儀器儀表功能勘驗和物化試驗運用探討
直流電壓測試將穩(wěn)壓直流電源的兩個輸出端接到WDSO2902的兩個模擬信號輸入端口，在沒有使用濾波的情況下，信號有一些微小的波動，用指針式萬用表作為參考標(biāo)準(zhǔn)， WDSO2902所顯示的波形的平均值與指針?biāo)甘镜闹滴呛系帽容^好，由于表針有一定的慣性，故直流電壓上附帶的微小交流噪聲無法在萬用表上觀測到。當(dāng)使用濾波時，波形就變得較為平直。
交流電壓測試將低頻信號發(fā)生器的輸出端分別接到WDSO2902的模擬信號輸入端口和一臺示波器的輸入端口，比較兩者的波形。由于WDSO2902的采樣頻率可以在很大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，故對各種頻率（尤其是較高頻率）信號的波形響應(yīng)都很好，與傳統(tǒng)示波器得到的波形相差不多。但傳統(tǒng)示波器在某些方面不如虛擬示波器。比如，對于頻率非常低的信號，傳統(tǒng)示波器得不到連續(xù)的波形，另外在波形的穩(wěn)定性上，虛擬示波器也明顯優(yōu)于傳統(tǒng)示波器。
虛擬儀器實驗方法的設(shè)計與應(yīng)用2 1虛擬儀器在氣體放電中等離子體的研究實驗中的設(shè)計應(yīng)用氣體放電中等離子體的研究實驗通過探針法測繪氣體放電管的伏安特性曲線，確定等離子體的主要參量如電子溫度、帶電粒子密度、軸向電場強度、電子平均動能、空間電位分布等< 3>。
將虛擬數(shù)字存儲示波器WDSO2902作為X Y函數(shù)記錄儀應(yīng)用在這個實驗中。
硬件連接首先將實驗電路連接好 ，再將示波器通過電纜連接到計算機(jī)并口，連接示波器的探頭到BNC連接器，并將計算機(jī)的并口設(shè)置為EPP方式。將實驗儀器的X （為電壓信號）、Y （為電流信號）輸出通過BNC連線（X連線設(shè)為10 1衰減， Y連線設(shè)為1 1衰減）分別接到示波器的兩個信號輸入端。
單探針法連線圖實驗接通實驗儀器和示波器的電源并運行示波器軟件，點亮放電管，令儀器產(chǎn)生自動掃描電壓。這樣在計算機(jī)屏幕上得到了X、Y信號的波形，并且通過X Y繪圖功能得到X、Y信號的合成圖形。但有幾點缺陷，一是由于使用的是存儲示波器，它有一定數(shù)量的硬件緩存，只有當(dāng)采集的數(shù)據(jù)將緩存裝滿后，它才將緩存中的所有數(shù)據(jù)一次性顯示在屏幕上，這樣導(dǎo)致波形的實時性很差，雖然將緩存設(shè)置為最小（ 1 K） ，波形的刷新率仍然很低；另一原因是由于虛擬示波器內(nèi)部沒有足夠的硬件濾波，導(dǎo)致得到的波形毛刺很多。這臺虛擬示波器本應(yīng)配有C語言程序庫，允許用戶自主編程，但這里沒這部分軟件，無法對其進(jìn)行濾波。同時也考慮過將其采集到的數(shù)據(jù)保存成數(shù)據(jù)文件，再自行編程進(jìn)行處理，但這樣做不便于操作，且易喪失實時性。
雖然得到的波形有上述缺陷，但從中看到了正確的趨勢，這說明這臺虛擬示波器的確可以起到數(shù)據(jù)采集和顯示的功能，只是由于硬件上的不足，又沒有較為方便的自主編程環(huán)境，導(dǎo)致它的功能得不到充分發(fā)揮，當(dāng)然對它的研究還不夠深入也有一定的影響。
最后，使用版本較新的示波器軟件，并適當(dāng)調(diào)節(jié)各種參數(shù)，得到了較為滿意的完整X Y合成曲線，由于得到的曲線有不少毛刺，又用其它軟件對曲線進(jìn)行了平滑，最后得到較滿意的曲線 .
