基于Datastudio软件的传感器热辐射实验的改进

李宇飞++陈新++陈龙++王珊

摘 要：利用美国PASCO公司传感器热辐射实验系统，对于物体进行低温热辐射测量时遇到的问题，从软件数据处理方面进行了改进，从而得到更精确更好的实验结果。

关键词：热辐射 实验改进 PASCO热辐射实验系统

中图分类号：TP31 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）03（b）-0035-02

PASCO系列实验利用计算机以Datast

udio软件为媒介对接口和各种传感器进行控制和数据采集。实验者无论是实验过程中的数据收集和显示，还是实验后的数据处理和计算，都要使用到Datastudio软件，因此，Datastudio软件使用在整个实验体系中也显得尤为重要。[1～3]

Datastudio软件是PASCO系统列实验中用于数据获取，显示和分析的一款软件，它是除了能够设置和校正传感器，还能够适时地对实验数据进行采集，并提供了一些简单的数据可视化功能，比如数字表、仪表、图表、示波器等等，方便使用者直观方便地实时观测数据。该软件内置了部分数据处理的功能，包括简单的科学函数计算、统计计算、特殊的振幅周期、求导积分计算等，以及线性拟合和大部分非线性拟合。DataStudio所采集的数据可导出为TXT纯文本文件，可视化数据可导出为BMP等格式的图文件。

下面就低温热辐射实验中出现的问题和应用Datastudio软件处理方面的改进进行了总结。

1 PASCO热辐射实验中出现的问题和软件处理方面的改进

1.1 环境温度的影响和软件处理时的改进

低温热辐射实验的测量环境是室温，测量的温度范围是室温～100℃，可观测不同温度情况下的立方腔体的热辐射情况，但是在实际实验过程中，尤其是测量温度较低时，环境温度对实验测量有一定的影响，多次测量同一实验状态时，结果会有一定的偏差（如图1），四根曲线表示的数据值很接近但又各不相同。

此外，图1中的四次测量，随着时间的变化，红外光传感器测量的红外光强数值基本保持一致，但还是存在一定的变化起伏，因此，测量过程中可以采用多次测量取平均值，也可以对采用对同一曲线上的数据取平均的方法，来减少环境温度变化和随机误差对实验结果的影响。

1.2 不同物体相同测量条件时的比较以及软件处理时的改进

低温热辐射实验可以对不同材料的热辐射特性进行测量，我们分别选取了橙色、绿色、紫色三种卡纸遮挡在铝四方腔体和CI-6628红外光传感器之间，推动红外光感应器使其沿着线性运动附件方向扫描过立方体的黑色侧面，记录实验数据并与无卡纸时测得的数据做对比分析。从图2可以看出不同颜色的卡纸对低温热辐射的阻隔情况。但是不同颜色的卡纸的红外光透射曲线形状有所区别，可能受到环境温度及测试时间的影响，仅仅通过透射红外光强的最大值来判断显然不够合理。

因此，在有卡纸的情形下，对于在一定的区间内，可以通过测量红外光强和传感器所处的位置来对比透射过卡纸的红外光强总量，从而计算出不同颜色卡纸对热辐射的阻隔效果。

由于线性运动附件的人工滑动轨道的缘故，使得相对位置的采样并不均匀，为了尽可能地减少误差，我们决定对横轴0.04～0.10（m）的区间内的数据进行统计计算，并分别计算其平均值：

由表1此可见：被纸片遮挡后红外辐射透射情况从大到小依次是：无卡纸>橙色>绿色>紫色。

1.3 软件数据拟合时的问题和改进

Datastudio软件能够利用计算机快速准确的数据采集特性，采集了大量的实验数据，但在数据拟合时，采集的数据点太多，拟合曲线计算需要大量的时间，简单的线性拟合还好，相对复杂一点的多项式拟合，高次幂函数拟合，指数函数拟合的结果往往不尽人意，不是计算时电脑死机，就是根本算不出结果。为了解决这一问题，可以将需要拟合的数据从Datastudio软件中以TXT形式导出，在结合其他的数据处理拟合软件进行计算，就能等到更好的拟合结果。

如在低温热辐射实验中，利用了PASCO传感器自动化测取了红外光强度随温度变化的1048组数据，以开氏温度（单位K）作为横轴X，红外光强来代换热辐射量（W/m2）作为纵轴Y。利用统计学语言R编程计算拟合结果，对X轴数据进行n次方变换，之后对y～X向量进行简单线性回归和统计学分析，当n=4时，取得最佳拟合结果。y～I（x4）的拟合相关系数R=0.997700419012333，

