CN103712966B - 原子束荧光实时自动减偏探测器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种原子束荧光实时自动减偏探测器，安装板上固连激光器、原子加热炉、真空装置和全反镜，激光器发出的激光和原子加热炉喷出的原子束交汇在真空装置内，相互作用后产生的荧光由真空装置两端的窗口射出，一端射出的荧光遇到全反镜后返回再由另一端窗口射出，并由荧光前期采集装置采集，数据采集卡对荧光前期采集装置进行数据采集并转换为数字信号，数字信号传输给电脑进行减偏处理并进行显示。本发明不需要手动操作，一方面实现了信号的自动减偏置处理，另一方面也减少了由于复杂电路设计给信号带来的噪声影响。

Description

原子束荧光实时自动减偏探测器

技术领域

本发明属于光电探测技术领域，具体涉及一种用于原子束荧光信号采集和信号自动减偏处理的探测器。

背景技术

目前原子物理实验中关于原子分子谱线的探测大多是在热原子束中进行，对于有着丰富物理内容的碱土金属热原子的谱线探测的研究越来越多，由于该热原子会发生互组跃迁，互组跃迁产生的荧光谱线较微弱，针对这种荧光较弱的谱线探测，由于周围杂散光的影响，会给微弱的荧光信号带来一个较大的直流偏置基底，杂散光对荧光信号带来的影响时间上和幅度都是随机的，因此加载在微弱的荧光信号的直流偏置基底是一个时间和大小都是随机的量，这样的信号达不到我们实验的要求，不利于使用该信号做后续的物理研究。因此设计一种低噪声，无偏置，高响应度、高灵敏度和实时自动减偏的荧光探测器显得尤为重要。

目前，这种减偏置荧光探测器一般通过手动调节电路来实现，其具体的办法是选择光电二极管和运算放大器组成电流——电压转换电路，进行前期的信号采集，信号经过一个反向求和电路，一端接入前级采集到的信号，另一端接一个滑动变阻器，通过手动调节滑动变阻器的阻值大小实现减偏操作。由于外界杂散光等干扰源具有随机性，这样给微弱荧光信号带来的直流偏置基底也具有随机性，而通过电路设计来实现的手动减偏置荧光探测器将不具有实时操作性，不能够实时自动去除偏置，且经过复杂的电路设计来实现减偏置处理微弱的荧光信号，会从电路上引入噪声，这样的荧光信号远不能满足实验需求。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种高响应度、高灵敏度的原子束荧光实时自动减偏探测器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括激光器、原子加热炉、真空装置、全反镜、荧光前期采集装置、数据采集卡、电脑和安装板。

所述的安装板上固连激光器、原子加热炉、真空装置和全反镜，激光器发出的激光和原子加热炉喷出的原子束交汇在真空装置内，相互作用后产生的荧光由真空装置两端的窗口射出，一端射出的荧光遇到全反镜后返回再由另一端窗口射出，并由荧光前期采集装置采集，数据采集卡对荧光前期采集装置进行数据采集并转换为数字信号，数字信号传输给电脑进行减偏处理并进行显示。

所述的激光器的激光出射方向与原子加热炉喷出的原子束运动方向在同一个平面内且相互垂直。

本发明的有益效果是：能够不需要人为的手动操作，由于采用探测器能够对探测到的加载有随机直流偏置信号实施自动的实时的减偏置处理，一方面实现了信号的自动减偏置处理，另一方面也减少了由于复杂电路设计给信号带来的噪声影响。

附图说明

图1是本发明实施例的流程图。

图2是本发明实施例的结构示意图。

图3是本发明中的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明包括以下内容：

1、荧光信号的前期采集

在安装板上设置有激光器、原子加热炉、真空装置、全反镜，激光器的激光出射方向与原子加热炉的光出射方向在同一个平面内相互垂直，安装板上垂直光轴方向上正向设置有荧光信号前期采集装置，它是由基本的电流电压转换电路构成，电路图由图3所示，即由内置电池连接二极管的负端，光电二极管再与采样电阻相连，就构成荧光信号前期采集装置。

2、荧光信号的模数转换，实时自动减偏的实现

前期采集装置与PCI-6259数据采集卡相连，通过数据采集卡的AI输入端将采集到的微弱荧光信号传输到PCI数据采集卡，数据采集卡将模拟信号转换为相应的数字信号，其中PCI数据采集卡与PC端连接，通过在PC端进行Labview语言程序编写控制数据采集卡来实现我们的实时减偏信号处理操作。基本的编程构架是基于多线程编程中的生产者/消费者设计模式，具体的程序思路如下所述：

