接近實際值，從而進一步提高了系統(tǒng)測量精度。 4 光譜測量的遠程訪問#p#分頁標題#e#
本系統(tǒng)基于 LabVIEW 8.5虛擬儀器平臺，它在遠程應用上提供了非常便捷的網(wǎng)絡傳輸方式，主要有 DateSocket技術、瀏覽器以及 Remote panel方式。其中 Web發(fā)布方式操作起來最為方便，不要求在客戶端電腦上安裝 LabVIEW軟件，只要打開網(wǎng)頁就能訪問嵌于其中的程序前面板，因此，本系統(tǒng)選用網(wǎng)頁發(fā)布模式。具體操作時，在工具菜單中啟用 Web Server，并設置服務器所在位置，端口使用默認值；在瀏覽器訪問權限中設置用戶的訪問權限。對瀏覽器地址設置哪些客戶端有權查看和控制 VI前面板，哪些只允許查看，哪些拒絕訪問。另外選擇菜單中的 Web發(fā)布工具，選擇光譜數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng).vi，會自動生成一個 HTML文件，將 HTML文件保存，被授權的遠程客戶端就可以通過訪問該網(wǎng)絡地址訪問此系統(tǒng)。
5 結束語
本文采用彩色線陣 CCD進行光電轉換，能一次采集多條譜線，測量效率高。采用二階定標法進行波長標定，提高了測量精度。運用 LabVIEW編程，實現(xiàn)了光譜的數(shù)據(jù)采集、分析、顯示和存儲等功能，用戶能方便地進行遠程訪問，掌握測量情況。整個系統(tǒng)具有易開發(fā)和擴展等優(yōu)點。
參考文獻
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