基于LabVIEW的PMT输出电压实时测量系统

基于LabVIEW的PMT输出电压实时测量系统
物理学院 200级
张静远 200800100173
苑文龙 200800100164
摘要:本文主要介绍了LabVIEW在高能物理实验中的部分应用;利用LabVIEW实现和VME机箱的通信进而操纵不同的插件来实现不同的功能;本文以其中的一个插件简要介绍了具体的通信过程及数据的读取,写入等步骤.本系统经过初步测试,运行良好,与理论拟合的比较好.
关键词:LabVIEW,VME,虚拟仪器,信号采集
虚拟仪器及LabVIEW
1, 虚拟仪器简介:虚拟仪器(Virtual instrument 简称VI),就是在以通用计算机为核心的硬件平台上,由用户设计定义,具有虚拟前面板,测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统.其基本思想就是在测试系统或仪器设计中尽可能地用软件代替硬件,即"软件就是仪器".虚拟仪器的基本构成包括计算机,虚拟仪器软件,硬件接口模块等.
2, LabVIEW简介:LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是一种图形化的编程语言,它广泛地被工业界,学术界和研究实验室所接受,视为一个标准的数据采集和仪器控制软件.传统的文本式编程是一种顺序的设计思路,设计者必须写出执行的语句;而LabVIEW是基于数据流的工作方式,同时是基于图形化的编程,这使得设计者不必掌握大量的编程语言和程序设计技巧便可设计出虚拟仪器系统. 一个LabVIEW程序由一个或多个虚拟仪器(VI)组成,之所以称之为虚拟仪器是因为他们的外观和操作通常是模拟了事迹的物理仪器. 每个VI都包括三个主要部分:前面板,程序框图和图标.
(1) 前面板:前面板是VI的交互式用户界面,也就是VI的虚拟仪器面板,这一界面上有用户输入和显示输出两类对象,具体表现有开关,旋钮,图形以及其他控制和显示对象.与现实仪器所不同的是,真实的仪器面板由实物组成,而虚拟仪器则是利用计算机强大的图形环境在计算机上建立图形化的软面板来代替常规的仪器控制面板.
(2) 框图:框图是VI的图形化源代码.用户在框图中对VI编程,以控制和操纵定义在前面板上的输入和输出功能.框图中包括前面板上的控件连线端子,和函数,结构和连线等.框图上的连线端子相当于传统仪器箱内的硬件电路,用连线将合适的对象连接起来定义它们之间的数据流,以完成仪器的功能.
(3) 图标:图标的设计突出体现了虚拟仪器模块化程序设计的思想.设计者可把一个复杂自动检测系统分为多个子系统,每一个都可完成一定的功能.被另一个VI使用的VI称为子VI,类似于子程序.这样设计的优点体现在如下几方面:
i: 把一个复杂自动检测系统分为多个子系统,程序设计思路清晰,给设计者调试程序带来了诸多的方便.同时也对于将来系统的维护提供了便利.
ii: 一个复杂自动检测系统分为多个子系统,每一个子系统都是一个完整的功能模块,这样把测试功能细节化,便于实现软件复用,大大节省软件研发周期,提高系统设计的可靠性.
iii: 便于实现"测试集成"和虚拟仪器库的思想.同时为实现虚拟仪器设计的灵活性提供了前提.
同时,LabVIEW提供了丰富的VI库和仪器面板素材库,近600种设备的驱动程序(可扩充)如GPIB设备控制,VXI总线控制,串行口设备控制,以及数据分析,显示和存储;并且LabVIEW还提供了专门用于程序开发的工具箱,使得用户能够设置断点,调试过程中可以使用数据探针和动态执行程序来观察数据的传输过程,更加便于程序的调试.
二,高能物理方面所用的仪器及其工作原理
光电倍增管(PMT)是光子技术器件中的一个重要产品,它是一种具有极高灵敏度和超快时间响应的光探测器件.可广泛应用于光子计数,极微弱光探测,化学发光,生物发光研究,极低能量射线探测,分光光度计,旋光仪,色度计,照度计,尘埃计,浊度计,光密度计,热释光量仪,辐射量热计,扫描电镜,生化分析仪等仪器设备中.
PMT在高能物理中也有着广泛的应用,在粒子的探测及触发信号的获取中都扮演着不可或缺的角色.它由光电发射阴极(光阴极)和聚焦电极,电子倍增极及电子收集极(阳极)等组成.当光照射到光阴极时,光阴极向真空中激发出光电子.这些光电子按聚焦极电场进入倍增系统,并通过进一步的二次发射得到的倍增放大.然后把放大后的电子用阳极收集作为信号输出.
为了得到PMT的输出电压和离子能量的对应关系,我们需要进行一系列的实验.首先是用放射源产生固定能量的粒子,将这些粒子打在PMT上,然后读取PMT输出信号的电压值.由于PMT直接输出的是模拟信号,我们采用了C.A.E.N.公司的MOD.V265模数转换模块将模拟信号转化为数字信号,然后通过VME机箱和一个与之匹配的PCI插件读取V265产生的数字信号.我们要做的工作就是信号采集.用LabVIEW写一个程序读取V265产生的数字信号并将读出的信息加工处理后按照指定的格式存储起来.

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