Kuva 1: informaation kulku tietokoneavusteisessa mittauksessa
Tämä artikkeli on laadittu Matemaattisten aineiden opettajien
liiton (MAOL) pyynnöstä OPS-oppaan liitteeksi. Vertailuartikkeli
on kokonaisuudessaan tällä sivulla jota luet. Näin
siksi, että teksti olisi helposti tulostettavissa paperille.
Artikkelia ylläpidetään ja päivitetään
kentältä tulevan palautteen ja järjestelmien uusista
versioista saatavan käyttökokemuksen pohjalta. Jokaisen
muutoksen myöstä tehdään muutos allaoleviin
versionumeroon ja päiväykseen.
| Versio: | 0.2 | Edellinen versio |
| Päivitetty viimeksi: | 5.2.1997 | Lista tehdyistä muutoksista |
Tietokonepohjaiset mittausjärjestelmät voidaan jakaa karkeasti kahteen ryhmään: yleiskäyttöisiin ja erikoiskäyttöisiin. Yleiskäyttöiset järjestelmät pyrkivät kattamaan mahdollisimman suuren osan tietyn käyttäjäryhmän mittaustarpeista; erikoiskäyttöisten järjestelmien käytön skaala on rajoitettu. Teollisuudessa ja tutkimuksessa erikoiskäyttöiset järjestelmät ovat suosittuja, koska sama mittausjärjestely on käytössä pitkään, ja mittaus on yleensä tarpeen optimoida niin hyvin kuin mahdollista. Sensijaan opetuksessa yleiskäyttöiset mittausjärjestelmät ovat suositumpia, koska joudutaan suorittamaan niin paljon erilaisia mittauksia, että erikoistuneiden järjestelmien hankkiminen joka tehtävään olisi epäkäytännöllistä.
Yleiskäyttöisen mittausjärjestelmän suunnittelun olennainen vaikeus on saada aikaan järjestelmä, joka täyttää esiintulevat mittaustarpeet mahdollisimman kattavasti. Nykyisin on selvää, että opetuskäyttöön tarkoitetut mittausjärjestelmät on suunniteltava opetuksen ehdoilla. Muita suunnittelukriteerejä ovat helppokäyttöisyys, hinta, ja riittävä tekninen suorituskyky. Usein käyttäjä kaipaisi myös yhteensopivuutta muiden järjestelmien kanssa; valmistajan kaupallisista näkemyksistä riippuu, onko siihen pyritty. Kaikki nämä ovat siinä määrin ristiriitaisia vaatimuksia, että käytännössä järjestelmät ovat aina kompromisseja.
Opetuksen tarpeista lähtevä suunnittelu tarkoittaa myös, että järjestelmien taustalla on jokin didaktinen lähestymistapa. On oletettavissa, että järjestelmä sopii parhaiten "oman" lähestymistapansa mukaiseen käyttöön. Toisaalta, hyvin joustava ja monipuolinen järjestelmä taipuu monentyyppiseen opetukseen.
Kuva 1 esittää informaation kulkua tietokoneavusteisessa
mittauksessa. Mittausjärjestelmän pääosat
ovat anturit, liitäntälaite ja mittausohjelmisto.
Kuva 1: informaation kulku tietokoneavusteisessa
mittauksessa
Anturi muuttaa mitattavan suureen arvon sähköiseksi signaaliksi, usemmiten jänniteviestiksi. Analoginen anturi tuottaa jänniteen, jonka suuruus riippuu jatkuvasti suureen arvosta. Esim. lämpötila-anturina voi käyttää NTC-vastusta. Digitaalinen anturi tuottaa diskreettejä jännitetasoja. Valoportti on digitaalinen anturi, jonka ulostulojännite on korkea tai matala riippuen portin tilasta.
Liitäntälaite muuttaa anturilta tulevan tiedon tietokoneen ymmärtämään muotoon. Tietokone on sähköinen, digitaalinen laite, joka pohjimiltaan ymmärtää vain johtimien jännitetasoista muodostuvia binaarilukuja. Analogiselle signaalille tehdään analogia-digitaali (AD) -muunnos. Muunnoksen "hyvyyttä" kuvaavat muunnosbittien lukumäärä ja muunnoksen nopeus. Mitä useampibittiseksi binaariluvuksi signaali muunnetaan, sitä pienempiä muutoksia signaalissa voidaan rekisteröidä. Esim. 12- bittinen muunnos tarkoittaa, että signaalista pystytään erottamaan 212 = 4096 tasoa. AD-muunnoksen tekemiseen menee tietty aika, joka määrää muuntimen näytteenottotaajuuden. . Mitä suurempi näytteenottotaajuus, sitä nopeammin muuttuvia signaaleja voi rekisteröidä ilman vääristymiä. Suurin signaalin sisältämä taajuus saa olla korkeintaan puolet näytteenottotaajuudesta; muuten informaatiota katoaa muunnoksessa. Digitaaliselta antrurilta tulevalle signaalille tehtävä muunnos riippuu signaalin luonteesta. Jos signaali tulkitaan suoraan loogiseksi tilaksi tai binaariluvuksi, muunnosta ei tarvita. Pulssi, jonka pituus halutaan määrittää, johdetaan erityiselle ajastinpiirille. Sen "kello käy" niin kauan kun signaali on aktiivinen. Ajastinpiiri sisältää myös laskureita, joita voidaan käyttää signaalin sisältämien pulssien laskemiseen.
Liitäntälaite, kuten muutkin tietokoneeseen kytkettävät lisälaitteet, liitetään johonkin tietokoneen väylään. Näitä ovat tietokoneen sisäinen ISA-väylä (Industy Standard Architecture, AT-väylä), sarjaväylä, rinnakkais- eli kirjoitinportti, peliportti, PCMCIA-väylä, ja SCSI-väylä. Opetuskäyttöön tarkoitetut järjestelmät on yleisimmin toteutettu sarjaväylälle tai ISA-väylälle. Taulukossa 1 on lueteltu näiden ratkaisujen hyviä ja huonoja puolia.
| Sarjaväylä | + mittausjärjestelmä on helposti siirrettävissä koneesta toiseen + konetta ei tarvitse avata asennettaessa + sopii myös koneisiin, joissa ei ole ISA-väylää (kannettavat) - asennus voi olla hankalaa tai mahdotonta, jos koneessa on jo kaksi sarjaväylää käyttävää laitetta (esim. hiiri ja modeemi) - nopeissa mittauksissa tieto ei siirry reaaliajassa mikrolle - liitäntälaitteen rakenne monimutkaisempi |
| ISA-väylä | + hyvä suorituskyky yksinkertaisella rakenteella + nopea tiedonsiirto mikroon - kone on avattava asennettaessa, joskus hankala yhteensovittaa koneen muiden lisäkorttien kanssa - järjestelmä ei sovi mikroihin joista puuttuu ISA-väylä |
Tässä artikkelissa mittausjärjestelmällä tarkoitetaan tietyn järjestelmänimen puitteissa markkinoitua laitteisto- ja ohjelmistokokonaisuutta. Tarkastellaan kolmea Suomessa tällä hetkellä merkittävintä yleiskäyttöistä mittausjärjestelmää: Empirica, Nemo ja Universal Laboratory Interface (ULI). Nemo ja Empirica käyvät kovaa kilpailua Suomen markkinoilla. Niitä molempia on myyty satoja kappaleita. ULIlla ei ole edustajaa maassamme, eikä ole luultavaa että sellaista tuleekaan, koska ED.USA omistaa yksinoikeudet järjestelmän myyntiin USA:n ulkopuolelle. Muutama kymmenen ULIa on hankittu Suomeen suoraan USA:sta tilaamalla.
