LabVIEW在电子测量课程中测量数据处理的应用

何艳梅

【摘要】结合《电子测量》课程中的测量数据处理中数学计算过程复杂繁琐，学生难以理解，将LabVIEW软件应用于电子测量教学过程中。通过采用LabVIEW软件，实现重复性測量数据的处理，剔除粗大误差。该方法使得教学过程直观，利于调动学生的积极性，提高了教学质量和效果。另外，对软件的学习可增加学生的兴趣和培养动手实践能力。

【关键词】电子测量；LabVIEW；粗大误差；重复性测量

1.引言

电子测量与各个学科、各个行业的关系十分密切。许多理工科专业，尤其是电子信息类专业，都把“电子测量”列为一门十分重要的技术基础课程。其特点是综合性强、实践性突出、应用面广。通过该门课程的教学，使学生可以获得电子测量技术的基础知识和通用技术，而且可以培养综合应用能力与实践能力。然而，仅仅讲解课本上的原理不够直观，许多教学内容学生很难彻底理解。因此，很多任课教师在教学时引入了美国NI（National Instruments）公司推出软件产品LabVIEW，用于讲解信号发生器原理[1]、数字滤波器[2]、积分式AD转换器原理[3]、电子计数器测频和测周的原理[4]等内容，使得仪器工作的过程一目了然，给学生留下深刻的印象。除此以外，LabVIEW软件也能用于理论数值的处理。本文将LabVIEW软件引入电子测量教学中，通过LabVIEW软件在重复性测量数据处理的应用阐述该软件在电子测量教学中的作用。

2.LabVIEW简介

美国国家仪器公司的创新软件产品Lab-VIEW，最早版本诞生于1986年，几乎和windows的最早版本同步，这注定了LabVIEW是多平台的编程语言，适合于不同的操作系统。LabVIEW是一种图形程序设计语言，采用了工程人员所熟悉的术语、图标等图形符号来代替常规基于文字的程序语言，摒弃了晦涩难懂的文本代码。与传统的编程语言相比，可以大大节省了程序开发时间。使用传统的程序语言开发系统，开发者不但要担心程序流程方面的问题，还必须考虑用户界面、数据同步、数据表达等复杂的问题。而在LabVIEW中，一旦程序开发完成，用户就可以通过前面板控制并观察测试过程。LabVIEW给出了多种调试方法，从而将系统的开发与运行环境有机的统一起来。LabVIEW还提供了调用库函数及代码接口结点等功能，方便了用户直接调用其他语言编制成的可执行程序，使得LabVIEW编程环境具有一定的开放性。目前，LabVIEW的应用范围已经覆盖了工业自动化、测试测量、嵌入式应用、运动控制、图像处理、计算机仿真、FPGA等众多领域。以LabVIEW为核心，采用不同的专用工具包，统一的图形编程方式，可以实现不同技术领域的需求。

3.含粗大误差的数据处理

任何测量都存在一定的测量误差。由于产生误差的来源有多钟，根据测量误差的性质，可把测量误差分为随机误差、系统误差和粗大误差三类。对某被测量进行重复性测量时，测量值中可能含有系统误差、随机误差和粗大误差。当测量值含有粗大误差时，显著偏离实际值。为了给出正确合理的结果，则需要对测得的数据进行处理，将按照一定的法则进行剔除。剔除粗大误差的步骤[5]如下：

（1）计算算术平均值：

（2）列出残差，并验证：

（3）按照贝塞尔公式计算标准差的估值：

（4）按莱特准则|vi|<3s，或格拉布斯准则|vmax|

4.LabVIEW在剔除粗大误差的应用

将LabVIEW软件应用于剔除含有粗大误差的数据。如图1所示为剔除粗大误差数据的程序框图。其中，等精度测量结果可使用数组进行存储，经过循环结构的处理，最后得到不含有粗大误差测量结果。在程序中，计算均值和标准差估值可以在数值函数选板上选择相应模块，例如数组元素求和、加、平方等。为了调试更直观，程序中还将均值和标准差估值显示出来。程序中使用的是莱特准则判别法，即3s法。判别后输出的数组为布尔型数组，查找数组中的为1的元素的索引号，则该索引号对应原测量值数组的数值含有粗大误差。利用删除数组的函数将含有粗大误差的测量值剔除，从而可以得到更新的测量值数组。由于更新的数组还需要再次检验，直到没有测量值不含粗大误差，程序中使用一个反馈节点即可。当数据不含粗大误差时，结束循环，并显示更新后的测量值。

本文以电子测量教材中的数据[5]为例，所用数据如表1所示。经计算，可得均值为205.30，标准差为0.4434，判断后含有粗大误差的数据是第五个数据206.65，剩下的数据不含有粗大误差。对于LabVIEW程序，先输入测量值，运行结果如图2所示。从图中可以看到，含有粗大误差的数据也是206.65。与理论分析结果吻合，同时也可以较为直观地看出含有粗大误差的测量值。

5.结束

电子测量课程中，如何判断测量结果的正确性，按照公式反复按计算器是十分繁琐的。 通过对LabVIEW软件的编程，可以看出使用该软件仿真，能够完成复杂、重复的公式计算。将该软件引用到电测量教学，可以使得重复性测量数据处理过程更为直观，方便了教师的教学。同时，使用LabVIEW对数值处理，可以作为学生的实验内容。学生通过软件仿真，可以提高学习兴趣，加深对枯燥的理解和掌握。教师通过软件的教学和仿真，为教学和科研提供一种非常实用的工具。

参考文献

[1]勾荣.基于LabVIEW的“电子测量技术”课程实验教学研究[J].中国电力教育，2009，17：126-127.

[2]鲍玉军.LabVIEW在“电子测量技术”课程教学中的应用[J].常州工学院学报.

[3]裴立云，谭伟东，居海清.LabVIEW在电子测量多媒体教学中的应用[J].中国现代化教育装备，2008，9：139-141.

[4]罗毅.LabVIEW与“电子测量技术”课程教学[J].科技信息，2010，21：698-699.

[5]陈尚松，郭庆，黄新.电子测量与仪器（第三版）[M].电子工业出版社，2012.