摘 要

本文采用Labview，研究在虚拟仪器平台基础上实现光信号的采集与分析。其中整个系统中的重点是对于光信号的采集模块，在本次系统搭建中，用到了激光光源作为提供光信号的仪器，通过数据采集卡进行信号收集转化，之后通过Labview平台搭建开发系统以此进行软件开发。总体来看，是将光信号通过光电探测器进行转化，将原本不容易测量的光信号转化成容易测量的电压信号，通过使用数据采集卡将光信号被转化成为的电信号可以被计算机所识别，之后在虚拟仪器平台上对模拟输入的电压进行采集与分析，以此达到对光信号处理分析的能力。因此通过上述转化我们可以看出实时采集的变量是电压值，但是电压值却能反映出实际光信号的变化，也就是光功率的变化，最后的结果可以在Labview平台的前面板上显示出来，这体现了虚拟仪器平台功能的强大，同时其面板的可定义性更是说明了其功能的便捷性。

关键词：Labview；虚拟仪器；采集分析系统；光电探测器；数据采集卡；前面板

Abstract

In this paper, LabVIEW is used to study the acquisition and analysis of optical signals based on the virtual instrument platform. The focus of the whole system is the acquisition module of optical signal. In this system construction, laser light source is used as the instrument to provide optical signal. Signal collection and transformation are carried out through data acquisition card. Overall, is turn light signal through the photoelectric detector, the optical signal which was not easy to measure into easy to measure the voltage signal, through the use of the data acquisition card will light signal is converted to electrical signal by computer can identify, after on the virtual instrument platform for analog input voltage acquisition and analysis, in order to achieve optical signal processing and analysis ability. So as we can see through the transformation of the real-time acquisition of variable is the voltage value, but it can reflect the actual voltage value the change of the optical signal, namely the change of the optical power, the end result can be displayed on the front panel of the LabVIEW platform, it embodies the function of virtual instrument platform strong, at the same time, the panel definability convenience but also shows its function.

Key Words: LabVIEW; Virtual instruments; Acquisition and analysis system; Photodetector; Data acquisition card; The front panel

目录

第1章绪论 1

1.1研究背景 1

1.2国内外研究现状 2

1.3研究内容及预期目标 2

第2章设计方案 3

2.1设计方案的分析 3

2.2数据采集的含义 3

2.3数据采样过程 5

2.4数据采样原理 6

第3章硬件部分设计 9

3.1选择光源 9

3.2光电探测器 10

3.3数据采集卡 12

第四章 软件部分设计 14

4.1软件 14

4.2编程 17

4.3数据采集程序设计 18

4.4记录 20

4.5仿真 22

第5章总结 25

参考文献 26

附录A 27

致谢 28

第1章绪论

1.1研究背景

在测试行业发展迅速的今天，大规模的集成电路测试已成为测试技术中面临的重点，而在近些年的发展中，相较于往常的测试技术已经开始逐渐转化为模拟技术的测试，曾经单个测试仪器也逐渐变成组合型的测试与系统型的测试。在传统的测试行业中往往采用的属于硬件方向的测试技术，而目前的发展趋势则逐渐开始加入软件化测试，这种软硬件结合的测试方法逐渐成为测试技术发展的主流方向^[1]。

在另一方面由于计算机相关硬件水平与技术的不断提高，检测设备逐渐开始由自动测试系统开始进行革新，针对智能化、小型化、自动化、综合化等多个方面进行技术革新。因此总体来看虚拟仪器技术则是现代测试技术的一场现代化的革命进程，将计算机的现代技术同测试需求相结合的产品。作为两门重点研究方面的结合，虚拟仪器是测试与计算机的高水平体现^[2]。这其中运用了多方面的知识，最基础的为测试的基本原理与理论，再者计算机本身的接口技术，计算机总线技术的网络化与模块化技术，最后相关仪器的技术原理，通过对上述技术的运用，虚拟仪器技术作为一种功能众多，搭建成本低，应用方面多，操作方便，可自定义的技术，其在未来必将会冲击传统测试仪器，同时必将成为未来仪器发展的重要方向与研究热点。