Nemo-järjestelmään on mahdollista valita erilaisia liitäntälaitteita (UIA, UIB ja RS-kytkentänemo). Valinta vaikuttaa voimakkaasti järjestelmän ominaisuksiin. RS-kytkentänemon kanssa voi kuitenkin tehdä vain sangen rajoitetun valikoiman mittauksia. Tästä syystä jatkossa käsitellään pääasiassa Nemon käyttöä UI-korteilla varustettuna.
Järjestelmiä tarkastellaan tässä lähinnä lukion fysiikan opetuksen kannalta. Kemian, biologian ja teknologiaopetuksen vaatimukset on jätetty tarkastelun ulkopuolelle.
Vertailu perustuu Helsingin yliopiston fysiikan laitoksella tammikuussa 1997 käytössä olleisiin versioihin eri järjestelmistä. Ohjelmistot olivat Empirica 3.0, Nemon IP-Coach 4.0 ja ULIn PC-ohjelmat versiota 4.5. Empirican ja ULIn osalta näiden pitäisi olla samoja kuin samaan aikaan myynnissä olleet versiot, tosin kumpikin valmistaja tapaa tehdä ohjelmiin pieniä muutoksia ilman että versionumero muuttuu. Nemon osalta oli käytettävissä ohjelmaversio 4.0, kun myyntiversio on 4.1. Isvetin mukaan ainoa ero uudemmassa versiossa on mukaan sisällytetyt valmiit mittausten esiasettelut.
Opetukseen tarkoitettujen mittausjärjestemien vertailu on vaikea ja epäkiitollinen tehtävä. Vaikka käsitykset siitä miten tietokoneavusteista mittausta pitäisi opetuksessa käyttää ovat yhdenmukaistuneet, erilaista didaktisista painotuksista ja suunnittelussa tehdyistä kompromisseista aiheutuu silti merkittäviä eroja toteutuksissa. Jotta järjestelmien välille saataisiin yksikäsitteisiä paremmuuseroja, vertailuun täytyisi ottaa pohjaksi jokin didaktinen viitekehys, ja testata kuinka järjestelmät soveltuvat sen mukaiseen opetukseen. Kirjoittajan v. 1993 opinnäytetyönä tekemä tutkimus [1] sisälsi testidemonstraatiosarjan, jolla selviteltiin näiden järjestelmien sopivuutta ns. hahmottavan lähestymistavan mukaiseen fysiikan opetukseen [4].
Tutkimuksen [1] yleiset tulokset tiivistyvät vaatimuksiin, jotka hahmottava lähestymistapa asettaa tietokoneavusteiselle mittausjärjestelmälle:
Laitteisto:
Ohjelmisto:
Neljässä vuodessa järjestelmät ovat kehittyneet niin, että ne suoriutuvat ylläolevista vaatimuksista paljon paremmin kuin tutkimuksessa [1] on esitetty. Valitettavasti uuden täydellisen testisarjan tekeminen tätä artikkelia varten ei ollut mahdollista. Toisaalta, on jokseenkin mahdotonta olla varma uuden tai muuttuneen järjestelmän soveltuvuudesta tiettyyn kokeeseen, tekemättä koetta alusta loppuun itse. Siksi tämä vertailu on huomattavasti "pehmeämpää tiedettä". Ylläolevat vaatimukset osviittana käydään ensin läpi järjestelmien yleisiä ominaisuuksia, ja sitten hahmotellaan järjestelmien toimintaa eräissä lukiofysiikan osa-alueiden tärkeimmissä mittauksissa.
Tähän on koottu järjestelmistä pääasiassa teknistä yms. ulkokohtaista tietoa. Kaikkea ei ole mahdollista tässä esitellä tarkasti. Kiinnostuneiden on syytä hankkia esitteet kotimaisilta toimittajilta, ja tutustua verkossa olevaan materiaaliin [5, 6, 7].
| Empirica | Nemo | ULI | |
| valmistusmaa | Suomi | Suomi, Hollanti, Englanti | USA |
| valmistaja | SensoComp OY | Is-Vet OY, Foundation CMA, Philip Harris | Transpacific Computer Comp. |
| edustaja/myyjä | Printel OY | Is-Vet OY | Vernier Software/ ED. USA |
| Empirica | Nemo | ULI | |
| väylä | sarjaliitäntä | UIA ja UIB: ISA
RS-kytkentänemo: sarjaliitäntä | sarjaliitäntä |
Empirican ja ULIn liitäntälaitteet ovat tietokoneen
ulkopuolella, ja kytkeytyvät koneeseen sarjaliitännän
(RS-232) välityksellä. Nemon UIA- ja UIB-kortit asennetaan
PC-tietokoneen sisäiseen ISA-laajennusväylään,
RS-kytkentänemo liitetään sarjaväylään.
| Empirica | Nemo | ULI | |
| analog. kanavien lkm | 2 | 4 | 2 |
| max. näytteenottotaaj. (valmisohj, 1 kanava) | 1,6 kHz | RS-kytkentänemo: 2 Hz UIA: 20 kHz UIB: 40 kHz | 11 kHz |
| resoluutio (näytteenottotaaj. fs) | riippuu näytteen-ottotaajuudesta, max. 14 bittiä | UIA: 8 bittiä UIB: 12 bittiä | 12 bittiä (fs < 1 kHz) 8 bittiä (fs ³ 1 kHz) |
| Empirica | Nemo | ULI | |
| jännite | Jänniteanturi: 5 aluetta välillä 1,25 V…20 V | Kytkentänemo UIA-kortilla 0-1 V, 0-5 V, UIB-kortilla 1 V, 2 V, 5 V, 10 V. Jännitenemo: 7 aluetta välillä 0-0,2 V…0-30 V | Suoraan 0-5 V
Voltage probe 6 V |
| virta | Virta-anturi: 5 aluetta välillä 50 mA…1 A | Virtanemot: 8 eri aluetta välillä 0-25 mA…0-10 A | Current probe 600 mA |
Kaikkien EU:n sisällä markkinoitujen sähkö- ja elektroniikkalaitteiden on 1.1.1996 lähtien oltava CE-hyväksyttyjä ja -merkittyjä. CE-määräykset koskevat laitteiden turvallisuutta, yhteensopivuutta sekä sähkömagneettisten häiriösäteilyn lähettämistä ja sietoa.
