基于基于LabVIEW的光谱数据采集与分析的光谱数据采集与分析
摘要:本文选用CCD探测器采集光谱信号,然后由PXI采集卡传输数据与PC机通讯,并使用LabVIEW编写测试
程序,实现对光谱仪的光谱数据处理、采集、分析、显示等功能。 本文引入了新兴的虚拟仪器技术,设计
了一个基于LabVIEW的光谱分析及数据采集系统,通过软件编写再次对采集到的信号进行了滤波处理,增加了
增益调整功能;采用二乘法实现了对系统的波长标定,并实现了光谱曲线的峰值寻找功能,且与传统的线性定
标法进行对比,进一步改善了测量精度。通过实验结果表明,可以用所做的光谱分析系统分辨出汞灯光谱的特
性谱线,达到光谱分析的目的。 1.引言 随着科学技术的发展和光谱分析系统的广泛研究,人
摘要:本文选用摘要:本文选用CCD探测器采集光谱信号,然后由探测器采集光谱信号,然后由PXI采集卡传输数据与采集卡传输数据与PC机通讯,并使用机通讯,并使用LabVIEW编写测试程序,实编写测试程序,实
现对光谱仪的光谱数据处理、采集、分析、显示等功能。现对光谱仪的光谱数据处理、采集、分析、显示等功能。
本文引入了新兴的虚拟仪器技术,设计了一个基于LabVIEW的光谱分析及数据采集系统,通过软件编写再次对采集到的
信号进行了滤波处理,增加了增益调整功能;采用二乘法实现了对系统的波长标定,并实现了光谱曲线的峰值寻找功能,且与
传统的线性定标法进行对比,进一步改善了测量精度。通过实验结果表明,可以用所做的光谱分析系统分辨出汞灯光谱的特性
谱线,达到光谱分析的目的。
1.引言
随着科学技术的发展和光谱分析系统的广泛研究,人们对光谱分析系统的主要指标,如光谱测量范围、分辨率、精度等方
面,都提出了越来越高的要求,光谱仪现在的发展方向是微型化、自动化和高精度化。因此,本文引入了新兴的虚拟仪器技
术,设计了一个基于LabVIEW的光谱分析及数据采集系统,使光谱分析系统整体性能有所提高,并且操作简单,功能较强。
2.系统设计
2.1 系统结构
根据光谱分析采集系统的工作流程,将整个系统分为光学系统设计、硬件设计及应用程序设计三部分工作。光谱分析系统
是典型的基于光电探测器进行测量的光电检测仪器,所以结合系统的设计要求,为了满足微型化以及低成本的要求,考虑使用
线阵CCD探测器。光栅分出的光由TCD1304AP型号线阵CCD采集接收,由调理电路进行放大滤波处理输送给A/D模数转换
器,将模拟信号转换成数字信号,由PXI-6289采集到数据输送给上位机,选择LabVIEW接收数据、显示及分析等工作。
2.2 分光系统部分
分光系统是光谱分析系统中的关键部件,直接决定着系统的分光性能。光谱仪器的分光方式有多种,根据光谱测量方式的
不同,分为滤光片分光、棱镜分光、光栅分光。本文选用的是光栅分光方式。这种设计结构简单,光损耗小,分辨率高、信噪
比高。现在流行的CaernyTurner分光系统是一种非常紧凑的光学系统,把光路尽可能的简化。
2.3 数据采集部分
采用NI公司的数据采集卡PXI-6289,它可以直接插入工控机的PXI插槽中,即插即用,PXI-6289是一种高性能多功能数据
采集卡,配有2.0GHz双核处理器,转换速度可达40kHz,并且为用户提供32路模拟输入通道,由于LabVIEW对其提供了驱动程
序,所以采集数据是可直接调用软件中的采集函数,非常方便。
根据系统指标要求,设计选择使用TCD-1304AP,由于输出的模拟信号比较微弱,通常只有几百毫伏,要想在实际应用中
获得高质量的输出信号和高的系统信噪比,必须先对CCD的输出信号进行调理放大,经过一个射级跟随器进行功率放大,并
对噪声进行一定的抑制,限度的滤除暗电流和低噪声信号所带来的干扰。TCD1304AP输出的模拟信号送入到以CLC409搭建
的差分电路进行处理。
2.4 数据处理部分
由于数据采集过程中内在噪声,光路噪声等因素的存在,直接影响了系统的信噪比。所以要对得到的样品光谱信息进行滤
噪处理。
由信号的处理方向可以分为两种滤波器:
模拟滤波器和数字滤波器。传统模拟滤波器的输入和输出都是连续的,而数字滤波器的输入与输出都是离散时间信号。在
LabVIEW中所要研究的都是数字滤波器(计算机中进行信号处理的都是数字信号)。
(l)多次测量结果的累加平均
在对原始数据进行滤波时,我们采用了多次测量,对测量结果进行累加终取平均值的方法。测量的次数可以由用户根据自
己的要求自行设定。设用户设定的测量次数为n次,则所得到的结果为:
(2)光谱图像的平滑滤波
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