虛擬儀器技術(shù)在激光精密測(cè)量中的應(yīng)用分析

摘 要：在當(dāng)前的社會(huì)當(dāng)中，激光精密測(cè)量是一項(xiàng)十分重要的工作，在很多領(lǐng)域當(dāng)中，都發(fā)揮著不可替代的重要作用。隨著科技的不斷發(fā)展，對(duì)激光精密測(cè)量逐漸提出了更高的要求，因此，為了滿足日益提高的使用要求，對(duì)虛擬儀器技術(shù)進(jìn)行了應(yīng)用，從而使激光精密測(cè)量發(fā)揮出更為良好的作用和效果?；诖?，文章對(duì)虛擬儀器技術(shù)進(jìn)行了介紹，以此為基礎(chǔ)對(duì)新型激光精密測(cè)量裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)，從而使數(shù)據(jù)處理和測(cè)試的自動(dòng)化水平得到提高，使測(cè)試工作的效率、準(zhǔn)確性等大大提高。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器技術(shù)；激光精密測(cè)量；應(yīng)用分析

前言

在虛擬儀器技術(shù)中，通過(guò)對(duì)高性能模塊化硬件的應(yīng)用，利用高效靈活的計(jì)算機(jī)軟件，對(duì)各種自動(dòng)化的測(cè)試任務(wù)加以完成。利用模塊化的硬件，能夠使測(cè)試系統(tǒng)更容易實(shí)現(xiàn)，并且利用相應(yīng)的軟件，對(duì)用戶界面進(jìn)行自定義創(chuàng)建。用戶的應(yīng)用開發(fā)需求，可以被這些標(biāo)準(zhǔn)軟硬件平臺(tái)加以滿足，從而推動(dòng)測(cè)試測(cè)量領(lǐng)域的更大進(jìn)步。在激光精密測(cè)量當(dāng)中，通過(guò)對(duì)虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)?xì)絲直徑、小孔直徑、單縫寬度等微小尺寸進(jìn)行準(zhǔn)確、快速的測(cè)量。

1 測(cè)量原理和測(cè)量方法

在光的傳播當(dāng)中，如果遇到不透明物體邊緣的阻擋，例如細(xì)線、小孔、狹縫等，將會(huì)出現(xiàn)衍射的情況。衍射將會(huì)重新分布光強(qiáng)，如果波長(zhǎng)近似于障礙物的尺寸，就能夠觀察到衍射的現(xiàn)象。對(duì)于光強(qiáng)分布的測(cè)量，可對(duì)光電元件進(jìn)行利用，從而對(duì)光強(qiáng)的變化進(jìn)行掌握，通過(guò)對(duì)這種原理進(jìn)行應(yīng)用，就能夠?qū)ξ⑿〕叽邕M(jìn)行測(cè)量[1]。在過(guò)去的測(cè)量方法下，光電監(jiān)測(cè)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量，對(duì)光強(qiáng)分布加以掌握，然后需要進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算才能夠得到微小尺寸，采用光強(qiáng)分布測(cè)試儀、632.8m波長(zhǎng)的氦氖激光器，利用數(shù)字式檢流計(jì)作為測(cè)量?jī)x器。

光的波長(zhǎng)通常在數(shù)百納米的數(shù)量級(jí)上，因此，能夠?qū)ξ⑿〕叽邕M(jìn)行測(cè)量。如果狹縫的寬度不斷增加，衍射的現(xiàn)象就會(huì)較為不明顯，此時(shí)，光的傳播是趨近于直線的，因此，只能在中間的位置觀察到一個(gè)亮點(diǎn)或一條亮線。在人工測(cè)量當(dāng)中，對(duì)光強(qiáng)分布儀器的應(yīng)用，首先將激光電源開啟進(jìn)行預(yù)熱，對(duì)光接受傳感器和光源的高度保持一致，并且對(duì)傾斜度、高低、左右等進(jìn)行調(diào)節(jié)，將激光管管口靠近單縫，將狹縫照亮[2]。利用紙屏對(duì)單縫的位置、傾斜度進(jìn)行觀察，保持水平對(duì)稱的衍射條紋，改變縫寬，對(duì)條紋的改變進(jìn)行觀察。然后移開紙屏，調(diào)整檢流計(jì)。將讀數(shù)鼓輪進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到中央最大衍射，最后通過(guò)一系列計(jì)算，對(duì)距離進(jìn)行計(jì)算。

2 模塊化硬件的設(shè)計(jì)

