CN102542887B - 一种光线示波矢量合成图线演示装置 - Google Patents

一种光线示波矢量合成图线演示装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光线示波矢量合成图线演示装置，包括一个由两正交线圈构成的振子、产生两正交磁场的磁铁、一个接收屏及图像采集与处理系统。光线（激光束）经过振子中心的平面镜反射而投射到接收屏，振子在激励电信号的作用下可以实现二维面振动，通过对接收屏上的光斑信息的处理分析，可以得到激励振子振动的电信号的特征图形。本发明可以通过二维面振动实现光电信号的矢量合成轨迹图形，结构简洁易行，可操作性强；且无复杂的光学系统，成本低；另外，本发明不仅可用于光线矢量的合成演示，还可当作电流计来用。

Description

一种光线示波矢量合成图线演示装置
技术领域
本发明涉及光电教学仪器技术领域，特别是涉及一种光线示波矢量合成图线演示装置。
背景技术
目前，在进行光电教学时，李萨如图形的演示技术主要采用光线示波器，光线示波器是利用光线偏转和感光来记录一个或多个频率在一定范围内的电量随时间变化过程的仪器。
但是，发明人发现现有的演示技术具有以下缺点：
采用光线示波器的演示技术不适用于具有刻度标尺及额定误差的光线记录，不能实现光线的X-Y的记录，且不能使用测量机构采用非电量驱动或阴极射线示波管的光线记录示波器。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种光线示波矢量合成图线演示仪装置，以克服现有技术不能实现光线的X-Y的记录的缺陷。
为达到上述目的，本发明的技术方案提供了一种光线示波矢量合成图线演示装置，所述装置包括一个光源，一个接收屏，用于形成正交磁场的两对磁铁，置于所述正交磁场内的两个正交的线圈，与所述两个线圈固定的一个反光镜，与所述反光镜连接并使所述反光镜悬置的金属悬线；所述两个线圈内通有正弦电流，在所述正交磁场的作用下带动所述反光镜晃动；所述光源发出的光线经所述反光镜反射后投射到所述接收屏上；所述装置还包括一个图像采集与处理系统，用于采集不同时刻投射到所述接收屏上的光线的图像，对采集到的图像进行合成处理，得到所述两个线圈内电信号的李萨如图形并进行演示。
其中，所述金属悬线为镍铬金属细丝。
其中，所述光源采用由光强连续可调的半导体激光器发射的激光光源。
其中，所述两个线圈采用细的铜线均匀绕制而成。
其中，所述两个线圈内通入的电流是频率可调的低频正弦波电流。
其中，所述图像采集与处理系统采用高速工业ＣＣＤ相机对不同时刻投射到所述接收屏上的光线的图像进行采集。
其中，所述反光镜采用重量轻的金属片制成。
其中，所述反光镜采用锡箔制成。
其中，所述磁铁为径向永磁铁。
其中，所述接收屏为毛玻璃屏。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明不仅可以实现光线示波器一维电信号特性分析，还可以通过二维面振动实现光电信号的矢量合成轨迹图形，稳定性好，精度高，结构简洁易行，可操作性强；且无复杂的光学系统，成本低；另外，本发明不仅可用于光线矢量的合成演示，还可当作电流计来用。
附图说明
图1是本发明实施例的一种光线示波矢量合成图线演示装置的结构图；
图2是本发明实施例中光线投射到接收屏产生的光斑被CCD采集并经图像处理后输出的李萨如图形。
其中，1：接收屏；2：光源；3：反光镜；4：金属悬线；5、6：形成正交磁场的两对磁铁；7：图像采集与处理系统。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明实施例的一种光线示波矢量合成图线演示装置如图1所示，包括一个光源2，一个接收屏1，用于形成正交磁场的两对磁铁5、6，置于所述正交磁场内的两个正交的线圈，与所述两个线圈固定的一个反光镜3，与所述反光镜3连接并使所述反光镜3悬置的金属悬线4；所述两个线圈内通有正弦电流，在所述正交磁场的作用下使得线圈受力不均而运动，反光镜3也随着线圈运动，从而使得光线在X-Y轴上同时运动；所述光源2发出的光线经所述反光镜3反射后投射到所述接收屏1上；所述装置还包括一个图像采集与处理系统7，用于采集不同时刻投射到所述接收屏1上的光线的图像，对采集到的图像进行合成处理，得到所述两个线圈内电信号的李萨如图形并进行演示。
本实施例中，所述金属悬线4为镍铬金属细丝；所述光源2采用由光强连续可调的半导体激光器发射的激光光源；所述两个线圈采用细的铜线均匀绕制而成，轻而受力均匀；所述两个线圈内通入的电流是频率可调的低频正弦波电流；所述图像采集与处理系统采用高速工业ＣＣＤ相机对不同时刻投射到所述接收屏上的光线的图像进行采集，实现图像的采集与光斑轨迹的刻画；所述反光镜采用重量轻的金属片制成，例如可以采用锡箔制成；所述磁铁为径向永磁铁；所述接收屏为毛玻璃屏。
所述激光器发出的激光通过线圈上的反光镜3使光线既在x轴方向上运动又在y轴方向上运动，然后通过CCD相机采集接收屏1上二维运动的激光光斑图像，并经图像处理分析得出激励线圈电信号的李萨如图形，图像采集与处理系统7起到低频信号的控制及输出作用。
