基于LabVIEW的软件相关器设计与实现
发布时间：2021-07-16 17:05
动态光散射技术是测量纳米和亚微米级颗粒的有效方法,在化学工业、生物医学、生态环境检测、材料科学、食品工业等领域被广泛应用。在动态光散射法测量颗粒中,光子相关器是其核心装置,设计良好的相关器对于提高自相关函数测量准确度,进而提升颗粒测量精度具有重要意义。本论文设计了一个基于LabVIEW的软件相关器,并结合动态光散射实验对其相关参数的设置与自相关函数的优化进行了分析。在现有的动态光散射实验平台的基础上,本论文设计了由NI PCIe-6612型号计数器板卡、NI PCI-5402波形发生器板卡和微机组成的基于LabVIEW的软件相关器。其中板卡型的硬件设备可以安装进微机主机箱的插槽当中,对于计数器板卡这种有较多数字I/O引脚的,外接一个接线板,具有成本较低、体积较小、便携易用的特点。基于LabVIEW的软件系统设计,包括了数据采集、相关运算、数据存储与显示、粒径反演等模块以及可供用户操作的软件界面,较完整的完成了从读取数据、计算自相关函数到粒径反演的过程。其中数据采集模块采用把数据采集下来再计算的方式,大大增加了最大采样频率。分析了采样时间、相关通道数等参数选择对软件相关器性能的影响,在采...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
归一化散射光强自相关函数曲线
件的选型相关器主要由光子计数探头、计数器板卡、波形发生器以及微机三部子计数探头负责把探测到的散射光强信号，经过放大、甄别、整型转化号输出，计数器板卡完成数据的采集，波形发生器产生时钟波形信号作样时钟，而微机则是作为终端完成数据的处理以及人机交互。一个软备的选型，需要充分考虑各个信号类型、硬件接口以及相关参数的匹配器的功能与可扩展性，因此需要对相关器的器件选型做详细分析。光子计数探头态光散射实验中，散射光极其微弱并且需要探测散射光信号随时间的 PMT 虽然可以实时测出散射光功率大小，但是对于动态光散射实验而光功率随时间的波动。因此，根据实验的实际需求，选取能把散射光功压脉冲个数形式输出的光子计数探头。
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文压电路、放大器、甄别器、脉冲整型器组成，其中包含的 PMT 为双碱光电阴极，它将散射光信号转换成电脉冲信号，再经过脉冲线性放大器将信号放大，然后将随机变化的信号送到光子甄别器中甄别出光子脉冲信号，再通过脉冲整型器整型为 TTL 电平的电压脉冲输出，脉冲宽度为10ns，脉冲对分辨率为20ns[24]。在500nm附近波长的灵敏度最高，计数灵敏度为5 1 14.6 10 s pW ，与我们激光器的波长532nm相符。在实际使用该光子计数探头时，除注意运行的电压电流符合要求外，还需关注散射光强的控制。如图 3-3 所示，图 3-3（a）为线性计数率曲线，横坐标为输入光的计数率，纵坐标为输出光的计数率，可见在计数率小于65 1 0时，入射光与出射光的计数率是呈线性关系的，而图（b）也展示了计数率与误差之间的关系，经过矫正后的曲线，在小于 计数率时，误差接近于 0。因此，为保证光子计数探头输出信号的可靠性，需要保证其探测到的散射光计数率不超过 。
【参考文献】：
期刊论文
[1]双峰分布颗粒体系的多角度动态光散射数据反演（英文）[J]. 徐敏,申晋,朱新军,THOMAS John C,CLEMENTI Luis A,VEGA Jorge R. 光子学报. 2017(02)
[2]激光粒度分析仪的关键技术及研究进展[J]. 隋修武,李瑶,胡秀兵,李琰. 电子测量与仪器学报. 2016(10)
[3]多波段相关光子光谱分布与时间相关性测量实验研究[J]. 高冬阳,李健军,夏茂鹏,郑小兵. 光谱学与光谱分析. 2016(05)
[4]大动态范围高速光子相关器[J]. 刘伟,陆文玲,王雅静,陈文钢,申晋. 应用光学. 2015(05)
[5]Matlab软件在频谱分析中的应用[J]. 陈大银. 贵阳学院学报(自然科学版). 2014(02)
[6]改进的稳健Lowess标准化算法在基因芯片中的应用[J]. 严德春,王加俊. 数据采集与处理. 2013(01)
[7]短数据量动态光散射颗粒测量信号去噪方法[J]. 王雅静,申晋,郑刚,谭博学,刘伟. 强激光与粒子束. 2010(06)
[8]DLS粒度测量实验中噪声的影响与克服[J]. 娄本浊. 光散射学报. 2008(04)
[9]动态光散射在颗粒检测中的应用[J]. 刘桂强,杨冠玲,何振江,韩鹏,岳成凤,李丰果,彭力,喻雷寿,李仪芳. 中国粉体技术. 2005(03)
