基于Capstone软件的传感器地球磁场实验中的问题

摘 要：利用美国PASCO公司传感器地球磁场实验系统，对于地球磁场测量过程中遇到的问题进行了分析讨论，研究发现PS-2162型磁场传感器清零后数值不为零，并且随着采样率的增大，噪音信号会增多；在地磁场测量中，由于噪声信号影响，导致利用Capstone软件拟合功能计算时拟合结果和真实的实验结果存在很大误差；由于Capstone软件版本问题，可能会与新的通用接口以及PASPROT传感器之间出现不兼容问题。

关键词：磁场传感器 PASCO 地球磁场系统

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）08（a）-0095-02

PASCO系列实验利用计算机以Capstone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Capstone软件，因此Capstone软件使用在整个实验体系中也显得尤为重要[1-3]。

然而随着软件和硬件技术的更新换代，Pasco公司推出了新的通用接口以及PASPROT传感器，以及与其硬件接口相配套的Capstone软件。下面就新一代的传感器地球磁场实验系统在地球磁场实验中出现的问题进行分析和讨论。

1 实验中存在的问题

1.1 PS-2162型磁场传感器清零存在误差

將PS-2162型磁场传感器在充分预热（20min）后将其磁场探头放入零高斯腔体内，按磁场传感器表面的清零按钮进行清零，清零完毕仍保持磁场传感器探头位于零高斯腔体内，并在不同采样率下测量磁场大小1min。具体统计数据如表1所示。

由表1中数据可见，可以看出清零后测量零高斯腔体内磁场大小都不为0，这会给以后的实验结果都带来很大的一个本底误差（见图1，采样率为20Hz时的清零图像），随着采样率的增大，噪音信号增多，测得的轴磁场强度带宽也随之增大；而磁场强度标准偏差随着采样率的增大呈现先增大后减小的趋势，则是因为采样数据点增多的原因。

1.2 PS-2162型磁场传感器测量时存在误差

利用该传感器测量地球磁场大小时，由噪音信号的存在，导致在测量时得到的曲线会在原有的正余弦规律曲线的基础上增加无规律的噪声信号，且噪声大小占原信号的10%～30%，如图2所示，而此时如果利用Capstone软件自带的数据拟合功能计算时会发现拟合结果无论是从振幅，频率还是相位都和真实的实验结果存在很大误差。

1.3 Capstone软件的使用环境苛刻

Capstone软件与新的通用接口以及PASPROT传感器之间由于更新换代比较快，相互之间会出现不兼容问题。如通用接口UI-850一般在各个版本的Capstone软件中都能使用，而通用接口UI-550，在低版本的Capstone软件中无法使用，会出现查找不到接口的问题，这就使得用户不得不安装高版本的Capstone软件。

而安装高版本的capstone软件对计算机本身的硬件要求和Windows系统的版本要求，较原始的Datastudio软件来说要更高；而相同配置的计算机运行Capstone软件较原始的Datastudio软件来说速度更慢。

2 结语

利用美国PASCO公司传感器地球磁场实验系统，对于地球磁场测量过程中遇到的问题总结如下：PS-2162型磁场传感器清零后数值不为零，这会给以后的实验结果都带来很大的一个本底误差，并且随着采样率的增大，噪音信号会增多；在地磁场测量时，噪声大小占原信号的10%～30%，导致利用Capstone软件自带的数据拟合功能计算时会发现拟合结果无论是从振幅，频率还是相位都和真实的实验结果存在很大误差；为了避免Capstone软件与新的通用接口以及PASPROT传感器之间出现不兼容问题，需要安装较新版本的Capstone软件，而不断更新会使得电脑运行软件变慢，用户体验不佳。

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.