基于LabVIEW的软件相关器设计与实现

摘要

动态光散射技术是测量纳米和亚微米级颗粒的有效方法，在化学工业、生物医学、生态环境检测、材料科学、食品工业等领域被广泛应用。在动态光散射法测量颗粒中，光子相关器是其核心装置，设计良好的相关器对于提高自相关函数测量准确度，进而提升颗粒测量精度具有重要意义。本论文设计了一个基于LabVIEW的软件相关器，并结合动态光散射实验对其相关参数的设置与自相关函数的优化进行了分析。 在现有的动态光散射实验平台的基础上，本论文设计了由NI PCIe-6612型号计数器板卡、NI PCI-5402波形发生器板卡和微机组成的基于LabVIEW的软件相关器。其中板卡型的硬件设备可以安装进微机主机箱的插槽当中，对于计数器板卡这种有较多数字I/O引脚的，外接一个接线板，具有成本较低、体积较小、便携易用的特点。 基于LabVIEW的软件系统设计，包括了数据采集、相关运算、数据存储与显示、粒径反演等模块以及可供用户操作的软件界面，较完整的完成了从读取数据、计算自相关函数到粒径反演的过程。其中数据采集模块采用把数据采集下来再计算的方式，大大增加了最大采样频率。 分析了采样时间、相关通道数等参数选择对软件相关器性能的影响，在采样时间远大于相关通道数时可得到更准确的自相关函数。为了突破采样时间受硬件性能限制，分析比较了局部加权回归算法和分段自相关法，其中局部加权回归算法是一种非参拟合方法，分段自相关法则是一种变相增大采样时间的方法，最终得出分段自相关法具有更好优化效果的结论。

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