0 引 言
目前由于對(duì)光感器件的測(cè)試大都依賴于全手工完成，不僅測(cè)試效率低，而且測(cè)試過程的精度以及測(cè)試數(shù)據(jù)的可靠性都不能得以保證。
根據(jù)現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一套針對(duì)光感信號(hào)測(cè)試的智能型信號(hào)采集分析系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)該系統(tǒng)時(shí)充分考慮其使用的穩(wěn)定性，可靠性以及可維護(hù)性，特別是對(duì)系統(tǒng)故障自診斷方面進(jìn)行了強(qiáng)化，這里將針對(duì)該系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)進(jìn)行論述。
1 自動(dòng)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)
在現(xiàn)有常見工程中，數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)一般必須包含兩個(gè)模塊：數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)分析模塊。
數(shù)據(jù)采集模塊的任務(wù)是按照工作人員預(yù)先設(shè)計(jì)好的順序以及指定參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集，并且進(jìn)行存儲(chǔ)以便被數(shù)據(jù)分析模塊調(diào)用。數(shù)據(jù)采集模塊一般包括硬件部分和軟件部分：硬件部分包括采集過程所需要的測(cè)試儀器以及采集模塊控制電路設(shè)計(jì)，而軟件部分則包括測(cè)試系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)以及信號(hào)采集過程的軟件設(shè)計(jì)。
數(shù)據(jù)分析模塊的任務(wù)是調(diào)用數(shù)據(jù)采集模塊采集完成的數(shù)據(jù)進(jìn)行各種數(shù)據(jù)分析，包括數(shù)據(jù)比較，數(shù)據(jù)查詢，報(bào)表的生成和打印等功能。
2 光感器件
光感器件的作用是能夠?qū)⒐庑盘?hào)變成電信號(hào)。光感器件按探測(cè)原理可分為兩類：熱探測(cè)型和光子探測(cè)型。熱探測(cè)型首先將光信號(hào)的能量變?yōu)樽陨淼臏囟茸兓缓笤僖蕾囉谄骷撤N溫度敏感特性將溫度變化轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào)。光子探測(cè)型基于光電效應(yīng)原理，即利用光子本身能量激發(fā)載流子，響應(yīng)速度快靈敏度高，使用最為廣泛。
3 針對(duì)光感器件設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)
3．1 系統(tǒng)的需求分析
針對(duì)光感器件測(cè)試過程所需要達(dá)到的精度，設(shè)計(jì)自動(dòng)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)。通過本系統(tǒng)希望大大提高測(cè)試效率并保證測(cè)試的可靠性、穩(wěn)定性和可維護(hù)性。
3．2 測(cè)試的對(duì)象
本系統(tǒng)所測(cè)試的對(duì)象為八象限光電二極管，該器件具有的特點(diǎn)：象限呈軸對(duì)稱且中心對(duì)稱分布，感光區(qū)域(所需要測(cè)試的部位)有8個(gè)，分別為內(nèi)四象限和外四象限。內(nèi)四象限感光面較小，而且感光層分布不均勻，測(cè)試難度高。外四象限感光面較大，而且感光層分布均勻，測(cè)試難度低。
對(duì)該器件的測(cè)試過程是：將一定波長(zhǎng)的激光光源照射該器件，分別在找到八個(gè)象限內(nèi)相應(yīng)感應(yīng)最大的測(cè)試值作為測(cè)試數(shù)據(jù)，所需要測(cè)試不同的數(shù)據(jù)可以通過控制采集模塊內(nèi)部電路以及控制采集參數(shù)來完成。
3．3 系統(tǒng)的基本原理
系統(tǒng)的基本原理如圖1所示。
通過數(shù)據(jù)采集模塊得到測(cè)試數(shù)據(jù)，把測(cè)試數(shù)據(jù)存入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中。
有了測(cè)試數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)維護(hù)模塊就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的刪除、修改、備份／恢復(fù)等維護(hù)工作。
數(shù)據(jù)打印模塊完成對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的打印工作。
數(shù)據(jù)分析模塊通過設(shè)置測(cè)試參數(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示。
系統(tǒng)設(shè)置模塊實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)正常運(yùn)行的各種參數(shù)的設(shè)置。
該系統(tǒng)的基本需求首先是需要實(shí)現(xiàn)測(cè)試數(shù)據(jù)的采集，并能由采集數(shù)據(jù)通過計(jì)算公式計(jì)算出分析數(shù)據(jù)，最后把采集數(shù)據(jù)和計(jì)算數(shù)據(jù)一并存入數(shù)據(jù)庫。
3．4 系統(tǒng)的環(huán)境
由于光感器件測(cè)試時(shí)對(duì)環(huán)境變化非常靈敏，因此將此系統(tǒng)設(shè)計(jì)在一個(gè)長(zhǎng)寬高分別為：4 m×3 m×2．5 m的屏蔽室中，將自然光、電磁干擾、人為因素對(duì)測(cè)試過程的影響減到最小程度。
3．5 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
考慮到對(duì)被測(cè)試器件所需的激光光源位置需要固定，系統(tǒng)的硬件框架設(shè)計(jì)如下：由3臺(tái)具有高靈敏度的步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)構(gòu)成三維移動(dòng)平臺(tái)，被測(cè)器件固定在該平臺(tái)上。通過示波器返回光電器件的輸出，由軟件程序找到某一象限內(nèi)的感光最大值。通過串口將控制命令代碼傳給控制電路的單片機(jī)，并由單片機(jī)來改變不同的測(cè)試條件進(jìn)行測(cè)試。系統(tǒng)硬件框圖如圖2所示。
由于光感器件測(cè)試時(shí)所要求的高靈敏度，采集模塊硬件需要很高的精度。本系統(tǒng)應(yīng)用北京卓立漢光儀器有限公司生產(chǎn)的SC300系列步進(jìn)電機(jī)控制箱，設(shè)計(jì)出一套xyz三軸可控系統(tǒng)。x軸采用TSAx一(A)系列標(biāo)準(zhǔn)型電控平移臺(tái)，分辨率達(dá)到1．25μm。y軸采用TSAx—C系列超薄型電控平移臺(tái)，分辨率達(dá)到了O．625μm。z軸采用TSAV60—1S電控升降臺(tái)，分辨率達(dá)到了O．01mm。三個(gè)軸的精度都達(dá)到了測(cè)試要求。
采集模塊的核心工作由一塊51系列單片機(jī)來完成，當(dāng)采集系統(tǒng)根據(jù)用戶要求到達(dá)需要測(cè)試處，單片機(jī)負(fù)責(zé)切換測(cè)試的通道，以及測(cè)試采集數(shù)據(jù)。
3．6 系統(tǒng)的接口設(shè)計(jì)
為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分析處理功能，有必要實(shí)現(xiàn)一套數(shù)據(jù)采集并存儲(chǔ)、分析處理和查詢的軟件系統(tǒng)，基本的方法是通過PC與TDS3000示波器連接得到采集數(shù)據(jù)，并儲(chǔ)存到數(shù)據(jù)庫進(jìn)行分析處理。
本系統(tǒng)運(yùn)行于Windows系列操作系統(tǒng)平臺(tái)之上，需要PC和測(cè)試儀器TDS3000之間進(jìn)行連接，并且安裝儀器所帶的相關(guān)設(shè)備驅(qū)動(dòng)。硬件的連接方式是使用PC的以太網(wǎng)口和TDS3000的以太網(wǎng)口相連接。通過使用測(cè)試命令，可以使測(cè)試軟件方便地得到測(cè)試儀器的采集數(shù)據(jù)。