物理量的計算機采集

物理量的計算機采集實驗在各種物理量的測量中，計算機對物理量的采集記錄和數(shù)據(jù)處理越來越重要，實際上測量儀器是通過傳感器和各種專門的計算機軟件完成這個任務(wù)的，使用者并不一定了解計算機采集中面對的問題。本實驗通過基本采集單元Cobra3BasicUnit，通用采集軟件Cobra3UniversalWriter及部分傳感器專用軟件，數(shù)據(jù)分析和處理軟件Analysisandevaluationfunction，自行設(shè)計和研究物理量的計算機采集過程，并給出正確的實驗結(jié)果。1．基本采集單元Cobra3BasicUnit簡介：結(jié)構(gòu)及功能見下頁圖。電壓量（注意量程）可直接進入Analogin1和Analogin2。非電量可通過傳感器和附加的測量模塊接入S1、S2后測量。測量信號經(jīng)過數(shù)字化后通過9針RS232串行接口接入計算機。關(guān)于電壓、模塊和傳感器測量的注意事項和技術(shù)數(shù)據(jù)：如果模塊端口（MODUL）被占用，則模擬輸入1（ANALOGIN1）的4mm插座被擋住。電壓測量可以由S1和模擬輸入2（ANALOGIN2）實現(xiàn)。如果用了S1，就不能在模擬輸入1（ANALOGIN1）上加電壓了。如果用了S2，就不能在模擬輸入2（ANALOGIN2）上加電壓了。可以有下面幾種組合：3路模塊輸入或（2路模塊和1路傳感器或電壓）或（1路模塊和2路傳感器或電壓）。兩路計時器可以完全獨立于模擬輸入信號。2．通用采集軟件Cobra3UniversalWriter，數(shù)據(jù)分析和處理軟件Analysisandevaluationfunction說明見計算機內(nèi)文件。3．實驗內(nèi)容⑴測量練習(xí)：以Cobra3采集單元上電源輸出5V/0.2A作為測量信號，自組測量界面，能夠同時用指針表和數(shù)字表給出測量結(jié)果，重復(fù)6次，對數(shù)據(jù)進行分析和處理，給出正確的測量結(jié)果。⑵電路中電容電壓電流變化的測量：設(shè)計取樣電路，分析采集中的接地、噪聲等問題；研究電容兩端電壓隨時間改變的過程。⑶教材實驗3.8用霍耳元件測磁場的計算機采集。要求預(yù)習(xí)教材P125-P127，設(shè)計霍耳元件測磁場的電路圖。采集方案上課時自主設(shè)計。請注意測量量的性質(zhì)、極性和大小。⑷自主性實驗：確定一個你想要測量的物理量，估計測量值的大致范圍，設(shè)計測量方案，包括原理圖、測量步驟、實驗應(yīng)注意事項等，經(jīng)教師同意后自行完成任務(wù)。參考測量任務(wù)：①個人脈搏的測量和記錄分析②開關(guān)恢復(fù)時間的測量③溫度測量：標定Pt電阻溫度計④擺的周期測量⑤稱重測量：A4紙集成接口，連接可拆卸模塊集成接口，連接可拆卸模塊（module），用于測力、磁場、溫度、PH值、光強等側(cè)面插座，用于級聯(lián)多個基本單元（BASIC-UNITS）及未來的擴展有接地的模擬輸入（±30V，±10V），12位傳感器端口S1和S2，允許直接連接那些不需要測量模塊（module）的傳感器。使用測量模塊轉(zhuǎn)換器和擴展電纜線也可以將測量模塊連接在這兩個端口。穩(wěn)定的5V/0.2A直流電壓源，供給擋光板、指示燈或其它用電設(shè)備。外電源接口（12V/2A）。（如果Cobra3基本單元和顯示單元組合在一起，它們只需要一個外電源）與顯示電源通訊的總線系統(tǒng)。與計算機進行通信的9針RS232串行接口2路計時器或計數(shù)器（TTL輸入）可轉(zhuǎn)換的不同模擬輸入，12位(±30V，±10V，±3V，±1V，±0.3V，±0.1V)技術(shù)數(shù)據(jù)：計時器/計數(shù)器1或2計數(shù)能力32或40位3路模擬輸入分辨率1μs或250ns–模塊端口(MODUL)±10V連接4mm插座連接25針Sub-D連接器可能的配置：–傳感器端口1（S1）±30/10VTTL信號計時器-計數(shù)器/計數(shù)器連接4mm插座模擬信號計數(shù)器/計數(shù)器9針Sub-D連接器模擬輸出（包括傳感器或模塊端口）輸入有接地電壓范圍±10V輸入阻抗>500kΩ分辨率12位–傳感器端口2（S2）±30/10/3/1/0.3/0.1V連接9針或25針Sub-D連接器連接4mm插座電壓輸出（例如供給光闌）9針Sub-D連接器