基于LebVIEW的李萨如图形模拟实验
基于LabVIEW软件的李萨如图形的实现
基于LabVIEW软件的李萨如图形的实现
刘允峰
【期刊名称】《大学物理实验》
【年(卷),期】2009(022)001
【摘要】本文介绍用LabVIEW仿真软件实现李萨如图形.
【总页数】3页(P97-99)
【作者】刘允峰
【作者单位】渤海大学,锦州,121000
【正文语种】中文
【中图分类】O4-39
【相关文献】
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基于Matlab GUI的李萨如图形实现方法的研究
收稿日期：2020年3月7日，修回日期：2020年4月13日作者简介：宋璐，女，硕士研究生，讲师，研究方向：电子技术以及数字图像处理。
卫亚博，女，硕士研究生，讲师，研究方向：电气电子技术的研究。
冯艳平，女，硕士研究生，助教，研究方向：计算机与图像处理。
∗1引言振动的合成，由于是研究声波、光波和电磁波合成的基础，所以它是大学物理教学中一个非常重要的内容。
而两个相互垂直的简谐振动在合成的时候，振动结果是两个分振动的叠加，在不同情况下形成各种各样的李萨如图形，所以其合成的过程比一维振动复杂的多［1~3］。
在传统课堂教学中，由于合成的图形较为抽象，学生很难理解李萨如图形的合成过程，需要进行随堂演示。
在各种实现李萨如图形的方法中，使用最为广泛的就是利用示波器，但是对于传统的示波器来说，不仅受到显示原理的限制，很难观测到初相位变化时的李萨如图形，而且由于体积较大，非常不便于携带，所以使用起来有一定的局限性［4］。
文献［5］给出了一种使用AVR 单片机实现的李萨如图形合成器的方法，合成效果良好，但是由于仪器本身的限制，不便于教师和学生随时随地的使用。
文献［2］给出了一种使基于Matlab GUI 的李萨如图形实现方法的研究∗宋璐1卫亚博2冯艳平3（1.陕西中医药大学医学技术学院咸阳712046）（2.平顶山学院平顶山467000）（3.郑州职业技术学院郑州450121）摘要为了让学生更好地理解李萨如图形的产生机理，在对振动合成理论研究的基础上，采用Matlab 为仿真平台，设计了一种基于GUI 的李萨如图形仿真系统，学生只需要根据需求输入一些基本参数，即可获得不同情况下的各种李萨如图形，在改变实验参数的过程中，能够直接观察到各参数变化对于李萨如图形的影响。
经过测试，该仿真系统运行效果良好，各种情况下的李萨如图形与理论保持一致，具有操作简单，显示形象直观等特点，能够加深学生对李萨如图形的理解，并激发其学习兴趣。
基于虚拟仪器李沙育图形实验研究
基于虚拟仪器李沙育图形实验研究作者：夏锴刘利来源：《电脑知识与技术》2013年第34期摘要：通过引入李沙育图形的广泛应用，突出李沙育图形实验重要性，研究提出了打破传统的实验室操作方法，应用LabVIEW软件特点，建立李沙育图形实验平台。
该平台实现了不同幅值，不同频率比，相位差不同的条件下的李沙育图形的演示及数据的保存，在实验过效果理想。
关键词：虚拟仪器；李沙育图形；频率比；相位差中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）34-7880-02李沙育图形是将两频率信号的相位差在示波器上直观显示出来的图形，利用李沙育图形能实现电感、电容等的相关技术指标的测量，能用于对放大器等整机性能的测量[1]，也是相位差和频率比的测量原理。
李沙育图形在学生初步进入大学物理或电子相关实验过程中，非常重要的引导作用。
用示波器测量信号频率的方法很多，“李沙育图形法”就是其中用得最多的一种。
“李沙育图形”又称波形合成法，将被测频率的信号和频率已知的标准信号分别加至示波器的Y轴输入端和X轴输入端，在示波器荧光屏上将出现一个合成图形，这个图形就为李沙育图形。
李沙育图形随两个输入信号的频率、相位、幅度不同，所呈现的波形也不同[2]。
传统的李沙育实验是利用电子示波器进行测量。
常用的有模拟相位差时的测量方法，即利用R、C组成的串联电路相位差，接入双综示波器进行李沙育输出波形的测试。
用这种传统的方法，在知识的传授过程中，让学生抽象的理解测试过程，而且学生注重了繁琐的测量的过程，对测量结果的分析比较薄弱。
1 实验平台建设利用LabVIEW软件上的优势[3]，可以在课堂实验演示时达到更好的教学效果，或者结合李沙育实验让实验在课堂上能动起来。
