基于Capstone軟件的傳感器地球磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中的問題

摘 要：利用美國(guó)PASCO公司傳感器地球磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)于地球磁場(chǎng)測(cè)量過程中遇到的問題進(jìn)行了分析討論，研究發(fā)現(xiàn)PS-2162型磁場(chǎng)傳感器清零后數(shù)值不為零，并且隨著采樣率的增大，噪音信號(hào)會(huì)增多；在地磁場(chǎng)測(cè)量中，由于噪聲信號(hào)影響，導(dǎo)致利用Capstone軟件擬合功能計(jì)算時(shí)擬合結(jié)果和真實(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在很大誤差；由于Capstone軟件版本問題，可能會(huì)與新的通用接口以及PASPROT傳感器之間出現(xiàn)不兼容問題。

關(guān)鍵詞：磁場(chǎng)傳感器 PASCO 地球磁場(chǎng)系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）08（a）-0095-02

PASCO系列實(shí)驗(yàn)利用計(jì)算機(jī)以Capstone軟件為媒介對(duì)接口和各種傳感器進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)采集。實(shí)驗(yàn)者無論是實(shí)驗(yàn)過程中的數(shù)據(jù)收集和顯示，還是實(shí)驗(yàn)后的數(shù)據(jù)處理和計(jì)算，都要使用到Capstone軟件，因此Capstone軟件使用在整個(gè)實(shí)驗(yàn)體系中也顯得尤為重要[1-3]。

然而隨著軟件和硬件技術(shù)的更新?lián)Q代，Pasco公司推出了新的通用接口以及PASPROT傳感器，以及與其硬件接口相配套的Capstone軟件。下面就新一代的傳感器地球磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在地球磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析和討論。

1 實(shí)驗(yàn)中存在的問題

1.1 PS-2162型磁場(chǎng)傳感器清零存在誤差

將PS-2162型磁場(chǎng)傳感器在充分預(yù)熱（20min）后將其磁場(chǎng)探頭放入零高斯腔體內(nèi)，按磁場(chǎng)傳感器表面的清零按鈕進(jìn)行清零，清零完畢仍保持磁場(chǎng)傳感器探頭位于零高斯腔體內(nèi)，并在不同采樣率下測(cè)量磁場(chǎng)大小1min。具體統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表1所示。

由表1中數(shù)據(jù)可見，可以看出清零后測(cè)量零高斯腔體內(nèi)磁場(chǎng)大小都不為0，這會(huì)給以后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果都帶來很大的一個(gè)本底誤差（見圖1，采樣率為20Hz時(shí)的清零圖像），隨著采樣率的增大，噪音信號(hào)增多，測(cè)得的軸磁場(chǎng)強(qiáng)度帶寬也隨之增大；而磁場(chǎng)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)偏差隨著采樣率的增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，則是因?yàn)椴蓸訑?shù)據(jù)點(diǎn)增多的原因。

1.2 PS-2162型磁場(chǎng)傳感器測(cè)量時(shí)存在誤差

利用該傳感器測(cè)量地球磁場(chǎng)大小時(shí)，由噪音信號(hào)的存在，導(dǎo)致在測(cè)量時(shí)得到的曲線會(huì)在原有的正余弦規(guī)律曲線的基礎(chǔ)上增加無規(guī)律的噪聲信號(hào)，且噪聲大小占原信號(hào)的10%～30%，如圖2所示，而此時(shí)如果利用Capstone軟件自帶的數(shù)據(jù)擬合功能計(jì)算時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)擬合結(jié)果無論是從振幅，頻率還是相位都和真實(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在很大誤差。

1.3 Capstone軟件的使用環(huán)境苛刻

Capstone軟件與新的通用接口以及PASPROT傳感器之間由于更新?lián)Q代比較快，相互之間會(huì)出現(xiàn)不兼容問題。如通用接口UI-850一般在各個(gè)版本的Capstone軟件中都能使用，而通用接口UI-550，在低版本的Capstone軟件中無法使用，會(huì)出現(xiàn)查找不到接口的問題，這就使得用戶不得不安裝高版本的Capstone軟件。

而安裝高版本的capstone軟件對(duì)計(jì)算機(jī)本身的硬件要求和Windows系統(tǒng)的版本要求，較原始的Datastudio軟件來說要更高；而相同配置的計(jì)算機(jī)運(yùn)行Capstone軟件較原始的Datastudio軟件來說速度更慢。

2 結(jié)語

利用美國(guó)PASCO公司傳感器地球磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)于地球磁場(chǎng)測(cè)量過程中遇到的問題總結(jié)如下：PS-2162型磁場(chǎng)傳感器清零后數(shù)值不為零，這會(huì)給以后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果都帶來很大的一個(gè)本底誤差，并且隨著采樣率的增大，噪音信號(hào)會(huì)增多；在地磁場(chǎng)測(cè)量時(shí)，噪聲大小占原信號(hào)的10%～30%，導(dǎo)致利用Capstone軟件自帶的數(shù)據(jù)擬合功能計(jì)算時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)擬合結(jié)果無論是從振幅，頻率還是相位都和真實(shí)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在很大誤差；為了避免Capstone軟件與新的通用接口以及PASPROT傳感器之間出現(xiàn)不兼容問題，需要安裝較新版本的Capstone軟件，而不斷更新會(huì)使得電腦運(yùn)行軟件變慢，用戶體驗(yàn)不佳。

參考文獻(xiàn)

[1] 王珊.Pasco系列實(shí)驗(yàn)的軟件使用中的問題[J].科技資訊，2013（30）：19-20.

[2] 劉立英，龍明亮，劉國(guó)慶，等.PASCO實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)性應(yīng)用思路及其嘗試[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2011，24（3）：82-84.

[3] 高宏，郭文閣，賈振安，等.PASCO實(shí)驗(yàn)儀在物理探究性實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J].應(yīng)用光學(xué)，2008（29）：240-242.