太赫茲成像數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程[2]

  l PCI-9812數(shù)據(jù)采集卡介紹

  PCI-9812是基于32位PCI總線的四通道高速數(shù)據(jù)采集卡，12位的模擬量輸入分辨率，板內(nèi)帶有32 KB的FIFO緩沖器，較高采樣頻率可以達(dá)到20 MHz，這就保證了數(shù)據(jù)采集電路較高的精度和速度。它具有軟件觸發(fā)、前觸發(fā)、后觸發(fā)、中間觸發(fā)和延時(shí)觸發(fā)五種觸發(fā)方式，可以通過(guò)軟件編程選擇。此外，它還具有內(nèi)部脈沖、外部脈沖和外部正弦三種可供編程選擇的A／D時(shí)鐘源。在本文的采集系統(tǒng)中，采用了軟觸發(fā)的觸發(fā)模式，采用了內(nèi)部脈沖時(shí)鐘源。

  采集卡能達(dá)到的較高采樣率與采樣的通道數(shù)、采集的數(shù)據(jù)量以及PCI總線帶寬有關(guān)。當(dāng)單次觸發(fā)采集的所有通道數(shù)據(jù)總量不超過(guò)32 KB的FIFO緩存時(shí)，每通道都可以按較高的20 MHz A／D采樣速度來(lái)采樣。當(dāng)數(shù)據(jù)總量超過(guò)32 KWord的FIFO緩存區(qū)時(shí)，要以DMA方式直接傳送數(shù)據(jù)到計(jì)算機(jī)內(nèi)存。在本文的采集系統(tǒng)中，使用了一個(gè)通道，選擇的是通道0，可供FIFO達(dá)到32 KB，最大數(shù)據(jù)傳輸能力為40 MB／s。需要注意的是，在電路連接時(shí)不僅要考慮PCI-9812輸入電壓的范圍，還應(yīng)該考慮輸入阻抗的問(wèn)題，PCI-9812具有四個(gè)能同時(shí)高速采集雙極性信號(hào)的A／D轉(zhuǎn)換器，輸入電壓范圍為-1～+1 V或-5～+5 V，可通過(guò)硬件的焊封進(jìn)行選擇，輸入阻抗也可通過(guò)電路板上的硬件焊封來(lái)選擇?？梢赃x擇的阻抗值有：當(dāng)-1～+1 V輸入時(shí)的15 MΩ和50 Ω（默認(rèn)值）；當(dāng)-5～+5 V輸入時(shí)的1.25 kΩ和50 Ω（默認(rèn)值）。P4-42探測(cè)器采用的是15 V電壓源，輸出電阻為50 Ω，其輸出最大電壓值約為12 V，所以在連接采集卡前要串聯(lián)一個(gè)分壓電阻。本文的采集卡輸入范圍為-5 V～+5 V，輸入電阻為1.25 kΩ，串聯(lián)的分壓電阻為1.8 kΩ。此時(shí)，輸入到采集卡的最大電壓值為4.84 V。

  2 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

  PCI-9812采集卡支持VC／C++，VB，BorlandC++，Borland Delphi，Labview等軟件開發(fā)平臺(tái)，主要使用VC++6.0。主要包括掃描控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，對(duì)于逐點(diǎn)掃描的太赫茲成像系統(tǒng)，其成像過(guò)程就是一個(gè)循環(huán)掃描過(guò)程。平臺(tái)載著待測(cè)樣品移動(dòng)到待測(cè)位置后，計(jì)算機(jī)控制THz源發(fā)射激光，探測(cè)器接收光信號(hào)并轉(zhuǎn)換成電壓值，數(shù)據(jù)采集卡采集電壓值，并傳輸給計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成該位置點(diǎn)（x，y）的像素值并存儲(chǔ)，然后再控制平臺(tái)移動(dòng)向下一個(gè)待測(cè)位置進(jìn)行掃描。

  掃描控制模塊用于實(shí)現(xiàn)對(duì)光路部分的控制，它主要包括了激光頻率的選擇，斬波頻率的設(shè)置，二維移動(dòng)平臺(tái)的設(shè)置等功能。為了保證各個(gè)像素點(diǎn)之間信息無(wú)錯(cuò)亂，信息傳輸?shù)倪^(guò)程中就要確保二維平臺(tái)的移動(dòng)與數(shù)據(jù)采集記錄的同步。計(jì)算機(jī)通過(guò)串口來(lái)控制平臺(tái)伺服系統(tǒng)，設(shè)置步幅和方向。為了節(jié)省掃描時(shí)間，移動(dòng)平臺(tái)則采取“S”型移動(dòng)，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，由參數(shù)z的符號(hào)決定平臺(tái)的移動(dòng)方向，將Z的初始數(shù)值設(shè)置為1，通過(guò)Y+Z就可以得出此時(shí)采集點(diǎn)的準(zhǔn)確像素點(diǎn)坐標(biāo)，這就保證了計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的各個(gè)像素點(diǎn)（x，y）與掃描樣品中各個(gè)投射位置是對(duì)應(yīng)的，不會(huì)出現(xiàn)像素點(diǎn)混亂的現(xiàn)象。

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