1.导言
跟着科学技能的开展和光谱剖析体系的广泛研讨，人们对光谱剖析体系的首要目标，如光谱丈量规模、分辨率、精度等方面，都提出了越来越高的要求，光谱仪现在的开展方向是微型化、主动化和高精度化。因而，本文引入了新式的虚拟仪器技能，规划了一个根据LabVIEW的光谱剖析及数据收集体系，使光谱剖析体系全体功用有所提高，而且操作简略，功用较强。
2.体系规划
2.1 体系结构
根据光谱剖析收集体系的作业流程，将整个体系分为光学体系规划、硬件规划及运用程序规划三部分作业。光谱剖析体系是典型的根据光电勘探器进行丈量的光电检测仪器，所以结合体系的规划要求，为了满意微型化以及低成本的要求，考虑运用线阵CCD勘探器。光栅分出的光由TCD1304AP类型线阵CCD收集接纳，由调度电路进行扩大滤波处理输送给A/D模数转化器，将模仿信号转化成数字信号，最终由PXI-6289收集到数据输送给上位机，挑选LabVIEW接纳数据、显现及剖析等作业。
2.2 分光体系部分
分光体系是光谱剖析体系中的要害部件，直接决议着体系的分光功用。光谱仪器的分光办法有多种，根据光谱丈量办法的不同，分为滤光片分光、棱镜分光、光栅分光。本文选用的是光栅分光办法。这种规划结构简略，光损耗小，分辨率高、信噪比高。现在盛行的CaernyTurner分光体系是一种十分紧凑的光学体系，把光路尽可能的简化。
2.3 数据收集部分
选用NI公司的数据收集卡PXI-6289,它可以直接插入工控机的PXI插槽中，即插即用，PXI-6289是一种高功用多功用数据收集卡，配有2.0GHz双核处理器，转化速度最大可达40kHz,而且为用户供给32路模仿输入通道，因为LabVIEW对其供给了驱动程序，所以收集数据是可直接调用软件中的收集函数，十分便利。
根据体系目标要求，规划挑选运用TCD-1304AP,因为输出的模仿信号比较弱小，一般只要几百毫伏，要想在实践运用中取得高质量的输出信号和高的体系信噪比，必须先对CCD的输出信号进行调度扩大，经过一个射级跟从器进行功率扩大，并对噪声进行必定的按捺，最大极限的滤除暗电流和低噪声信号所带来的搅扰。TCD1304AP输出的模仿信号送入到以CLC409建立的差分电路进行处理。
2.4 数据处理部分
因为数据收集过程中内涵噪声，光路噪声等要素的存在，直接影响了体系的信噪比。所以要对得到的样品光谱信息进行滤噪处理。
由信号的处理方向可以分为两种滤波器：
模仿滤波器和数字滤波器。传统模仿滤波器的输入和输出都是接连的，而数字滤波器的输入与输出都是离散时刻信号。在LabVIEW中所要研讨的都是数字滤波器(计算机中进行信号处理的都是数字信号)。
(l)屡次丈量成果的累加均匀
在对原始数据进行滤波时，咱们选用了屡次丈量，对丈量成果进行累加终究取均匀值的办法。丈量的次数可以由用户根据自己的要求自行设定。设用户设定的丈量次数为n次，则所得到的成果为：
(2)光谱图画的滑润滤波
与上述均匀值滤波办法有所不同的是，这儿所论说的滑润滤波办法是在空间上对某个数据的滑润处理。关于某次丈量收集得到的N个数据，咱们选用以下的滑润滤波公式：
其间，S为x1的处理邻域，m为S所包括的数据个数。比方m为7,那么每个被处理的数据前后各取3个数据进行滑润滤波。
2.5 软件规划部分
前面板全体的布局是根据用户对界面的操作需求而规划的。体系主界面如图1所示：
界面的左边部分是体系的操控面板，首要操控履行体系的某一些使命，比方波峰的主动寻觅，波长的检索以及显现数值。体系的中心部分是CCD每个像元所对应的光强幅值。体系的右面部分首要完结数据的显现，光强值与像元的相对应以及光强值与定标后的波长的相对应。所以完结了光谱图画的显现功用。
完结以上操控面板中功用的源代码，是运用图形编程言语编写。框图中包括有各种图形化函数、常量、变量、算法结构和连线等，早年面板中接纳到用户输入的数据后，就会到设备内部运转相关指令参数进行相关操作，根据编好的程序，选用数据流的办法遍历程序，最终给出运转成果反馈给用户。
3.体系测验及剖析
本节采纳特性光谱标定的办法对光谱进行相应地光谱标定，找到特定谱线在CCD上对应像元点方位。测验中选用低压汞灯来完结相对简略的光谱标定。汞灯有六条特性谱线：366.5nm,404.66nm,435.8nm,546.7nm,576.96nm,579.96nm,寻觅出于基准光谱下的波峰值波长相关的几条光谱曲线所对的CCD像素序号，而且经过运用最小二乘法来完结三阶多项式的拟合。假使这六条谱线为y1、y2、y3、y4、y5、y6,收集到的六条谱线与之相关的像元序号为x1、x2、x3、x4、x5、x6,因为光谱数宽度的挑选比较窄以及像面曲折等其他原因，导致选用最小二乘法三阶多项式拟合相对线性拟合差错要小一些，设拟合曲线方程为y=p(x)，则：
依照最小二乘准则可以得到最小二乘方程式的系数解，由此可确认拟合方程，从而进行特征谱线的标定及丈量作业。
4.定论
本文选用线阵CCD作为光电勘探器材，完结宽光谱、高分辨率的丈量需求。用LabVIEW结合PXI收集卡完结光谱数据收集、剖析、显现功用，具有开发周期短、简略、有用等特色，稳定性较好，可以满意多种光谱剖析需求。