虚拟仪器英文名称为Vitual Instruments，其将目前通用的计算机作为仪器的硬件平台，通过虚拟仪器的相关开发软件进行仪器面板以及功能的设计，因此在计算机显示器中便可以定义仪器面板数据，之后通过鼠标或者键盘来进行仪器面板功能的控制，包含开关、数据调节等多种按键，同时按键功能与之前设计的功能相符合。因此利用虚拟面板即可将测定结果进行读数，另外在进行各项操作时也可以像真实仪器一般方便、快捷。

虚拟仪器LabVIEW作为美国公司NI研究的产品，其是目前世界上虚拟仪器开发的最为先进的平台^[3]。其作为虚拟仪器测试技术的核心，整体测试水平等较为优秀。LabVIEW作为一种图形化的编程语言，可以通过数据流的编程模式，为我们提供一种去除文本结构的方法，它不同于传统的文本顺序，更方便地确定集群的执行顺序，使用户可以更简单方便地按照方框图的顺序进行各种操作。另外LabVIEW在本质上属于将本身的多任务与多线程进行了相应的简化，使得用户在进行多任务、多线程编程时能够更加快捷便利的完成。用户更具平台提供的调试工具可以直观的观察内部数据在经过各个函数时的移动状态与具体的情况，这在一些纯文字编程的语言环境中有所不同，文字编程对于用户来说其需要掌握所使用的各个函数的运行状态，也就是需要进行跟踪各个状态进行查看其内部的执行情况，而当我们采取LabVIEW的图形编程时，其主要通过了使用循环结构与数据结构的方法，其通过内部自身包含的编辑译码器，以此来再编辑的同时进行所有代码的编译工作，因此总体来看采取LabVIEW的系统工具能够得到速度相较于其它编程语言更快的系统运行速度。这也依托于虚拟仪器平台为用户提供了较为丰富的数据函数库，并且这些数据库通过提供数据分析、数据显示、数据储存、GPIB等多种功能，让用户在使用时只需要进行选择即可，因此整体对于用户的编程时间来说更加短，同时LabVIEW更可以同其它编程语言所建立的接口来连接以此完成较为复杂的数据分析功能，因此其功能十分强大。

1.2国内外研究现状

电子科技技术作为一直以来的研究热点，近些年来其在各个领域均有成果体现，在多个领域发展的前提下，我们也发现数据所需要面对、收集的信息量也越来越大，但是对于信息处理的速度要求却依旧越来越高，采集任务的复杂程度在不断升高，这导致部分传统仪器在目前变得不能够配套完成任务。这也使得人们开始寻求能够完成大数量采集，完成高质量采集的方法。因此随着人们对于此类情况的不断深入研究。基于LabVIEW便成为了目前国内外在数据采集分析领域的研究热点问题^[4]。随着在LabVIEW平台上数据搭建的不断进步，在虚拟仪器数据采集行业中，LabVIEW逐渐成为了业界的标准，这主要得益于其自身的优势，一方面图形化的编程更为方便快捷，使得人们对于此类变成手段更加容易的便可以掌握，另一方面平台本身这处理数据采集、控制仪器、信号处理、信号分析等多个方面任务带有了底层协议的高密度封装。因此用户在使用的时候只需要进行调用即可，这对于开发人员来说大大节约了开发所需要的时间，加快了整体的开发进度。因此由于其具有的这两种优势，使得虚拟仪器技术与LabVIEW在国内外得到了一致认可，越来越多的人们开始主动去推广使用此类软件，并且在故障检测、自动化、测量、测控等多个方面都有了更为重要的运用^[5]。国内外许多大学或者研究为此建立了相应的实验室进行研究^[6]。

1.3研究内容及预期目标

研究的题目是基于虚拟仪器技术的光信号采集与分析系统设计，研究的基本内容是：了解实时数据采集的技术要点，建立相应的数据采集系统，并且通过计算机进行连接，数据采集卡连接到光探测器，实现对实时光信号的连续采集和记录，系统提供采集频率、采集时间长度的设置与选择功能。