本发明参考光线示波器和电子的二维面振动的工作原理来实现光线的二维面振动，从而达到演示光线的矢量合成的目的。本发明将在同一平面内两正交重叠的矩形线圈构成的振子，悬吊在一个合适的方位，在其四周都固定布置磁铁，两线圈在低频电信号的作用下可以实现线圈平面的二维面振动，两正交重叠的矩形线圈对称中心固定有反光镜，光线经振子中心反光镜的反射，投射到接收屏上获得光斑，对应振子不同的振动位置将会在接收屏得到不同的光斑位置图像，再由高速工业CCD相机对接收屏光斑图像连续采集，然后对采集到的不同时刻的光斑位置图像集进行图像处理，提取出每帧图像的光斑位置以拟合光斑的轨迹图像，即由图像处理实现将图像集叠加为一帧图像，再现矢量叠加的李萨如图形，由此揭示电信号特征量，且同时实现了电信号的矢量叠加。
本发明实施例中光线投射到接收屏产生的光斑被CCD采集并经图像处理后输出的李萨如图形如图2所示，当x方向与y方向线圈通入不同频率比的正弦电信号时，输出的图像不同。其中图2a为y方向线圈通入频率与x方向线圈通入频率之比                                                
Figure 2011104549368100002DEST_PATH_IMAGE001
时的李萨如图形，图2b为y方向线圈通入频率与x方向线圈通入频率之比
Figure 2011104549368100002DEST_PATH_IMAGE002
Figure 2011104549368100002DEST_PATH_IMAGE003
时的李萨如图形，图2c为y方向线圈通入频率与x方向线圈通入频率之比
Figure 395428DEST_PATH_IMAGE002
Figure 2011104549368100002DEST_PATH_IMAGE004
时的李萨如图形，图2d为y方向线圈通入频率与x方向线圈通入频率之比
Figure 876350DEST_PATH_IMAGE002
Figure 2011104549368100002DEST_PATH_IMAGE005
时的李萨如图形，图2e为y方向线圈通入频率与x方向线圈通入频率之比
Figure 718404DEST_PATH_IMAGE002
Figure 2011104549368100002DEST_PATH_IMAGE006
时的李萨如图形，图2f为y方向线圈通入频率与x方向线圈通入频率之比
Figure 175930DEST_PATH_IMAGE002
Figure 2011104549368100002DEST_PATH_IMAGE007
时的李萨如图形。
本发明不仅可以实现光线示波器一维电信号特性分析，还可以通过二维面振动实现光电信号的矢量合成轨迹图形，稳定性好，精度高，结构简洁易行，可操作性强；且无复杂的光学系统，成本低；另外，本发明不仅可用于光线矢量的合成演示，还可当作电流计来用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光线示波矢量合成图线演示装置，其特征在于，所述装置包括一个光源，一个接收屏，用于形成正交磁场的两对磁铁，置于所述正交磁场内的同一平面内两正交重叠的线圈，与所述两个线圈固定的一个反光镜，与所述反光镜连接并使所述反光镜悬置的金属悬线；所述两个线圈内通有正弦电流，在所述正交磁场的作用下带动所述反光镜晃动；所述光源发出的光线经所述反光镜反射后投射到所述接收屏上；所述装置还包括一个图像采集与处理系统，用于采集不同时刻投射到所述接收屏上的光线的图像，对采集到的图像进行合成处理，得到所述两个线圈内电信号的李萨如图形并进行演示。
2.如权利要求1所述的光线示波矢量合成图线演示装置，其特征在于，所述金属悬线为镍铬金属细丝。
3.如权利要求2所述的光线示波矢量合成图线演示装置，其特征在于，所述光源采用由光强连续可调的半导体激光器发射的激光光源。
4.如权利要求3所述的光线示波矢量合成图线演示装置，其特征在于，所述两个线圈采用细的铜线均匀绕制而成。
5.如权利要求4所述的光线示波矢量合成图线演示装置，其特征在于，所述两个线圈内通入的电流是频率可调的低频正弦波电流。
6.如权利要求5所述的光线示波矢量合成图线演示装置，其特征在于，所述图像采集与处理系统采用高速工业CCD相机对不同时刻投射到所述接收屏上的光线的图像进行采集。
7.如权利要求6所述的光线示波矢量合成图线演示装置，其特征在于，所述反光镜采用重量轻的金属片制成。
8.如权利要求7所述的光线示波矢量合成图线演示装置，其特征在于，所述反光镜采用锡箔制成。
9.如权利要求8所述的光线示波矢量合成图线演示装置，其特征在于，所述磁铁为径向永磁铁。
10.如权利要求1至9任一项所述的光线示波矢量合成图线演示装置，其特征在于，所述接收屏为毛玻璃屏。
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