自变量x4与因变量y之间有极其显著的线性关系。I=5.751292e-08 W·m2·K-4，由于铝四方腔体热源并非绝对黑体，所以ε<1， 测得系数I应略大于斯特藩-波尔兹曼常量，实验结果与理论预期符合得很好。

2 结论

在低温热辐射实验中，可以采用多次测量取平均值或者对同一曲线上的数据取平均的方法，能够在一定程度上来减少环境温度变化和随机误差对实验结果的影响；不同物体相同测量条件下进行比较时，不能简单的通过最大值来进行比较，可能要在一定的测量区域范围内，应用统计计算的结果才能说明问题；测量数据点太多时，拟合复杂函数时会出现错误和不成功的情况，可以通过导出实验数据配合其他数据拟合软件来解决这一问题。总之，在具体的实验中，巧妙的利用Datastudio软件的不同处理功能，能够得到更精确更好的实验结果。

参考文献

[1] 王珊.Pasco系列实验的软件使用中的问题[J].科技资讯，2013（30）：19-20.

[2] 刘立英，龙明亮，刘国庆，等.PASCO实验平台的设计性应用思路及其尝试[J].大学物理实验，2011，24（3）：82-84.

[3] 高宏，郭文阁，贾振安，等.PASCO实验仪在物理探究性实验中的应用[J].应用光学，2008（29）：240-242.endprint

摘 要：利用美国PASCO公司传感器热辐射实验系统，对于物体进行低温热辐射测量时遇到的问题，从软件数据处理方面进行了改进，从而得到更精确更好的实验结果。

关键词：热辐射 实验改进 PASCO热辐射实验系统

中图分类号：TP31 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）03（b）-0035-02

PASCO系列实验利用计算机以Datast

udio软件为媒介对接口和各种传感器进行控制和数据采集。实验者无论是实验过程中的数据收集和显示，还是实验后的数据处理和计算，都要使用到Datastudio软件，因此，Datastudio软件使用在整个实验体系中也显得尤为重要。[1～3]

Datastudio软件是PASCO系统列实验中用于数据获取，显示和分析的一款软件，它是除了能够设置和校正传感器，还能够适时地对实验数据进行采集，并提供了一些简单的数据可视化功能，比如数字表、仪表、图表、示波器等等，方便使用者直观方便地实时观测数据。该软件内置了部分数据处理的功能，包括简单的科学函数计算、统计计算、特殊的振幅周期、求导积分计算等，以及线性拟合和大部分非线性拟合。DataStudio所采集的数据可导出为TXT纯文本文件，可视化数据可导出为BMP等格式的图文件。

下面就低温热辐射实验中出现的问题和应用Datastudio软件处理方面的改进进行了总结。

1 PASCO热辐射实验中出现的问题和软件处理方面的改进

1.1 环境温度的影响和软件处理时的改进

低温热辐射实验的测量环境是室温，测量的温度范围是室温～100℃，可观测不同温度情况下的立方腔体的热辐射情况，但是在实际实验过程中，尤其是测量温度较低时，环境温度对实验测量有一定的影响，多次测量同一实验状态时，结果会有一定的偏差（如图1），四根曲线表示的数据值很接近但又各不相同。

此外，图1中的四次测量，随着时间的变化，红外光传感器测量的红外光强数值基本保持一致，但还是存在一定的变化起伏，因此，测量过程中可以采用多次测量取平均值，也可以对采用对同一曲线上的数据取平均的方法，来减少环境温度变化和随机误差对实验结果的影响。

1.2 不同物体相同测量条件时的比较以及软件处理时的改进

低温热辐射实验可以对不同材料的热辐射特性进行测量，我们分别选取了橙色、绿色、紫色三种卡纸遮挡在铝四方腔体和CI-6628红外光传感器之间，推动红外光感应器使其沿着线性运动附件方向扫描过立方体的黑色侧面，记录实验数据并与无卡纸时测得的数据做对比分析。从图2可以看出不同颜色的卡纸对低温热辐射的阻隔情况。但是不同颜色的卡纸的红外光透射曲线形状有所区别，可能受到环境温度及测试时间的影响，仅仅通过透射红外光强的最大值来判断显然不够合理。

