基于LabVIEW的物理量計算方法

【摘要】利用LabVIEW建立虛擬教學實驗室，已成為很多高校實驗實施方式的主流。本文主要介紹用LabVIEW計算物理量的方法，并通過實例加以說明。實踐證明：虛擬實驗室既能保證教學效果，又能減少投資，簡化實驗系統，具有一定的教學意義。

【關鍵詞】LabVIEW;虛擬實驗室;物理量

Abstract：Based on the LabVIEW software，virtual laboratory has become the mainstream in teaching experiment for many colleges and universities.This paper mainly introduces and exemplifies the calculation method of the physical quantities.it proved that virtual laboratory ensure a teaching effect，reduce investment，and simplify the experiment system，which has a certain significance of teaching.

Keywords：labVIEW;virtual laboratory;physical quantities

引言

物理實驗是中學教育和大學教育中的一個重要環節。目前，在各大高校教學過程中，很多趨于成熟的實驗往往過程簡單，但所需儀器復雜。在經費緊張的情況下，各高校基本借用LabVIEW軟件平臺構建虛擬測控實驗室，既能保證教學效果，又能減少投資，簡化實驗系統。在LabVIEW中，用于修飾前面板的控件位于控件模版中的修飾子模版中，它包括一系列線、箭頭方形、圓形、三角形等形狀的修飾模塊，這些模塊如同一些搭建美觀的程序界面的積木，合理組織、搭配這些模塊可以構造出絢麗的程序界面。目前，高校實驗存在大量受力分析，比如加載杠桿的受力分析，測矩裝置的受力分析等，這些受力情況我們都可以用LabVIEW的修飾子模版[1]來實現。

1.教學實驗介紹

加載杠桿的扭矩計算[2]：扭矩等于力與此力到扭矩中心的距離，當把加載杠桿調置到水平狀態時，它的扭矩就等于加載砝碼產生的重力與加載杠桿長度的乘積加上加載杠桿本身重力所產生的扭矩，見公式（1）所示。

T2=G2 L2+T0 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

其中，T2——水平位置時的總扭矩，N.m;

T0——杠桿本身重力產生的扭矩，N.m;

G2——加載砝碼的重力，kg;

L2——加載杠桿長度，m。

2.教學實驗的LabVIEW實現

圖1就是用修飾子模版加載杠桿的受力示意圖，如圖1所示。

圖1 加載杠桿受力圖

用修飾子模版畫的測矩裝置受力如圖2所示。

圖2 測矩裝置受力圖前面板

在該試驗當中，計算扭矩效率見公式（2）所示。

（2）

其中，η——扭矩效率，100%;η總——總效率，100%;P1，P2——功率分值，W;T1，T2——扭矩分值，N.m;由公式（2）可知，本來用功率計算效率轉化為用扭矩計算效率。

由于此實驗的主要部分是用公式來實現，因此我們用LabVIEW的強大的公式編輯能力來實現它。在這里我們用LabVIEW的Express Vis來實現實現程序的運算功能。從函數模版中的Arithmetic and Comparison（算術和比較）子模版中選取Formula Express VI，打開Configure Formula（配置公式）窗口，輸入（G2*L2+T0）/（G1*L1+gl+G2*L2+T0），單擊“確定”后關閉配置公式窗口，配置公式窗口如圖3所示。

圖3 配置公式窗口

我們取一組由實際實驗所測得的數據，其中L=2.1cm;G1=1.5N;G2=30N。將這組數據從LabVIEW軟件的前面板輸入，在程序前面板中就會自動顯示出運算結果。效率值為0.87447，即87.447%。該公式的前面板和LabVIEW程序框圖分別如圖4、圖5所示：

圖4 效率計算公式的前面板

圖5 效率計算公式的程序框圖

3.結束語

通過上述實例闡述，借助LabVIEW搭建虛擬的實驗平臺實現虛擬的實驗，既簡單易行，又通俗易懂，還節約了實驗成本，這為更多較難實驗的實現提供了一個行之有效的方法，具有一定的教學意義。

參考文獻

[1]劉君華，郭會軍，趙向陽，等.基于LabVIEW的虛擬儀器設計[M].北京：電子工業出版社，2003.

[2]葉偉國，等.大學物理[M].北京：清華大學出版社，2012.

作者簡介：孫文文（1983—），女，陜西西安人，武漢理工大學華夏學院助教。