硬件設計

計(ji)算(suan)機(ji)發(fa)出(chu)開(kai)關(guan)控(kong)製(zhi)信(xin)號(hao)經(jing)接(jie)口(kou)板(ban)到(dao)達(da)直(zhi)流(liu)電(dian)動(dong)機(ji)，電(dian)機(ji)軸(zhou)的(de)勻(yun)速(su)轉(zhuan)動(dong)經(jing)過(guo)減(jian)速(su)箱(xiang)後(hou)由(you)皮(pi)帶(dai)驅(qu)動(dong)幹(gan)涉(she)儀(yi)的(de)微(wei)動(dong)手(shou)輪(lun)
，由(you)絲(si)杠(gang)帶(dai)動(dong)可(ke)動(dong)反(fan)射(she)鏡(jing)移(yi)動(dong)，造(zao)成(cheng)光(guang)程(cheng)差(cha)的(de)改(gai)變(bian)，使(shi)等(deng)傾(qing)環(huan)狀(zhuang)幹(gan)涉(she)條(tiao)紋(wen)的(de)中(zhong)心(xin)光(guang)強(qiang)發(fa)生(sheng)周(zhou)期(qi)性(xing)的(de)變(bian)化(hua)
，此(ci)變(bian)化(hua)由(you)光(guang)電(dian)倍(bei)增(zeng)管(guan)轉(zhuan)換(huan)為(wei)電(dian)流(liu)信(xin)號(hao)，經(jing)信(xin)號(hao)處(chu)理(li)電(dian)路(lu)1送(song)到(dao)數(shu)據(ju)采(cai)集(ji)卡(ka)
，被(bei)計(ji)算(suan)機(ji)接(jie)收(shou)。為(wei)了(le)計(ji)算(suan)光(guang)源(yuan)中(zhong)所(suo)包(bao)含(han)各(ge)譜(pu)線(xian)波(bo)長(chang)的(de)絕(jue)對(dui)值(zhi)，還(hai)必(bi)須(xu)在(zai)采(cai)集(ji)幹(gan)涉(she)條(tiao)紋(wen)中(zhong)心(xin)光(guang)強(qiang)信(xin)號(hao)的(de)同(tong)時(shi)測(ce)量(liang)光(guang)程(cheng)差(cha)的(de)變(bian)化(hua)。

我們在幹涉儀微調手輪上安裝了一塊100等分的光調製盤（斬波器） 
，對光耦的光信號進行調製。手輪每轉動一周，動鏡移動0. 01 mm 

，調製盤則產生100個脈衝
，因此每個脈衝當量相對於0. 1μm動鏡位移量（2倍光程差）。光耦-編碼盤係統產生的脈衝經信號處理電路2和數據采集卡送往計算機計數處理


，這樣就以很高的分辨率實現了光程差的實時測量。

上述係統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幹涉條紋中心光強隨時間變化曲線（幹涉圖）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.因此幹涉圖真實反映了光源的時間相幹性
，通過對幹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，為了使實驗係統在最新的WinXP操作環境下使用，我們利用美國NI公司生產的PCI26014數據采集卡和LabVIEW圖形化編程語言對Win98環境和VB語言編寫的測控軟件及AΠD轉換係統進行了改造升級，利用虛擬儀器技術使新係統迅速獲得了良好的精度和滿意的使用效果。改造後的係統電路基本不變
，用PCI26014卡和配套接口板取代原係統中的普通AΠD轉換卡，幹涉條紋信號和動鏡位移脈衝信號分別接到LabVIEW數據采集卡的“ANALOG INPUT”和“CTR”端，由控製軟件對信號進行采集、頻譜分析和處理，並按要求顯示和存儲結果。

軟件設計

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傅立葉分析後的結果

、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，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）
，係統狀態可通過狀態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，采樣點數為6400 ，顯示的是時域波形圖的局部放大。經傅立葉變換頻譜分析後，得到所顯示的結果，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信號實時監測、②信號采樣、③脈衝計數、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。

該實驗係統具有良好的人機交互功能。不論是實時監測還是采樣都可從指示燈狀態看出，采樣進度條方便使用者了解程序運行情況；在“光譜分析”麵mian板ban上shang
，操cao作zuo者zhe可ke通tong過guo移yi動dong光guang標biao獲huo得de頻pin譜pu分fen析xi中zhong每mei條tiao譜pu線xian的de數shu值zhi
，還hai可ke以yi放fang大da中zhong心xin頻pin率lv處chu的de波bo形xing變bian化hua的de細xi節jie。采cai樣yang數shu據ju可ke以yi文wen件jian方fang式shi存cun儲chu
，測ce量liang結jie果guo可ke以yi顯xian示shi


、打印
，便於操作者存取典型實驗數據供分析使用。

誤差分析

由於Windows是一個多任務型的操作係統
，在進行數據采樣工作時
，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隻能達到5 % ，而借助NI公司開發的LabVIEW專業軟件和配套板卡，測量精度達到了3 %.

由於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，采取多次平均法後可使中心波長的計算誤差降到1 %.這樣的測量結果可以滿足一般的教學實驗要求。

結語

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計工作

，成功改造了基於普通AΠD卡和VB語言的傅立葉光譜分析實驗係統。

改造後的係統可以在Windows XP環境下運行並及時獲得軟硬件升級，不僅具有傳統儀器那樣實用而熟悉的界麵，而且運行更加可靠、精度高，操作直觀
、簡便，交互性強

；此係統既可用於傅立葉光學的實驗教學
，又可作為應用實例講解虛擬儀器課程的有關內容。http://98fo.cn