基于Labview的半导体激光器控制系统 - 图文

太原科技大学毕业设计

第3章 硬件设计

3.1 硬件设计框架

labview信号生成 NI USB-6009信号输出 示波器显示信号 APD探测器

半导体激 数据记录分析 光器 NI USB-6009信号采集

PC机信号处理分析

3.2 LabVIEW 设计平台

虚拟仪器LabVIEW是用通用计算机强大的数据处理能力代替以往需要硬件电路才能完成的功能，所以现在随着个人电脑的快速发展，个人电脑在许多科技领域的广泛应用使其为测量仪器的执行搭建了一个理想的硬件和软件平台，通过增加一个简单的数据采集系统，个人计算机可以仿真任何仪器[19]。不同的仪器只要对该软件重新编程就可以在同一硬件中实现。

3.3信号显示器

一、电子示波器的分类

根据示波器的用途和特点一般分为五类：

（1）通用示波器：采用单束示波管组成的示波器，包括单踪型（单束管与电子开关组成）。

（2）多束示波器（亦称多线示波器）：采用多束示波管组成的示波器，在荧光屏上显示的每个波形都是由单独的电子束所产生的。

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以上两类根据y通道的频带宽度fB又分为四种：简易示波器：fB＜500kHz，低频示波器：fB=0.5～1MHZ，普通示波器：fB=5～60Hz，宽带示波器：fB＞60MHz。

（3）取样示波器：将高频信号以取样的方式转换成低频信号，然后再用类似通用示波器的方式进行显示。用于观察300MHz以上的高频信号及脉宽为几个纳秒的窄脉冲信号。

（4）记忆与存储示波器：它是一种具有存储信息功能的示波器。将周期现象或缓慢信号长时间的保留在屏幕上或存储于电路中，供分析、比较用。一般将利用记忆示波管实现存储功能的称为记忆示波器，利用半导体数字存储示波器的称为数字存储示波器。

（5）特殊示波器：指能满足特殊用途或具有特殊装置的专用示波器。例如高压示波器等。

本实验选择的示波器为TDS3012B数字示波器，如图所示：

图3.2 TDS3012B数字示波器

二、双踪示波器的原理与应用

双踪示波器可同时观察和测定两种不同的信号，广泛地应用于科研和实验中，在我们的实验中是一台主要应用仪器之一，能否熟练的掌握，会直接影响实验进度及实验的质量。

1．示波器的结构

双踪示波器由下列各主要部分组成： （1）示波管显示部分； （2）垂直通道（Y轴系统）；

在门电路之前有两个结构相同的通道YA和YB，它们均由RC衰减器和前置

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放大器所组成。在门电路之后的电路则是公共的，通常由激励放火器，延迟线和后置放大器组成。借助于电子开关控制门电路的工作，即可根据需要选择显示YA通道，YB通道信号。被选中的信号经延时和放大后，控制Y轴偏转板。

（3）水平通道（X轴系统）；

由X轴放大器组成，将机内时基发生器（锯齿波发生器）产生的扫描信号或由“X轴外接”输入端进入的信号放大后控制示波管的X轴偏转板。

（4）扫描部分；

由内触发放大器，时基触发器组成。在外触发信号或取自Y轴通道的信号触发下产生一个线性锯齿波电压，通过X轴放大器放大，使示波管进行X轴扫描。

2．偏转灵敏度：指输入信号在无衰减情况下，亮点在屏幕上偏转单位长度所需信号电压的峰一峰值。它反映示波器观察微弱信号的能力。其值愈小，偏转灵敏度愈高。例如 SBM－10A型示波器Y轴的最高偏转灵敏度Sy=10mV／cm。

