基于虚拟仪器的微密度仪测试系统研究

　　1　引　　言

　　微密度仪主要用于胶片、幻灯片、实体板材光密度测定和纸张厚度、非均质材料孔隙度等测定。3CS型微密度仪为高精度测量设备,由英国Joyce-Loebl公司制造,由于受当时条件限制,输出的信号为模拟信号。记录笔将试样的光密度模拟信号记录在纸上,并描绘成曲线,然后由人工对曲线进行分割后标出数据输入计算机,再经标准密度片标定后将光密度转换为密度。这些工作都是手工完成的,操作时费时费力且精度不能保证。

　　虚拟仪器是随着计算机、通信及测量技术发展起来的一门新技术。随着微型计算机的发展,虚拟仪器将会逐步取代传统的测试仪器而成为数字测试仪器的主流[1-2]。对有利用价值的旧仪器、旧设备进行数字化改造是虚拟仪器技术的一种实际应用。本文拟对3CS型微密度仪进行研究,采用虚拟仪器技术将微密度仪记录笔的信号由传感器、数据采集卡等硬件直接导入计算机,将模拟信号转变为数字信号,再以通用虚拟仪器工具软件VisualC ++为开发平台,实现数据采集、密度标定等工作,以提高微密度仪的测定精度和工作效率。

　　2　系统总体结构

　　2.1　微密度仪结构及工作原理

　　微密度仪主要由电源设备、双光束系统、机械传动系统和操作控制设备等组成。双光束系统是微密度仪的核心部件,包括镜头、光圈、焦距等控制旋钮。工作时试样(胶片、实体板材、纸张)由电机驱动水平移动,普通聚焦光源垂直射入试样进行扫描,样品的密度不同,光束透过率随之不同,由此进行光密度测定(见图1)。

　　2.2　硬件设计

　　测试系统的功能不但要对实时采集系统的硬件进行控制,而且还要对采集的数据进行分析和显示。同时,系统还应该具有良好的开放性和可扩展性,通过连接方式完成数据的二次处理。数据采集硬件系统包括:传感器、转换电路、数据采集卡、PC等(见图2)。

　　虚拟仪器PC与外界端口通信方式根据其结构和性能可分为4类:插卡型虚拟仪器、外挂型虚拟仪器、高精度集成系统、网络化虚拟仪器[3]。插卡型虚拟仪器可以利用PC组建成为灵活的虚拟仪器,是现在比较流行的虚拟仪器系统,这种方式借助于插入PC或工控机内的数据采集卡与专用的软件相结合,完成测试任务。它充分利用计算机总线、机箱、电源及系统软件的便利。一般来说插卡型虚拟仪器主要用于小型仪器的开发, ISA( industrystandard architecture)总线和PCI(peripheral component in-terconnect)总线是现代PC最常用的插卡型系统总线。

　　虚拟仪器PC与外界端口通信方式种类繁多,基于本实验室现有条件,且考虑硬件成本和开发周期,微密度仪测试系统拟选用电阻式角位移传感器,将采集的信号以电阻值输出,转换电路将接收到的电阻信号转换成电压信号输入PCI-7422型数据采集卡,输入PC的PCI总线口。