一(yī)、背景介紹
随着時代的發展，大(dà)學理工(gōng)科專業的教學越來越重視對學生(shēng)創新思維能力和動手操作能力的培養，以期培養出符合市場需求的新技術、新工(gōng)藝和新産品的研發及工(gōng)程技術人員(yuán)，從而滿足現代化建設的需要。大(dà)學物(wù)理實驗作爲理工(gōng)科學生(shēng)入校後的第一(yī)門實驗課程，它不是簡單地對物(wù)理理論課程進行實驗延伸，而是針對培養理工(gōng)科學生(shēng)的動手能力和良好素質而獨立開(kāi)設的實驗課程，具有非常重要的作用。
由于實際條件的限制，多數學校長期以來一(yī)直采用傳統的實驗教學方式：即教師講授實驗原理和測量方法，學生(shēng)按部就班地操作并完成實驗報告。整個過程學生(shēng)不需要多少思考，更不用說進行創新設計。同時，學生(shēng)本身對這種實驗課程也往往不夠重視，多是抱着應付課程拿學分(fēn)的态度，沒有多少興趣，積極性也不高，從而導緻了傳統理工(gōng)科物(wù)理實驗教學對學生(shēng)創新思維能力培養不足的問題。針對這種狀況，我(wǒ)(wǒ)司積極響應學校關于加強實驗教學的号召，開(kāi)發了“X-LAB工(gōng)程創新實驗平台”，配合學校開(kāi)展理工(gōng)科實驗教學的創新改革。
二、“X-LAB工(gōng)程創新實驗平台”簡介
“X-LAB工(gōng)程創新實驗平台”由X-LAB數據采集與分(fēn)析軟件、測控中(zhōng)心（以智能測控主機爲主，數控電(diàn)源主機、信号源主機、虛拟示波器主機、溫控主機、步進電(diàn)機驅動主機、光功率照度測試儀等等爲輔助選配）、傳感器組件、應用模塊四大(dà)部分(fēn)組成。實驗中(zhōng)各物(wù)理量的實時數據可通過各種傳感器組件利用傳感技術将物(wù)理量轉化爲電(diàn)信号，再經過标準接口與測控中(zhōng)心相連将數據采集系統傳入計算機中(zhōng)，由此實現準确、高效的數據采集，最後通X-LAB數據采集與分(fēn)析軟件對數據進行分(fēn)析、處理和呈現。
“X-LAB工(gōng)程創新實驗平台”可以作爲大(dà)學物(wù)理、光電(diàn)子技術、電(diàn)子技術、傳感器技術等相關專業實驗教學設備。各工(gōng)具模塊通過總線連接，實現彼此數據通信，所有工(gōng)具模塊的數據都可以經過數據采集系統送入計算機進行處理，計算機可以控制任意工(gōng)具模塊實現相關功能。系統可選用的傳感器有力、熱、光、電(diàn)（電(diàn)荷/電(diàn)壓/電(diàn)流）、磁等數十種。
“X-LAB工(gōng)程創新實驗平台”自身也配套開(kāi)發了一(yī)系列配套的實驗項目，從普通物(wù)理的基礎實驗到近代物(wù)理的拓展課題實驗再到光電(diàn)子技術實驗，涵蓋了相關專業典型課程的大(dà)部分(fēn)實驗内容。相應的儀器配件具有很強的組合性，可靈活搭建出多個不同的實驗項目，提高學生(shēng)創新能力。
三、“X-LAB工(gōng)程創新實驗平台”系統在教學上的優勢
1、實驗數據采集方式轉變，測量簡便多樣。
“X-LAB工(gōng)程創新實驗平台”改變了數據的采集方式，使物(wù)理量的測量變得簡便。傳統的實驗教學中(zhōng)我(wǒ)(wǒ)們用儀器直接測出一(yī)些基本的物(wù)理量，其它很多物(wù)理量需要通過與若幹個能直接測出來的物(wù)理量之間的函數關系計算出來，在這個過程中(zhōng)，需要掌握多種測量工(gōng)具的使用，相應的測量方案很複雜(zá)，數據計算過程也比較繁瑣。“X-LAB工(gōng)程創新實驗平台”改變了這樣的測量方式，借助各類傳感器去(qù)直接采集實驗中(zhōng)各物(wù)理量的數據。
尤其是在随時間變化的物(wù)理量的測量中(zhōng)，能夠做到實時測量，不再需要諸多的儀器來配合測量，減少了對實驗裝置的要求，變間接測量爲直接測量，簡化了操作步驟，降低了實驗操作的難度。傳統實驗儀器很難或無法測量的物(wù)理量在“X-LAB工(gōng)程創新實驗平台”中(zhōng)能夠很方便就測出來，拓寬了實驗系統的研究範圍。
2、實驗數據處理方式轉變，側重觀察分(fēn)析。
“X-LAB工(gōng)程創新實驗平台”利用計算機軟件對實驗數據進行處理和顯示，簡化了數據處理的過程，并可以以圖表、表格等格式将實驗數據輸出。傳統實驗教學中(zhōng)，學生(shēng)課後需要花大(dà)量時間來進行數據處理，這個過程不僅繁瑣耗時，而且使學生(shēng)形成了隻要計算出最終結果就算完成了實驗的錯誤認識，導緻學生(shēng)缺乏對實驗結果的分(fēn)析和思考。“X-LAB工(gōng)程創新實驗平台”利用X-LAB數據采集與分(fēn)析軟件這個強大(dà)的分(fēn)析工(gōng)具來處理計算采集到的數據，最終的結果以圖表的形式同步顯示在計算機窗口中(zhōng)，可以使學生(shēng)從繁重的數據處理工(gōng)作中(zhōng)解放(fàng)出來，引導學生(shēng)将注意力轉向對實驗現象的觀察和實驗結果的分(fēn)析上，培養學生(shēng)觀察和分(fēn)析的能力。同時由軟件處理得到的結果保證了計算過程的準确性，更有助于學生(shēng)對實驗結果作出正确的判斷。
3、實驗工(gōng)具組件種類豐富，靈活開(kāi)設實驗。
“X-LAB工(gōng)程創新實驗平台”配套實驗工(gōng)具組件種類多，可靈活組合，有助于設計型創新實驗的開(kāi)設。同時實驗項目涵蓋的範圍廣泛，配套的傳感器及工(gōng)具模塊種類非常豐富，這些傳感器及工(gōng)具模塊均可參與到多個不同實驗中(zhōng)，非常适合學生(shēng)自己動手設計實驗，有助于提升理工(gōng)科學生(shēng)的主觀能動性，培養學生(shēng)的科學探索精神和創新思維能力。
