基于Matlab GUI的实验平台快速搭建技术

Matlab GUI是强大的科学计算软件Matlab的可视化编程平台,一种类似C++的面向对象的开发语言,可以进行互动式界面开发,完成实验输入数据的自动化读取、参数的个性化设定以及输出结果的快速可视化。在进行网络版实验平台开发前期,可以用其进行数据流程的测试和优化。本文在阐述GUI试验建设的关键技术框架的基础上,完成Excel数据读取、基于文本框的参数设置、Click事件调用函数,Table、Ax输入及输出结果的可视化。通过本文,可以帮助具备.m文件的科学实验者,掌握开发Matlab界面的关键技术,实现快速本地化试验平台的搭建。     

基于Matlab数据库工具箱的实验数据自动抽取及应用

矩阵计算和多领域的算法库是Malab科学计算软件的核心,它所提供的大量函数库为科研工作者进行专业领域实验提供了巨大的方便。Matlab数据库工具箱虽然开启了自动化调用数据的功能,但是并不是每位科学实验的研究者均具备数据库编程和书写SQL语句的技能,而大规模参数赋值却是科学实验的基础。因此通过介绍工具箱中Query Builder的使用,建立ODBC/JDBC兼容数据源,对大规模实验数据进行自动抽取数据、变量赋值及图形化表示、函数测试及调用。实现不书写任何计算机语句,完成大规模数据的调用赋值以及函数调用的功能,旨在帮助实验者快速完成物理数据的计算工作。     

Python在热敏电阻测量实验数据处理中的应用

Python语言因为语法简洁、功能全面、开发的程序具有可移植性而拥有十分广阔的应用市场.Python在诸多方面都有应用,如科学计算、应用开发以及计算机科学教育等.本文就热敏电阻测量实验的数据处理问题进行了分析,同时也进行了系统的图形化界面设计以及用Python语言编写相关的脚本来实现了实验数据的数据库存储功能.     

Matlab可视化在大学物理实验中的应用

利用Matlab的图形处理和科学计算能力,设计了物理实验数据处理程序,并对一些光学现象进行了仿真。结果表明,数据处理程序使用简单。光学仿真实验非常生动,能够完成实际光学实验难以实现的操作。     

水质物理参量测量DIS演示虚拟仿真实验

基于Python编程语言,融合数字化信息系统DIS技术,开发了水质物理参量测量DIS演示虚拟仿真实验软件,展示液体的表面张力系数、浊度、溶解氧、电导率、折射率和pH值水质物理参量的动态测量过程.该软件分为上述6个物理参量的测量模块,每个模块中包含:实验原理、实验装置、计算公式、数据采集、水质判断等模块.该软件运用Tkinter库创建图形化的界面,实现人机交互,采用DIS数据采集模式,将水质物理数据采集过程动态、形象、直观地进行展示.水质物理参量测量DIS演示虚拟仿真实验利于提升使用者的学习兴趣,加深对物理原理、实验测量、数据分析的理解.     

光纤激光器故障模式分析

为满足实际工程、生产应用中专业及非专业人员对故障光纤激光器快速修理、修复的需要,研究了一种能够实现快速故障模式及故障原因分析系统。首先,采集实际使用与实验中损坏激光器的故障模式与故障原因记录为数据样本。接着,利用故障树与故障模式影响及危害性分析模型建立光纤激光器扩展故障树,即构建起故障模式与故障原因的对应关系。然后,利用贝叶斯网络分析并得出各故障模式与故障原因的先验概率与后验概率计算方法,再使用Python语言编写交互式窗口,并完成对数据库数据的调用与相应概率计算。最后,通过交互式界面输出当前故障对应的可能故障原因及发生概率,从而实现对光纤激光器故障的快速分析。程序模拟耗时小于1 s,模拟结果与统计结果相吻合,基本满足指导相关人员对故障快速排查并修理的要求。     

基于Matlab mobile的高中物理实验与多用户实验监控平台开发——以验证牛顿第二定律为例

将手机软件Matlab mobile与强大的数据处理软件Matlab相结合应用于物理实验研究,以高中验证牛顿第二定律实验为例阐述基于Matlab mobile手机软件单用户实验和多用户实验监控平台的开发过程,为物理实验开发提供新方案及学生分组实验的多用户实验过程监控和评价提供技术参考.     

基于PACS的直流/脉冲双模式工作点调节软件开发与验证

目前,中国科学院近代物理研究所设计、建造和运维了多台结构指标各异的重离子加速器装置,现有的物理控制系统已无法满足这些装置对于稳定、可靠、高效运行的需求。为了提高调试、运行效率,简化系统操作,达到更高的流强和更好的束流品质,中国科学院近代物理研究所自主设计了一套基于EPICS的面向物理的加速器控制系统PACS。为了验证PACS框架的可行性和嵌入任意物理控制软件的可行性,采用Python语言开发了基于PACS的直流/脉冲双模式工作点调节软件及其界面,并且搭建了HIRFL-CSRe的MySQL测试数据库和EPICS软IOC测试环境,在该虚拟测试环境下对软件的直流模式下工作点调节功能进行了测试;然后在HIRFL-CSR真实环境对该软件在直流/脉冲模式下的工作点调节功能进行测试。结果表明,该软件能够通过PACS提供的接口嵌入系统的物理过程模块,实现与数据库和底层控制系统的交互,从而完成直流/脉冲模式下的工作点调节和光学参数计算,以此验证PACS框架的可行性和嵌入任意物理控制软件的可行性。     

