1

Technologie Informacyjne

Laboratorium

Ćwiczenie nr 4

Obróbka danych pomiarowych

w programie OriginLab 8

I. Zagadnienia:

1. Importowanie oraz eksportowanie danych 2. Tworzenie wykresów oraz ich

formatowanie 3. Dopasowanie funkcjami 4. Wykorzystywanie operacji

matematycznych

II. Program ćwiczenia:

1. Przygotowanie prawidłowo

sformatowanego sprawozdania z

przykładowych zajęć laboratoryjnych.

W czasie wykonywania ćwiczeń przestrzegaj przepisów BHP!

Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki

2

Spis treści

1. Wstęp ....................................................................................................................3

1.1. Cel ćwiczenia ......................................................................................................3

1.2. Wiadomości wstępne ..........................................................................................3

1.2.1. Panel główny .............................................................................................3

1.3. Wiadomości praktyczne ................................................................................4

1.3.1. Import danych ...........................................................................................4

1.3.2. Operacje na danych ...................................................................................5

1.3.3. Tworzenie wykresów oraz charakterystyk ................................................5

1.3.4. Dopasowania charakterystyk oraz operacje matematyczne ......................7

1.4. Uwagi ogólne.................................................................................................9

2. Zadanie do wykonania ..........................................................................................9

3

1. Wstęp

1.1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z oprogramowaniem OriginLab 8. Jest to pakiet umożliwiający pracę na bardzo dużych danych, przetwarzanie, analizę oraz wizualizację

danych pomiarowych i eksperymentalnych. Istnieje możliwość pobrania 7-dniowej wersji testowej ze strony producenta http://www.originlab.com/.

Aby przystąpić do jego realizacji, student powinien zapoznać się z informacjami podanymi na wykładzie oraz w poniższej instrukcji. Istnieje możliwość przygotowania

części zadań z pkt 2. przed zajęciami, jednak dla zaliczenia ćwiczenia wymagane jest rozumienie wszystkich zastosowanych rozwiązań i umiejętność ich modyfikacji na życzenie

prowadzącego zajęcia.

1.2. Wiadomości wstępne

1.2.1. Panel główny

1. Panel główny (rys. 1 oznaczony nr. 1) – w części głównej będą wyświet lane

wszystkie skoroszyty (workbook), wykresy (Graph), układy stron, notatki itd.

2. Eksplorator projektu (rys. 1 oznaczony nr. 2) – rozbudowując projekty możliwe

jest tworzenie folderów i podfolderów w celu lepszego zarządzania projektami.

W górnej części okna znajduje się drzewo folderów, natomiast w dolnej części

wyświetlana jest zawartość folderu.

3. Paski narzędzi (rys. 1 oznaczony nr. 3) – w paskach narzędzi znajdują się opcje

importu danych, analizy danych, zapisu danych, zarządzania danymi oraz

wykresami itd.

Rys. 1. Wygląd panelu głównego programu OriginLab 8

4

1.3. Wiadomości praktyczne

1.3.1. Import danych

W celu importu danych z pliku tekstowego .txt należy wybrać z paska narzędzi

File → Import, następnie określić czy pobierane dane są serią pomiarową

Multiple ASCII (różne pliki o tej samej budowie wewnętrznej), czy pojedynczym plikiem

Single ASCII. Istnieje możliwość zaimportowania plików o innych rozszerzeniach,

takich jak np. CSV, dat, XLS.

Pod wcześniej wspomnianą ścieżką dostępu występuje również kreator importu

(Import Wizard), który jest wykorzystywany do skonfigurowania parametrów, takich jak:

import danych do nowego skoroszytu, kolumny; zdefiniowanie nazwy importowanych

danych oraz nagłówka; określenia separatora kolumny (kropka, przecinek, spacja itd.).

Importowanie danych rozpoczynamy od wybrania ścieżki (1), następnie określamy typ

pliku (.txt), zaznaczamy interesujące nas pliki, po czym naciskamy Add File(s),

potwierdzamy wybór OK. Zaimportowane dane będziemy umieszczać w nowych

skoroszytach. W tym celu wybieramy Start New Books (2) w zakładce Import Mode.

Następnie przechodzimy do okna Header Lines, w którym podczas importowania danych

definiujemy w którym wierszu znajduje się nazwa kolumny (3), jednostki (4) oraz

ewentualnie komentarz (5). Kolejnym krokiem, który należy wykonać jest przejście do okna

Data Columns, w którym definiujemy separator danych. W naszym przypadku jest nim

tabulator (6). Warto w tym miejscu zaznaczyć różne opcje, takie jak kropka lub przecinek,

aby przeanalizować zachodzące zmiany w danych wejściowych. Nie będziemy analizować

wszystkich danych wejściowych (7), więc wybieramy 6 kolumn. Ponieważ dane są

zapisywane z różnym separatorem dziesiętnym (kropką lub przecinek) należy wybrać

odpowiednią opcję w oknie Numeric Separator (8). Importowanie danych kończymy przez

naciśnięcie przyciska Finish.