固定電壓5V/0.2A差值輸入不接地連接4mm插座輸入阻抗1MΩ通用數(shù)據(jù)–對所有模擬輸入有效的數(shù)據(jù)：RS232接口9針Sub-D連接器采樣率最大500kHz比特率最大115200bit/s在線模式小于等于近似5kHz數(shù)據(jù)存儲容量12000個值脈沖模式5Hz–500kHz后續(xù)連接側(cè)面的連接器，48針分辨率12位電壓饋送12V/6W過壓保護交流230V連接低壓插座觸發(fā)可調(diào)外殼尺寸190×135×90mm3Cobra3UniversalWriter:Cobra3通用記錄器NormalMeasurement:基本測量Getvalue:采樣設(shè)置onkeypress:手動采樣，鼠標左鍵單擊“savevalue”一下采一個點，按“close”停止采集，出結(jié)果圖。every___min/s/ms:自動采樣，選框內(nèi)設(shè)置采樣間隔，雙通道測量最小間隔為2ms,單通道測量最小間隔為1ms。Startofmeasurement:測量開始條件設(shè)置onkeypress:手動控制，鼠標左鍵單擊“startmeasurement”開始。time:定時控制，也可手動控制開始采樣。if:設(shè)定開始條件，滿足條件時自動開始采樣。Endofmeasurement:測量停止條件設(shè)置onkeypress:手動控制，鼠標左鍵單擊“stopmeasurement”停止。time:定時控制，也可手動停止。after:設(shè)置采樣數(shù)據(jù)點數(shù)，采夠點數(shù)后自動停止，也可手動停止。if:設(shè)定開始條件，滿足條件時自動停止，也可手動停止。Display:采樣的同時顯示內(nèi)容設(shè)置Digitaldisplay1/2/3:數(shù)字顯示窗口，單擊彈出Displayoptions窗口，可選擇顯示模擬輸入1、模擬輸入2或計算通道信號的數(shù)值。Analogdisplay1/2:指針式模擬顯示窗口，單擊彈出Displayoptions窗口，可選擇顯示通道及指示范圍。Diagram1/2:圖表顯示窗口，橫軸受XData控制，縱軸可同時顯示3個通道數(shù)據(jù)，單擊彈出Displayoptions窗口進行設(shè)置。在Displayoptions窗口中Channels可分別設(shè)置三個通道信號的內(nèi)容及顯示范圍（from___to___）；Xbounds-設(shè)置X軸顯示范圍；Mode：noautorange-顯示范圍固定，由Xbounds決定；autoscroll-一頁滿了自動開出新的一頁，每頁范圍由Xbounds決定；autorange-一頁滿了自動壓縮圖形，擴大X軸顯示范圍，每次將其擴大一倍，第一頁的顯示范圍由Xbounds決定。Channels:采樣通道選擇Analogin1:選中該項對模擬輸入1通道信號采樣，不選則不采。Analogin2:選中該項對模擬輸入2通道信號采樣，不選則不采。CalculatedChannel:計算通道，信號大小由右側(cè)計算通道設(shè)置的函數(shù)決定。CalculatedChannel:計算通道設(shè)置Title:給計算通道命名。f（U1,U2）=設(shè)置自定義的計算公式。Symbol:設(shè)置顯示變量名。Unit:設(shè)置顯示變量的單位名。Digits:設(shè)置計算結(jié)果的有效位數(shù)。XData:設(shè)置出圖時作為橫坐標的量可選：time-時間，number-采樣數(shù)，Analogin1-模擬輸入1通道信號，Analogin2-模擬輸入2通道信號，CalculatedChannel-計算通道信號。提示：當采用手動采樣時，通常選擇采樣數(shù)（Number）作為X軸更好，這樣你可以使每個采樣點橫向等間距分布。自動采樣時，相應(yīng)地變?yōu)橐詴r間（time）作為X軸。Range:設(shè)置模擬輸入信號范圍Analogin1:設(shè)置模擬輸入1通道信號，可選10V/30V。Analogin2:設(shè)置模擬輸入2通道信號，可選10V/1V/0.1V/30V/3V/0.3V。*所選范圍越大，測量分辨率越低。*如果所選測量范圍小于實際模擬輸入信號范圍，會出現(xiàn)截止失真，但不會損害儀器。*模擬輸入2通道信號范圍選擇0.1V/0.3V時，Cobra3會發(fā)出咔嗒一聲響。