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(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計中遇到的有關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果，為今后利用這些結果進行微米顆粒的粒徑分析提供了可靠的依據(jù)。

關鍵詞：散射光；高速采集；微米顆粒；虛擬儀器

0 引言

隨著現(xiàn)代科學技術和經(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的技術問題。因此，對顆粒粒度的準確測量越來越引起人們廣泛的關注。它對環(huán)境保護、工業(yè)生產(chǎn)質量控制、醫(yī)療衛(wèi)生等眾多領域的發(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、應用最廣泛和最有發(fā)展前景的一種顆粒測量技術。在基于夫朗和費衍射技術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光電工程系設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，可以利用驅動程序用戶接口MAX(Measurement＆Automtion Explorer)對硬件進行各種設置和測試，然后調用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(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。

首先在MAX中建立一個任務，并命名為MyVoltageTask0，然后在這里設置采集信號的類型，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置，然后將任務保存在Max中。

接下來就是利用剛才創(chuàng)建的任務生成散射光信號采集程序代碼。

首先找到在LabVIEW的NI Measurements→DAQmx Data Acquisition函數(shù)模板的一個DAQmxTask Name Constant常數(shù)，然后在它的下拉菜單中選擇剛才已經(jīng)建立的任務MyVoltageTask0。接著在該常數(shù)上彈出快捷菜單，選Generate Code→Configuration and Exampie，這個選項將自動產(chǎn)生運行一個采集程序所需要的所有代碼，它的圖形代碼如圖3所示。圖4中最左邊的圖標為任務設置部分的函數(shù)圖標。打開這個圖標，它的圖形代碼如圖4所示。這樣就可以根據(jù)實際需要來修改這些測量參數(shù)。

以上這些采集模塊通過各自的Task In，Task Out和Error In、Error Out引腳聯(lián)系起來，數(shù)據(jù)流通過它們進行傳遞。整個程序用一個While Loop循環(huán)實現(xiàn)連續(xù)采集，并用一個按鈕“Stop"實現(xiàn)程序的退出。

由于該程序以后要在現(xiàn)場執(zhí)行實時監(jiān)控，故需要防止別人誤把程序退出，為此采用了事件結構來防止應用程序的錯誤退出。至此完成了散射光信號采集程序的整個設計。

3 實驗效果

為了驗證散射光信號采集系統(tǒng)的正確性與穩(wěn)定性，利用一個具有一定粒徑分布的玻璃樣本做了驗證實驗。

圖5為微米級顆粒散射光信號采集程序前面板，從圖中可以看到實時顯示的總信號(底板信號+顆粒信號)圖和顆粒信號(總信號-底板信號)圖，也可實時觀察到接收信號的最大值及該信號在接收環(huán)所處的位置。此外，還可以對數(shù)據(jù)采集卡的有關參數(shù)如設備編號、采樣通道、觸發(fā)沿等進行設置。微米級顆粒散射光信號采集的程序框圖如圖6所示，其中包含了散射光信號的采集、存儲、顯示和防止錯誤退出等子程序。

4 結語

實驗結果表明，通過用LabVIEW 8．20編寫的采集程序可以有效地控制PCI-6220M高速數(shù)據(jù)采集卡，準確地采集和存儲微米顆粒的散射光信號，為今后利用這些數(shù)據(jù)進行微納米顆粒的測量和通過反演算法計算顆粒的粒徑分布提供了可靠的依據(jù)。