Rys 2. Kolejne etapy importowania plików z wykorzystaniem opcji Import Wizard

5

1.3.2. Operacje na danych

Porządkowanie danych w bardzo dużych projektach jest istotne,

dlatego utworzymy nowy folder w których będziemy gromadzili nowo zaimportowane dane.

W exploratorze klikamy PPM na główny folder (UNTITLED), następnie New Folder.

Po tym klikamy PPM na nowo utworzony folder i wybieramy New Window → Worksheet.

W nowoutworzonym skoroszycie klikając na kolumnę PPM rozwija nam się lista opcji do

wykorzystania. Pomijając podstawowe, którymi są kopiowanie i wycinanie, dostępne są:

sortowanie wartości, przesunięcie kolumny oraz wykreślenie charakterystyki.

Bardzo przydanym narzędziem do wykonywania operacji matematycznych na

kolumnach lub wierszach, jest opcja Set Columne Value. W konsoli istnieje możliwość

wybrania, za pomocą wstążki interesującej nas kolumny, wiersza, operacji matematycznej

lub funkcji. Litera I odpowiada kolejnej iteracji, natomiast poniżej wstążki uzupełniamy

zakres iteracji (1). Przy wybraniu opcji Auto w Recalculate dane w kolumnie będą

automatycznie przeliczane.

Rys 3. Okno konsoli Set Columne Value

Origin w porównaniu do Exela, ma możliwość operacji na bardzo dużej ilości

danych, importowaniu jak i eksportowaniu wielu plików.

1.3.3. Tworzenie wykresów oraz charakterystyk

Na podstawie wcześniej uzyskanych informacji, jak manipulować danymi możemy

wygenerować przebieg funkcji eksponencjalnej w zakresie od 1 do 100. Podczas

generowania wykresu należy pamiętać, aby wartości osi X były zawsze „pierwsze”, tzn. były

zawsze maksymalnie przesunięte w lewą stronę skoroszytu. Po zaznaczeniu obu kolumn

należy wybrać z wstążki górnej opcję Plot → Line + Symbol → Line + Symbol.

W przypadku, gdy osie nie zostały opisane przyjmują one nazwę kolumny.

Klikając dwukrotnie LPM zostanie wyświetlone okno z opcjami zarządzania

wyglądem charakterystyki (rys. 4). Krótko przedstawię w podpunktach opcje z których

możemy skorzystać:

1. Scale – zmiana zakresu skali w osi X i Y, zmiana typu osi (liniowa, logarytmiczna

itd.), zmiana wyświetlania danych (automatyczna, manualna itd.),

2. Title & Format – opis osi,

3. Grid Lines – linie pomocnicze na osi X i Y,

4. Break – konfigurowanie przerwania osi,

5. Tick Labels – sposób wyświetlania danych na osi (dziesiętny, naukowy itd.),

6

6. Minor Tick Labels – wyświetlanie wartości osi po przeciwnej stronie

charakterystyki,

7. Custom Tick Labels – konfigurowanie własnych etykiet.

Rys. 4. Opcje zarządzania wyglądem charakterystyki

Dwukrotnie klikając LPM na wykreślone dane pomiarowe, możemy uzyskać dostęp

do sposobu wyświetlania danych (rys. 5.). W zakładce Line konfigurujemy szerokość linii,

styl linii (linia przerywana, ciągła), sposób połączenie pomiędzy danymi, w których

występuje przerwa w danych. W opcjach Symbol definiujemy wielkość symbolu, kolor.

Ostatnia zakładka umożliwia rzutowanie punktów pomiarowych na oś X lub Y oraz

zmniejszenia gęstości wyświetlanych punktów pomiarowych.

Rys. 5. Okno zarządzania sposobem wyświetlania danych

W przyborniku znajdującym się pod wstążka górną, możemy znaleźć możliwość

dodawania pola tekstowego , dodawania strzałek , dodawania legendy , auto

skalowania , analiza np. matematyczna , zaznaczonych danych dodawania indeksu

dolnego lub górnego, a także symboli greckich. W przyborniku można również znaleźć

opcje dodawania nowej kolumny oraz importowania danych . Wszystkie wcześniej

wymienione opcje można znaleźć w wstążce górnej w opcjach Tools, Graph oraz

pozostałych.

Dane wygenerowane z ptk. 1.2.3 zostały przedstawione na rysunku 6, bez edycji

charakterystyki jak i z edycją.

7

Rys. 6. Charakterystyka bez edycji wyglądu a), charakterystyka z wykonaną edycją b)

OriginLab posiada również możliwość tworzenia charakterystyk innego typu, takich

jak np. Columne/Bar, MultiCurve, 3D Scrater. Poniżej zostają przedstawione przykładowe

wykresy wykonane w OriginLab.

