虛擬儀器實驗報告

1、虛擬儀器的基礎(chǔ)和應(yīng)用【實驗?zāi)康摹?1)理解虛擬機器和圖形編程語言LabVIEW(2)學(xué)習(xí)用LabVIEW設(shè)計的簡單溫度計(3)用3)LabVIEWEW設(shè)計的虛擬機器獨立完成伏安測量電阻【器具】1 .計算機(包括操作系統(tǒng)) LabVIEW軟件3 .數(shù)據(jù)采集卡4 .電阻箱(作為標(biāo)準(zhǔn)電阻)5 .導(dǎo)線、雙刀雙投開關(guān)6 .測量的電阻。【實驗原理】1、虛擬設(shè)備的硬件系統(tǒng)由PC和數(shù)據(jù)采集卡(DAQ卡)組成，可以實現(xiàn)信號數(shù)據(jù)的采集、放大及數(shù)模交換的任務(wù)?；窘Y(jié)構(gòu)：輸入模擬信號A/D數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)顯示數(shù)字信號控制數(shù)字信號生成D/A輸出模擬信號2 .虛擬設(shè)備程序由LabVIEW開發(fā)平臺創(chuàng)建，包括三個主要部分：程序前

2、面板(Panel )、塊程序(Diagram )和圖標(biāo)/連接器。 程序的前面板用于設(shè)定輸入數(shù)值和觀測力量，并模擬實際儀表的前面板。 塊程序用LabVIEW圖形編程語言編寫，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)化程序控制指令。 連接表示進(jìn)程正在運行的數(shù)據(jù)流，并定義塊中數(shù)據(jù)流的方向?！緦嶒瀮?nèi)容】另一方面，熟悉LabVIEW開發(fā)環(huán)境的基本操作和簡單的編程方法：1 .打開程序，新創(chuàng)建VI程序2 .設(shè)計前面板：選擇所需的工具和控制量，放在前面板上，根據(jù)需要更改標(biāo)簽，以便于閱讀注意：為了使數(shù)字顯示正常，需要設(shè)定顯示精度。 對于實時顯示的圖像，可以隨時選擇“自動縮放”坐標(biāo)軸來調(diào)整坐標(biāo)軸范圍。3 .程序塊設(shè)計：首先找到必要的結(jié)構(gòu)。 這次

3、實驗主要使用序列結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)。 在序列結(jié)構(gòu)中，需要將動作分割成不同幀，其中每塊代表幀，并且在幀與幀之間的有條件序列完成的循環(huán)結(jié)構(gòu)中，該程序可以在循環(huán)條件下自動地執(zhí)行循環(huán)測量以獲得多個測量。根據(jù)需要添加功能函數(shù)，說明程序的主要功能。 主要有循環(huán)、數(shù)學(xué)運算、比較、公式節(jié)點、數(shù)據(jù)處理函數(shù)、與數(shù)據(jù)卡的接口等。按照程序的執(zhí)行順序連接。 請注意不同接口的作用和數(shù)據(jù)類型。注意：(1)、使連接線不重疊，使檢查和閱讀容易。(2)、制圖時，必須按照過程的邏輯結(jié)構(gòu)連接，一步一步地完成。(3)、注意設(shè)備容易死機，及時歸檔。4 .連接外部硬件，運行虛擬設(shè)備。二、設(shè)計溫度計假設(shè)傳感器的輸出電壓與溫度成正比。 為了方便起

4、見，此處使用軟件代替DAQ卡，通過LabVIEW提供的Demo Read Voltage子程序從采集卡的0通道讀取電壓，程序讀取溫度提供攝氏/華氏轉(zhuǎn)換功能。 面板和程序圖都參考了教材。三、伏安法測定電阻：測量原理圖如下所示面板、程序圖設(shè)計、外部硬件連接參照教材。四、測量二極管的電壓-電流特性曲線：伏安法電路圖是同等的。 請結(jié)合循環(huán)條件，使(And )電流小于0.05mA。【思考問題】1 .請簡單說明虛擬設(shè)備和傳統(tǒng)設(shè)備的區(qū)別。a:(1)，結(jié)構(gòu)性的：虛擬設(shè)備是用基于通用計算機硬件平臺的專用測試軟件實現(xiàn)的計算機設(shè)備系統(tǒng)，通過模擬信號輸入A/D數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)顯示數(shù)字信號控制數(shù)字信號發(fā)生D/A模擬信號輸出