Empirica on kaikilta osiltaan CE-merkitty. Nemon hyväksyntä on Isvetin edustajan mukaan työn alla, toistaiseksi laitteita ei ole CE-merkitty. ULI on CE-merkitty vain sähköturvallisuuteen vaikuttavilta osiltaan (verkkolaite), muuten järjestelmä on hyväksymätön. Tämä ei kuitenkaan estä järjestelmän hankkimista ja käyttöä, koska CE-määräykset eivät koske EU:n ulkopuolelta ostettuja laitteita.
Empirican ohjelma on Windows 3.x -ohjelma. Käyttöjärjestelmä määrää laitevaatimukset, eli jos Windows (3.X tai 95) pyörii koneessa, niin myös Empirica toimii. Sekä vanhassa että uudessa Windowsissa moniajo estyy mittauksen ajaksi.
Nemon ohjelmisto IP-COACH koostuu graafisista MS-DOS -ohjelmamoduleista, jotka toimivat yhteisen kehysohjelman alaisuudessa. Ohjelmisto toimii jo 286-tasoisissa koneissa, kaikilla grafiikkasovittimilla. Ohjelmiston käytöstä Windowsin alaisuudessa ei kerrota ohjeissa. Käyttö onnistuu Win 3.11:ssä vain, jos ohjelmalle tehdään sopivat käynnistysasetukset. Näitä ei tule Nemon mukana. Nemon käytöstä Win95:ssä ei ole kokemuksia.
ULIn ohjelmisto on alun alkaen laadittu Macintosh-tietokoneille. Nykyisin kaikki muut ohjelmat paitsi ULI Timer ovat saatavissa myös PC:lle. Mac- ja PC-versiot ovat toiminnoiltaan yhdenmukaisia. PC-ohjelmat ovat graafisia MS-DOS -ohjelmia. Käytännön minimivaatimus koneelle on 386SX-taso ja VGA-näyttö. Hiiri on pakollinen. Ohjelmia voi ajaa Windowsin alaisuudessa, ja niistä voi siirtää tietoa Windowsin leikepöydälle. PC-ohjelmat eivät tunnista suomalaista näppäinjärjestystä, mikä hankaloittaa laskukaavojen ja kommenttien syöttöä. Mac-versioissa tätä ongelmaa ei ole.
Nemolle ja ULIlle lupaillaan Windows-ohjelmistoja tämän vuoden kuluessa.
Käytön kannalta ei ole paljoakaan väliä sillä, onko järjestelmässä vain yksi ohjelma vai onko ohjelmisto jaettu moneen osaan, koska moniosaisissa ohjemistoissa on kuitenkin yhtenäinen käyttöliittymä. Asialla on jonkin verran taloudellista merkitystä: moniosaisista ohjelmistoista voi hankkia tai päivittää vain tarvitsemansa osat.
| Empirica | Nemo | ULI | |
| käyttöjärjestelmä | Windows 3.x | MS-DOS | MS-DOS, MacOS |
| ohjelmiston rakenne | yksi yleiskäyttöinen ohjelma | yleiskäyttöinen, laajennettavissa moduleilla | erillisiä ohjelmia eri tyyppisiin mittauksiin |
| kieli | suomi, ruotsi | suomi | englanti |
| mittausvalikot/ mittausmodulit/ erillisohjelmat | Ajastin Anturit | Demomittari Muistimittari Askelmittaus Liikemittaus | Motion Logger Electricity Temperature Sound Rotary Motion ULI Timer (vain Mac) Event Counter |
| tulostenkäsittely-toiminnot (valikot / modulit) | Välineet | Perusversio: prosessointi Lisäosat: taulukko-laskenta, mallinnus | Analyze |
| - kohinan suodatus | on | on | on |
| - suoran sovitus käsin | ei | on | ei |
| - polynomifunktion sovitus | 1.-5. aste | 1. ja 2. aste | 0.-6. aste |
| - muiden ftioiden sov. |   
| 
    
| 
      trig. sarjat, max 19 termiä |
| - koordinaatistoakselien muunnokset |
x-aks: log, 1/x, x2 y-aks: log, integraali, derivaatta, 1/y, y2 origon siirto | Prosessointi: intergaali, derivaatta Taulukkolaskenta: muunnosfunktion lausekkeen voi kirjoittaa itse | muunnosfunktion lausekkeen voi kirjoittaa itse |
| - derivaatta pisteessä | kyllä | tangentin asetus käsin | kyllä |
| - differenssien laskenta | kyllä | ei | ei |
| - integraali välillä | kyllä | kyllä | kyllä |
| - taajuusanalyysi | ei (tulee versioon 4) | ei | kyllä |
Kaikkiin järjestelmiin kuuluu peruskäyttöön riittävät laitteiston ja ohjelmiston käyttöohjeet. Empirican ohjeet ovat suomeksi, Nemon sekä suomeksi että englanniksi, ULIn vain englanniksi.
Empiricalle on erikseen saatavissa LUONTI-projektiin liittyvä sarja demonstraatio-oppaita lukiofysiikan tärkeimmille osa-alueille [3]. Demonstraatiot ja erityisesti niiden merkitys opetuksessa on esitetty perusteellisesti. Galilei-kirjasarjan [8] tietokonedemot on tehty Empiricalla.
Nemon mukana seuraa opas, jossa on esitetty n. 70 demonstraatiota ja mallinnusta, kattaen myöskin lukiofysiikan tärkeimmät alueet. Ohjeiden kuvat ovat hyviä, mutta itse ohjeet muilta kuin teknisiltä osin sangen pintapuolisia. Kirjasarjan Lehto-Luoma: Fysiikka 1-3 tietokoneavusteiset työt sisältyvät Nemon oppaaseen.
ULIlle on saatavissa seuraavat englanninkieliset oheismateraalit: Tools for Scientific Thinking -projektiin liittyvät mekaniikan ja lämpöopin laboratoriokurssien materiaalit oppilaalle ja opettajalle; Workshop Physics -nimiseen opetuksen lähestymistapaan liittyvä The Workshop Physics Activity Guide, joka kattaa mekaniikan, lämpöopin, sähkön ja magnetismin, sekä radioaktiivisuuden; ja RealTime Physics laboratoriotyöoppaan mekaniikasta [9, 10, 11, 12].
Kaikki kolme järjestelmää ovat sangen monipuolisia, ja selviytyvät laajasta kirjosta erityyppisiä mittauksia. Silti voi tulla vastaan tilanne, että haluttaisiin rakentaa tietty koejärjestely, jota järjestelmän vakiolaitteistolla tai -ohjelmistolla ei voikaan toteuttaa. Tällöin vaihtoehtona on oman anturin liittäminen järjestelmään, ja/tai oman mittausohjelman kirjoittaminen. Laitteisto- ja ohjelmistokomponenttien rakentaminen voi myös kuulua mittaustekniikan opetukseen. Järjestelmät poikkeavat siinä, miten hyvin dokumentointi tukee järjestelmän ulkopuolisten komponenttien sovittamista järjestelmään.
Empirican sähköisiä liitäntöjä ja ohjelmointirajapintaa ei ole dokumentoitu käyttäjälle. Anturien rakenteesta on periaatekuvaukset LUONTI-materiaalissa.