Rys. 7. Przykładowe wykresy wykonane w OriginLab

W celu wyeksportowania grafiki wybieramy File → Export Graph, w wyświetlonym

oknie wybieramy lokalizację zapisania pliku, format, rozdzielczość w odpowiednich

zakładkach.

1.3.4. Dopasowania charakterystyk oraz operacje matematyczne

Dopasowania liniowe i nieliniowe często są wykorzystywane do obliczenia różnego

rodzaju parametrów z charakterystyk, np. współczynnik kierunkowy. Oczywiście, można to

policzyć analitycznie, jednak w przypadku bardzo skomplikowanej charakterystyk i

(złożenia wielu funkcji) może to być bardzo czasochłonne.

Aby wykonać dopasowanie należy zaznaczyć dane w skoroszycie lub zaznaczyć na

charakterystyce naszą funkcję. Następnie przechodzimy do wstążki górnej,

Analysis → Fitting następnie wybieramy interesującą nas opcję, np. w przypadku funkcji

8

liniowej Fit Linear, oraz nie liniowej Nonlinear Curve Fit. Po wykonaniu czynnośc i

zostanie wyświetlona tabela z uzyskanymi parametrami na charakterystyce, jak i na

skoroszycie.

Wykorzystując postać iloczynową funkcji kwadratowej oraz opcję

Nonlinear Curve Fit zostało wykonane dopasowanie i obliczenie parametrów funkcji

kwadratowej w postaci ogólnej (rys. 8).

Rys. 8. Dopasowanie nieliniowe funkcji kwadratowej

Operacje matematyczne, jak np. całkowanie i różniczkowanie funkcji są jedną

z najczęściej wykorzystywanych opcji w programie OriginLab. Aby wykonać całkowanie

lub różniczkowanie należy zaznaczyć interesujące nas kolumny, następnie przejść do

wstążki górnej Analysis → Mathematics → Integrate/Differentiale, a następnie wybrać

Open Dialog. Po wykonanej operacji matematycznej zostanie utworzona nowa kolumna

w skoroszycie oraz okno z wynikami operacji matematycznej.

Rys. 9. Przykładowe okno wyniku operacji matematycznej

9

1.4. Uwagi ogólne

Istnieje możliwość pobrania programu OriginLab w wersji testowej ze strony

producenta.

Zalecane jest wcześniejsze przygotowanie na zajęcia.

W projekcie należy zadbać o dbałość oraz porządek dokumentacji.

Każda redagowana charakterystyka powinna reprezentować inny styl

(urozmaicony wygląd).

Program OriginLab nie rozpoznaje polskich znaków, w związku

z czym ich wykorzystanie jest niemożliwe.

2. Zadanie do wykonania

W ramach ćwiczenia należy zaimportować plik TI_Lab4_Origin.txt, następnie

wykreślić funkcję wskazaną przez prowadzącego i zredagować graficznie, podobnie jak na

rysunku 6. Należy pamiętać o przejrzystości charakterystyki, legendzie, jednostkach, itd.

Na charakterystyce powinien znajdować się w przybliżeniu jeden okres funkcji.

Funkcję określoną przez prowadzącego należy scałkować, a następnie wykreślić na dwóch

osobnych osiach X i Y (Multi Curve). Do scałkowanej funkcji należy wykonać

dopasowanie wielomianowe (Nonlinear Curve Fit).

Kolejnym etapem jest wygenerowanie funkcji kwadratowej na osi odciętych

w zakresie od -10 do 10 o dowolnych współczynnikach. W kolejnym etapie ćwiczenia należy

scałkować funkcję (wymagane jest włączenie opcji automatycznego przeliczania ).

Ważnym elementem przy pracy w tego typu danych jest porządek, w związku z czym na

ocenę 5.0 należy zadbać, aby dwa projekty znajdowały się w osobnych folderach.

Wszystkie wygenerowane charakterystyki powinny znaleźć się na ”Layout”, który można

znaleźć w opcjach New Window.

Bez względu na etap wykonywanej pracy należy wyeksportować uzyskaną

charakterystykę do formatu png z umieszczonym na charakterystyce imieniem i nazwiskiem.

Przykładowy „Layout” na ocenę 5.0 został umieszczony w Dodatku na ostatniej

stronie tej instrukcji.

Wykonanie zadania będzie oceniane wg. poniższej listy:

na 3.0 : import danych, wykreślenie charakterystyki wraz z redakcją graficzną.

na 4.0 : j.w + scałkowanie funkcji oraz umieszczenie obu na osobnych wykresach,

na 4.5 : j.w + wykonanie dopasowania wielomianowego do scałkowanej funkcji,

na 5.0 : j.w. + wygenerowanie funkcji kwadratowej oraz scałkowanie.

Prowadzący może poprosić o taką modyfikację dokumentu, aby sprawdzić, czy

wprowadzone automatyczne formatowanie i numeracje są przygotowane i działają

prawidłowo.

10

Dodatek