基于LabVIEW的熒光光譜測試系統設計

姚明奇 張玉紅 李念

【摘要】本文設計了的一個熒光光譜測試系統。硬件系統部分主要是光柵單色儀控制電路的設計。軟件系統利用LabVIEW的虛擬儀器技術開發平臺，使用LabVIEW編程對前面板和程序進行設計。設計出效率更高、方便研究人員使用的的人機界面操作系統。并運用該系統可以對采集到的熒光數據進行測量，與其他光譜的測量譜線一致性好。

【關鍵詞】光譜測量 單色儀 虛擬儀器

1前言

隨著科技的發展，光致發光技術越來越引起人們的關注，光致發光是指，當光受到如光照、外加電場或電子束等的激發后，物質吸收外界能量，其電子處于激發態，只要物質不因此而發生化學變化，當外界激發停止后，處于激發態的電子總會躍遷回到基態。在這個過程中，一部分多余的能量通過光的形式釋放出來。稱為發光現象。光致發光技術被廣泛應用于顯示、激光器、照明、傳感等各個領域。

光致發光可分為上轉換發光和下轉換發光，上轉換能夠通過多光子機制把長波輻射轉成短波輻射，發射出比激發光波長短的熒光。下轉換是把一個高能光子轉換成兩個或者兩個以上低能光子的效應。無論研究上轉換或者是下轉換，熒光光譜測量都是非常的重要。

目前廣泛應用的熒光光譜測試儀市面上有很多種，價位基本在30萬元以上，本課題基于實驗室已有的光柵單色儀，光電倍增管等設備，設計一套熒光測試系統，一方面實現了已有設備的升級改造，另一方面更加清晰熒光測試的基本原理，意義很大，本論文主要介紹熒光光譜測試儀的硬件設計。

2硬件設計的總體方案

本文是基于實驗室已有的設備，結合LabVIEW技術開發一套熒光測試系統，系統的總體設計方案，如圖1所示。

樣品所發出的熒光包含不同波長成分的光在里面，熒光經過光柵單色儀的分光作用，可以把各個波長的光分別測到，光電探測器這里我們選用的是光電倍增管，因為我們所采集到的熒光信號比較微弱，因此需要應用光電倍增管使其放大。對于信號的采集部分我們采用的是斬波器與鎖相放大器相互配合，實現對弱信號的采集。期中本系統中難點之一就是控制電路的設計，一方面控制電路用于實現對光柵單色儀的步進電機的控制，另一方面還需與計算機之間實現通信。

3光柵單色儀控制電路的設計

光柵單色儀在本系統中是一個重要的硬件設備，其中的光柵用于實現對入射光起到分光的作用，通過控制光柵的角度，可以實現對不同波長光的反射，從而實現對不同波長光的測量，我們所使用的光柵單色儀可以實現步長為lnm的精確測量。這就涉及到對光柵旋轉角度的控制，在光柵單色儀的內部有一個步進電機，可以實現對光柵的控制，我們所設計的光柵單色儀的控制電路就是控制步進電機的動作，從而實現控制光柵的旋轉角度。這個系統的工作原理是，當光柵單色儀旋轉到某一角度，單色儀輸出某一波長的光，光電倍增光實現光的放大，鎖相放大器實現弱信號監測，把測量結果送給計算機，計算機對測量結果進行記錄，然后計算機發出指令，給控制電路，是的控制電路驅動步進電機動作，進而使得光柵旋轉，繼續測量。

3.熒光光譜測試系統的搭建

在完成光柵單色儀的控制電路的設計和調試后，就可以將已有的設備進行連接，其中還有一步技術做LABVIEW虛擬儀器平臺的設計，具體設計流程如圖2所示。整個熒光光譜測試系統包括了數據采集、數據保存、步進電機控制、數據處理分析等功能。

4.熒光光譜測試系統的測試

應用我們搭建的熒光光譜測試系統，對我們實驗室已有的熒光樣品進行了測試，因為我們使用的是光電倍增管，實現光電轉換，因此測量范圍300-800nm，根據我們所設計的系統，以及光柵單色儀的精度，我們的步長是1nm，對已有的樣品Er3+/YB3+：Y2O3熒光粉，采用980nm的激光作為泵浦光進行了測量，得到了較好的測量結果。與其他光譜儀的測量光譜一致性較好，證明了我們系統的穩定性和實用性。

5.總結

本文設計了基于LabVIEW的熒光光譜測試系統，完成了硬件部分的搭建，以及軟件系統的設計，設計了一個高精度的熒光光譜測試系統的設計，另外該系統能夠基于LabVIEW的開發平臺根據實際項目功能要求進行功能擴展。因此本系統一方面實現了實驗室原有設備的升級改造，另一方面也得到了一個功能可以拓展的熒光光譜測量儀器。