Nemon dokumentointi sisältää teknisen kuvauksen UI-korteista, sähköiset liitännät, korttien ohjelmointirajapinnat, sekä esimerkkejä itsetehdyistä antureista ja Turbo Pascalilla laadituista ohjelmista.
ULIn dokumentointi sisältää kuvauksen liitäntälaitteen sähköisistä liitännöistä, sekä esimerkkejä itse tehdyistä antureista. ULIlle on erikseen saatavissa ohjelmoijan opas, jossa on kuvattu ULIn ohjelmointirajapinta, ja annettu esimerkkejä ULIn ohjaamisesta tietoliikenneohjelman välityksellä. Opas on ULIn vanhalle mallille, ja sisältää monia virheitä. Opas on silti kokeneelle ohjelmoijalle käyttökelpoinen.
Empirica perustuu Helsingin yliopiston fysiikan ja kasvatustieteen laitoksilla tehtyyn fysiikan opetuksen tutkimukseen. Keskeisiä hennkilöitä kehitystyössä ovat olleet leht. Jari Lavonen, prof. Kaarle Kurki-Suonio ja apul. prof. Veijo Meisalo. Järjestelmän kehittäminen alkoi v. 1986. Kantavana ajatuksena on fysiikan opetuksen hahmottava lähestymistapa. Siinä suureiden hierarkkista verkkoa rakennetaan kokeellisesti. Uusi suure syntyy invarianssina suureen määrittelevässä kokeessa, jossa löydetään kahden suureen välille lineaarinen riippuvuus sopivassa koordinaatistossa. Uusi suure on mittauspisteisiin sopvitetun suoran fysikaalinen kulmakerroin. Esim. nopeus määritellään näin tasaisen liikeen kuvaajasta (t,x)-koordinaatistossa. Myös muita suureiden välisiä siippuvuuksia, eli lakeja, löydetään ja todennetaan samalla menetelmällä, pyrkien löytämään sopivalla koordinaatistomuunnoksella lineaarinen riippuvuus. Suuretta määrittelevässä kokeessa oleellista on se, että alkutilannetta varioiden tehdään useita mittauksia, ja havaitaan että kussakin mittauksessa suureiden välinen riippuvuus on lineaarinen, mutta suoran kulmakerroin muuttuu mittauksesta toiseen tavalla, joka riippuu alkutilanteesta [4, 13].
Empiricassa on ollut järjestelmän alkutaipaleelta asti mahdollisuus mitata yhtä suuretta ja syöttää toisen suureen arvoja käsin; tämä on välttämätöntä riippuvuuksien tutkimisessa silloin kun molempia suureita ei voida mitata tietokoneella. Samoin Empiricassa on ollut lukiofysiikan tarvitsemat koordinaatistomuunnokset vakiona. Nykyisin näitä ominaisuuksia on tullut muihinkin järjestelmiin. Mutta edelleen Empirica on ylivoimainen siinä, että se pystyy pitämään muistissa ja esittämään yhtä aikaa viiden mittauksen datan.
Nemo perustuu Amsterdamin yliopiston Physics Education -laitoksessa v. 1982 alkaen tehtyyn tutkimukseen uuden informaatioteknologian hyödyntämisestä fysiikan opetuksessa.
ULIn kehitystyö alkoi 1986, ja sitä on tehty seuraavissa laitoksissa: Dickinson College, Tufts University (Medford, Massachusetts), ja Technical Education Research Centers (Cambridge, Massachusetts). Keskeiset ajatukset löytyvät Thorntonin, Sokoloffin ja Lawsin usein siteeratuista artikkeleista [14, 15]. Lähtökohdissa korostetaan tietokoneen antaman välittömän graafisen palautteen tärkeyttä, oppilaan itse tekemistä, omalla ruumiilla kokemista, ja yhteistyötä toisten oppilaiden kanssa. Tavoitteena on myös ollut luoda järjestelmä, joka ei ole suunnattu tietylle opetuksen asteelle, vaan sopii kaikille: "from elementary school to university".
ULIn ohjelmisto onkin erittäin helppokäyttöinen
ja joustava. ULI pystyy ainoana järjestelmänä esittämään
reaaliajassa mitä tahansa mittaustuloksista pisteittäin
johdettua dataa (esim. sähkötehoa, tai liike-energiaa).
Siirtofunktio kuvaa sitä, miten anturi muuttaa suureen arvon sähköisen signaalin arvoksi. Kalibrointifunktio kuvaa mittauslaitteiston ja ohjelmiston suorittamaa muunnosta sähköisen signaalin arvosta takaisin suureen arvoksi. Koska eri antureilla on eri siirtofunktiot, kalibrointifunktio täytyy vaihtaa ainakin aina anturia vaihdettaessa. Kalibrointifunktion asettamista mittausjärjestelmään sanotaan tässä lyhyesti kalibroinniksi.
Ihannetapauksessa kalibrointifunktio on siirtofunktion käänteisfunktio. Jos siirtofunktio on suora, kalibrointifunktioksikin riittää suora. Useilla analogisilla antureilla siirtofunktio on käyräviivainen, eikä sen analyyttista muotoa tiedetä. Tällöin kalibrointifunktioksi otetaan jokin tunnettu funktio, joka approksimoi siirtofunktion käänteisfunktiota tarpeeksi hyvällä tarkkuudella. Korkeamman kertaluvun polynomifunktiot ovat usein käytettyjä kalibrointifunktioita. Niihin liittyy kuitenkin ongelmia; ne voivat tehdä yllättäviä mutkia kalibrointipisteiden välissä, ja ekstrapolointi kalibrointirajojen ulkopuolelle johtaa nopeaan tarkkuuden huononemiseen. Mm. splini- ja bezer-käyrät ovat kehittyneempiä kalibrointifunktioita.
Koska opetukseen tarkoitetuissa mittausjärjestemissä käytetään hyvin monenlaisia antureita, kalibroinnin täytyy olla helppoa. Kalibrointeja on eri tyyppisiä:
Kaikissa järjestelmissä on mukana valmiit kalibrointitiedostot järjestelmän omille antureille. Nämä ovat kokemuksen mukaan sangen tarkkoja (aikaisemmin tässä suhteessa oli pahoja puutteita). Käyttäjän ei välttämättä tarvitse kalibroida antureita itse, ellei halua päästä parhaaseen mahdolliseen mittaustarkkuuteen. Kaikissa järjestelmissä on mahdollisuus tehdä tyypin 1 kalibrointeja sekä järjestelmän omille että vieraille antureille.
Empirica tuntee polynomi-, eksponentti-, logaritmi- ja potenssityyppiset kalibrointifunktiot. Empirica valitsee käytettävän kalibroinnin automaattisesti anturin ja mittausalueen mukaan. Tämä pätee myös käyttäjän itse Empirican antureille tekemille kalibroinneille. Nollaus on mahdollista kaikissa analogiamittauksissa.
