LabVIEW在光纤测温系统中的应用

　　1　光纤温度传感器设计

　　光纤辐射式温度传感系统主要由光纤探头、前置器、信号处理单元组成,如图1所示。

　　光纤探头由物镜和光纤组成,主要任务是完成辐射光线的采集,并将收集到的热辐射信号经光纤传输至前置器。

　　前置器包括窄带滤光片、光电探测器及转换电路、有源低通滤波器。窄带干涉滤光片可以滤除其他波长的辐射和背景干扰辐射,使光电探测器探测到单一波长的辐射光线,在保证测量灵敏度的前提下,选取尽量小的半波带宽度,以保证测量的准确度。光电探测器与前置放大器构成一个组件,使其抗干扰性能提高,同时,抗环境温度变化的能力提高。由于存在着与探测信号相比不可忽视的噪声,并且这些噪声处于信号处理的前级,所以在前置放大器后加入一级三阶巴特沃思低通滤波器,用于滤除信号中的高频噪声。信号处理电路对信号进行滤波、放大等处理,使之达到A/D转换输入电平的幅度要求。

　　光纤温度传感器将温度信号转变为电信号,输出电信号的大小就反映了被测物体的温度。被测物体温度值T与光电流I_L的关系式为

　　其中,λ₀为辐射波长,C₂、K为常数,ε(λ₀,T)为物体发射率。

　　2　数据采集系统设计

　　光纤温度测量的数据采集系统如图2所示。

　　USB2000A数据采集卡可将光纤温度传感器输出的模拟电信号转变为数字信号送入计算机。

　　USB2000A经USB电缆接入计算机,构成体积小、即插即用的数据采集、波形分析和处理系统。USB2000A数据采集卡自带时钟和定时器,在设定首、末通道号后,模拟量从37芯D型接口输入后,经过8选一开关进入放大器,由放大器输出到A/D转换器,开始数据转换,A/D转换结果数据写入先进先出存储器FIFO,最后经USB2000A数据采集卡的USB系统将A/D数据送入计算机。

　　LabVIEW数据采集分析软件完成对USB数据采集卡的控制及数据的显示、分析、存储等功能。

　　3　软件系统设计

　　LabVIEW程序主要包括两部分:前面板(即人机界面)和方框图程序[3]。前面板用于模拟真实仪器的面板操作,可设置输入数据、观察输出数据以及实现图表、文本等显示。

　　框图程序应用图形编程语言编写,相当于传统程序的源代码。其用于传送前面板输入的命令参数到仪器以执行相应的操作。在编写方框图程序时,只需从功能模块中选用不同的函数图标,然后再以线条相互连接,即可实现数据的传输。

　　软件系统采用LabVIEW开发环境进行编写,充分利用LabVIEW开发环境的数据处理、显示、存储等优势,完成实时数据采集,进行数据处理,将数据实时显示在软件界面上供读取,并且将数据存储于后台数据库中。软件系统的流程图如图3所示。