虛擬儀器技術在激光精密測量中的應用分析

摘 要：在當前的社會當中，激光精密測量是一項十分重要的工作，在很多領域當中，都發揮著不可替代的重要作用。隨著科技的不斷發展，對激光精密測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，對虛擬儀器技術進行了應用，從而使激光精密測量發揮出更為良好的作用和效果。基于此，文章對虛擬儀器技術進行了介紹，以此為基礎對新型激光精密測量裝置進行設計開發，從而使數據處理和測試的自動化水平得到提高，使測試工作的效率、準確性等大大提高。

關鍵詞：虛擬儀器技術；激光精密測量；應用分析

前言

在虛擬儀器技術中，通過對高性能模塊化硬件的應用，利用高效靈活的計算機軟件，對各種自動化的測試任務加以完成。利用模塊化的硬件，能夠使測試系統更容易實現，并且利用相應的軟件，對用戶界面進行自定義創建。用戶的應用開發需求，可以被這些標準軟硬件平臺加以滿足，從而推動測試測量領域的更大進步。在激光精密測量當中，通過對虛擬儀器技術的應用，能夠對細絲直徑、小孔直徑、單縫寬度等微小尺寸進行準確、快速的測量。

1 測量原理和測量方法

在光的傳播當中，如果遇到不透明物體邊緣的阻擋，例如細線、小孔、狹縫等，將會出現衍射的情況。衍射將會重新分布光強，如果波長近似于障礙物的尺寸，就能夠觀察到衍射的現象。對于光強分布的測量，可對光電元件進行利用，從而對光強的變化進行掌握，通過對這種原理進行應用，就能夠對微小尺寸進行測量[1]。在過去的測量方法下，光電監測器對數據進行測量，對光強分布加以掌握，然后需要進行復雜的計算才能夠得到微小尺寸，采用光強分布測試儀、632.8m波長的氦氖激光器，利用數字式檢流計作為測量儀器。

光的波長通常在數百納米的數量級上，因此，能夠對微小尺寸進行測量。如果狹縫的寬度不斷增加，衍射的現象就會較為不明顯，此時，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亮點或一條亮線。在人工測量當中，對光強分布儀器的應用，首先將激光電源開啟進行預熱，對光接受傳感器和光源的高度保持一致，并且對傾斜度、高低、左右等進行調節，將激光管管口靠近單縫，將狹縫照亮[2]。利用紙屏對單縫的位置、傾斜度進行觀察，保持水平對稱的衍射條紋，改變縫寬，對條紋的改變進行觀察。然后移開紙屏，調整檢流計。將讀數鼓輪進行轉動，達到中央最大衍射，最后通過一系列計算，對距離進行計算。

2 模塊化硬件的設計

采用虛擬儀器技術模塊化的方法設計硬件，主要包括自動操作控制模塊、數據采集輸入模塊等部分，和計算機之間，利用通信接口進行連接，從而實現結果輸出、定量計算、信號預處理、信號自動獲取、測試過程自動控制等步驟，并且利用互聯網實現信息共享。在設計數據采集輸入模塊的時候，對高精度A/D轉換器、濾波器、低漂移運算放大器等器件進行了應用，光電池傳感器的信號，可通過單片機控制自動進行采集，最后經由串行通信接口，將數據傳遞給計算機[3]。在輸出控制模塊當中，對于人工操作的工作步驟，需要自動進行完成，包含著很多方面的內容，例如，在唯一控制模塊中，在串行通信接口中，單片機對計算機控制信號進行接受，然后轉換控制步進電機輸出，從而對光電傳感器的直線位移進行驅動。計算機通過協調控制輸入模塊和唯一控制模塊，能夠對光強分布的數據進行自動的通信和采集，并在計算機當中進行存儲，然后相應的計算機軟件負責接下來的計算結果輸出、分布曲線繪制、數據處理等工作。

3 軟件的設計

在激光精密測量中對虛擬儀器技術進行應用，需要進行相應軟件的設計。在設計的整個測試過程中，應當對各個模塊的初始化設置，以及運行控制操作的順序等進行協調，從而能夠自動化進行儀器標定和數據采集等工作。對于各類相關數據，要能夠進行可靠的顯示、保存和分析處理。人機對話界面應當注重便利性，讓用戶在對儀器運行狀態進行調整和監控的過程中，可以利用計算機終端的輸入輸出設備加以實現，并且確保分析結果的準確性，提供打印、編輯管理等服務。例如，可以對美國研發的LabVIEW平臺來開發虛擬儀器，從而在激光精密測量裝置中，實現虛擬儀器技術的有效應用[4]。

在對虛擬儀器程序進行開發的時候，開發平臺中主要有圖標/連接器、框圖程序、程序前面板等部分。其中，程序前面板對控制儀器的操作前面板進行模擬，在面板中包括旋鈕、開關、按鍵等部分，能夠對自動步進、右進、左進、以及左右位移量進行控制。將測量得出的光強分布值作為輸出量，利用圖形、表格的形式進行體現。在程序前面板當中，包含有框圖程序，其中主要由連線、圖框、節點、端口等部分。圖標/連接器能夠提供調用接口，利用圖標對被調用節點進行表示，連接器對階段數據輸入輸出口進行表示。在開發過程中，應當對應前面板輸入輸出和連接器端口。在平臺當中，還提供了很多外部程序的接口，能夠局部的改動輸入輸出接口，在測控軟件當中對其它的程序模塊進行嵌入。基于此，通過對統一軟件接口進行定義，最終在開發平臺上形成整體，完成軟件的開發。

4 結束語

激光精密測量作為一種十分先進的技術，在很多領域當中，都得到了十分廣泛的應用，通過對光的衍射現象的利用和觀察，完成相應的測量任務。而在實際應用中，為了進一步提高激光精密測量的效率和效果，對虛擬儀器技術進行了應用，通過軟硬件的設計，取得了十分良好的應用效果。

參考文獻

[1]林尊琪，陳衛標，樓祺洪，等.我國近期激光前沿若干重要進展評述[J].中國科學：技術科學，2013，9：961-978.

[2]吳學健，李巖，尉昊 ，等.飛秒光學頻率梳在精密測量中的應用[J].激光與光電子學進展，2012，3：5-14.

[3]裘祖榮，石照耀，李巖.機械制造領域測量技術的發展研究[J].機械工程學報，2010，14：1-11.

[4]沈飛，徐德，唐永建，等.微操作/微裝配中微力覺的測量與控制技術研究現狀綜述[J].自動化學報，2014，5：785-797.