一般示波器的灵敏度为每厘米若干毫伏的数量级。

3．输入阻抗：用在示波器输入端测得的直流电阻值Ri和并联的电容值Ci分别给出。希望阻值大，电容值小。

它对使用者提供了示波器输入电路对被测电路产生影响的依据。

4．扫描速度：无扩展情况下，亮点在屏幕X轴方向扫描时移动单位长度所表示的时间。扫描速度愈高，表明示波器能够展开高频信号或窄脉冲信号波形的能力愈强。反之，为了观察慢变化的信号，则要求示波器具有较低的扫描速度。所以示波器扫描速度的范围愈宽愈好。例如，SBM-10A型示波器的扫描速度范围为0．05μs／cm，还是比较宽的。

三、波形显示原理

1．电子束沿Vy与Vx作用的合成方向运动：因为电子来沿垂直和水平两方向的运动是相互独立的，打在荧光屏上亮点的位置取决于同时加在垂直和水平偏转板上的电压。当示波管的两对偏转板上不加任何信号时（或两对板分别为等电位），亮点则打在荧光屏的中心位置。

若仅在Y轴偏转板加上一个随时间变化的电压V，，例如正弦波电压，则电子束沿垂直方向运动，其轨迹为一条垂直线。若仅在X轴偏转板上加正弦波电压Vx，电子束则沿水平方向运动，轨迹为一条水平线。在Y轴和X轴同时加同一正弦波电压时（即Vy＝Vx），两者合成作用结果是：其轨迹为一条斜线。线条的两个端点分别对应偏转电压正负半周的峰值。如果所加信号的频率在15Hz以上，这时由于人眼视觉暂留，及荧光屏的余辉时间所致，光点的轨迹便形成一条亮线。可见，上述几种情况都不能显示被测信号Vy的波形。为了显示Vy的波形，必须在Y轴偏转板加有Vy信号的同时，在X轴偏转板加上随时间线性变化的扫

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描电压（锯齿波形电压）。

2．扫描一时间基准：在X轴偏转板加上线性扫描电压时，电子束在屏幕上按时间沿水平方向展开，形成时间基线。当仅在X偏转板加上锯齿波电压时，亮点沿水平方向作等速移动，当扫描电压达到最大值V时，亮点亦达最大偏转，然后从该点迅速返回到起始点，若扫描电压重复变化时，在屏幕上就显示一条水平亮线，这个过程称为扫描。在X偏转板有扫描电压作用的同时，在Y偏转板加上被测信号电压，就可以将其波形显示在荧光屏上。这样，电子束就可以随着输入电压的变化而形成图形。

3.4数据采集卡的选择

数据采集板卡的性能与众多因素相关，要根据具体情况来具体分析[20]。所以在选择数据采集卡构成系统时，首先必须对数据采集卡的性能指标有所了解。 3.4.1数据采集卡的主要性能指标 （1）采样频率

采样频率的高低，决定了在一定时间内获取原始信号信息的多少，为了能够较好的再现原始信号，不产生波形失真，采样率必须要足够高才行。根据奈奎斯特理论采样频率至少是原信号的两倍，但实际中，一般都需要5～10倍。 （2）采样方法

采集卡通常都有好几个数据通道，如果所有的数据通道都轮流使用同一个放大器和A/D转换器，要比每个通道单独使用各自的经济的多，但这仅适用于对时间不是很重要的场合。如果采样系统对时间要求严格，则必须同时采集，这就需要每个通道都有自己的放大和A/D转换器。但是处于成本的考虑，现在普遍流行的是各个数据通道公用一套放大器和A/D转换器。 （3）分辨率

ADC的位数越多，分辨率就越高，可区分的电压就越小。 （4）电压动态范围

电压范围指ADC能扫描到的最高和最低电压。一般最好能够使进入采集卡的电压范围刚好与其符合，以便利用其可靠的分辨率范围。 （5）Z通道数

该参数表明了数据采集卡所能够采集的最多的信号路数。 3.4.2数据采集卡的组成

（1）多路开关。将各路信号轮流切换至放大器的输入端，实现多参数多路信号的分时采集。

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