Nemon tyypin1 kalibrointi selviytyy hyvinkin hankalista anturien siirtofunktioista, koska käytössä on bezier- ja splinifunktiot. Kun itse laadittua kalibrointia käytetään, se on ladattava levyltä. Nemon omat anturit eivät tarvitse levyltä ladattavia kalibrointeja, vaan kalibrointifunktio on aina lineaarinen ja se asetetaan käsin ohjelmaan ao. anturia käytettäessä. Asettelun tekee hankalaksi se, että siihen vaikuttaa monta asiaa: analogiakanavien jänniasetukset, Nemomittarille asetettu alue, sekä se mihin kanavaan Nemomittari kytketään ja mitä Nemomittarin jännitelähtöä käytetään. Käyttäjän on itse tiedettävä ja osattava nämä. Nemon mukana tulee valmiita mittausasetteluja n. 70 kokeelle, ja nämä sisältävät myös valmiit kalibroinnit. Mittausasetteluja voi tehdä myös itse. Nollaus tms. kalibroinnin pikasäätö ei ole mahdollista, vaan kalibrointia on aseteltava kertoimia muuttamalla.
ULI tuntee vain lineaariset kalibrointifunktiot, mikä on melkoinen puute. Mm. järjestelmän oman voima-anturin tarkkuus kärsii tästä selvästi. Pääsääntöisesti anturien kalibroinnit on ladattava levyltä, samoin jos anturissa on useita herkkyysalueita, alueen vaihto edellyttää vastaavan kalibroinnin lataamista. ULIssakin voidaan laatia mittausasetteluja, joihin sisältyy tietty kalibrointi. Nollaus on mahdollista mitattaessa Motion-ohjelmalla voimaa ja Electricity-ohjelmalla virtaa tai jännitettä. ULIn laitteistossa on alusta alkaen ollut tarvittava elektroniikka anturien ja jopa mittausalueiden automaattiseen tunnistamiseen. Kuitenkaan tätä ominaisuutta ei käytetä muuhun kuin Electricity-ohjelma tunnistamaan onko kanavaan kytketty virta- vain jänniteanturi.
Etenevän liikeen tutkimiseen opetuskäyttöön tarkoitetut järjestelmät tarjoavat valoportteja ja ultraääniantureita.
Valoportteja käytettäessä liikkuvaan kappaleeseen kiinnitetty peittoliuska katkaisee portin valonsäteen. Tietokone rekisteröi ajan, jonka portti on suljettuna, tai liuskan kulkuajan valoportista toiseen. Koska tietokone voi rekisteröidä muistiinsa paljon aikoja, yksittäisten lappujen sijasta käytetään usein "tikapuukappaleita" eli "säleaitoja," joissa on samassa kappaleessa peräkkäin kymmenkunta valonsäteen katkaisevaa lappua. Kun "säleaita" kulkee valoportin läpi, saadaan tarpeeksi dataa mielekkäiden s(t)- ja v(t)-kuvaajien piirtämiseen. Oleellinen puute kaikissa valoporttimittauksissa on, ettei portti havaitse liikeen suuntaa.
Ultraääniantureita on kahta tyyppiä. Heijastustyyppinen anturi lähettää ultraäänipulssin, joka heijastuu esineestä, ja heijastunut pulssi havaitaan samalla anturilla. Ohjelma laskee esineen etäisyyden pulssin edestakaisesta kulkuajasta. Lähetin-vastaanotin -tyyppinen anturi on kaksiosainen. Paristolla toimiva lähetin kiinnitetään esineeseen. Infrapunapulssi liipaisee lähettimestä ultraäänipulssin, jonka kulkuajasta vastaanottimeen etäisyys lasketaan. Heijastustyyppinen anturi on yleisesti helppokäyttöisempi, koska ei tarvise huolehtia lähettimen kiinnittämisestä liikkuvaan kappaleeseen, eikä lähettimen pariston kunnosta.
Kaikki ultraäänianturit ovat herkkiä häiriöille, joita aiheuttavat mm. ilmatyynyradan puhaltimen ja radasta purkautuvan ilman äänet. Häiriöt näkyvät nopeana satunnaisvaihteluna anturin mittamissa etäisyyksissä. Ohjelmistot laskevat nopeuden ja kiihtyvyyden paikkadatasta derivoimalla, jolloin häiriöt korostuvat. Lievät häiriöt voi poistaa anturin näytteenottotaajuutta säätämällä ja/tai suodattamalla datasta pois suuritaajuiset komponentit.
Valoportit ja ultraäänianturi täydentävät mittausmenetelminä toisiaan, joten on hyvin suositeltavaa hankkia ne molemmat.
Empirican valoportit ovat kiinteästi rinnan kytketty pari. Ohjelma tarjoaa monipuoliset mahdollisuudet peittoliuskan tai tikapuukappaleen avulla tapahtuviin yhden kappaleen liikeen tutkimuksiin. Liitäntälaite ei erota valoportteja toisistaan, mikä tekee kahden kappaleen liikeen yhtäaikaisesta rekisteröinnistä hankalaa. Törmäyskokeissa täytyy pitää huoli siitä, että molemmat valoportit eivät ole yhtä aikaa suljettuja. Ohjelmistossa on virhetoiminto, joka estää törmäysten tutkimisen ohjeissa esitetyllä tavalla [3, osa Mekaniikka, s. 26].
Empirican ultraäänianturi on heijastustyyppinen. Näytteenottotaajuutta ja suodatusta voi säätää. Paikan nollakohdan asetus on hyvin kätevä.
Nemon valoportit ovat monikäyttöiset mutta perehtymistä vaativat, koska ne voidaan kytkeä sekä analogia- että digitaalituloihin. Yhden kappaleen liikkeen tutkimiseen peittoliuskaa tai tikapuukappaletta käyttäen on hyvät ohjeet, mutta törmäysten tutkiminen on neuvottu kovin kömpelösti. Se voidaan tehdä kätevämmin joko käyttäen kaksiosaisia peittoliuskoja tai kytkemällä kaksi valoporttia sarjaan Empirican tapaan.
Nemoon on saatavissa sekä heijastus- että lähetin-vastaanotin -tyyppiset ultraäänianturit. Näytteenottotaajuutta voi muuttaa. Antureita voi olla käytössä kaksi yhtä aikaa, joka mahdollistaa esim. törmäyskokeiden suorittamisen siten että kumpaakin kappaletta varten on oma anturi.
ULIin voidaan kytkeä kaksi erillistä valoporttia. Lisäksi ULIlle on saatavana siimapyörän ja valoportin yhdistelmä (Smart Pulley). Se on sangen kätevä kokeisiin joissa vaunua kiihdytetään langassa riippuvalla punnuksella. Mutta valoportteja täysipainoisesti käyttävä ohjelma ULI Timer -ohjelma on toistaiseksi saatavana vain Macintosh-tietokoneelle. PC:lle on saatavissa ilmaiseksi valoportteja lukeva yksinkertainen Visual Basic -ohjelma lähdekoodeineen, osoitteesta http://www.vernier.com/tech/updates.html . Nopeuksien laskenta sillä mitatusta datasta on tarkoitettu tehtäväksi esim. taulukkolaskimella.