采用虛擬儀器技術(shù)模塊化的方法設(shè)計(jì)硬件，主要包括自動(dòng)操作控制模塊、數(shù)據(jù)采集輸入模塊等部分，和計(jì)算機(jī)之間，利用通信接口進(jìn)行連接，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)果輸出、定量計(jì)算、信號(hào)預(yù)處理、信號(hào)自動(dòng)獲取、測(cè)試過(guò)程自動(dòng)控制等步驟，并且利用互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信息共享。在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集輸入模塊的時(shí)候，對(duì)高精度A/D轉(zhuǎn)換器、濾波器、低漂移運(yùn)算放大器等器件進(jìn)行了應(yīng)用，光電池傳感器的信號(hào)，可通過(guò)單片機(jī)控制自動(dòng)進(jìn)行采集，最后經(jīng)由串行通信接口，將數(shù)據(jù)傳遞給計(jì)算機(jī)[3]。在輸出控制模塊當(dāng)中，對(duì)于人工操作的工作步驟，需要自動(dòng)進(jìn)行完成，包含著很多方面的內(nèi)容，例如，在唯一控制模塊中，在串行通信接口中，單片機(jī)對(duì)計(jì)算機(jī)控制信號(hào)進(jìn)行接受，然后轉(zhuǎn)換控制步進(jìn)電機(jī)輸出，從而對(duì)光電傳感器的直線位移進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。計(jì)算機(jī)通過(guò)協(xié)調(diào)控制輸入模塊和唯一控制模塊，能夠?qū)鈴?qiáng)分布的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)的通信和采集，并在計(jì)算機(jī)當(dāng)中進(jìn)行存儲(chǔ)，然后相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件負(fù)責(zé)接下來(lái)的計(jì)算結(jié)果輸出、分布曲線繪制、數(shù)據(jù)處理等工作。

3 軟件的設(shè)計(jì)

在激光精密測(cè)量中對(duì)虛擬儀器技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，需要進(jìn)行相應(yīng)軟件的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)的整個(gè)測(cè)試過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)對(duì)各個(gè)模塊的初始化設(shè)置，以及運(yùn)行控制操作的順序等進(jìn)行協(xié)調(diào)，從而能夠自動(dòng)化進(jìn)行儀器標(biāo)定和數(shù)據(jù)采集等工作。對(duì)于各類相關(guān)數(shù)據(jù)，要能夠進(jìn)行可靠的顯示、保存和分析處理。人機(jī)對(duì)話界面應(yīng)當(dāng)注重便利性，讓用戶在對(duì)儀器運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整和監(jiān)控的過(guò)程中，可以利用計(jì)算機(jī)終端的輸入輸出設(shè)備加以實(shí)現(xiàn)，并且確保分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，提供打印、編輯管理等服務(wù)。例如，可以對(duì)美國(guó)研發(fā)的LabVIEW平臺(tái)來(lái)開發(fā)虛擬儀器，從而在激光精密測(cè)量裝置中，實(shí)現(xiàn)虛擬儀器技術(shù)的有效應(yīng)用[4]。

在對(duì)虛擬儀器程序進(jìn)行開發(fā)的時(shí)候，開發(fā)平臺(tái)中主要有圖標(biāo)/連接器、框圖程序、程序前面板等部分。其中，程序前面板對(duì)控制儀器的操作前面板進(jìn)行模擬，在面板中包括旋鈕、開關(guān)、按鍵等部分，能夠?qū)ψ詣?dòng)步進(jìn)、右進(jìn)、左進(jìn)、以及左右位移量進(jìn)行控制。將測(cè)量得出的光強(qiáng)分布值作為輸出量，利用圖形、表格的形式進(jìn)行體現(xiàn)。在程序前面板當(dāng)中，包含有框圖程序，其中主要由連線、圖框、節(jié)點(diǎn)、端口等部分。圖標(biāo)/連接器能夠提供調(diào)用接口，利用圖標(biāo)對(duì)被調(diào)用節(jié)點(diǎn)進(jìn)行表示，連接器對(duì)階段數(shù)據(jù)輸入輸出口進(jìn)行表示。在開發(fā)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)對(duì)應(yīng)前面板輸入輸出和連接器端口。在平臺(tái)當(dāng)中，還提供了很多外部程序的接口，能夠局部的改動(dòng)輸入輸出接口，在測(cè)控軟件當(dāng)中對(duì)其它的程序模塊進(jìn)行嵌入?；诖?，通過(guò)對(duì)統(tǒng)一軟件接口進(jìn)行定義，最終在開發(fā)平臺(tái)上形成整體，完成軟件的開發(fā)。

4 結(jié)束語(yǔ)

激光精密測(cè)量作為一種十分先進(jìn)的技術(shù)，在很多領(lǐng)域當(dāng)中，都得到了十分廣泛的應(yīng)用，通過(guò)對(duì)光的衍射現(xiàn)象的利用和觀察，完成相應(yīng)的測(cè)量任務(wù)。而在實(shí)際應(yīng)用中，為了進(jìn)一步提高激光精密測(cè)量的效率和效果，對(duì)虛擬儀器技術(shù)進(jìn)行了應(yīng)用，通過(guò)軟硬件的設(shè)計(jì)，取得了十分良好的應(yīng)用效果。

參考文獻(xiàn)

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