用虛擬數(shù)字存儲示波器得到的曲線Fig. 3 Curve shape of visual storage oscilloscope對此等離子體伏安特性曲線特征描述為：在AB段，探針的負(fù)電位很大，電子受負(fù)電位的拒斥，而速度很慢的正離子被吸向探針，在探針周圍形成正離子構(gòu)成的空間電荷層，即所謂正離子鞘，它把探針電場屏蔽起來。等離子區(qū)中的正離子只能靠熱運動穿過鞘層抵達(dá)探針，形成探針電流，所以AB段為正離子流，這個電流很小。過了B點，隨著探針負(fù)電位減小，電場對電子的拒斥作用減弱，使一些快速電子能夠克服電場拒斥作用，抵達(dá)探極，這些電子形成的電流抵消了部分正離子流，使探針電流逐漸下降，所以BC段為正離子流加電子流。到了C點，電子流剛好等于正離子流，互相抵消，使探針電流為零。
此時探針電位就是懸浮電位U F。繼續(xù)減小探極電位絕對值，到達(dá)探極電子數(shù)明顯多于正離子數(shù)，探極電流轉(zhuǎn)為正向，且迅速增大，所以C點以后為電子流加離子流，以電子流為主。
由單探針法得到的伏安特性曲線，可求得等離子體的一些主要參量< 3>（推導(dǎo)過程略） .如電子溫度為T e = e KInI/ U p = 11 600 InI/ U p（1）其中K為玻爾茲曼常數(shù)。探針表面處的電子密度為：n e = 4I 0 eS e = I 0 eS 2 m e KT e（2）其中I 0 = 1 4 n 0 e S e， n 0為等離子區(qū)中的電子溫度， S為探針的表面積，0為電子平均速度， m e為電子質(zhì)量。
2虛擬儀器在光電效應(yīng)測普朗克常數(shù)實驗中的設(shè)計應(yīng)用這個實驗的原理基礎(chǔ)是愛因斯坦的光電方程（入射光子的能量等于發(fā)射電子的最大初動能加上電子的逸出功） .實驗采用減速電壓法決定電子的最大初動能，并由此求出普朗克常數(shù)h .當(dāng)用不同頻率的光照射時，由愛因斯坦光電方程有hv 1 = e | U s1 |+ W s hv 2 = e | U s2 |+ W s（3）U s為截止電壓， W s為電子的逸出功。聯(lián)立其中兩個方程，得25第2期王克強：虛擬儀器性能測試與物理實驗應(yīng)用研究光電效應(yīng)測普朗克常數(shù)實驗曲線Fig. 4 Experiment curve of Measuring the Planck Constant with photoelectric effect不同波長、頻率下的截止電壓Tab. 1 Cut off voltage under different wave length and frequency波長Wave length/ nm頻率f Frequency/ Hz截止電壓U s Cut off voltage/ V 577 5 20 10 14 0 543 546 5 47 10 14 0 688 436 6 88 10 14 1 246 406 7 39 10 14 1 478 365 8 21 10 14 1 721 h = e（ U si - U sj）v i - v j（4）由（ 4）式可見，測量并畫出光電管兩端電壓與光電管中電流的關(guān)系曲線，找到遏止電壓U s，對不同頻率的光進(jìn)行多次測量后畫出U s和頻率f的關(guān)系曲線，這條曲線近似于線性，其斜率乘以電子的電量就是普朗克常數(shù)h.
仍然用虛擬數(shù)字存儲示波器WDSO2902作為X Y函數(shù)記錄儀。由于實驗電路中的兩路輸出是共地，故可直接連接。根據(jù)輸出電壓的范圍， X、Y連線均為1 1衰減，和前一個實驗類似，得到5條曲線 .
通過對得到的曲線進(jìn)行數(shù)值分析，可得到波長、頻率與截止電壓的數(shù)據(jù) .根據(jù)頻率與截止電壓數(shù)據(jù)，可運用線性擬合計算出f與U s直線斜率，從而得到h = 6 32 10 - 34 J s.求出普朗克常數(shù)h的計算值，與h的公認(rèn)值（ h = 6 63 10 - 34 J s）的相對誤差為4 8% .
結(jié)束語通過以上實驗可以看到虛擬儀器有很多優(yōu)越性，它強大的數(shù)據(jù)存儲和采集功能給實驗數(shù)據(jù)記錄和處理帶來了很大的方便，基本上可以取代傳統(tǒng)儀器，但它還不完善，仍然有一些缺陷和不足，在硬件和軟件上都還有待提高和改進(jìn)。中國糧油儀器網(wǎng) http://www.pfyin.com/