1.1 实验平台模型如图1所示为实验平台的方框图：图1中分别对设定的X轴信号和Y轴信号进行波形图的显示的同时，还可选择是否自动新建与运行软件同一路径的两个EXCEL文件（数据保存X.XLS，数据保存Y.XLS）进行200以上任意个数据的保存，所得实验数据准确，减小测量误差。
在虚拟示波器中观绘李萨如图形
项 目是 大学 物理 实验课 程 的重要 内容 。 在传统 “ 示 波 器 的使 用 ” 实验 教 学过 程 中 ， 存 在 学生 预习实验 内容 不 充分 、 实验 操 作不 规 范 、 示 波 器 自身 系统误差 等使 学 生在 有 限时 间 内不能 熟 练使 用 示波 器 。因此学 生 学 习使用 示 波器 观察 李 萨 如 图效 果较 差不能达 到应 有 的教 学 目的。如何 改 善教 学效 果使 学生具备熟 练使用示波 器的能力具有 重要意义 。 在 示 波器 实 物 实 验 的基 础 上 ， 利用 虚拟 示 波器 设计 观 绘李 萨如 图实 验 。虚拟仪 器 是基 于计算 机 的 软 硬件 测试 平 台… ， 利 用 软 件 实 现仪 器 的测 量 和分 析功 能 ， 不 是 真 实 的测 量 仪 器 ， 常被 称作 “ 软 件 仪
成理论。将传统仪器 实验与虚拟仪器实验相结合 的实验教学方法 ，显著改善 了示波器的实验教学效果 。
关键词 ：示波器 ；简谐振动 ；李萨如 图；虚拟示波器
中 图分 类 号 ： Ｎ ３ ３ 文 献标 识 码 ： Ａ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ２ － ４ ３ ０ ５ ． ２ ０ １ ４ ． ０ ５ ． ０ １ ８
ｗ ａ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ Ｌ ｉ ｓ ｓ ａ ｊ Ｏ Ｕ ８ ｉ ｆ ｇ ｕ ｒ ｅ ｅ ｘ ｐ ｅ ｉ ｒ ｅｎ ｍ ｔ ｗ ｉ ｈ ｔ ｄ ｉ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ａ ｎ ｄ ｄ ｉ ｆ ｅ ｒ ｅ ｍ ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｗ ａ ｓ ｏ ｅｒ ｐ ａ ｔ ｅ ｄ ｏ ｎ ｉ ｎ ｖ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ
使用LabVIEW进行模拟和仿真构建虚拟实验和系统验证平台
使用LabVIEW进行模拟和仿真构建虚拟实验和系统验证平台通常情况下，文章的长度和详尽程度应该与标题所涉及的主题内容相匹配。
1500字的篇幅可以允许我深入探讨“使用LabVIEW进行模拟和仿真构建虚拟实验和系统验证平台”的相关主题，包括如何使用LabVIEW进行模拟和仿真以及如何构建虚拟实验和系统验证平台等。
以下是根据你给出的题目，按照逻辑分节的文章：使用LabVIEW进行模拟和仿真构建虚拟实验和系统验证平台LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一款由美国国家仪器公司（National Instruments）开发的图形化编程软件，被广泛应用于科研、教学和工程领域。
LabVIEW具备强大的模拟和仿真功能，使得它成为构建虚拟实验和系统验证平台的理想工具。
1. LabVIEW的模拟功能LabVIEW具备丰富的模拟功能，可以模拟电路、信号、系统等多种实际物理场景。
通过拖拽和连接不同的函数模块，我们可以轻松地搭建模拟电路，并通过输入参数来模拟电路的行为。
除此之外，LabVIEW还支持从真实的设备中读取数据，然后以模拟的形式在计算机上对其进行处理和分析。
2. LabVIEW的仿真功能与模拟不同，仿真更侧重于模拟和预测系统行为。
LabVIEW提供了诸多功能强大的仿真工具和模块，可以对各种物理系统进行仿真研究和验证。
在LabVIEW中，我们可以通过建立模型和定义系统参数来进行仿真实验，从而预测系统的行为，优化设计方案并提高系统性能。
3. 构建虚拟实验平台虚拟实验平台是将实际实验过程虚拟化于计算机环境中的一种技术手段。
利用LabVIEW的强大功能，我们可以设计虚拟实验平台，使得学生或研究人员可以在计算机上模拟实验过程，获得与实际实验相似的体验和结果。
通过构建虚拟实验平台，我们可以实现对实验条件的精细控制，提高实验的可重复性和安全性。
基于LabVIEW的物理演示实验