因此，在有卡纸的情形下，对于在一定的区间内，可以通过测量红外光强和传感器所处的位置来对比透射过卡纸的红外光强总量，从而计算出不同颜色卡纸对热辐射的阻隔效果。

由于线性运动附件的人工滑动轨道的缘故，使得相对位置的采样并不均匀，为了尽可能地减少误差，我们决定对横轴0.04～0.10（m）的区间内的数据进行统计计算，并分别计算其平均值：

由表1此可见：被纸片遮挡后红外辐射透射情况从大到小依次是：无卡纸>橙色>绿色>紫色。

1.3 软件数据拟合时的问题和改进

Datastudio软件能够利用计算机快速准确的数据采集特性，采集了大量的实验数据，但在数据拟合时，采集的数据点太多，拟合曲线计算需要大量的时间，简单的线性拟合还好，相对复杂一点的多项式拟合，高次幂函数拟合，指数函数拟合的结果往往不尽人意，不是计算时电脑死机，就是根本算不出结果。为了解决这一问题，可以将需要拟合的数据从Datastudio软件中以TXT形式导出，在结合其他的数据处理拟合软件进行计算，就能等到更好的拟合结果。

如在低温热辐射实验中，利用了PASCO传感器自动化测取了红外光强度随温度变化的1048组数据，以开氏温度（单位K）作为横轴X，红外光强来代换热辐射量（W/m2）作为纵轴Y。利用统计学语言R编程计算拟合结果，对X轴数据进行n次方变换，之后对y～X向量进行简单线性回归和统计学分析，当n=4时，取得最佳拟合结果。y～I（x4）的拟合相关系数R=0.997700419012333，

自变量x4与因变量y之间有极其显著的线性关系。I=5.751292e-08 W·m2·K-4，由于铝四方腔体热源并非绝对黑体，所以ε<1， 测得系数I应略大于斯特藩-波尔兹曼常量，实验结果与理论预期符合得很好。

2 结论

在低温热辐射实验中，可以采用多次测量取平均值或者对同一曲线上的数据取平均的方法，能够在一定程度上来减少环境温度变化和随机误差对实验结果的影响；不同物体相同测量条件下进行比较时，不能简单的通过最大值来进行比较，可能要在一定的测量区域范围内，应用统计计算的结果才能说明问题；测量数据点太多时，拟合复杂函数时会出现错误和不成功的情况，可以通过导出实验数据配合其他数据拟合软件来解决这一问题。总之，在具体的实验中，巧妙的利用Datastudio软件的不同处理功能，能够得到更精确更好的实验结果。

参考文献

[1] 王珊.Pasco系列实验的软件使用中的问题[J].科技资讯，2013（30）：19-20.

[2] 刘立英，龙明亮，刘国庆，等.PASCO实验平台的设计性应用思路及其尝试[J].大学物理实验，2011，24（3）：82-84.

[3] 高宏，郭文阁，贾振安，等.PASCO实验仪在物理探究性实验中的应用[J].应用光学，2008（29）：240-242.endprint

摘 要：利用美国PASCO公司传感器热辐射实验系统，对于物体进行低温热辐射测量时遇到的问题，从软件数据处理方面进行了改进，从而得到更精确更好的实验结果。

关键词：热辐射 实验改进 PASCO热辐射实验系统

中图分类号：TP31 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）03（b）-0035-02

PASCO系列实验利用计算机以Datast

udio软件为媒介对接口和各种传感器进行控制和数据采集。实验者无论是实验过程中的数据收集和显示，还是实验后的数据处理和计算，都要使用到Datastudio软件，因此，Datastudio软件使用在整个实验体系中也显得尤为重要。[1～3]

Datastudio软件是PASCO系统列实验中用于数据获取，显示和分析的一款软件，它是除了能够设置和校正传感器，还能够适时地对实验数据进行采集，并提供了一些简单的数据可视化功能，比如数字表、仪表、图表、示波器等等，方便使用者直观方便地实时观测数据。该软件内置了部分数据处理的功能，包括简单的科学函数计算、统计计算、特殊的振幅周期、求导积分计算等，以及线性拟合和大部分非线性拟合。DataStudio所采集的数据可导出为TXT纯文本文件，可视化数据可导出为BMP等格式的图文件。

