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(fā)揮著不可替代的重要作用。隨著科技的不斷發(fā)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(fā)揮出更為良好的作用和效果?;诖?,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(fā),從而使數(shù)據(jù)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(tǒng)更容易實現(xiàn),并且利用相應的軟件,對用戶界面進行自定義創(chuàng)建。用戶的應用開發(fā)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(xiàn)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(xiàn)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(jiān)測器對數(shù)據(jù)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(shù)字式檢流計作為測量儀器。
光的波長通常在數(shù)百納米的數(shù)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(xiàn)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(diào)節(jié),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(diào)整檢流計。將讀數(shù)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(shù)據(jù)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(xiàn)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(lián)網(wǎng)實現(xiàn)信息共享。在設計數(shù)據(jù)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(jīng)由串行通信接口,將數(shù)據(jù)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(nèi)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(xié)調(diào)控制輸入模塊和唯一控制模塊,能夠對光強分布的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(xié)調(diào),從而能夠自動化進行儀器標定和數(shù)據(jù)采集等工作。對于各類相關數(shù)據(jù),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(tài)進行調(diào)整和監(jiān)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(xiàn),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(fā)的LabVIEW平臺來開發(fā)虛擬儀器,從而在激光精密測量裝置中,實現(xiàn)虛擬儀器技術的有效應用[4]。
在對虛擬儀器程序進行開發(fā)的時候,開發(fā)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(xiàn)。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(jié)點、端口等部分。圖標/連接器能夠提供調(diào)用接口,利用圖標對被調(diào)用節(jié)點進行表示,連接器對階段數(shù)據(jù)輸入輸出口進行表示。在開發(fā)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?;诖耍ㄟ^對統(tǒng)一軟件接口進行定義,最終在開發(fā)平臺上形成整體,完成軟件的開發(fā)。
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(xiàn)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(wèi)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(fā)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(xiàn)狀綜述[J].自動化學報,2014,5:785-797.