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