四、“X-LAB工(gōng)程創新實驗平台”系統組成
1、X-LAB數據采集與分(fēn)析軟件
爲适應不同教學和學習風格，X-LAB數據采集與分(fēn)析軟件平台不僅提供固定的實驗軟件模塊，還能提供自定義實驗功能模塊，使用非常靈活，不論你是想按部就班的完成課程實驗，還是想自己研究創建新的實驗界面及報告，又(yòu)或者希望定制一(yī)個具備特殊意義的實驗界面及報告，X-LAB數據采集與分(fēn)析軟件都有能力滿足你的需求。
功能特點：
1）固定的實驗軟件模塊，更方便的操作使用體(tǐ)驗，可以随着産品更新而不斷升級實驗内容。
2）自定義實驗功能模塊：可以方便的創建實驗頁面，并對每個頁面獨立進項相關實驗設置和工(gōng)具面闆設置。
3）撤銷/ 恢複：每個操作都可以進行撤銷/ 恢複，無需擔心操作出錯。
4）簡單易用的表格：對應的工(gōng)具按鈕可以對表格進行規劃。
5）數據記錄方便：表格裏面傳感器對應的數據對應實時顯示，并可以随時方便記錄。
6）實驗向導：可以引導學生(shēng)一(yī)步一(yī)步完成實驗。
7）設置向導：直觀的圖片設置向導可以引導學生(shēng)容易的完成實驗接線及參數的設置。
2、X-LAB工(gōng)程創新實驗平台測控中(zhōng)心
X-LAB工(gōng)程創新實驗平台測控中(zhōng)心以智能測控中(zhōng)心主機爲主，數控電(diàn)源主機、信号源主機、虛拟示波器主機、溫控儀主機、步進電(diàn)機驅動控制器、光功率照度測試儀主機等等爲輔助選配，主機都可以單獨使用，随着産品線的豐富，輔助主機會逐漸增加。所有的輔助主機都可以通過總線與數據采集模塊進行通信，實現各種數據交互，同時數據采集模塊可以采集各輔助模塊及傳感器組件的健康狀況及相關使用情況等等。模塊之間總線連接不需要借助數據線，模塊機箱頂部和底部設置有信号觸點，直接疊放(fàng)即可。
2.1 X-LAB智能測控中(zhōng)心
◆ 模拟輸入：兩通道四通道同時測量電(diàn)壓。
◆ 光電(diàn)門輸入：數字傳感器，如光電(diàn)門和飛行時間（TOF）。傳感器自動識别連接,雙向通信。
◆ 數字協議傳感器輸入：連接帶通訊協議的GCPORT傳感器。采樣率取決于傳感器。
2.2 X-LAB數控穩壓電(diàn)源
掉電(diàn)預設值存儲，快捷調出預設值。
TFT全彩觸摸液晶屏，可方便查看預設電(diàn)壓、預設電(diàn)流、輸出電(diàn)壓、輸出電(diàn)流、輸出功率等。輸出狀态提示區域可以方便的看出當前輸出開(kāi)閉狀态、恒壓恒流輸出狀态、輸出是否正常、按鍵是否鎖定。在設定界面中(zhōng)還可以對過壓值、過流值、過功率值、數據組、液晶亮度等進行調整。所有設置過程通過觸摸屏控制，直觀方便。
單獨使用時除了通過觸摸控制還可以通過配套上位機軟件在電(diàn)腦端進行遠程控制讀取。X-LAB直流電(diàn)源配套X-LAB智能測試與控制平台使用時直接通過機箱觸點進行通信，可通過總線受控于X-LAB智能測試與控制平台。
2.3 X-LAB溫控儀
TFT全彩觸摸液晶屏可實現溫度設置、風扇控制、溫度檢測等功能。
溫控範圍：半導體(tǐ)制冷0℃~80℃，溫度控制精度：0.1℃。
加熱：室溫~150℃，溫度控制精度：1℃。
2.4 X-LAB光功率照度測試儀
全彩觸摸液晶屏可實現波長校準設置、清零、探頭選擇等功能
波長範圍：數字可見光探頭200~1100nm ，數字光纖功率計探頭800~1600nm
測量範圍：數字可見光探頭-50~+20dB，數字光纖功率計探頭-70~+10dBm
接口：mini DIN-8
顯示分(fēn)辨率：線性顯示：1%； 對數顯示：0.01dBm
2.5 X-LAB步進電(diàn)機控制器
2軸步進電(diàn)機控制；
集穩壓電(diàn)源、驅動器、控制器于一(yī)體(tǐ)，采用32位微處理器；
TFT全彩觸摸液晶屏可實現各種菜單式操作，可作運行速度、加速度、歸零速度、回差、細分(fēn)、步進當量等多種設置。每個軸可獨立設置參數；
提供光電(diàn)開(kāi)關信号，先進的細分(fēn)驅動設計，可達64細分(fēn)，電(diàn)流可調，确保電(diàn)移台處于最佳運行狀态；
标準USB接口，可與計算機相連，通過計算機實現電(diàn)動位移台的操作，操作界面直觀，軟件功能豐富，開(kāi)放(fàng)源程序，提供二次開(kāi)發平台。
2.6 X-LAB函數信号發生(shēng)器
頻(pín)率特性：正弦波頻(pín)率範圍0~60MHz
方波 三角波頻(pín)率範圍0~15MHz
方波上升時間≤15ns
脈寬範圍30ns-4000s
頻(pín)率最小(xiǎo)分(fēn)辨率0.01uHz
頻(pín)率準确度 ±20ppm
頻(pín)率穩定度±1ppm/3小(xiǎo)時
脈沖波 TTL數字波 任意波頻(pín)率範圍0~6MHz
波形特性：波形種類正弦波、方波、三角波、脈沖波、偏正弦波、CMOS波、直流電(diàn)平、半波、全波、正階梯波、反階梯波、噪聲波、指數升、指數降、多音波、辛克脈沖、洛倫茲脈沖和60種用戶自定義波形
垂直分(fēn)辨率14位
采樣率266M Sa/s
波形長度2048點
輸出特性：幅值範圍2mVpp~20Vpp（≤10MHz）2mVpp~10Vpp（10MHz~30MHz）2mVpp~5Vpp（≥30MHz）
分(fēn)辨率1mV
輸出阻抗50Ω±10%
直流偏置：-9.99V~9.99V (輸出＞4V)、-2.5V~2.5V (0.4V＜輸出≤4V)、-0.25V~0.25V (0＜輸出≤0.4V)
相位調節範圍0~359.9°，分(fēn)辨率0.1°
3、X-LAB傳感器組件
X-LAB科技與創新實驗室提供豐富的傳感器組件及實驗模塊。