面向集成模拟平台的远程协作系统

基于 Web 技术,采用三层模型的系统架构,分别使用 AJAX、SQLite、Openlava 和 Python 解决了 数据异步传输、作业结果重用、多用户作业管理和可视化显示等关键技术,成功开发出面向集成模拟平台的远程 协作系统——SICOS。通过 Web 浏览器即可多人同时运行高性能计算集群上 IMAS 框架下的等离子体程序,实 现了程序的集成运行及运行结果的远程分析、数据共享和可视化显示等功能。通过率先集成 EFIT 可以获得 HL-2A 装置实验的平衡位形重建结果和 HL-2M 装置期望的平衡位形结果,为后续其它程序的集成奠定了技术基础。     

用于SCA ASIC测试的数字读出模块设计

高速开关电容阵列(SCA)具有高速采样、低功耗的特点,基于SCA的高速波形数字化是目前高精度时间测量的一个重要研究方向。为此,我们开展SCA芯片的研究,目前已设计完成原型ASIC设计,并正在进行后续版本的改进设计。为便于未来多版本ASIC的测试和评估,需设计具有一定通用性的数字读出模块,本论文工作主要介绍此模块的设计工作以及相应的数据读出软件。数字读出模块基于FPGA实现对待测ASIC的控制、配置及数据读出,采用DDR3片外存储芯片,使用USB3.0等接口进行数据传输;上位机软件基于Python3.7设计,实现了数据采集与波形绘制等功能。目前已使用设计完成的数字读出模块对第2版SCA ASIC进行了初步的测试,测试结果表明,此读出模块工作正常,且SCA芯片输出结果符合预期。     

基于Matlab的α粒子的散射实验模拟

Matlab是一种具有强大的矩阵运算能力和绘图功能的科学计算软件.利用Matlab的计算、绘图和GUI功能可以对α粒子散射实验进行可控模拟,得出不同初始条件下的α粒子散射图像,有利于直观方便地对α粒子散射进行研究.     

基于Matlab平台的电阻特性实验

采用Matlab软件对光敏电阻的伏安特性、光照特性以及热敏电阻温度特性的实验数据进行了处理,实现了方便、快捷、准确的数据处理过程,推进了基于Matlab平台的大学物理实验的教学改革。     

浅谈科学计算

科学计算是指利用计算机再现、预测和发现客观世界运动规律和演化特性的全过程.在实际应用牵引下,依托高性能计算机的发展,近年来科学计算得到了快速的发展.与传统的理论研究和实验研究一起,科学计算已经成为推动科技创新的重要研究手段.文章首先介绍了作者对科学计算的认识：科学计算的本质是求真,置信度是科学计算的核心;做好科学计算,需要以应用为牵引,需要物理、数学与计算机等方面人才的合作,需要多学科交叉融合.文章还讨论了影响科学计算置信度的几个环节.最后就如何做好科学计算发表了看法.     

锂电池中的计算物理学

从计算物理学角度深入解析与锂电池特性关联的物理基础,对优化锂电池的设计并推动其发展具有重要的指导意义。文章系统总结了锂电池中物理现象与物理原理的对应关系,通过分析物理模型及其作用机制,勾勒出锂电池模型的物理图像,提炼出相关描述因子及其计算物理方法。针对锂电池中科学问题的计算、模拟与仿真多尺度技术的发展,以及近年来基于机器学习与高通量计算方法的研究进展,可以预见多尺度模拟与高智能计算技术的结合将极大地推进锂电池的快速发展。在锂电池的仿真研究中,确立计算方法尺度、科学基础理论、储能机制与系统的物理形态、仿真与实践的物理关系及科学基础与工程应用构造的五维一体化锂电池分析体系,无论对揭示锂电池中基本物理原理、电池本质属性、计算物理学之间的科学关系,还是对发展基于物理基本原理模型的电池体系构效关系和调控方法,都具有里程碑式的意义。     

科技与人文融合背景下的中学物理设计型实验的教学研究

针对目前中学物理设计型实验面临的问题,依据理性思维和感性思维相结合、跨学科研究方法相结合的原则,对中学物理设计型实验进行教学改进.通过增加历史上重要物理实验的设计过程、实验的可行性分析、实验结果的分析与修正,丰富教学内容和形式.通过增加设计实验思维过程的多维度科学评价、实验结果分析的评价,完善实验教学评价.以此提高学生开展设计型实验的积极性,促进学生物理知识和实验技能的提升,达到最终提高科学素养的目标.     

Matlab在大学物理教学中的辅助应用

以(线性和非线性)谐振子的求解过程为例,分析如何在大学物理的教学过程中引入Matlab计算工具.利用Matlab的符号计算和数值模拟两方面的强大功能,引导学生如何处理基本物理问题,体现了Matlab的可视化和简洁性对大学物理教学的辅助作用,激发学生学习的热情,提高大学物理教学的整体效率和质量.     

非线性偏微分方程边值问题的优化算法研究与应用

针对椭圆类非线性偏微分方程边值问题,以差分法和动态设计变量优化算法为基础,以离散网格点未知函数值为设计变量,以离散网格点的差分方程组构建为复杂程式化形式的目标函数.提出一种求解离散网格点处未知函数值的优化算法.编制了求解未知离散点函数值的通用程序.求解了具体算例.通过与解析解对比,表明了本文提出求解算法的有效性和精确性,将为更复杂工程问题分析提供良好的解决方法. 关键词： 非线性偏微分方程 边值问题 动态设计变量优化算法 程序设计