第三届全国高校物理实验教学研讨会评比表 LabVIEW环境下的声波测距系统设计

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1、用√符号选择一类教学√科研编号（由专家组填写）第十届全国高校物理实验教学研讨会本科学生物理实验论文评比表第十届全国高校物理实验教学研讨会组委会制二O一八年一月姓名性别出生年月学生情况及发表有关物理实验论文情况学校名称入学时间2015.9毕业时间2019.6学号15406026本科期间发表与物理实验有关论文情况：共发表1篇论文论文题目LabVIEW环境下声波测距系统开发杂志名称（卷、页、年）1．杂志名称：《大学物理实验》2．第30卷3.P94-P974．2017年．列出全部作者排序*引用情况代表性论文学术价值及应用价值介绍了一种可在普通PC机上开发并用于短距离精确测量的非接触声波

2、测距系统，引进LabVIEW虚拟仪器开发软件并设计出用于该系统的虚拟信号发生器和虚拟数字示波器。该系统在实践中可以达到超声波测距的精度，同时在测距过程中不受障碍物以及目标物体外表特性的影响；同激光测距相比，在保证精度的同时可大大降低设备成本。此外，该系统操作简单，原理易懂，可以作为物理实验室课程面向学生开放，为广大学生接触虚拟仪器相关知识起到抛砖引玉的作用。指导教师姓名部德才职称讲师指导教师评语对学生发表论文评语及论文情况说明：该论文所述的非接触声波测距系统是学生的大创项目课题，论文其他作者均为项目指导老师与项目组成员。论文重点突出，介绍了同激光测距和超声波测距系统相比，该可闻

3、声波测距系统在短距离测距方面所具有的优势。详细介绍了该系统的开发过程以及实验数据，具备较强的可参考性。此外，论文提出可将该系统引进大学物理实验室，作为实验课程向广大学生开放的意见，为高校虚拟实验室建设提供了一种简便，高效，低成本的解决方案。指导教师（签名）：2018年5月25日学校推荐意见负责人（签名）：公章年月日大会学术组专家意见专家组组长（签名）：年月日评比结果大会主席（签名）年月日LabVIEW环境下的声波测距系统设计摘要：虚拟仪器因具有突出的便捷性，高效性以及精确性，正被广泛地应用到科学测量的各个领域，普通高校实验室也应引进这一技术以适应未来仪器技术的发展。介绍了一种可

4、在普通PC机上开发并用于短距离精确测量的非接触声波测距系统，引进LabVIEW虚拟仪器开发软件并设计出用于该系统的虚拟信号发生器和虚拟数字示波器。系统在短距离测距时具有较高的稳定性和精确度，操作简单且成本低廉，对学生初步认知虚拟仪器技术能够发挥重要作用。关键词：虚拟仪器；LabVIEW；声波；测距中图分类号：TP274文献标识码：A1引言20世纪80年代中期，美国国家仪器公司成功研制虚拟仪器并首先提出了“软件就是仪器”的口号,为测试仪器赋予了全新的概念。LabVIEW便是虚拟仪器开发环境，其采用框图形式的编程语言，使程序设计工作更高效便捷。随着电子和软件技术的发展,虚拟仪器在

5、精确度、性价比、可操作性等方面与传统仪器相比都具有明显的技术优势。将虚拟仪器引入高校的实验教学不但可以提高测试效率和教学的质量,而且为降低实验仪器成本提供了有效的途径和方法，同时有助于学生掌握并运用这一技术以适应未来技术的发展。在高校实验室物理实验课程设计中，声速的测量大多依然采用超声波换能器和示波器[1-3]。本文在LabVIEW环境下设计了非接触声波测距系统，能在短距离内精确测距，将虚拟仪器同普通PC机的声卡相结合，开发出一种用于声波测距系统的虚拟信号发生器和虚拟数字示波器，经声卡采集两路声波信号，并对其波形进行分析，可得出声波传播的时间，在声速已知的情况下测出声波传播的距

6、离，核心思想类似于超声波的相位检测法，但不受测距范围内障碍物以及物体表面特性的影响[4-5]，同时相对于激光测距，在满足精确度的同时更大幅度的降低开发成本，且操作简单，有利于在物理实验教学中广泛普及。2系统原理分析系统整体框图如图1所示。利用虚拟信号发生器发出一个短暂的脉冲信号，利用计算机声卡的D/A转换器，将数字信号转换成音频输出信号，该部分功能由虚拟信号发生器实现。音频信号传输至音响放大，放大后的音频信号在传播过程中先后经过距离为x的两个声音传感器麦克1和麦克2，声音传感器接收到的音频信号被放大处理后经麦克转换插座输入计算机，再利用声卡的A/D转换器整合为数字信号，该数字信

7、号被虚拟示波器接收后显示出波形，该部分功能由虚拟数字示波器完成。由于两个声音传感器在接收声音信号时存在时间差，因此虚拟示波器显示的两列波形存在采样点差n，表现在波形图上为相位差。结合声卡采样频率可计算出两个传感器采样时间差△t，在声速已知的情况下可得x=v△t。声速由公式v（T为环境温度，）得出。在麦克1和麦克2两个声音传感器之间设置滤波器，用于过滤系统工作过程中产生的杂波。图1基于虚拟仪器的声波测距系统整体框图1硬件系统计算机声卡自带16位A/D转换器，其精度更高，采样频率可达44KHz,