等现
代教学技术来充分表现大与小、 远与近、 动与静、 快与慢、 整体与局部、 内部与外部等一系列复杂而 妙趣横生的物理现象和过程, 展现物理教育的丰 富内 涵
[ 3]
。虚 拟 仪 器 ( V irtu a l Instrum en ts 简 称
V I) 是随着计算机软件技术发展起来的一项新型 技术, 本文试图为将这种技术引入大学物理演示 实验作一些探讨。
4 结论
把虚拟仪器技术引入物理演示实验, 是虚拟 仪器技术和计算机多媒体技术结合应用的一种新 尝试, 给教学和科研带来了生机。在计算机上创 造一个虚拟实验环境 , 可较好地解决物理演示实 验教学中存在的矛盾 , 使物理教学改革迈出可喜 的一步。
图 3 李萨如图形的前面板窗口 如图 3 所示 , 当已知信号频率为 5 , 待测信号 频率为 4 时 , 包络矩形与李萨如图形在 Y 方向和 X 方向的切点数分别为 5 和 4 , 验证了上述公式。 调节窗口右侧已知信号频率微调滑块 , 可以观察 动态或稳定、 整步的李萨如图形。按下暂停按钮, 弹出框图程序窗口如图 2 所示 , 再用鼠标点击各 功能模块图标, 屏幕显示相关信息和图形。例如, 鼠标双击水 平信 号 ( X 轴 ) 图标 和模 拟信 号 ( Y 轴 ) 图标 , 可以设置并显示信号类型 , 有正弦波信 号、 方波信号、 三角波信号、 锯齿波信号等。通过 演示说明非正弦波信号无 法形成李萨如 封闭图 形。此外, 还可以从窗口界面设置信号的频率、 振
电路配合计算机完成对数据的采集、 处理、 传送、 存储、 显示和打印等功能, 形成既有普通仪器的基 本功能 , 又有一般仪器所没有的特殊功能的新型 仪器。虚拟仪器的组成框图如图 1所示。
图 1 虚拟仪器组成框图 在计算机上安装基于 PC 总线的数据采集卡 L abV I EW 前面板用于设置输 入数值和 观察 ( DAQ 产品 ) , 再配上相应的 N I 公司 L abV IEW 软 件 , 即构 成虚拟仪器, 以替代常 规的演示实验仪 器 , 如多功能信号发生器、 数字存储示波器
-非线性电路混沌现象的探究以及基于Multisim的仿真设计
-非线性电路混沌现象的探究以及基于Multisim的仿真设计D非线性电路混沌现象的探究以及基于Multisim的仿真设计一、引言混沌是二十世纪最重要的科学发现之一，被誉为继相对论和量子力学之后的第三次物理革命，它打破了确定性与随机性之间不可逾越的分界线，将经典力学研究推进到一个崭新的时代。
由于混沌信号是一种貌似随机而实际却是由确定信号系统产生的信号，使得混沌在许多领域（如保密通信，自动控制，传感技术等）得到了广泛的应用[1]。
20多年来混沌一直是举世瞩目的前沿课题和研究热点，它揭示了自然界及人类社会中普遍存在的复杂性、有序性和无序的统一，大大拓宽了人们的视野，加深了人们对客观世界的认识。
目前混沌控制与同步的研究成果已被用来解决秘密通信、改善和提高激光器性能以及控制人类心律不齐等问题。
混沌(chaos)作为一个科学概念，是指一个确定性系统中出现的类似随机的过程。
理论和实践都证明，即使是最简单的非线性系统也能产生十分复杂的行为特性，可以概括一大类非线性系统的演化特征。
混沌现象出现在非线性电路中是极为普遍的现象，通过改变电路中的参数可以观察到倍周期分岔、阵法混乱和奇异吸引子等现象。
二、混沌电路简介对电路系统来说，在有些二阶非线性非自治电路或三阶非线性自治电路中，出现电路的解既不是周期性的也不是拟周期的，但在状态平面上其相轨迹始终不会重复，但是有界的，而且电路对初始条件十分敏感，这便是非线性电路中的混沌现象。
根据Li-York定义，一个混沌系统应具有三种性质：（1）存在所有阶的周期轨道；（2）存在一个不可数集合，此集合只含有混沌轨道，且任意两个轨道既不趋向远离也不趋向接近，而是两种状态交替出现，同时任一轨道不趋于任一周期轨道，即此集合不存在渐近周期轨道；（3）混沌轨道具有高度的不稳定性。
可见，周期轨道与混沌运动有密切关系，表现在两个方面：第一，在参数空间中考察定常的运动状态，系统往往要在参量变化过程中先经历一系列周期制度，然后进入混沌状态；第二，一个混沌吸引子里面包含着无穷多条不稳定的周期轨道，一条混沌轨道中有许许多多或长或短的片段，它们十分靠近这条或那条不稳定的周期轨道。
李萨育图形实验报告
李萨育图形实验报告实验3 李萨育图形一、实验目的1、掌握用示波器测量频率的方法2、熟练掌握Lissajous方法。
