超声分子束激光光谱仪的电子学系统及控制软件设计

论文摘要

超声分子束技术是分子光谱学、光解离、化学反应动力学、新物质与材料制备等领域非常重要的研究方法，这种技术与其他技术相结合已经成为物理学与化学等领域重要且广泛的研究工具。采用高压直流脉冲放电与脉冲分子束方法相结合，获得荧光光谱，研究自由基的光谱和结构，对于了解化学反应机理和分子光谱是目前常用的有效方法之一。本文在现有超声分子束激光光谱仪的结构框架下，设计了其中的电子学系统及控制软件，实现了高压脉冲放电、激光光谱技术和脉冲分子束技术有机地结合，设备控制和光谱数据采集软件自动化。电子学系统设计包括两方面内容：文章首先分析了分子束实验对脉冲放电系统的具体要求，综合考虑了系统的安全及尽可能减少设备间的串扰等环节，设计了一套脉冲幅度、宽度、延时都可以方便调节的大电流可控高压脉冲电源。然后结合被测光谱信号的特点和信号采集所要达到的性能指标，组建了一套基于PXI总线虚拟仪器的数据采集系统。控制软件设计方面，文章介绍了软件编程环境LabVIEW在测控领域程序设计中的优势。围绕本课题要开发的控制软件的要求，并充分利用LabVIEW提供的强大的I／O接口函数库（VISA）和仪器驱动程序（NI-Scope），设计了光谱仪系统的激光器电流调节和数据采集与处理软件。本文设计的光谱仪电子学系统及控制软件已应用于分子束光谱实验，系统运行稳定，实验效果比较理想，基本达到预期设计要求。后期工作可在电磁干扰、电路布局和软件结构等方面作进一步的改进

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 课题背景知识
• 1.1.1 分子束的基本概念
• 1.1.2 分子束技术的研究历史和现状
• 1.2 课题提出及意义
• 1.3 本文概述
• 第二章 超声分子束激光光谱仪实验系统
• 2.1 工作原理
• 2.2 实验装置
• 2.2.1 配气系统
• 2.2.2 真空系统
• 2.2.3 放电系统
• 2.2.4 数据采集系统
• 2.3 总体设计框架
• 第三章 光谱仪的电子学系统设计
• 3.1 高压脉冲电源的设计方案
• 3.2 高压脉冲电源的设计方法
• 3.2.1 高压直流电源电路的设计
• 3.2.2 可控脉冲发生电路的设计
• 3.3 数据采集系统需求分析
• 3.4 数据采集系统的硬件构建
• 3.4.1 几种数据采集系统构建方案的比较
• 3.4.2 数据采集系统的构建思想
• 3.4.3 数据采集系统的硬件结构
• 3.5 小节
• 第四章 光谱仪的控制软件设计
• 4.1 软件开发环境LabVIEW介绍
• 4.1.1 LabVIEW语言概述
• 4.1.2 LabVIEW语言的特点
• 4.1.3 LabVIEW在测控软件设计上的优势
• 4.2 控制软件设计方案
• 4.3 激光器电流调节的软件实现
• 4.3.1 串口调用模块
• 4.3.2 激光器电流控制模块
• 4.4 数据采集与处理的软件实现
• 4.4.1 数据采集模块
• 4.4.2 数据处理模块
• 4.5 小节
• 第五章 系统调试与实验分析
• 5.1 高压脉冲放电系统性能测试
• 5.1.1 低压脉冲宽度调节模块性能
• 5.1.2 低压脉冲电平调整模块性能
• 5.1.3 高压脉冲放电系统整体测试
• 5.2 控制软件的性能测试
• 第六章 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 在校期间发表文章
• 致谢