虚拟仪器在物理实验中的应用 实验报告

实验二十九虚拟仪器在物理实验中的应用

物理学院130061311

二下六组3号

2015.4.9

一．实验目的

1.了解虚拟仪器的概念

2.了解图形化编程语言LabVIEW，学习简单的LabVIEW编程

3.完成伏安法测电阻的虚拟仪器设计

二．仪器用具

计算机(含操作系统)，LabVIEW软件，数据采集卡，电阻箱(用作标准电阻)，导线，开关，待测电阻，二极管。

三．实验原理

虚拟仪器的硬件系统由PC机和数据采集卡(DAQ卡)组成.数据采集卡(DAQ卡)包括多路开关、放大器、采样/保持器、习D转换器以及其他有关电路组成.这些部分共同配合完成对信号数据的采集、放大以及模/数转换任务。

本实验中利用接口卡的一个通道为整个测量电路供电，利用两个输人通道分别测量总电压和标准电阻上的电压;利用测量得到的电压数值和标准电阻数值就可以得到电路中的电流以及待测电阻上的电压.在程序控制下，电路电压由OV开始逐渐增加到5V，电压每改变一次测量获得一组电压电流值，最后得到一个数组，经过线性拟合后就可以得到待测电阻值。

测量原理如图：

四．实验内容

1.初步熟悉LabVIEW

整个软件分为前面板和程序框图两部分。

前面板可以加入开关，旋钮各种控件和各种显示元件；在前面板添加的元件相应的子端

和图标会出现在程序框图上，可以在程序框图进实验编辑，另外，在程序框图内还有可控选择的大量函数模块以及各种实现程序的功能，例如循环，数字运算，比较，以及各种公式等。

2.创建一个模拟温度测量程序

前面板：开关（用于控制显示摄氏度/华氏度），温度计，温度值

程序框图：放入Demo V oltage Read 子程序，设计用开关切换摄氏/华氏度的逻辑程序，使温度计和温度值按需显示。

3.用虚拟仪器测量伏安特性

1）编写程序

前面板：

放入一个用于设置设备号的控制数、一个设定标准电阻值的控制数、一个用于设定测量间隔的控制数和一个显示测量电阻值的显示数。放人三个控制字符串，将名字分别改成“供电电压通道”、“测量总电压通道”、“测量电流通道”.分别用于设置输出输人的通道。

放上一个Express XY Graph，将名字改成“电阻的伏安曲线图”，并将纵坐标和横坐标分别改成“电压(V)”和“电流(A);

加人一个二维数组，把名字改成“数据”，用于显示测量的电压和电流。放人一个开关，用于控制程序进程.

程序框图：

设计一个循环程序，让程序不断改变电压，每次改变0.25V测20组电流电压数据，每次改变之后都使程序等待1s后测量，测量20组后循环停止，并画出电阻的伏安特性曲线图，计算出电阻R（斜率）。

2）连接口卡和外部电路

3）运行程序，记录结果，保存并退出

五．思考题

1.虚拟仪器与传统仪器有什么区别

传统仪器：数据显示形式单一，数据处理功能比较简单，不容易按需改装，不能共享数

据，自动化程度低；

虚拟仪器：基于计算机的自动化测试仪器系统；功能灵活多变，易于扩展，还可与外界通讯，实现远程操作。

2.虚拟仪器的出现对于测量仪器的发展有什么影响？对于仪器使用者来说意味着什么？

虚拟仪器无疑是测量仪器在现代的重要发展，是实现远程操作，自动化测量的重要手段。对于仪器的使用者来说，虚拟仪器意味着测量手段的多元化，自动化，还可远程操作。必然会使测量更为简单，方便，实现更多功能。

3.虚拟仪器软件开发环境有哪些类型？G语言？

虚拟仪器软件开发平台一类是通用的可视化软件编程环境，如VC++.VB；另一类是专用于虚拟仪器开发的软件编程环境，如LabVIEW。

图形化的程序语言，又称为“G”语言。使用这种语言编程时，基本上不写程序代码，取而代之的是流程图。它可以增强构建自己的科学和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。

4.虚拟仪器在物理实验中的应用

可以用虚拟仪器做成一个光学信息处理技术的“4F”系统，在傅里叶面上加上各种不同光栅，观察其成像。

5.为什么不直接测量待测电阻上的电压？

传感器测出的是此点电压相对于大地的电压差，因此要用待测电阻两端电压相减来算待测电阻两端电压。

6.虚拟仪器进行测量时，仪器误差如何考虑？

应考虑传感器的误差和直线拟合的误差。