二、实验内容及原理几乎任何一种示波器均可用李沙育图形进行准确的频率测量。
测量时，内扫描器不发生工作，但水平放大器应介入校准、频率可变的标准信号，此信号可由标准频率信号源供给。
利用李沙育图形测量频率时，通常将被测信号接入垂直放大器，将频率已知的标准信号接入水平放大器进行比较测量，调节信号源频率使示波器平面上显示图形呈圆形或椭圆形，则表明信号的频率与信号频率相同的相位不一致；当信号源可调频率范围过小，以致不能调制被测信号的准确频率时，可将信号源频率调至成被测信号频率的倍数或约数，即只有当fy：fx 为m:n，荧光屏上才会出现稳定的闭环图形，如果能从这些图形确定比值m/n，而信号源频率又已知，就可算出被测信号频率fy=fx*（m/n）三、实验仪器及设备△ 机械振动综合实验装置（安装简支梁）1套△ 激振器及功率放大器1套△ 加速度传感器1只△ 电荷放大器1台△ 信号发生器1台△ 数据采集仪1台△信号分析软件1套△ 计算机1台四、实验方法及步骤1.将激振器通过顶杆连接到简支梁上（注意确保顶杆与激振器的中心线在一直线上），激振点位于简支梁中心偏左50mm处（已有安装螺孔），将信号发生器输出端连接到功率放大器的输入端，并将功率放大器与激振器相连接。
该通道信号定义X轴。
2.用双面胶纸（或传感器吸力磁座）将加速度传感器粘贴在简支梁上（中心偏左50mm）并与电荷放大器连接，将电荷放大器输出端数据采集仪的输入端相连接。
该通道信号定义Y轴。
3.将信号发生器和功率放大器的幅值旋钮调至最小，打开所有仪器电源。
设置信号发生器输出频率为10Hz，调节信号发生器的幅值旋钮使其输出电压为2V。
调节功率放大器的幅值旋钮，逐渐增大其输出功率直至简支梁有明显的振动（用眼观察或用手触摸）。
4.将信号发生器输出频率由低向高逐步调节，同时观察简支梁的振动情况并在采集软件的示波器处观察李萨育图形。
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基于LebVIEW的李萨如图形模拟实验
万广苗
（山东建筑大学理学院济南250101）
摘要：应用一种新型的计算机测控系统的软件开发平台LabVIEW,设计简单的虚拟仪器进行李萨茹图形模拟实验。
关键词：LabVIEW；虚拟仪器；李萨如图形
现代科技的发展日新月异，计算机技术则尤为如此。
计算机强大的处理能力，使得它成为一种很好的工具，其应用范围也越来越广泛。
如何利用先进的计算机技术提高效率则成为该领域迫切需要解决的问题。
1986年，美国NI公司（Nation Instrument）提出了虚拟仪器的概念，提出了"软件即仪器"的口号，彻底打破了传统仪器只能由生产厂家定义，用户无法改变的局面，从而引起仪器和自动化工业的一场革命。
1.虚拟仪器简介
虚拟仪器（virtual instrumention）是基于计算机的仪器。
计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。
粗略地说这种结合有两种方式，一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。
随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。
另一种方式是将仪器装入计算机。
以通用的计算机硬件及操作系统为依
托，实现各种仪器功能。
虚拟仪器主要是指这种方式。
虚拟仪器广泛的应用于电子测量、化学工程、电力工程、物矿勘探、医疗、振动分析、声学分析、故障诊断、以及教学科研等诸多领域。
随着计算机的发展，各种有关软件不断诞生，虚拟仪器将会逐步取代传统的测试仪器而成为测试仪器的主流。
bVIEW简介
LabVIEW是一个程序开发环境。
LabVIEW的特点在于，
它使用图形化编程语言G在流程图中创建源程序，而非使用基于文本的语言来产生源程序代码。
LabVIEW还整合了与诸如满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485以及数据采集卡等硬
件通讯的全部功能。
内置了便于TCP/IP、Active X等软件
标准的库函数。
虽然LabVIEW是一个通用编程系统，但是它也包含为数据采集和仪器控制特别设计的函数库和开发工具。
LabVIEW程序被称为虚拟仪器（VIs），是因为它们的外观和操作能模仿实际的仪器。