生产者/消费者设计模式在用于数据采集和处理时，从软件角度看，生产者是数据的提供方，消费者是数据的消费方，即生产者负责和发布数据，而消费者负责分析和处理数据。在生产者循环中采用轮询结构，主要用于数据交换，通过PCI数据采集卡的电压模拟输入经过模数转换后的荧光数字信号，在生产者的while循环中将数据放入队列，在循环结构中放置有数值型条件结构，在该结构内进行荧光数字信号的减偏置处理，通过找出输入数据中的最小值，将输入的数据依次减去最小值，然后消费者循环将依次从队列中取出已经进行减偏处理后的数据，通过输出通道将数据输出。这就实现了对荧光信号的去除直流偏置基底处理。

实施例

扫描频率为5Hz（即所得到的荧光信号周期为200us），对该荧光信号进行减偏处理。

在图2中，本实施例的原子束荧光实时自动减偏探测器由激光器1、原子加热炉2、真空装置3、全反镜4、荧光前期采集装置5和安装板8连接后，再与PCI-6259数据采集卡6、电脑PC端7相连构成。

安装板8上用螺纹紧固连接件固定联接有激光器1、原子加热炉2、真空装置3、全反镜4，激光器1、原子加热炉2、真空装置3位于同一个水平面内。激光器1发出的激光和原子加热炉2喷出的原子束交汇在真空装置3内，激光器1的激光出射方向与原子加热炉2喷出的原子束运动方向在同一个平面内且相互垂直，激光器1为本发明提供激光光源。激光与原子束在真空装置3中相互作用后产生的荧光，由荧光探测的上下两个窗口射出，由下射出的荧光遇到全反镜后返回再由上窗口射出。在安装板的垂直上方向用螺纹紧固联接件固定联接有荧光前期采集装置5，采集由荧光探测窗口射出的荧光。荧光前期采集装置5与PCI-6259数据采集卡6连接，PCI-6259数据采集卡6进行数据采集和数据处理。

首先选择输入通道，经荧光前期采集装置5采集到的荧光信号从该通道进入PCI数据采集卡6；其次设置信号的采样率和采样数，其中采样率与采样数之间满足一个关系式：采样数/采样率=采样周期。经过测试得出，为了保持信号的真实性，首先所设定的采样周期并需与信号的周期一致，其次采样率尽可能的大（不超出PCI数据采集卡的最大采样率限制即可），才能最好的还原原始信号。最后选择输出通道，将减偏处理后的信号进行输出显示，且我们还可以设置放大倍数对减偏处理后的信号进行放大处理。

本发明的工作原理如下：

由激光器1发出的激光束和原子加热炉2喷出的原子束相互垂直交汇在真空装置3内并发生相互作用，与激光相互作用后原子形成一个荧光体并产生荧光，产生的荧光首先通过由光电二极管和电阻组成的电流——电压转换电路进行荧光信号的前期采集，前期采集到的荧光信号经由PCI数据采集卡6的AI输入端采集进入PCI数据采集卡，在此将信号进行模数转换，数字信号传输给PC端7进行Labview减偏算法的编译，基本的编程构架是基于多线程编程中的生产者/消费者设计模式，由生产者提供数据并进行减偏算法操作，经减偏处理后的数据通过消费者端写出，经由PCI数据采集卡6的AO端输出数据，并显示在示波器上。在生产者/消费者设计模式中，生产者循环采用轮询结构，用于数据交换，信号不断被进行采集——输入——减偏处理——输出的循环中，完成实时的荧光信号的减偏置处理，最终输出已经消除直流偏置的荧光信号。

Claims (1)

1.一种原子束荧光实时自动减偏探测器，包括激光器、原子加热炉、真空装置、全反镜、荧光前期采集装置、数据采集卡、电脑和安装板，其特征在于：所述的安装板上固连激光器、原子加热炉、真空装置和全反镜，激光器发出的激光和原子加热炉喷出的原子束交汇在真空装置内，相互作用后产生的荧光由真空装置两端的窗口射出，一端射出的荧光遇到全反镜后返回再由另一端窗口射出，并由荧光前期采集装置采集，数据采集卡对荧光前期采集装置进行数据采集并转换为数字信号，数字信号传输给电脑进行减偏处理并进行显示；所述的数据采集卡使用PCI-6259数据采集卡，在电脑上采用Labview语言基于多线程编程中的生产者/消费者设计模式编写程序，控制数据采集卡实现实时减偏信号处理操作，即生产者负责发布数据，消费者负责分析和处理数据，在生产者循环中采用轮询结构，通过数据采集卡将电压模拟输入进行模数转换得到荧光数字信号，在生产者的while循环中将数据放入队列，在循环结构中放置有数值型条件结构，在该结构内进行荧光数字信号的减偏置处理，通过找出输入数据中的最小值，将输入的数据依次减去最小值，然后消费者循环依次从队列中取出已经进行减偏处理后的数据，通过输出通道将数据输出，实现了对荧光信号的去除直流偏置基底处理。