太赫兹时域光谱（THz-TDS）技术在生物检测、药物分析、安全安检等领域应用日益广泛，但传统系统存在硬件集成度低、数据采集速度慢、软件操作复杂等问题。，采用 LabVIEW 作为核心开发平台，满足现代工业检测与科研实验对高速、高精度光谱采集的需求。

LabVIEW功能与开发

多线程数据采集与通讯开发

• 双线程架构实现：采用 LabVIEW “生产者 - 消费者” 设计模式，生产者线程通过 GPIB 接口控制 PI M405-DG 光学延迟线，以 50μm/s 速度预扫描 20ps 光程，实时采集锁相放大电路输出信号，通过 “数组最大值” 函数定位信号峰值位置；消费者线程根据峰值坐标动态调整正式采集的上下限（峰值前 5ps 至峰值后 45ps），减少无效数据量。

• 同步控制逻辑：通过 LabVIEW “事件结构” 绑定延迟线移动到位信号与数据采集触发信号，采用 “硬件触发” 模式（CY68013 输出的 CONVST 信号），确保延迟线位置与数据采集的严格同步，同步误差≤0.1μs。

灵活参数配置与实时优化开发

• 分页面交互设计：

  • 基础页面：采用 LabVIEW “字符串输入控件”“路径控件” 实现实验者信息、样品编号、保存路径输入，“布尔按钮” 控制采集启停，所有硬件参数默认调用最优配置（锁相时间常数 100ms、延迟线速度 30μm/s），无需专业知识即可操作。

  • 高级页面：通过 “数值输入控件” 开放核心参数配置，锁相放大器时间常数支持 10ms-500ms 连续可调，光学延迟线速度 5-90μm/s 可调，样品参数（厚度、密度、折射率）通过 “枚举控件” 分类输入（压片 / 粉末 / 样品池）。

• 频谱特征计算模块开发：

基于 LabVIEW “公式节点” 编写核心算法，内置 3 种测试模型：

• • 压片样品：直接调用公式 n=1−θc/(df)、α=2/d⋅ln[4nR/(1+n)2]计算折射率与吸收系数；

  • 粉末样品：增加等效质量理论修正，通过样品质量、体积、密度计算质量百分比 p，再修正介电常数得到真实光谱；

  • 样品池样品：引入样品池折射率 nc补偿，修正公式为 α=2/d⋅ln[nR(1+nc)2/(n+nc)2]。

数据处理与

• 信号预处理流程：

  • 等间隔插值：针对非均匀采样数据，采用 LabVIEW “插值” 函数，以 5fs 为间隔生成等差时间序列，确保傅立叶变换的准确性；

  • 去噪处理：集成 “移动平均”（N=3 点）与 “小波去噪” 两种算法，通过 “布尔控件” 切换，小波去噪选用 db4 小波基，分解层数 3 层，阈值由信号噪声均方差自动计算；

  • 傅立叶变换：调用 LabVIEW “快速傅立叶变换（FFT）” 节点，输入时域信号数组，输出频域幅值与相位数据，频谱分辨精度达 0.05THz。

• 可视化界面设计：

  • 采用 “波形图表” 实时显示时域信号（横轴为延迟时间 ps，纵轴为相对电场强度）、频域吸收峰（横轴为频率 THz，纵轴为吸收系数）、折射率曲线，支持 “缩放”“平移” 交互；

  • 数据保存：通过 “写入电子表格文件” 节点，自动将时域数据、频域数据、样品参数保存为 CSV 格式，文件名按 “日期_样品编号” 自动命名，兼容 Origin、Matlab 后续分析。

系统稳定性

• 设备自检与报警：通过 LabVIEW “属性节点” 读取激光源功率、USB 连接状态、锁相放大器输出电压，设置阈值判断（激光功率波动≤5%、USB 通讯超时≤1s），异常时触发 “报警对话框” 并记录日志（保存至 Log 文件夹）；

• 第三方设备联动：通过 LabVIEW 的 GPIB 接口库（NI-488.2）实现与安捷伦 3612A 直流电源、Thorlabs MC2000 斩波器的联动，直流电源输出电压（0-120V）、斩波频率（300-800Hz）可在 LabVIEW 界面直接设置，同步触发信号通过 “数字输出控件” 发送；

• 兼容性适配：采用 LabVIEW开发，兼容 Windows 10/11 系统，支持 32/64 位操作系统，通过 “条件编译” 适配不同 NI-DAQmx 驱动版本，可直接对接示波器、光谱仪等第三方设备的 TCP/IP 通讯接口。