基于Capstone軟件的傳感器地球磁場實驗中的問題

摘 要：利用美國PASCO公司傳感器地球磁場實驗系統，對于地球磁場測量過程中遇到的問題進行了分析討論，研究發現PS-2162型磁場傳感器清零后數值不為零，并且隨著采樣率的增大，噪音信號會增多；在地磁場測量中，由于噪聲信號影響，導致利用Capstone軟件擬合功能計算時擬合結果和真實的實驗結果存在很大誤差；由于Capstone軟件版本問題，可能會與新的通用接口以及PASPROT傳感器之間出現不兼容問題。

關鍵詞：磁場傳感器 PASCO 地球磁場系統

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）08（a）-0095-02

PASCO系列實驗利用計算機以Capstone軟件為媒介對接口和各種傳感器進行控制和數據采集。實驗者無論是實驗過程中的數據收集和顯示，還是實驗后的數據處理和計算，都要使用到Capstone軟件，因此Capstone軟件使用在整個實驗體系中也顯得尤為重要[1-3]。

然而隨著軟件和硬件技術的更新換代，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實驗系統在地球磁場實驗中出現的問題進行分析和討論。

1 實驗中存在的問題

1.1 PS-2162型磁場傳感器清零存在誤差

將PS-2162型磁場傳感器在充分預熱（20min）后將其磁場探頭放入零高斯腔體內，按磁場傳感器表面的清零按鈕進行清零，清零完畢仍保持磁場傳感器探頭位于零高斯腔體內，并在不同采樣率下測量磁場大小1min。具體統計數據如表1所示。

由表1中數據可見，可以看出清零后測量零高斯腔體內磁場大小都不為0，這會給以后的實驗結果都帶來很大的一個本底誤差（見圖1，采樣率為20Hz時的清零圖像），隨著采樣率的增大，噪音信號增多，測得的軸磁場強度帶寬也隨之增大；而磁場強度標準偏差隨著采樣率的增大呈現先增大后減小的趨勢，則是因為采樣數據點增多的原因。

1.2 PS-2162型磁場傳感器測量時存在誤差

利用該傳感器測量地球磁場大小時，由噪音信號的存在，導致在測量時得到的曲線會在原有的正余弦規律曲線的基礎上增加無規律的噪聲信號，且噪聲大小占原信號的10%～30%，如圖2所示，而此時如果利用Capstone軟件自帶的數據擬合功能計算時會發現擬合結果無論是從振幅，頻率還是相位都和真實的實驗結果存在很大誤差。

1.3 Capstone軟件的使用環境苛刻

Capstone軟件與新的通用接口以及PASPROT傳感器之間由于更新換代比較快，相互之間會出現不兼容問題。如通用接口UI-850一般在各個版本的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，會出現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軟件對計算機本身的硬件要求和Windows系統的版本要求，較原始的Datastudio軟件來說要更高；而相同配置的計算機運行Capstone軟件較原始的Datastudio軟件來說速度更慢。

2 結語

利用美國PASCO公司傳感器地球磁場實驗系統，對于地球磁場測量過程中遇到的問題總結如下：PS-2162型磁場傳感器清零后數值不為零，這會給以后的實驗結果都帶來很大的一個本底誤差，并且隨著采樣率的增大，噪音信號會增多；在地磁場測量時，噪聲大小占原信號的10%～30%，導致利用Capstone軟件自帶的數據擬合功能計算時會發現擬合結果無論是從振幅，頻率還是相位都和真實的實驗結果存在很大誤差；為了避免Capstone軟件與新的通用接口以及PASPROT傳感器之間出現不兼容問題，需要安裝較新版本的Capstone軟件，而不斷更新會使得電腦運行軟件變慢，用戶體驗不佳。

參考文獻

[1] 王珊.Pasco系列實驗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，劉國慶，等.PASCO實驗平臺的設計性應用思路及其嘗試[J].大學物理實驗，2011，24（3）：82-84.

[3] 高宏，郭文閣，賈振安，等.PASCO實驗儀在物理探究性實驗中的應用[J].應用光學，2008（29）：240-242.