摘要：设计了一个基于虚拟仪器的可见光谱数据采集与处理系统。对彩色线阵 TCD2252的 RGB三通道输出进行加法处理，提高了系统灵敏度；利用氦灯特征谱线、根据二阶定标法对系统进行波长标定，比传统的线性定标法改善了测量精度；通过网络实时发布测量数据，远程用户可方便地浏览测量情况。利用 LabVIEW8.5编写测试程序，实现了光谱的采集、处理、分析、显示及传输等功能。实验结果表明测量误差在可接受的范围内。

关键词：虚拟仪器； LabVIEW；CCD；光谱；数据采集

Data acquisition and processing of visible spectrum based on virtual instrument 
Abstract: A data acquisition and processing system of visible spectrum based on virtual instrument was designed. The sensitivity of the system was increased by adding three output channels of RGB of the color linear TCD2252. Compared with the traditional linear calibration method, the precision was improved by the use of characteristic spectrum of helium lamp and second-order calibration method. The test data was published to internet real-time, therefore the remote users can browsing the spectrum measurement easily. The application program was designed with LabVIEW8.5 to achieve the functions of data acquisition, processing, analysis, display and web transmission. The result indicated that measurement error is within acceptable range.

Key words: Virtual instrument; LabVIEW; CCD; spectrum; date acquisition
1 引言
在现代节能照明中，可见光谱测量是研究光源性能的重要手段，但大多数测量仪表功能固定且较为单一，不能根据测量对象及测试要求的多样性进行灵活的调整和变更，由此带来了使用中的诸多不便。而利用虚拟仪器技术的优势就可较好的解决这一问题。
虚拟仪器是基于计算机的仪器，它通过软件将计算机硬件资源与仪器硬件有机的融为一体，从而把计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量、控制能力结合在一起，大大缩减了仪器硬件的成本和体积，尤其是便于软件的修改，以实现测试功能的扩展。本文利用目前国际上唯一的编译型图形化编程语言 LabVIEW[1]，设计了一个基于虚拟仪器技术的光谱采集与处理系统，功能较强，操作简便。 2 测量系统设计
2.1 系统构成
本系统主要由光源、光栅分光系统、 CCD光电探测器、数据采集卡、 LabVIEW软件平台构成。CCD器件具有卓越的光电响应量子效率、灵敏度高、噪声低、读出快、动态范围大以及对光的频率响应范围宽等优点[2]，使它成为光谱检测的理想探测器。并且，由于它能够进行多通道并行探测，进而同时探测多条谱线，所以在光电检测领域得到广泛了的应用[3]。实验中，采用 TCD2252型 CCD接收光谱，通过 PCI-6251采集经 CCD转化得到的电信号并将数据送入计算机，用 LabVIEW编写程序，实现光谱采集、分析、显示、存储等功能。系统组成见图1。

TCD2252是像元数为 2700的高灵敏彩色线阵 CCD，采用高灵敏度和低暗电流的 PN结作为光敏单元，内部设有彩色滤光片，信号分红、绿、蓝三路输出，RGB三阵列灵敏度典型值分别为 7.0V/lx.s、9.1sV/lx.s、3.2V/lx.s，其传输效率大于92%，光谱响应范围宽，在可见光波长范围内具有良好的光谱响应特性。
2.2 数据采集
LabVIEW 对 NI的数据采集卡提供了驱动程序,通过在 MAX中创建采集任务及相应参数，并调用DAQ 函数就可直接采集CCD的输出信号 [4]。TCD2252按照彩色三分量RGB进行三路输出，单独采集一路或两路信号时，会造成某些颜色的光谱信号漏采样，故设计了对R、G、B三路信号同时采集。考虑到用软件实现时对采集卡采样率的要求较高，故在采集前先通过加法电路对三路电压信号值相加（见图2），进而实现 RGB三路光强信号的同时采集。 
 

再进行二次多项式拟合[7]，拟合函数可以设为：


显然，线性定标法的误差相对较大，因此，二次标定比线性标定更加接近实际值，从而进一步提高了系统测量精度。 4 光谱测量的远程访问#p#分页标题#e#
本系统基于 LabVIEW 8.5虚拟仪器平台，它在远程应用上提供了非常便捷的网络传输方式，主要有 DateSocket技术、浏览器以及 Remote panel方式。其中 Web发布方式操作起来最为方便，不要求在客户端电脑上安装 LabVIEW软件，只要打开网页就能访问嵌于其中的程序前面板，因此，本系统选用网页发布模式。具体操作时，在工具菜单中启用 Web Server，并设置服务器所在位置，端口使用默认值；在浏览器访问权限中设置用户的访问权限。对浏览器地址设置哪些客户端有权查看和控制 VI前面板，哪些只允许查看，哪些拒绝访问。另外选择菜单中的 Web发布工具，选择光谱数据采集与处理系统.vi，会自动生成一个 HTML文件，将 HTML文件保存，被授权的远程客户端就可以通过访问该网络地址访问此系统。
5 结束语
本文采用彩色线阵 CCD进行光电转换，能一次采集多条谱线，测量效率高。采用二阶定标法进行波长标定，提高了测量精度。运用 LabVIEW编程，实现了光谱的数据采集、分析、显示和存储等功能，用户能方便地进行远程访问，掌握测量情况。整个系统具有易开发和扩展等优点。
参考文献
[1]侯国屏，王坤，叶奇鑫． LabVIEW7.1编程与虚拟仪器设计 [M]．清华大学出版社， 2005
[2]吴智量，黄日华，湛骏涛，潘智多．光强数据采集系统 [J]．微计算机信息，2004，20（8）：58~59
[3]王庆有．图像传感器应用技术[M]．北京：电子工业出版社， 2003
[4]杨乐平，李海涛，杨磊． LabVIEW高级程序设计[M]．北京：电子工业出版社， 2005
[5]李霖峰，董磊等．基于 LabVIEW的光谱自动测试系统[J]．2006，28（2）：66~70
[6]张青春，武莎莎．基于 LabVIEW的光强测控实验系统的设计[J]．仪表技术，2006，2：17~19
[7]朱军，刘文清，刘建国，徐亮．基于峰值拟合算法的光谱分析 [J]．计算机技术与发展， 2006， 16（4）：125~129