5、，用程序?qū)崿F(xiàn)測量的控制，很簡單傳統(tǒng)機器主要包括信號輸入、分析處理、顯示及系統(tǒng)控制等幾個部分，主要通過人為操作進(jìn)行測量、數(shù)據(jù)分析。(2)、外觀上：虛擬設(shè)備最突出的外部特征是，沒有傳統(tǒng)設(shè)備外部的實物面板，所以所有控制按鈕和指示器都位于計算機顯示器上，是虛擬的“軟面板”，并且該軟面板可以根據(jù)用戶自己的需要設(shè)計。(3)、用途：虛擬設(shè)備將操作面板和顯示面板集成到計算機上，容易重復(fù)測量、數(shù)據(jù)記錄和即時處理，并且與傳統(tǒng)設(shè)備相比，精度大幅提高，誤差減少(不受實驗者主觀觀察的影響)。在虛擬設(shè)備中，測量時所有的物理量都必須轉(zhuǎn)換成電量，必須依賴敏感的傳感器。2、虛擬儀器的出現(xiàn)對測量儀器的發(fā)展有什么影響？ 對機器使用

6、者來說，意味著什么？a:(1)影響：本質(zhì)上，物理量的測量與虛擬設(shè)備無關(guān)，它變化的只有操作和讀取結(jié)果兩部分。 “測量機器的發(fā)展”主要是通過特定的物理更高精度地得到所需的物理量的方法，這不是虛擬機器能夠解決的。 但是，虛擬儀器具有強大的數(shù)據(jù)處理和計算功能，使許多測量和處理操作一體化，不受實驗者主觀觀察的影響，測量更容易準(zhǔn)確。(2)對設(shè)備使用者來說，可以根據(jù)需要直接設(shè)計定義虛擬設(shè)備的面板和測試功能。 使用時只要使用鼠標(biāo)和鍵盤，就能控制測量和數(shù)據(jù)分析。 設(shè)備用戶可以根據(jù)實際需要設(shè)計設(shè)備，體現(xiàn)了“軟件是設(shè)備”的新概念。 這大大提高了測量效率，減少了使用者的工作量，提高了測量的準(zhǔn)確性。3、虛擬設(shè)備的軟件開

7、發(fā)環(huán)境是什么類型？ 什么是“g語言”？答案：(1)開發(fā)環(huán)境：主要有兩種，一種是共同的編程環(huán)境，一種是為虛擬設(shè)備開發(fā)的編程環(huán)境，多為圖形編程語言(g語言)。(2) G語言Graphic Language使用圖標(biāo)代替要素，使用鏈接代替關(guān)系，可以非常直觀地理解編程和日常經(jīng)驗。4 .你對虛擬儀器系統(tǒng)在物理實驗中的應(yīng)用有什么構(gòu)想？能否結(jié)合具體實驗給出簡單的設(shè)計構(gòu)想。答案：(1)大部分一般的實驗可以使用虛擬機器來實現(xiàn)，但需要變更機器操作接口和讀取接口。 引進(jìn)虛擬儀器可以使很多反復(fù)操作自動化，提高實驗效率。(2)弗蘭克赫茲實驗需要調(diào)整幾個電壓值，得到與電子電流電壓有關(guān)的曲線。 這個實驗的核心物理過程發(fā)生在Hg和Ar蒸汽管，我們只需要用DAQ卡完成電壓調(diào)節(jié)，在進(jìn)入電流微弱的電流放大器之后也能夠用標(biāo)準(zhǔn)電阻來讀出，能夠進(jìn)行多次自動測量。 基本原理與伏安法測量電阻相似。 另外，管內(nèi)溫度從感溫電阻變化為電壓，可以更實時地監(jiān)視。5、伏安測量電阻，為什么不測量電阻上的電壓？a :我們不能直接測量電壓，所以只能測量相對的兩點電位，所以測量的電阻和標(biāo)準(zhǔn)電阻的電壓不能直接測量的電阻和標(biāo)準(zhǔn)電阻交換的話，電流不能