《電子技術(shù)應(yīng)用》
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一種智能型的光電信號(hào)采集分析系統(tǒng)
摘要: 目前由于對(duì)光感器件的測(cè)試大都依賴于全手工完成,,不僅測(cè)試效率低,,而且測(cè)試過(guò)程的精度以及測(cè)試數(shù)據(jù)的可靠性都不能得以保證。
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Key words :

0 引 言

  目前由于對(duì)光感器件的測(cè)試大都依賴于全手工完成,,不僅測(cè)試效率低,,而且測(cè)試過(guò)程的精度以及測(cè)試數(shù)據(jù)的可靠性都不能得以保證。

  根據(jù)現(xiàn)狀,,設(shè)計(jì)了一套針對(duì)光感信號(hào)測(cè)試的智能型信號(hào)采集分析系統(tǒng),。在設(shè)計(jì)該系統(tǒng)時(shí)充分考慮其使用的穩(wěn)定性,可靠性以及可維護(hù)性,,特別是對(duì)系統(tǒng)故障自診斷方面進(jìn)行了強(qiáng)化,,這里將針對(duì)該系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)進(jìn)行論述。

  1 自動(dòng)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)

  在現(xiàn)有常見(jiàn)工程中,,數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)一般必須包含兩個(gè)模塊:數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)分析模塊,。

  數(shù)據(jù)采集模塊的任務(wù)是按照工作人員預(yù)先設(shè)計(jì)好的順序以及指定參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集,并且進(jìn)行存儲(chǔ)以便被數(shù)據(jù)分析模塊調(diào)用,。數(shù)據(jù)采集模塊一般包括硬件部分和軟件部分:硬件部分包括采集過(guò)程所需要的測(cè)試儀器以及采集模塊控制電路設(shè)計(jì),,而軟件部分則包括測(cè)試系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)以及信號(hào)采集過(guò)程的軟件設(shè)計(jì)。

  數(shù)據(jù)分析模塊的任務(wù)是調(diào)用數(shù)據(jù)采集模塊采集完成的數(shù)據(jù)進(jìn)行各種數(shù)據(jù)分析,,包括數(shù)據(jù)比較,,數(shù)據(jù)查詢,報(bào)表的生成和打印等功能,。

  2 光感器件

  光感器件的作用是能夠?qū)⒐庑盘?hào)變成電信號(hào),。光感器件按探測(cè)原理可分為兩類:熱探測(cè)型和光子探測(cè)型。熱探測(cè)型首先將光信號(hào)的能量變?yōu)樽陨淼臏囟茸兓?,然后再依賴于器件某種溫度敏感特性將溫度變化轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào)。光子探測(cè)型基于光電效應(yīng)原理,,即利用光子本身能量激發(fā)載流子,,響應(yīng)速度快靈敏度高,使用最為廣泛,。

  3 針對(duì)光感器件設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)

  3.1 系統(tǒng)的需求分析

  針對(duì)光感器件測(cè)試過(guò)程所需要達(dá)到的精度,,設(shè)計(jì)自動(dòng)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)。通過(guò)本系統(tǒng)希望大大提高測(cè)試效率并保證測(cè)試的可靠性,、穩(wěn)定性和可維護(hù)性,。

  3.2 測(cè)試的對(duì)象

  本系統(tǒng)所測(cè)試的對(duì)象為八象限光電二極管,該器件具有的特點(diǎn):象限呈軸對(duì)稱且中心對(duì)稱分布,,感光區(qū)域(所需要測(cè)試的部位)有8個(gè),,分別為內(nèi)四象限和外四象限,。內(nèi)四象限感光面較小,而且感光層分布不均勻,,測(cè)試難度高,。外四象限感光面較大,而且感光層分布均勻,,測(cè)試難度低,。

  對(duì)該器件的測(cè)試過(guò)程是:將一定波長(zhǎng)的激光光源照射該器件,分別在找到八個(gè)象限內(nèi)相應(yīng)感應(yīng)最大的測(cè)試值作為測(cè)試數(shù)據(jù),,所需要測(cè)試不同的數(shù)據(jù)可以通過(guò)控制采集模塊內(nèi)部電路以及控制采集參數(shù)來(lái)完成,。