[10]基于PCI总线的高速实时数据采集系统[J]. 耿宇钵,张晓冬,陈曦. 工业控制计算机. 2005(05)
硕士论文
[1]含噪动态光散射数据处理方法研究[D]. 肖莹莹.山东理工大学 2015
[2]大动态范围高速光子相关器研究[D]. 陆文玲.山东理工大学 2012
[3]多角度动态光散射颗粒粒度反演方法研究[D]. 刘晓艳.山东理工大学 2012
[4]低频随机信号实时功率谱分析仪的设计与实现[D]. 王峰.东南大学 2005
本文编号：3287408
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：55 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
归一化散射光强自相关函数曲线
件的选型相关器主要由光子计数探头、计数器板卡、波形发生器以及微机三部子计数探头负责把探测到的散射光强信号，经过放大、甄别、整型转化号输出，计数器板卡完成数据的采集，波形发生器产生时钟波形信号作样时钟，而微机则是作为终端完成数据的处理以及人机交互。一个软备的选型，需要充分考虑各个信号类型、硬件接口以及相关参数的匹配器的功能与可扩展性，因此需要对相关器的器件选型做详细分析。光子计数探头态光散射实验中，散射光极其微弱并且需要探测散射光信号随时间的 PMT 虽然可以实时测出散射光功率大小，但是对于动态光散射实验而光功率随时间的波动。因此，根据实验的实际需求，选取能把散射光功压脉冲个数形式输出的光子计数探头。
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文压电路、放大器、甄别器、脉冲整型器组成，其中包含的 PMT 为双碱光电阴极，它将散射光信号转换成电脉冲信号，再经过脉冲线性放大器将信号放大，然后将随机变化的信号送到光子甄别器中甄别出光子脉冲信号，再通过脉冲整型器整型为 TTL 电平的电压脉冲输出，脉冲宽度为10ns，脉冲对分辨率为20ns[24]。在500nm附近波长的灵敏度最高，计数灵敏度为5 1 14.6 10 s pW ，与我们激光器的波长532nm相符。在实际使用该光子计数探头时，除注意运行的电压电流符合要求外，还需关注散射光强的控制。如图 3-3 所示，图 3-3（a）为线性计数率曲线，横坐标为输入光的计数率，纵坐标为输出光的计数率，可见在计数率小于65 1 0时，入射光与出射光的计数率是呈线性关系的，而图（b）也展示了计数率与误差之间的关系，经过矫正后的曲线，在小于 计数率时，误差接近于 0。因此，为保证光子计数探头输出信号的可靠性，需要保证其探测到的散射光计数率不超过 。
【参考文献】：
期刊论文
[1]双峰分布颗粒体系的多角度动态光散射数据反演（英文）[J]. 徐敏,申晋,朱新军,THOMAS John C,CLEMENTI Luis A,VEGA Jorge R. 光子学报. 2017(02)
[2]激光粒度分析仪的关键技术及研究进展[J]. 隋修武,李瑶,胡秀兵,李琰. 电子测量与仪器学报. 2016(10)
[3]多波段相关光子光谱分布与时间相关性测量实验研究[J]. 高冬阳,李健军,夏茂鹏,郑小兵. 光谱学与光谱分析. 2016(05)
[4]大动态范围高速光子相关器[J]. 刘伟,陆文玲,王雅静,陈文钢,申晋. 应用光学. 2015(05)
[5]Matlab软件在频谱分析中的应用[J]. 陈大银. 贵阳学院学报(自然科学版). 2014(02)
[6]改进的稳健Lowess标准化算法在基因芯片中的应用[J]. 严德春,王加俊. 数据采集与处理. 2013(01)
[7]短数据量动态光散射颗粒测量信号去噪方法[J]. 王雅静,申晋,郑刚,谭博学,刘伟. 强激光与粒子束. 2010(06)
[8]DLS粒度测量实验中噪声的影响与克服[J]. 娄本浊. 光散射学报. 2008(04)
[9]动态光散射在颗粒检测中的应用[J]. 刘桂强,杨冠玲,何振江,韩鹏,岳成凤,李丰果,彭力,喻雷寿,李仪芳. 中国粉体技术. 2005(03)
[10]基于PCI总线的高速实时数据采集系统[J]. 耿宇钵,张晓冬,陈曦. 工业控制计算机. 2005(05)
硕士论文
[1]含噪动态光散射数据处理方法研究[D]. 肖莹莹.山东理工大学 2015
[2]大动态范围高速光子相关器研究[D]. 陆文玲.山东理工大学 2012
[3]多角度动态光散射颗粒粒度反演方法研究[D]. 刘晓艳.山东理工大学 2012
[4]低频随机信号实时功率谱分析仪的设计与实现[D]. 王峰.东南大学 2005
本文编号：3287408
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