直流电压测试将稳压直流电源的两个输出端接到WDSO2902的两个模拟信号输入端口，在没有使用滤波的情况下，信号有一些微小的波动，用指针式万用表作为参考标准， WDSO2902所显示的波形的平均值与指针所指示的值吻合得比较好，由于表针有一定的惯性，故直流电压上附带的微小交流噪声无法在万用表上观测到。当使用滤波时，波形就变得较为平直。

　　交流电压测试将低频信号发生器的输出端分别接到WDSO2902的模拟信号输入端口和一台示波器的输入端口，比较两者的波形。由于WDSO2902的采样频率可以在很大的范围内调节，故对各种频率（尤其是较高频率）信号的波形响应都很好，与传统示波器得到的波形相差不多。但传统示波器在某些方面不如虚拟示波器。比如，对于频率非常低的信号，传统示波器得不到连续的波形，另外在波形的稳定性上，虚拟示波器也明显优于传统示波器。

　　虚拟仪器实验方法的设计与应用2 1虚拟仪器在气体放电中等离子体的研究实验中的设计应用气体放电中等离子体的研究实验通过探针法测绘气体放电管的伏安特性曲线，确定等离子体的主要参量如电子温度、带电粒子密度、轴向电场强度、电子平均动能、空间电位分布等< 3>。

　　将虚拟数字存储示波器WDSO2902作为X Y函数记录仪应用在这个实验中。

　　硬件连接首先将实验电路连接好 ，再将示波器通过电缆连接到计算机并口，连接示波器的探头到BNC连接器，并将计算机的并口设置为EPP方式。将实验仪器的X （为电压信号）、Y （为电流信号）输出通过BNC连线（X连线设为10 1衰减， Y连线设为1 1衰减）分别接到示波器的两个信号输入端。

　　单探针法连线图实验接通实验仪器和示波器的电源并运行示波器软件，点亮放电管，令仪器产生自动扫描电压。这样在计算机屏幕上得到了X、Y信号的波形，并且通过X Y绘图功能得到X、Y信号的合成图形。但有几点缺陷，一是由于使用的是存储示波器，它有一定数量的硬件缓存，只有当采集的数据将缓存装满后，它才将缓存中的所有数据一次性显示在屏幕上，这样导致波形的实时性很差，虽然将缓存设置为最小（ 1 K） ，波形的刷新率仍然很低；另一原因是由于虚拟示波器内部没有足够的硬件滤波，导致得到的波形毛刺很多。这台虚拟示波器本应配有C语言程序库，允许用户自主编程，但这里没这部分软件，无法对其进行滤波。同时也考虑过将其采集到的数据保存成数据文件，再自行编程进行处理，但这样做不便于操作，且易丧失实时性。

　　虽然得到的波形有上述缺陷，但从中看到了正确的趋势，这说明这台虚拟示波器的确可以起到数据采集和显示的功能，只是由于硬件上的不足，又没有较为方便的自主编程环境，导致它的功能得不到充分发挥，当然对它的研究还不够深入也有一定的影响。

　　最后，使用版本较新的示波器软件，并适当调节各种参数，得到了较为满意的完整X Y合成曲线，由于得到的曲线有不少毛刺，又用其它软件对曲线进行了平滑，最后得到较满意的曲线 .

　　用虚拟数字存储示波器得到的曲线Fig. 3 Curve shape of visual storage oscilloscope对此等离子体伏安特性曲线特征描述为：在AB段，探针的负电位很大，电子受负电位的拒斥，而速度很慢的正离子被吸向探针，在探针周围形成正离子构成的空间电荷层，即所谓正离子鞘，它把探针电场屏蔽起来。等离子区中的正离子只能靠热运动穿过鞘层抵达探针，形成探针电流，所以AB段为正离子流，这个电流很小。过了B点，随着探针负电位减小，电场对电子的拒斥作用减弱，使一些快速电子能够克服电场拒斥作用，抵达探极，这些电子形成的电流抵消了部分正离子流，使探针电流逐渐下降，所以BC段为正离子流加电子流。到了C点，电子流刚好等于正离子流，互相抵消，使探针电流为零。

　　此时探针电位就是悬浮电位U F。继续减小探极电位绝对值，到达探极电子数明显多于正离子数，探极电流转为正向，且迅速增大，所以C点以后为电子流加离子流，以电子流为主。

　　由单探针法得到的伏安特性曲线，可求得等离子体的一些主要参量< 3>（推导过程略） .如电子温度为T e = e KInI/ U p = 11 600 InI/ U p（1）其中K为玻尔兹曼常数。探针表面处的电子密度为：n e = 4I 0 eS e = I 0 eS 2 m e KT e（2）其中I 0 = 1 4 n 0 e S e， n 0为等离子区中的电子温度， S为探针的表面积，0为电子平均速度， m e为电子质量。

　　2虚拟仪器在光电效应测普朗克常数实验中的设计应用这个实验的原理基础是爱因斯坦的光电方程（入射光子的能量等于发射电子的最大初动能加上电子的逸出功） .实验采用减速电压法决定电子的最大初动能，并由此求出普朗克常数h .当用不同频率的光照射时，由爱因斯坦光电方程有hv 1 = e | U s1 |+ W s hv 2 = e | U s2 |+ W s（3）U s为截止电压， W s为电子的逸出功。联立其中两个方程，得25第2期王克强：虚拟仪器性能测试与物理实验应用研究光电效应测普朗克常数实验曲线Fig. 4 Experiment curve of Measuring the Planck Constant with photoelectric effect不同波长、频率下的截止电压Tab. 1 Cut off voltage under different wave length and frequency波长Wave length/ nm频率f Frequency/ Hz截止电压U s Cut off voltage/ V 577 5 20 10 14 0 543 546 5 47 10 14 0 688 436 6 88 10 14 1 246 406 7 39 10 14 1 478 365 8 21 10 14 1 721 h = e（ U si - U sj）v i - v j（4）由（ 4）式可见，测量并画出光电管两端电压与光电管中电流的关系曲线，找到遏止电压U s，对不同频率的光进行多次测量后画出U s和频率f的关系曲线，这条曲线近似于线性，其斜率乘以电子的电量就是普朗克常数h.

　　仍然用虚拟数字存储示波器WDSO2902作为X Y函数记录仪。由于实验电路中的两路输出是共地，故可直接连接。根据输出电压的范围， X、Y连线均为1 1衰减，和前一个实验类似，得到5条曲线 .

　　通过对得到的曲线进行数值分析，可得到波长、频率与截止电压的数据 .根据频率与截止电压数据，可运用线性拟合计算出f与U s直线斜率，从而得到h = 6 32 10 - 34 J s.求出普朗克常数h的计算值，与h的公认值（ h = 6 63 10 - 34 J s）的相对误差为4 8% .

　　结束语通过以上实验可以看到虚拟仪器有很多优越性，它强大的数据存储和采集功能给实验数据记录和处理带来了很大的方便，基本上可以取代传统仪器，但它还不完善，仍然有一些缺陷和不足，在硬件和软件上都还有待提高和改进。