光纤傅里叶变换光谱仪光谱复原软件开发

　　0　引　言

　　光纤傅里叶变换光谱仪(FFTS)是通过检测干涉信号和对干涉图进行傅里叶变换来测定和研究光谱的仪器。与传统的傅里叶光谱仪相比, FFTS采用全光纤设计,由于没有活动部件,仪器的稳定性大大提高,并具有信噪比和分辨率高、测量速度快、抗电磁干扰等优点[1]。

        由于FFTS需要获取一个完整的扫描周期的干涉信号才能复原出光谱,所以,采集到的数据量非常大,一般都是将采集到干涉信号进行存储,后期再对其进行复原 处理,这种方法的缺点是对实时性要求较高的场合显得过于迟缓。本文介绍了一种自动采集干涉信号和实时进行光谱复原处理的软件开发,有效提高了光谱测量效率 和实时性。软件采用VisualC++ 6. 0编写。

　　1　软件架构及其功能

　　FFTS数据采集与光谱复原软件主要包括5个模块:主模块、数据采集模块、数据处理模块、显示模块和数据存储模块,如图1所示。

　　1)主模块为主程序线程,接收用户的响应,设置功能,控制各个线程的起动等功能;

　　2)数据采集模块主要完成采集卡的参数设置和干涉信号的采集;

　　3)数据处理模块主要由均匀抽样算法和傅里叶光谱算法组成,均匀抽样算法完成干涉图的等间隔采样,光谱计算部分完成干涉图的相位校正和光谱计算,以及其他效应的校正;

　　4)显示模块显示采集的干涉信号和复原光谱图,以及谱线的一些参数,如,峰值波数等

　　5)数据存储模块完成数据的存贮、载入等功能。

　　以测量一个信号的光谱为例来说明各个模块之间的协作和数据流向。首先,用户输入一个信号采集的命令,主模块立即启动数据采集模块,将采集的干涉 信号发送到显示模块,显示出干涉信号;用户再输入一个光谱计算命令,主模块将数据发送到数据处理模块,数据处理模块对干涉数据进行均匀抽样、相位校正,然 后,计算出光谱,最后,由主模块调用显示模块,显示出光谱图和谱线参数。

　　2　主要模块详细设计

　　2.1　多线程的实时数据采集模块设计

　　由于需要采集的干涉信号数据量大,一般采集卡单次缓冲的容量无法满足这个要求,经过实验和探索,选用ADLINK公司的PCI—9118高速数 字采集卡,它提供了专门用于实现高速数据采集的连续多缓冲区操作的一组应用程序编程接口(API)函数。通过这组API函数,可以按照双缓冲区的原理,非 常方便地实现对数据的实时、高速、连续的采集。

　　双缓冲区模式[2],在工程上称为“乒乓”缓冲区模式。与常用的单缓冲区模式相比双缓冲区模式的优点是:它可以使用较小容量的内存,不间断地缓 冲几乎无限量的数据。这种缓冲区模式的工作原理是:在内存里开辟两块容量相等的缓冲区(以下分别将它们称为第一缓冲区和第二缓冲区)作为连续数据输入的缓 冲区。工作开始时,数据采集卡首先将数据写入第一缓冲区中,在数据采集卡开始把数据写入第二缓冲区的同时,用户程序可以根据自身需要取出第一缓冲区中的数 据做特定的处理。当第二缓冲区被写满后,数据采集卡回到第一缓冲区的起始处,以覆盖旧数据的方式,把新数据写入第一缓冲区中;与此同时,用户程序取出第二 缓冲区中的数据。整个数据采集处理过程可以如此不断地循环进行下去。