傳感器模塊包括：光源（覆蓋紫外(wài)-紅外(wài)波段）、光度傳感器（覆蓋紫外(wài)-紅外(wài)波段）、光電(diàn)門、光開(kāi)關、PSD傳感器、四象限傳感器、光生(shēng)電(diàn)壓型傳感器、光生(shēng)電(diàn)流型傳感器、光敏電(diàn)阻型傳感器、微弱光信号傳感器、紅外(wài)傳感器、光纖傳感器、電(diàn)容傳感器、應變傳感器、溫濕度傳感器、電(diàn)壓電(diàn)流電(diàn)荷傳感器、磁場傳感器、氣體(tǐ)傳感器、力學傳感器、速度加速度傳感器等數十種傳感器。
4、X-LAB應用模塊
應用模塊包括各種實驗專屬電(diàn)路模塊、電(diàn)路搭建模塊、實驗搭建結構組件、溫度源、運動系統等各種實驗配套模塊，可提供定制服務。
五、實驗内容（可自選/可定制）
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第一(yī)部分(fēn) |
光輻射測量實驗 |
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實驗一(yī) |
輻射量測量實驗 |
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實驗二 |
光度量測量實驗 |
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第二部分(fēn) |
光源測量實驗 |
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實驗一(yī) |
LED光源特性測量實驗 |
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實驗二 |
光通信光源特性測量實驗 |
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實驗三 |
半導體(tǐ)激光器特性測量實驗 |
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第三部分(fēn) |
光電(diàn)探測器測量實驗 |
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實驗一(yī) |
光敏電(diàn)阻基本特性測量實驗 |
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實驗二 |
光電(diàn)二極管基本特性測量實驗 |
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實驗三 |
光電(diàn)三極管基本特性測量實驗 |
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實驗四 |
矽光電(diàn)池基本特性測量實驗 |
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實驗五 |
APD光電(diàn)二極管基本特性測量實驗 |
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實驗六 |
PIN光電(diàn)二極管基本特性測量實驗 |
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實驗七 |
色敏光電(diàn)二極管基本特性測量實驗 |
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實驗八 |
光電(diàn)倍增管基本特性測量及單光子測量實驗 |
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實驗九 |
光電(diàn)耦合開(kāi)關基本特性測量及應用實驗 |
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實驗十 |
一(yī)維PSD原理及應用實驗 |
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實驗十一(yī) |
二維PSD原理及應用實驗 |
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實驗十二 |
太陽能電(diàn)池基本特性測量及應用實驗 |
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實驗十三 |
像增強器基本特性測量實驗 |
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實驗十四 |
熱釋電(diàn)傳感器原理及應用實驗 |
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第四部分(fēn) |
光電(diàn)檢測原理與應用實驗 |
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實驗一(yī) |
光電(diàn)探測器輸出信号的信噪比匹配 |
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實驗二 |
單光子計數實驗 |
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實驗三 |
四象限探測器原理及光電(diàn)定向實驗 |
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實驗四 |
微型光纖光譜儀原理及組裝實驗（線陣CCD應用） |
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實驗五 |