ULIn ultraäänianturi on heijastustyyppinen. Näytteenottotaajuutta voi muuttaa ja suodatusta voi säätää laajoissa rajoissa.
Voima-anturissa on joustava kappale, jonka muotoa mitattava voima muuttaa. Liike muutetaan analogiseksi jännitteeksi, joka mitataan. Perinteiseen jousivaakaan verrattuna muodonmuutokset voima-anturien rakenteissa ovat hyvin pieniä, jopa silmälle näkymättömiä. Useimmiten anturin oma liike voidaankin unohtaa. Anturit mittaavat sekä työntöä että vetoa, mutta yhteinen puute kaikkien järjestelmien voima-antureille on että niissä on kiinnityspisteenä vain koukku tai lenkki. Voima-antureilla voidaan toteuttaa useita sellaisia dynamiikan peruslain ja impulssin tutkimuksia, jotka ovat mahdottomia jousivaaoilla. Perinteinen, mutta kallis tapa toteuttaa voima-anturi on käyttää ns. venymäliuskoja.
Empirican voima-anturi on toteutettu perinteiseen tapaan venymäliuskoilla. Anturi on erittäin lujatekoinen, mutta samalla sangen herkkä ja huolellisesti kalibroituna myös tarkka. Anturia voidaan käyttää yhdessä ultraäänianturin kanssa.
Nemoon on toistaiseksi saatavissa vain venymäliuskarakennussarja, ja sen kanssa käytettävä vahvistin. Nemoon lupaillaan valmista voima-anturia kuluvan vuoden aikana. Hankaluudeksi jää, että Nemon ohjelmisto ei salli analogisia mittauksia (eikä siis myös voiman mittaamista) samanaikaisesti ultraäänianturilla tehtävän mittauksen kanssa.
ULIin on saatavissa erilaisia voima-antureita. Student Force Probe
on metallirunkoinen, kahvan muotoinen, ja siinä on valmis
reikä statiiville. Tämä anturi on sangen epäherkkä.
Hall Effect Force Probe on puolestaan hyvin herkkä, herkkyys
on myös säädettävissä. Tämä
muovirunkoinen anturi kestää n. ±20 N voiman.
Toimintaperiaatteesta aiheutuu epälineaarisuuksia, joita
ULIn yksinkertaisella kalibroinnilla ei voi kompensoida. Siksi
tämä anturi onkin sangen epätarkka mittausalueensa
ääripäissä.
Yksinkertaisimmillaan pyörimisliikettä voidaan rekisteröidä valoporteilla, kiinnittämällä peittoliuska pyörivään kappaleeseen. Valonsädettä katkovaksi muotoillusta kiekosta saadaan enemmän dataa kierrosta kohti. Valoportti ei pyörimisessäkään rekisteröi liikkeen suuntaa. Erityinen pyörimisliikeanturi (inkrementtianturi) tuottaa kaksi digitaalista pulssijonoa. Pulssien lukumäärä ja jonojen vaihesiirto kertovat kiertymiskulman etumerkkeineen.
Empiricassa on valmiit mittausasetukset pyörimisliikeen tutkimiseksi valoporttien avulla. Kiertokulma, kulmanopeus ja -kiihtyvyys saadaan heti mittausken päätyttyä.
Nemo pystyy mittaamaan pyörimisliikettä valoportilla, asetuksien tekemiseen on ohjeet. Kulmanopeus ja kulmakiihtyvyys saadaan Derivoimalla ohjelmiston Prosessointi-osassa.
ULI on ainoa järjestelmä, johon kuuluu erityinen pyörimisliikeanturi. Anturin kanssa käytetään Rotational Motion -ohjelmaa. Kulmanopeus ja -kiihtyvyys saadaan reaaliajassa.
Lämpöopin mittauksissa tutkitaan systeemin tilamuuttujia: lämpötilaa, painetta ja tilavuutta. Lämpötila-anturit eroavat toisistaan mittausalueen, vasteajan sekä mekaanisen, kemiallisen ja lämpötilan keston suhteen. On tärkeää valita tarkoitukseen sopiva anturi, ja tästä syystä niitä on saatavana kaikiin järjestelmiin useita erilaisia.
Kaikkiaan järjestelmät ovat lämpöopin mittausten suhteen hyvin samanlaisia. Kaikkiin kuuluu antureita lämpötilan ja paineen mittaamiseen, ja anturit kattavat hyvin lukiofysiikan tarpeet. Kaikki myös pystyvät mittaamaan yhtä aikaa näitä kahta analogista suuretta. Mihinkään järjestelmään ei kuulu tilavuuden rekisteröivää laitetta, vaan tilavuudet on syötettävä ohjelmaan käsin. Pascolla on valikoimissaan heidän mittausjärjestelmiinsä tarkoitettu adiabaattisen ja isotermisen tilanmuutoksen tutkimuslaite (TD-8565), jossa on anturit sekä tilavuudelle, lämpötilalle että paineelle. Tämä laite voitaisiin kytkeä Nemoon sellaisenaan. Empiricaan laitteen voi kytkeä sitten kun 8-kanavaisen AD-muunnin tulee markkinoille, ULIin sitten kun ohjelmisto alkaa tukea kaikkia neljää jännitetuloa.
Mikrofoni tuottaa äänen paineeseen verrannollisen jännitteen. Tämä jännite on millivolttitasoa, joten mikrofonin ja liitäntäyksikön väliin tarvitaan vahvistin. Järjestelmän näytteenottotaajuuden on oltava tarpeeksi suuri, jotta äänisignaaleja voitaisiin rekisteröidä. Jos mittausohjelman tulostenkäsittelyominaisuuksiin sisältyy taajuusanalyysi, eli Fourier-muunnos ja tehospektrin laskenta, avautuu mielenkiintoisia mahdollisuuksia monimutkaisten aaltomuotojen (kuten ihmisten ja soittimien äänien) tutkimiseen.
Äänen intensiteettianturi tuottaa äänen voimakkuuteen verrannolliseen jännitesignaalin. Desibelimittari on itsenäiseksi kokonaisuudeksi rakennettu intensiteettianturi, jossa on oma näyttö ja jännitelähtö.
Empirica: nykyisellään järjestelmän alhainen näytteenottotaajuus ei mahdollista äänen aaltomuodon rekisteröintiä. Tilanne muuttuu nopean AD-muuntimen tullessa markkinoille. Ohjelmiston tuleva versio 4 sisältää taajuusanalyysin. Järjestelmään ei kuulu äänen intensiteettianturia, mutta jänniteulostulolla varustettu dB-mittari voidaan liittää ja kalibroida.
Nemoon kuuluu kaksi äänianturia. Toinen on pelkkä mikrofoni, toinen (Ääninemo) sisältää myös dB-anturin. Suuri näytteenottotaajuus eityisesti UIB-kortilla mahdollistaa koko kuuloalueen kattavien äänien rekisteröimisen. Taajuusanalyysia ei ole.
ULIin kuuluu mikrofoni, ja näyteenottotaajuus on riittävä esim. ihmisäänen tutkimiseen. Ohjelmistossa on ainoana jo nyt mukana taajuusanalyysi.
