硬件设计

计算机发出开关控制信号经接口板到达直流电动机，电机轴的匀速转动经过减速箱后由皮带驱动干涉仪的微动手轮，由丝杠带动可动反射镜移动，造成光程差的改变，使等倾环状干涉条纹的中心光强发生周期性的变化，此变化由光电倍增管转换为电流信号，经信号处理电路1送到数据采集卡，被计算机接收。为了计算光源中所包含各谱线波长的绝对值，还必须在采集干涉条纹中心光强信号的同时测量光程差的变化。

我们在干涉仪微调手轮上安装了一块100等分的光调制盘（斩波器） ，对光耦的光信号进行调制。手轮每转动一周，动镜移动0. 01 mm ，调制盘则产生100个脉冲，因此每个脉冲当量相对于0. 1μm动镜位移量（2倍光程差）。光耦-编码盘系统产生的脉冲经信号处理电路2和数据采集卡送往计算机计数处理，这样就以很高的分辨率实现了光程差的实时测量。

上述系统中的光源可以是激光、钠光灯、白炽灯，随着其单色性的不同，光电倍增管采集到的干涉条纹中心光强随时间变化曲线（干涉图）也不同：用单色性极好的He2Ne激光获得的是幅值基本不变的正弦信号；用单色性较好的钠光得到的是总体幅值逐步下降，而同时呈现拍变化的正弦信号（因为钠光包含两个相近的波长589. 0 nm和589. 6 nm） ；用非单色的白炽灯则仅可得到几个周期的畸变正弦信号，幅值便迅速下降为0.因此干涉图真实反映了光源的时间相干性，通过对干涉图信号进行傅立叶分析，就可以获得光源的功率谱及中心波长值。

如前所述，为了使实验系统在最新的WinXP操作环境下使用，我们利用美国NI公司生产的PCI26014数据采集卡和LabVIEW图形化编程语言对Win98环境和VB语言编写的测控软件及AΠD转换系统进行了改造升级，利用虚拟仪器技术使新系统迅速获得了良好的精度和满意的使用效果。改造后的系统电路基本不变，用PCI26014卡和配套接口板取代原系统中的普通AΠD转换卡，干涉条纹信号和动镜位移脉冲信号分别接到LabVIEW数据采集卡的“ANALOG INPUT”和“CTR”端，由控制软件对信号进行采集、频谱分析和处理，并按要求显示和存储结果。

软件设计

其主要功能是：在采样的同时观测信号波形、在频域显示采样信号经傅立叶分析后的结果、用多次平均法计算光源中心波长值。

用户可以改变采样速率和采样点总数，来得到不同的频率分辨率（频率分辨率=采样速率Π采样点总数） ，系统状态可通过状态显示栏和进度条读出。光源为He2Ne激光器，采样速率为50次Π秒，采样点数为6400 ，显示的是时域波形图的局部放大。经傅立叶变换频谱分析后，得到所显示的结果，计算出峰值波长值为632. 0 nm ，与典型值632. 8 nm非常接近。

测控软件包括①信号实时监测、②信号采样、③脉冲计数、④频谱分析、⑤多次采样平均、⑥文件存取、⑦提取中心波长、⑧状态显示和图形工具等八个模块，其核心部分为采样及FFT处理程序所示。

该实验系统具有良好的人机交互功能。不论是实时监测还是采样都可从指示灯状态看出，采样进度条方便使用者了解程序运行情况；在“光谱分析”面板上，操作者可通过移动光标获得频谱分析中每条谱线的数值，还可以放大中心频率处的波形变化的细节。采样数据可以文件方式存储，测量结果可以显示、打印，便于操作者存取典型实验数据供分析使用。

误差分析

由于Windows是一个多任务型的操作系统，在进行数据采样工作时，额外的其它操作（如移动鼠标）都会给测量进程造成影响，带来计时误差，以前我们用VB编写的测控软件运行精度只能达到5 % ，而借助NI公司开发的LabVIEW专业软件和配套板卡，测量精度达到了3 %.

由于LabVIEW软件可以方便地进行多次采样平均，从而进一步减小随机误差，采取多次平均法后可使中心波长的计算误差降到1 %.这样的测量结果可以满足一般的教学实验要求。

结语

利用LabVIEW虚拟仪器软件和配套接口卡，花费很短的时间和少量的程序设计工作，成功改造了基于普通AΠD卡和VB语言的傅立叶光谱分析实验系统。

改造后的系统可以在Windows XP环境下运行并及时获得软硬件升级，不仅具有传统仪器那样实用而熟悉的界面，而且运行更加可靠、精度高，操作直观、简便，交互性强；此系统既可用于傅立叶光学的实验教学，又可作为应用实例讲解虚拟仪器课程的有关内容。http://www.grainyq.com