電(diàn)子散斑幹涉測量實驗 |
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實驗六 |
激光散斑微小(xiǎo)位移測量實驗 |
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實驗七 |
2D激光位移傳感測量實驗 |
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第五部分(fēn) |
光學調制器原理及信号解調方法實驗 |
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實驗一(yī) |
電(diàn)光調制實驗 |
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實驗二 |
聲光調制實驗 |
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實驗三 |
磁光調制實驗 |
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實驗四 |
光源及光調制解調實驗 |
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第六部分(fēn) |
成像器件與系統的性能測試及信号處理實驗 |
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實驗一(yī) |
黑白(bái)線陣CCD原理及應用實驗 |
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實驗二 |
彩色線陣CCD原理及應用實驗 |
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實驗三 |
彩色面陣CCD綜合實驗 |
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第七部分(fēn) |
光電(diàn)照明顯示應用實驗 |
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實驗一(yī) |
LED顯示應用綜合實驗 |
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實驗二 |
LCD顯示應用綜合實驗 |
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實驗三 |
OLED顯示應用綜合實驗 |
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第八部分(fēn) |
光電(diàn)技術設計與應用綜合實驗 |
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實驗一(yī) |
光電(diàn)報警設計實驗 |
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實驗二 |
紅外(wài)遙控設計實驗 |
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實驗三 |
光電(diàn)耦合開(kāi)關應用設計實驗 |
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實驗四 |
光伏發電(diàn)應用設計實驗 |
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實驗五 |
光電(diàn)探測器照明燈控制設計實驗 |
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實驗六 |
光電(diàn)探測器光功率計照度計設計實驗 |
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實驗七 |
光電(diàn)探測器轉速測量設計實驗 |
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實驗八 |
PSD應用設計實驗 |
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實驗九 |
熱釋電(diàn)報警器設計實驗 |
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實驗十 |
光電(diàn)探測器距離(lí)測量實驗 |
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實驗十一(yī) |
光電(diàn)探測器溫度測量實驗 |
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實驗十二 |
光電(diàn)探測器顔色識别實驗 |
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實驗十三 |
太陽能電(diàn)池設計與應用實驗 |
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實驗十四 |
光源調制與解調應用設計實驗 |
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實驗十五 |
大(dà)功率LED光源驅動實驗 |
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實驗十六 |
四象限傳感器應用電(diàn)路設計實驗 |