Tasavirtapiirien tutkimiksessa tarvitaan luonnollisesti tasajännitteen ja tasavirran mittausta. Jänniteanturi on vahvistin, jolla mitattava jännitealue muutetaan sopivaksi liitäntälaitteelle. Virta-anturissa mitattava virta kulkee pieniresitanssisen vastuksen läpi. Vastuksen napojen välinen jännite vahvistetaan ja mitataan.
Kaikkien virtapiirien tutkimisessa on tärkeää huomioidan anturin tuloliitäntöjen tyyppi. Ns. epäsymmetrisen liitännän toinen napa on yhteydessä signaalimaajohtimeen, ja sitä kautta yleensä myös laitteen runkoon, kun taas ns. differentiaalisen liitännän kummatkin navat on eristetty signaalimaasta. Kun kaksi epäsymmetrisillä liitännöillä varustettua anturia liitetän samaan virtapiiriin, niin maanapojen kautta syntyy johtava yhteys. Tämä voi oikosulkea osia virtapiiristä.
Empirican virta- ja jänniteanturit ovat differentiaalisia, ja mittausalueet ovat laajat.
Nemon Jännitenemo ja Virtanemo -anturit ovat differentiaalisia, mutta Kytkentänemon jännitetulot ovat epäsymmetrisiä. Jännitenemo ja Virtanemo vaimentavat voimakkaasti nopeita jännitteen vaihteluja. Esim. Virtanemon lähtönavoista mitattuna jo 4 Hz siniaalto vaimenee amplitudiltaan alle puoleen tasajännitteen tasosta. Jos esim. Ohmin lain kokeessa mitataan virtaa Virtanemolla ja jännitettä Kytkentäyksiköllä, ja muutetaan jännitettä käsin mittauksen kestäessä, niin (I,U)-kuvaajaan tulee helposti mittaustulojen erilaisista vasteajoista aiheutuvaa mutkittelua, kun mitattu virta ei muutu yhtä nopeasti kuin jännite. Nemon jännite- ja virtamittausalueet ovat laajat. Virta-alue on jaettu hieman tarpeettoman tuntuisesti kahdelle anturille. HERKKÄ JÄNNITEVAHVISTIN?
ULIn Current and Voltage Probe on differentiaalinen, mutta suora jännitekytkentä ULIin on epäsymmetrinen. Suppea mittausalue rajoittaa suoritettavia kokeita.
Kondensaattoriin ja sähkömagneettiseen induktioon liittyviä ilmiöita tutkitaan jännite- ja virtamittauksin, mutta vaatimukset ovat kovemmat tasasähkömittauksissa.
Liipaisu. Kyse on usein hyvin nopeista, kertaluonteisista ilmiöistä, joiden "pyydystäminen" käsin käynnistetyllä mittauksella on hankalaa. Järjestelmän täytyisi pystyä aloittamaan mittaus itse tietyn liipaisuehdon täyttyessä, esim. jännitteen noustessa yli tietyn arvon. Tarpeellinen ominaisuus on myös ns. esiliipaisu; jossa järjstelmä rekisteröi dataa myös ennen liipaisuhetkeä. Esiliipaisun avulla esim. kondensaattorin purkauksen (t, I) -kuvaaja saadaan kokonaan näkyviin. Kaikissa järjestelmissä on toteutettu liipaisu halutulta kanavalta, ja liipaisutaso, reuna ja esiliipaisuaika ovat aseteltavissa. Silti toimintojen toteutuksen taso vaihtelee.
Kondensaattorin tärkeimmät mittaukset vaativat jänniteen ja virran mittausta latauksessa ja purkauksessa. Jos aikavakio on lyhyt, esiliipaiseva mittaus on tarpeen. Lataus- ja purkausjännitettä voidaan tutkia samassa mittauksessa vain, jos pystytään mittaamaan myös negatiivista jännitettä.
Empirican liipaisu ei toimi niin kuin käyttöohjessa ja oheismateriaalissa selitetään. Liipaisu näyttää toimivan vain ns. puskurimittauksissa, eli kun näytteenottotaajuus on valittu tarpeeksi korkeaksi. Esiliipaisua ei saatu lyhyen kokeilun puitteissa toimimaan lainkaan. Negatiivisen jänniteen ja virran mittaus onnistuvat.
Nemon liipaisumittaukset on toteutettu parhaiten. Näytteenottotaajuus ei aseta rajoituksia, Liipaisutason ja esiliipaisun asetukset ovat helppoja, ja liipaisu toimii luotettavasti. Jännite- ja virtanemoa ei käytännössä voi käyttää nopeasti muuttuvien virtojen mittaamiseen. Negatiivista jännitettä voi mitata vain UIB-kortilla ja Kytkentäyksiköllä, negatiivista virtaa ei suoraan mitenkään. Mutkan kautta se onnistuu lisäämällä virtapiiriin vastus, mittaamalla jännitettä sen napojen välillä ja kalibroimalla ohjelma näyttämään virtaa.
ULIn liipaisu toimii muuten hyvin kaikilla näytteenottotaajuuksilla, mutta esiliipaisu on käytössä vain yli 4000 1/s taajuuksilla. Lisäksi esiliipaisudata saadaan vain yhdelle kanavalle. Negatiivisen jänniteen ja virran mittaus onnistuvat.
Vaihtovirtapiirien (RC-, RL-, RCL-piirit) tutkimisessa on oleellista saada näkyviin virtapiirin eri komponenttien napojen väliset jännitteet amplitudeinen ja vaiheineen. Hyödyllinen ominaisuus on jatkuva mittaus oskilloskoopin tapaan, jolloin voidaan reaaliajassa havainnoida syöttöjännitteen taajuuden vaikutusta.
Empirican näytteenottotaajuus rajoittaa tutkittavan vaihtovirran taajuusaluetta. Jänniteanturit ovat differentiaalisia, joten ne voidaan sijoittaa vapaasti virtapiiriin. Jatkuva mittaus ei ole mahdollista.
Nemon näytteenottotaajuus sallii suuritaajuisenkin vaihtosähkön tutkimisen. Jännite- ja Virtanemojen vaimennus estää niiden käytön näissä kokeissa, joten mittaukset on tehtävä Kytkentäyksikköllä. Se jännitetulot ovat epäsymmetrisiä, joten komponenttien napojen välisiä jännitteitä ei voi mitata erikseen. Esim. RC-piirissä on tyydyttävä rekisteröimään toisaalta vastuksen, toisaalta koko kytkennän jännitettä. Jatkuva mittaus ei ole mahdollista. Nemo pystyy ainoana mittaamaan vaihtosähkön tehollisarvoja.
ULIn näytteenottotaajuus on riittävä näihin
kokeisiin. Voltage and Current Proben tulot ovat differentiaalisia,
joten ne voidaan sijoittaa vapaasti virtapiiriin. Jatkuva mittaus
on mahdollista.
