基于虚拟仪器的激光性能参数测量系统

测量系统以PXI测量设备为基础，通过在光学平台上光路的搭建及能量计、光分仪等仪器摆放，使用相应的测量软件，来达到测量目的。
待测激光源提供所需的输入信号，测量系统通过模拟量与数字量的转化完成所需参数的测量。PXI机箱中PXI模块完成波形数据的处理，机柜中的能量计控制器完成能量的处理及传输，步进电机控制器接收命令后完成对安装在步进电机上的光阑片的位移控制。
控制和测量采用集成的现场控制方式进行，采用总线结构及标准通用接口，充分利用IEEE 1394接口和RS 232总线技术；充分发挥主控计算机软件平台的网络特点和多媒体技术，遥控和虚拟显示集成设计，使其具有自检和诊断能力，友好的人机交互环境，以提高设备的自动化水平。

2 基于虚拟仪器的系统软件设计
2．1 软件需求分析
根据系统测量的要求，该系统软件在设计上需要具备以下几个主要功能：虚拟仪器控制界面功能、通信功能、图像处理功能与报表打印功能。
(1)虚拟仪器控制界面功能需求集成了仪器操作的虚拟面板，包括参数的设置、结果显示、调节、启动等，用户只需使用鼠标和键盘操作即可完成产品的检测。
(2)通信功能需求则按照约定的通信协议完成主控微机和下级功能模块的数据交换，发送指令，接收数据，仪器自检状态等。
(3)报表打印需求则提供产品检测的相关数据，包括产品检测的日期、时间，产品型号、编号、各参量检测结果、处理意见等，并能打印测量参数。
(4)图像处理需求可完成图像的数字采集、处理、显示等。其中图像处理是核心功能，即采用合适的算法处理图像，求解出光斑的中心坐标。图像处理包括有图像的增强、去噪、编码、重建、分析。该系统包括的图像处理算法主要有边缘检测、曲线拟合等。
2．2 软件系统结构设计
在该系统的软件编制中，充分采用了新的仪器驱动方式，如数字化仪的驱动和频率计的驱动。
基于以上技术分析和模块化结构设计要求，激光性能综合参数综合参数测量系统共分九各模块，分别是自检模块、系统参数设置模块、激光脉冲波形检测模块、激光编码精度检测模块、激光能量检测模块、激光发散角检测模块、激光光轴偏差检测模块、激光分系统电子组件检测模块、激光光束质量检测模块。系统软件的结构图如图3所示。

3 系统实现与测试分析
3．1 系统测试环境
(1)由PXI控制器、数字化仪、1394卡等PXI模块组成的PXI机箱形成测控系统的核心。
(2)整个测控系统机柜内置PXI机箱、能量计控制仪、步进电机控制器、显示器、键盘及各组件，机柜是激光性能参数综合测量系统的全部控制部分。
(3)激光发射器及激光电源产生测量系统所需测量的激光信号。
(4)测量系统的光路组成由两个反射镜、一个透镜、一个半透半反镜组成，光路系统的设计符合激光性能参数发散角的测量原理。激光通过光路系统后在焦距处进行激光参数的测量。
(5)测量系统的测量硬件由能量计、光电探测器、摄像头、光速分析仪、三台步进电机、小孔光阑片组成，完成激光性能参数综合测量系统所有参数的测量。
(6)由于环境光线对测量有一定影响，激光性能参数综合测量系统实测环境应在暗环境下进行。
3．2 系统性能测试
针对激光参数测量系统的激光波形检测功能、激光能量检测功能、激光编码精度检测功能、激光发散角检测功能这四项功能进行耐久性测试。
测试方法为在实验室环境下，选用三台经中国计量院调校好的相同功率激光发射器进行本测量系统的性能测试。由于激光器不能长时间工作，每台激光器连续1 h工作发射频率为1 Hz的激光脉冲。功能的测试三台激光器分别各打1 h激光脉冲共3 h测试，三台激光器总共对4项功能共进行12 h试验，发射激光脉冲波43 200个脉冲波，来验证其测量结果准确性。表1中显示了测量系统性能测试的相关统计数据。

4 结语
试验证明，利用PXI总线的虚拟仪器技术的设计思路正确合理，其各项指标达到甚至超过了设计要求，实现了对激光性能参数的测量，有很强的实用性。系统硬件多为通用件，具有可靠性高、易维护、可升级的特点，目前该系统已在生产现场投入使用，反映良好，具有很好的经济效益和较高的社会效益。