由于LabVIEW所使用的术语、图标和概念都是技术人员、科学家、工程师所熟悉的，故而即使用户没有多少编程经验，同样也能利用LabVIEW来开发自己的应用程序。
3.模拟李萨如图形
本实验是用LabVIEW软件根据示波器原理模拟“李萨如图形”。
如果在示波器的X和Y偏转板上分别输入两个正弦电压信号，且它们的频率比值为简单整数，荧光屏上亮点的轨迹就为一稳定的闭
合图形，他们是两个相互垂直的简谐运动合并的结果，该稳定闭合的图形成为李萨如图形。
李萨如图的图形与频率比和两信号的相位差都有关系，但李萨如图与两信号的频率比有如下简单的关系：n n f f Y X
X Y 。
其中，n X 和n Y 分别是李萨如图的外切水平线的切点
和外切垂直线的切点数。
因此，如果f X 和f Y 中有一个已知且观察它
们形成的李萨如图，得到外切水平线和外切垂直线的切点数之比，即可测出另一个信号的频率。
【1】
4.实验步骤
（1）观察水平信号、竖直信号和李萨茹图形的形状
填充色为蓝色的滑动杆控制水平信号，填充色为黄色的滑动杆控制竖直信号，可以调节两信号的振幅和频率，其中水平信号的频率由粗调滑动杆和微调滑动杆联合调节。
用户可以根据实际需要，改变微调滑动杆后数值输入控件中数值的大小来调整微调的精度。
由于软件的原因，两信号的频率不能超过500Hz 。
通过调节水平信号的频率使李萨如图形稳定下来。
观察此时水平信号和竖直信号的波形以及李萨如图形的形状。
（2）记录李萨如图形稳定状态下的数据
在李萨如图形稳定的状态下，点击“记录数据”按钮，可记录当时的“水平信号理论频率” “水平信号测量频率”“竖直信号测量频率”“竖直方向与水平方向切点数比”“水平信号误差”。
（3）计算水平信号和竖直信号的频率比约为1时两信号的相位差
当水平信号与竖直信号的频率比约为1时，李萨如图形为椭圆，
调节水平信号的频率，使李萨如图形稳定。
此时，由椭圆在Y 轴方向上的最大投影B 和在Y 轴上的截距b ，可得两信号此时的相位差（B b
arcsin ψ）。
B 即此时扫描信号的振幅，b 可由实验者从图中读
取，并通过调节旋钮“椭圆在Y 轴上的截距b ”得出此时两信号的相位差。
当两信号的频率比不是1时，调节旋钮“椭圆在Y 轴上的截距b ”不起作用，不能得到两信号的相位差。
图1 前面板
图2 程序框图
5.误差分析
以竖直信号的频率为准，调节水平信号的频率，使两者成简单整数比时，无法使水平信号完全达到标准，或多或少存在着误差。
当两信号的频率比约为1时，通过调节旋钮（椭圆在Y轴上的截距b）得到的数据与实际截距之间也存在着误差。
6．结束语
本次实验有几个地方不尽人意。
如求得的实验误差过小，与事实不符，这是由虚拟仪器的高灵敏度造成的；信号的频率不能超过500Hz，否则程序将不能运行等。
LabVIEW是一种图形化的编程语言的开发环境，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。
LabVIEW集成了与满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。
它还内置了便于应用
TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函数。
这是一个功能强大且灵活的
软件。
利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。
7.参考文献
【1】谭金凤、许福运、张慧军主编，大学物理实验【M】，北京：北京邮电大学出版社，2006，第86页
Ru Lissajous graphics Simulation Experiment base on Lebview
Wan Guangmiao
(school of science,Shandong Jianzhu Univeisity,jinan,250101) Abstract:Application of a new type of computer measurement and control system software development platform for LabVIEW,the design of a simple virtual instrument Ru Lissajous graphics simulation.
Key words:LabVIEW; virtual instrument; Ru Lissajous graphics。