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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 程序设计思想： 程序设计流程图 DAQ模块采集 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。 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 。 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 对于一个有噪声或者干扰的信号，对其进行傅氏变换： 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 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 * 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。 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。） 图中蓝点表示低采样率 绿点表示高采样率 滤波器图片 f(t) y(t) + + - - R C 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。 FFT FIR滤波器 平滑