基于虚拟仪器技术霍尔效应实验装置的研制及其远程实验教学应用

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远程实验是实验教学发展的一个新方向。学生通过互联网,访问连接实验仪器的远程计算机,异地完成真实的实验。这种实验方式不仅提高了实验教学的灵活性,而且实现了资源和设备的共享,提高了实验仪器的使用率,节省了高校实验室建设的费用。  现行课程标准提倡多种多样的教学方式,远程实验与传统物理实验的结合正是在这一要求下逐步发展起来的。本文以测量螺线管轴向磁场实验为例,研制了基于虚拟仪器技术的霍尔效应实验装置。硬件方面制作了恒流源电路、串口通信电路、步进电机控制电路等;软件方面用LabVIEW编写了客户机和实验机的主程序,实现了计算机与单片机的通信、串口控制恒流源,USB接口采集霍尔电压等功能;并设计了基于LabVIEW的数据记录分析仪、步进电机控制仪以及利用相关软件设计了实验系统主页。装置中励磁恒流源(IM)0~0.6A连续可调,调节精度为0.01A;器件工作恒流源(Is)0~13mA连续可调,调节精度为0.01mA;电源输出最大负载电压为13.75V;霍尔电压采集范围是0%3.3V,分辨率为3.23mV;螺线管长度为28cm,单位长度的匝数为3118。实验结果显示VH与Is、IM呈现较好的线性关系,螺线管中心磁感应强度测量误差约为4%,在误差范围3%~5%内符合要求,同时边缘点磁感应强度正好约为中心磁感应强度的一半。  学生可以从任何一台连接到互联网的计算机操作实验室的霍尔效应实验装置,调节恒流源分别给螺线管和线性霍尔电路提供励磁电流、工作电流,控制步进电机以调节霍尔传感器在螺线管中的位置。同时,采集到的霍尔电压值及由摄像头捕获的仪器现场情况通过计算机间的通信反馈给学生,这样学生在异地就完成真实的霍尔效应实验过程。
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