FastMeasurement:快速測量Trigger:觸發(fā)方式without:沒有觸發(fā)條件，鼠標左鍵單擊“startmeasurement”開始采樣。-75%，-50%，-25%，0%，25%，50%，75%:觸發(fā)電平設(shè)置，為輸入信號范圍（Range）的百分數(shù)。rising:信號的上升沿大于觸發(fā)電平后開始觸發(fā)采樣。falling:信號的下降沿小于觸發(fā)電平后開始觸發(fā)采樣。Frequency:采樣頻率可選0.1/1/5/10/11.025/22.05/44.1/50/100/200kHz（雙通道）/500kHz（單通道）。values:采樣點數(shù)自定，最大2048。Measurement：測量菜單Undo:撤消上一步操作通過這個窗口可以設(shè)置附加信息，改變軸名、單位和有效位數(shù)。General:可設(shè)置Title-標題、Author-作者和Gauge:測量工具。Notes:小于256字符的注釋。x-Data:可設(shè)置x軸的Title-名稱、Symbol-符號、Unit-單位和Digitsbeyondpoint-小數(shù)點后取幾位。Channels:與x-Data類似，可設(shè)置各個y軸的相應(yīng)參數(shù)。x軸的顯示范圍顯示數(shù)據(jù)點隱藏曲線x軸的顯示范圍顯示數(shù)據(jù)點隱藏曲線顯示零線顯示x軸分度值顯示x軸分度值顯示縱格顯示橫格基于左軸基于右軸可以改變數(shù)據(jù)的顯示方式?？旖萱IF2。General:設(shè)置x軸的顯示范圍。顯示數(shù)據(jù)點、曲線，x/y軸分度，分格等。Lefty-axis/righty-axis:Channel-顯示通道；Displayedarea-顯示范圍；Interpolation-將數(shù)據(jù)點線性連接還是三次樣條插值；color-曲線顏色設(shè)置；Linewidth-線寬設(shè)置。Labels:標簽在圖中作標記可以設(shè)置標簽的內(nèi)容符號顏色位置等。Channelmanager:信道管理器可以將幾個信道重新布置（自定義x軸和y軸）生成新圖。Assumechannel:引用信道這個功能可以將一次測量的數(shù)據(jù)調(diào)入另一次測量中。這樣可以對幾次測量的數(shù)據(jù)進行運算、比較、處理。Deletechannel:刪除通道Datatable:數(shù)據(jù)表格可以查看全部數(shù)據(jù)，可以添加、更改或刪除。首列為x軸，后面為y軸數(shù)據(jù)，最多16列。Exportdata:輸出數(shù)據(jù)可以選擇輸出到剪貼板或者是文件中，格式可以是文本(.txt)、圖形(.bmp)或者Enhancedmeta)類型。輸出到剪貼板時，可以粘貼（Paste）到word或excel中進行處理。文本格式的前兩行為信道名稱和相應(yīng)單位，第三行為空白行，從第四行開始是測量數(shù)據(jù)，以TAB間隔。Importdata:導(dǎo)入數(shù)據(jù)可以將剪貼板上以TAB間隔的數(shù)據(jù)導(dǎo)入，其中第一列作為x通道數(shù)據(jù)，后面幾列作為y通道數(shù)據(jù)，最多可以有16個y通道。通道名稱和單位只能手動輸入。Enterdatamanually:手動輸入數(shù)據(jù)Functiongenerator:函數(shù)發(fā)生器電容的充電特性曲線【實驗?zāi)康摹緾RCR采樣圖1實驗電路圖K2K1【實驗原理】 電容的充電過程有如下關(guān)系：由此，可以求得電容C 其中，U0 =充電過程中的電壓C =電容器的電容R =電容充電時流經(jīng)的電阻t =時間圖2測量參數(shù)設(shè)置圖2測量參數(shù)設(shè)置【實驗步驟】1．如圖1連接電路，先斷開開關(guān)K1。注意電容的極性。2．如圖2設(shè)置參數(shù)。按Continue后進入測量界面，不要按“Startmeasurement”鈕。3．閉合開關(guān)K2，給電容放電，然后再斷開。4．閉合開關(guān)K1，5~7秒鐘后，第一通道示值約4.8~5V。按“Stopmeasurement”鈕停止測量，進入主程序界面。斷開電源開關(guān)K1。5．閉合開關(guān)K2，給電容放電，然后再斷開。6．選擇菜單Analysis/Channelmodification，將