下面就低温热辐射实验中出现的问题和应用Datastudio软件处理方面的改进进行了总结。

1 PASCO热辐射实验中出现的问题和软件处理方面的改进

1.1 环境温度的影响和软件处理时的改进

低温热辐射实验的测量环境是室温，测量的温度范围是室温～100℃，可观测不同温度情况下的立方腔体的热辐射情况，但是在实际实验过程中，尤其是测量温度较低时，环境温度对实验测量有一定的影响，多次测量同一实验状态时，结果会有一定的偏差（如图1），四根曲线表示的数据值很接近但又各不相同。

此外，图1中的四次测量，随着时间的变化，红外光传感器测量的红外光强数值基本保持一致，但还是存在一定的变化起伏，因此，测量过程中可以采用多次测量取平均值，也可以对采用对同一曲线上的数据取平均的方法，来减少环境温度变化和随机误差对实验结果的影响。

1.2 不同物体相同测量条件时的比较以及软件处理时的改进

低温热辐射实验可以对不同材料的热辐射特性进行测量，我们分别选取了橙色、绿色、紫色三种卡纸遮挡在铝四方腔体和CI-6628红外光传感器之间，推动红外光感应器使其沿着线性运动附件方向扫描过立方体的黑色侧面，记录实验数据并与无卡纸时测得的数据做对比分析。从图2可以看出不同颜色的卡纸对低温热辐射的阻隔情况。但是不同颜色的卡纸的红外光透射曲线形状有所区别，可能受到环境温度及测试时间的影响，仅仅通过透射红外光强的最大值来判断显然不够合理。

因此，在有卡纸的情形下，对于在一定的区间内，可以通过测量红外光强和传感器所处的位置来对比透射过卡纸的红外光强总量，从而计算出不同颜色卡纸对热辐射的阻隔效果。

由于线性运动附件的人工滑动轨道的缘故，使得相对位置的采样并不均匀，为了尽可能地减少误差，我们决定对横轴0.04～0.10（m）的区间内的数据进行统计计算，并分别计算其平均值：

由表1此可见：被纸片遮挡后红外辐射透射情况从大到小依次是：无卡纸>橙色>绿色>紫色。

1.3 软件数据拟合时的问题和改进

Datastudio软件能够利用计算机快速准确的数据采集特性，采集了大量的实验数据，但在数据拟合时，采集的数据点太多，拟合曲线计算需要大量的时间，简单的线性拟合还好，相对复杂一点的多项式拟合，高次幂函数拟合，指数函数拟合的结果往往不尽人意，不是计算时电脑死机，就是根本算不出结果。为了解决这一问题，可以将需要拟合的数据从Datastudio软件中以TXT形式导出，在结合其他的数据处理拟合软件进行计算，就能等到更好的拟合结果。

如在低温热辐射实验中，利用了PASCO传感器自动化测取了红外光强度随温度变化的1048组数据，以开氏温度（单位K）作为横轴X，红外光强来代换热辐射量（W/m2）作为纵轴Y。利用统计学语言R编程计算拟合结果，对X轴数据进行n次方变换，之后对y～X向量进行简单线性回归和统计学分析，当n=4时，取得最佳拟合结果。y～I（x4）的拟合相关系数R=0.997700419012333，

自变量x4与因变量y之间有极其显著的线性关系。I=5.751292e-08 W·m2·K-4，由于铝四方腔体热源并非绝对黑体，所以ε<1， 测得系数I应略大于斯特藩-波尔兹曼常量，实验结果与理论预期符合得很好。

2 结论

在低温热辐射实验中，可以采用多次测量取平均值或者对同一曲线上的数据取平均的方法，能够在一定程度上来减少环境温度变化和随机误差对实验结果的影响；不同物体相同测量条件下进行比较时，不能简单的通过最大值来进行比较，可能要在一定的测量区域范围内，应用统计计算的结果才能说明问题；测量数据点太多时，拟合复杂函数时会出现错误和不成功的情况，可以通过导出实验数据配合其他数据拟合软件来解决这一问题。总之，在具体的实验中，巧妙的利用Datastudio软件的不同处理功能，能够得到更精确更好的实验结果。

参考文献

[1] 王珊.Pasco系列实验的软件使用中的问题[J].科技资讯，2013（30）：19-20.

[2] 刘立英，龙明亮，刘国庆，等.PASCO实验平台的设计性应用思路及其尝试[J].大学物理实验，2011，24（3）：82-84.

[3] 高宏，郭文阁，贾振安，等.PASCO实验仪在物理探究性实验中的应用[J].应用光学，2008（29）：240-242.endprint