Mikrotietokoneiden maailmassa on kauan sitten ymmärretty erimerkkisten järjestelmien yhteensopivuuden ja avoimen rakenteen tärkeys. Yritykset luoda muiden kanssa yhteensopimaton järjestelmä, joka takaisi valmistajalleen monopolin kaikkien komponenttiensa tuotantoon, ovat johtaneet taloudelliseen katastrofiin. Sama kehitys on vallalla teollisuuskäyttöön tarkoitetuissa mittausjärjestelmissä. Siellä on aivan tavallista, että anturi, signaalinmuokkauselektroniikka, liitäntälaite ja mittausohjelma ovat kaikki eri valmistajilta, ja ne toimivat silti yhdessä ilman erityistoimenpiteitä. Mutta opetukseen tarkoitetuihin järjestelmiin tämä filosofia ei ole vielä kunnolla ehtinyt.
Empirica ei ole laitteistoltaan eikä ohjelmistoltaan yhteensopiva minkään muun järjestelmän kanssa. Se on myös suljettu, eri käyttäjälle tarkoitettua dokumentointia joka tarvittaisiin jonkun järjestelmän osan korvaamiseen toisella ei ole.
Nemo on yhteensopiva periaatteessa kaikkien Nemomittareiden kaltaisten anturien kanssa, jotka muuttavat suureen arvon tietylle (0-1 V tai 0-5 V) jännitealueelle. Näitä on muillakin valmistajalla, ja UI-kortteja myydäänkin muualla maailmassa toisilla järjestelmänimillä. Nemo on myös niin avoin, että olisi hyvin mahdollista kirjoittaa oma UI-korttia käyttävä mittausohjelma, tai laiteohjain UI-kortille johonkin teollisuuden mittausohjelmistoon. Nemon dokumenttien perusteella olisi mahdollista vaikka kloonata UIA- ja UIB-kortit!
ULI käyttää osittain samoja antureita kuin Pascon
tietokonemittausvälineet, Texas Instrumentsin Calculator-Based
Laboratory (CBL) -järjestelmä, ja TERCin Red Box -järjestelmä.
ULI on avoin liitäntöjen ja ohjelmointirajapinnan suhteen,
itse liitäntälaitteen rakennetta ei ole dokumentoitu.
On mahdollista laatia omia ULIa käyttäviä ohjelmia,
tai ohjata ULIa yleiskäyttöisellä teollisuuden
mittausohjelmalla, kuten LabVIEW tai VEE.
Järjestelmän hankintaa suunnitteleva toivoisi varmaan yksikäsitteistä ohjetta tyyliin osta tämä, älä osta tuota. Valitettavasti tällaista ei voi antaa. On eräitä ehtoja, jotka toteutuessaan rajoittavat valinnavaran vain yhteen järjestelmään. Jos ohjelmiston täytyy olla Windows-pohjainen, tai jos kotimaisuusasteelle asetetaan suuri paino, niin valinta on Empirica. Jos mittauskone on 286-pohjainen tai hitaampi, on valittava Nemo; jos mittauskone on Macintosh, ULI on ainoa vaihtoehto. Jos mikään näistä reunaehdoista ei täyty, kenttä on avoin.
Viimeiseen asti kieltäydyn asettamasta järjestelmiä
paremmuusjärjestykseen. Seuraavaan olen valinnut jokaisesta
mielestäni viisi parasta ja viisi huonointa ominaisuutta.
| Empirica | Nemo | ULI |
| Suunniteltu hahmottavan lähestymistavan pohjalta
Windows-ohjelma Viiden mittauksen data ja kuvaajat yhtä aikaa muistissa Vaihtaa kalibrointia automaattisesti anturin mukaan Suomenkielinen oheismateriaali, myös WWW:ssä | Liitäntälaitteista paras tekninen suorituskyky
Paras laitteiston rakenteen ja ohjelmointirajapinnan dokumentointi Joka tilanteessa nopea kuvaajien piirto Voi käyttää kahta ultraäänianturia yhtä aikaa Neljä analogiakanavaa | Edullinen, silti korkealaatuinen ja kestävä
Helppokäyttöinen, joustava ohjelma Datan tasa-arvo toteutuu parhaiten Kaksi aitoa ajastinliitäntää valoporteille |
| Virhetoiminnot liian yleisiä
Pieni näytteenottotaajuus Ei erota valoportteja toisistaan Ohjelmistorajapintaa ja liitäntöjä ei ole dokumentoitu Mittaus estää ohjelmien moniajon Lisävarusteita on lupailtu vuosia ennen markkinoinnin alkamista (esim. nopea AD-muunnin) | Vain yhden mittauksen data kerrallaan muistissa
Ei voima-anturia Vaikeakäyttöisin ohjelma Pakko asettaa aina analogiamittausten kalibrointi käsin Jännite- ja virtanemot ovat hitaita, eivät mittaa negatiivisia arvoja | Vain kahden mittauksen data kerrallaan muistissa
Kalibrointifunktio aina suora Voima-anturin jatkuva nollaustarve Jännite- ja virta-anturissa vain yksi mittausalue PC:lle ei ole kunnollista ohjelmaa valoporttimittauksiin |
[1] Hämäläinen, A. Opetuskäyttöön tarkoitetulle tietokoneavusteiselle mittausjärjestelmälle asetettavat vaatimukset hahmottavan lähestymistavan kannalta. Lisensiaatintutkimus. Helsingin yliopisto, fysiikan laitos 1994.
[2] Lavonen, J. et al. Empirica-mittausjärjestelmä versio 3 käyttöohje. SensoComp OY, Tuusula. 1994.
[3] Lavonen, J., Meisalo, V. LUONTI-projektin materiaali. Opettajankoulutuslaitos, LUONTI-projekti, PL 38 (Ratakatu 6 A), 00014 Helsingin yliopisto.
[4] Kurki-Suonio, K & R. Fysiikan merkitykset ja rakenteet. Limes ry. 1994.
[5] Printel OY, PL 29, 01511 Vantaa. Puh. (09) 82 941
[6] Is-Vet Oy. Tuotantokuja 2, 74120 Iisalmi. Puh. 017-83231.
[7] Vernier Software Universal Lab Interface. http://www.vernier.com/mbl/uli.html .
[8] Lavonen, J., Kurki-Suonio, K., Hakulinen H. Galilei 1-8. WSOY 1994, 1995, 1996.
[9] Thornton, K., Sokoloff, R. Motion and Force. Vernier Software, 1992.
[10] Thornton, K., Sokoloff, R. Heat and Temperature. Vernier Software, 1993.
[11] Laws, P. Calculus-based physics without lectures. Physics Today, December 1991. 24-31.
[12] Vernier Software: Curricular materials. http://www.vernier.com/cmat/cmat.html .
[13] Lavonen, J. Fysiikan opetuksen kokeellisuus ja mittausautomaatio. Väitöskirja. HU-P-D64. Helsinki 1996.
[14] Thornton, R., Sokoloff, D. Learning motion concepts using real-time microcomputer-based laboratory tools. Am. J. Phys. 58 (9), September 1990. 858-867.
[15] Laws, P. Calculus-based physics without
lectures. Physics Today, December 1991. 24-31.