  3.3 系統(tǒng)的基本原理

  系統(tǒng)的基本原理如圖1所示。
 

  通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊得到測(cè)試數(shù)據(jù),,把測(cè)試數(shù)據(jù)存入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中,。

  有了測(cè)試數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)維護(hù)模塊就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的刪除,、修改,、備份/恢復(fù)等維護(hù)工作。

  數(shù)據(jù)打印模塊完成對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的打印工作,。

  數(shù)據(jù)分析模塊通過(guò)設(shè)置測(cè)試參數(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示,。

  系統(tǒng)設(shè)置模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)正常運(yùn)行的各種參數(shù)的設(shè)置。

  該系統(tǒng)的基本需求首先是需要實(shí)現(xiàn)測(cè)試數(shù)據(jù)的采集,,并能由采集數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算公式計(jì)算出分析數(shù)據(jù),,最后把采集數(shù)據(jù)和計(jì)算數(shù)據(jù)一并存入數(shù)據(jù)庫(kù)。

  3.4 系統(tǒng)的環(huán)境

  由于光感器件測(cè)試時(shí)對(duì)環(huán)境變化非常靈敏,,因此將此系統(tǒng)設(shè)計(jì)在一個(gè)長(zhǎng)寬高分別為:4 m×3 m×2.5 m的屏蔽室中,,將自然光、電磁干擾,、人為因素對(duì)測(cè)試過(guò)程的影響減到最小程度,。

  3.5 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

  考慮到對(duì)被測(cè)試器件所需的激光光源位置需要固定,系統(tǒng)的硬件框架設(shè)計(jì)如下:由3臺(tái)具有高靈敏度的步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)構(gòu)成三維移動(dòng)平臺(tái),,被測(cè)器件固定在該平臺(tái)上,。通過(guò)示波器返回光電器件的輸出,由軟件程序找到某一象限內(nèi)的感光最大值,。通過(guò)串口將控制命令代碼傳給控制電路的單片機(jī),,并由單片機(jī)來(lái)改變不同的測(cè)試條件進(jìn)行測(cè)試。系統(tǒng)硬件框圖如圖2所示,。
 

  由于光感器件測(cè)試時(shí)所要求的高靈敏度,,采集模塊硬件需要很高的精度。本系統(tǒng)應(yīng)用北京卓立漢光儀器有限公司生產(chǎn)的SC300系列步進(jìn)電機(jī)控制箱,,設(shè)計(jì)出一套xyz三軸可控系統(tǒng),。x軸采用TSAx一(A)系列標(biāo)準(zhǔn)型電控平移臺(tái),,分辨率達(dá)到1.25μm。y軸采用TSAx—C系列超薄型電控平移臺(tái),,分辨率達(dá)到了O.625μm,。z軸采用TSAV60—1S電控升降臺(tái),分辨率達(dá)到了O.01mm,。三個(gè)軸的精度都達(dá)到了測(cè)試要求,。

  采集模塊的核心工作由一塊51系列單片機(jī)來(lái)完成,當(dāng)采集系統(tǒng)根據(jù)用戶要求到達(dá)需要測(cè)試處,,單片機(jī)負(fù)責(zé)切換測(cè)試的通道,,以及測(cè)試采集數(shù)據(jù)。

  3.6 系統(tǒng)的接口設(shè)計(jì)

  為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集,、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ),、分析處理功能,有必要實(shí)現(xiàn)一套數(shù)據(jù)采集并存儲(chǔ),、分析處理和查詢的軟件系統(tǒng),,基本的方法是通過(guò)PC與TDS3000示波器連接得到采集數(shù)據(jù),并儲(chǔ)存到數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行分析處理,。

  本系統(tǒng)運(yùn)行于Windows系列操作系統(tǒng)平臺(tái)之上,,需要PC和測(cè)試儀器TDS3000之間進(jìn)行連接,并且安裝儀器所帶的相關(guān)設(shè)備驅(qū)動(dòng),。硬件的連接方式是使用PC的以太網(wǎng)口和TDS3000的以太網(wǎng)口相連接,。通過(guò)使用測(cè)試命令,可以使測(cè)試軟件方便地得到測(cè)試儀器的采集數(shù)據(jù),。
 

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