LabVIEW和虚拟仪器在电学实验方面的开发和应用.ppt

LabVIEW和虚拟仪器在电学实验方面的开发和应用 韩冰&刘琨 电子学系 指导老师：元民华什么是labview•LabVIEW是一 种基于流程图的 图形化编程方式 它提供了一个 集成开发环境的 平台，使得开发 标准化总线和网 络化、软件化的 仪器成为可能 虚拟仪器• 虚拟仪器VI（virtual instruments）是 LabVIEW首先提出 的创新概念 • 虚拟仪器是以计算机硬 件为平台，有传感器， 模块化硬件接口卡，以 及测量软件库构成的虚 实并存的测量仪器虚拟仪器的概念实际上是一种编程思想 • 一个VI可以由前面板，数据流框图和图标 连接端口组成 • 前面板相当于真实物理仪器的操作面板 • 数据流框图就相当于仪器的电路结构 • 图标连接端口则负责前面板窗口和框图窗口 之间的数据传输和交换 • 从模拟技术向数字技术过渡，从完全由硬件 实现其功能向软硬件结合方向过渡，从简单 的功能组合向以个人计算机为核心的通用虚 拟仪器平台过渡实验目的•对labview的测量功能进行开发 和应用主要工作以弗兰克赫兹实验为对象，逐步开发 labview的测量功能，并将这些功能使 用在F-H实验中，进一步改进F-H实验 的测量部分。

程序设计思想：程序设计流程图 DAQ模块采集 这是整个实验的基础，只有采集到了大量并且可 信的数据整个实验才可能成功此部分的关键问题是如何使DAQ assistant功能模块中的 各参数设置较好上图模块是一个数据采集模 块，它可以控制外部连续采 集 数据采集卡的采样率以及样 本数，其内部设置如右图所 示利用它我们可以控制采 集卡进行三种模式的采集： 1）Acquire 1sample(单点 采集)；2）Acquire N Sample(N点采集)；3） Acquire Continuously(连 续采集 关于采样率的一些讨论• 采集卡实际上是将连续 的信号按照一定的时间 间隔离散的采集，理论 上讲自然式采样率越高 越好，但是如果遇到如 图所示的信号，采样率 过高，反而不好 • 采样率过高会将噪声或 干扰信号也采集，导致 信号处理十分繁琐 • 本次实验中我们选择了 采样率2000Hz,采集 样本数200 的条件图中蓝点表示低采样率绿点表示高采样率显示部分 傅氏分析 • 这部分在赫兹实验中并没有要求，但是在现 代物理实验中，傅氏分析是一种十分常用而 且重要的分析手段傅立叶分析可以显示出 来在频域范围内的多种结果，所以我们在这 里考虑加入傅立叶分析。

平滑部分 • 由于物理实验仪器中扫描电压纹波系数过大 ，实测曲线中间始终夹杂噪声，结果不能得 到理想的曲线因此我们需要对实测数据进 行平滑处理 • 在这个过程中我们遇到了一些难以解决的问 题：F—H实验测量得到的曲线不是一条可 以用基本数学函数描述的曲线，如何设计一 个适当的算法成为一个棘手的问题 尝试算法•最初从数学上寻求解决办法，尝试 了线性插值、分段线性插值、样条 插值等多种经典的数学拟合办法 •效果都不太好解决办法•放弃了从数学角度 拟合的思想，转而 从信号处理的角度 入手由于不平滑 的部分是因为噪声 造成的，所以我们 可以考虑利用数字 滤波器，把噪声给 滤掉 滤波器图片f(t)y(t)++--RC原理：• 对于任意给定的一个函数f(t)，若 积分 对任意的 均收敛，则它所定义的函数 被 称为f(t)的傅立叶变换，或者傅氏 变换可记做•傅氏变换将函数从时域转换到了频域上，使 我们对其频域特性可以很方便的进行分析•对于一个有噪声或者干扰的信号， 对其进行傅氏变换：FFTFIR滤波器平滑前平滑后自动检峰存在问题•由于干扰信号不能在滤波时完全消 除，所以输出波形中仍然有一些因 为这些信号导致的“伪峰值”。

•检峰时这些值也被检出，所以自动 检峰还是有点问题，但是错误的峰 值很容易判断出来 •有待改进LabVIEW在赫兹实验中的应用•如何利用LabVIEW程序进行 数据采集和测量 •在弗朗克——赫兹实验中利用 LabVIEW程序进行数据测量 结果 •虚拟仪器在物理实验中的应用 前景展望LabVIEW的前面板设计LabVIEW的前面板设计•关于第一激发态的测量（180摄氏度&140摄氏度） •关于更高激发态的测量（126摄氏度）关于第一激发态的测量（180摄氏度） 关于第一激发态的测量（180摄氏度）LabVIEW曲线和手动测量曲线的比较LabVIEW与手动测量峰值分析比较关于第一激发态的测量（140摄氏度）关于第一激发态的测量（140摄氏度）关于第一激发态的测量（140摄氏度）关于更高激发态的测量（126摄氏度） 关于更高激发态的测量（126摄氏度）关于更高激发态的测量(温度 )关于更高激发态的测量(Ug1g2 )关于更高激发态的测量(UKg1 )关于更高激发态的测量(Ug2p) 前景及展望。