CN103093676B - 分光计数字化读数装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分光计数字化读数装置，包括分光计系统和读数系统；分光计系统包括产生平行光的平行光管、接受平行光的望远镜、承载光学元件的载物台和用于提供稳定支撑的底座；读数系统包括数字式容栅传感器、游标盘以及能够随望远镜一起转动的刻度盘；数字式容栅传感器用于测量光线的偏转角。本发明能够方便准确的读取实验角度数据，减少学生操作中的人为误差、彻底解决了刻度盘“过零”问题，提高数据处理精度。在教学过程中，可以根据实验要求实时地更改实验内容，简单，方便。

Description

分光计数字化读数装置

技术领域

本发明涉及到一种分光计数字化读数装置，属于大学物理实验仪器领域。

背景技术

分光计是精确测定光线偏转角的仪器。光学中许多基本物理量，比如波长、折射率等都可以直接或者间接地表现为光线的偏转角，因此利用分光计可以测量波长、折射率，此外还能精确测量光学平面间的夹角。目前国内大部分高校采用的都是传统的分光计实验仪，读数装置为传统的机械式刻度盘。传统的分光计出厂时，已经将刻度盘平面调到与仪器转轴垂直并加以固定。刻度圆盘被分成360度，最小分度值是半度。小于半度的数值可在游标上读出，两个游标在黑色内盘边缘对径方向，游标分成30小格。游标盘一般与载物台固连，可绕仪器转轴转动，有螺钉可以止动游标盘。刻度圆盘读数方法与游标卡尺的读数方法相似。为了消除刻度盘与分光计中心轴线之间的偏心差，在刻度盘同一直径的两端各装有一个游标。测量时，两个游标都应读数，然后算出每个游标两次读数的差，再取平均值。这个平均值可作为望远镜（或载物台）转过的角度，并且消除了偏心差。然而多年的教学实践证明，传统的机械式刻度盘存在以下的主要缺点：（1）在实验中为了减小环境光源对实验的影响，实验要求操作人员在较暗的环境中进行试验，这样对刻度盘角度数值的读取就有了一定的困难。（2）由于目前高校近视的学生比较多，而传统的机械式刻度盘的游标读数间隔非常小，这样读取望远镜偏转角对这部分同学来说也有一定的困难，而且对生产厂商来说刻线的加工也存在一定的难度。（3）学生在读数的过程中，要求不断地重复调节，通过望远镜观察，读取刻度盘读数，反复操作很容易产生视疲劳而对角度读取错误。（4）有的时候一部分学生把XX度XX分误读成XX点XX度从而产生读数错误。（5）测量某些光线偏转角时，由于刻度盘“过零”问题，即游标旋过零刻度线后数值由小变大带来的计算问题。

发明内容

本发明即针对上述缺点而提出的，具体地，本发明提供一种分光计数字化读数装置，包括分光计系统和读数系统，其中所述分光计系统包括产生平行光的平行光管、接收平行光的望远镜、承载光学元件的载物台和用于提供稳定支撑的底座；所述读数系统包括数字式容栅传感器、游标盘以及能够随望远镜一起转动的刻度盘；数字式容栅传感器用于测量光线的偏转角；

根据本发明的分光计数字化读数装置，数字式容栅传感器包括动栅和定栅，定栅安装在数字式容栅传感器的圆弧内侧正对刻度盘的外沿侧面，动栅安装在刻度盘的外沿侧面。

根据本发明的分光计数字化读数装置，定栅上有屏蔽极，动栅上有发射极和公共接收极；动栅上排列多个发射极片,并有公共接收极；定栅上排列多个反射电极片。

根据本发明的分光计数字化读数装置，所述数字式容栅传感器还包括中央处理器、转换电路和显示屏。

根据本发明的分光计数字化读数装置，数字式容栅传感器共有两个，分别紧固在游标盘的对径方向上；测量时，读出两个数字式容栅传感器上所显示的角度值，取其平均。

本发明的有益效果是：通过本发明数字化的刻度盘读数装置，能够方便准确的读取实验角度数据，减少学生操作中的人为误差、彻底解决了刻度盘“过零”问题，提高数据处理精度。在教学过程中，可以根据实验要求实时地更改实验内容，简单，方便。

附图说明

图1为本发明实施例的整体结构图。

图2是本发明实施例的安装示意图。

图3是本发明实施例的工作示意图。

具体实施方式

如图1、图2、图3所示，本发明提供的分光计的数字化读数装置包括分光计系统和读数系统（6），所述分光计系统包括由能产生平行光的平行光管（3）、能接收平行光的望远镜（2）和承载光学元件的载物台（4）和为上述器件提供稳定支撑的底座（1），在该分光计系统上装备了读数系统（6），该读数系统6）包括数字式容栅传感器（5）、游标盘（8）以及能够随望远镜（2）一起转动的刻度盘（7），其中由数字式容栅传感器（5）来测量实验中光线的偏转角。其中载物台的台面下方装有三个细牙螺丝，用来调整台面的倾斜度；数字式容栅传感器（5）紧固在游标盘（8）的对径方向上。在本发明的一个例子中，使用的数字式容栅传感器（5）的个数为2个，分别紧固在游标盘（8）的对径方向上；测量时，读出这两个数字式容栅传感器（5）上所显示的角度值，取其平均，可以消除偏心误差。

平行光管的作用是产生平行光。在其圆柱形筒的一端装有一个可伸缩的套筒，套筒末端有一狭缝，筒的另一端装有消色差透镜组。伸缩狭缝装置，使其恰位于透镜的焦平面上时，平行光管就出射平行光。可通过调节平行光管光轴水平调整螺丝和平行光管光轴仰角调节螺丝改变平行光管光轴的方向，通过调节狭缝宽度调节螺丝改变狭缝宽度，改变入射光束宽度。

望远镜用于观察及定位被测光线，通常是由物镜、自准目镜和测量用十字刻度线所组成的一个圆筒。照明小灯泡的光自筒侧进入，经小三棱镜反射后照亮分划板上的下半部十字刻度线。十字刻度线方向、目镜及物镜间的距离皆可调，当叉丝位于物镜焦平面上时，叉丝发出的光经物镜后成为平行光。该平行光经双面反射镜反射后，再经物镜聚焦在分划板平面上，形成十字叉丝的像（绿色）。望远镜调好后，从目镜中可同时看清十字刻度线和叉丝的“十”字像，且两者间无视差。另外，可通过调节望远镜光轴仰角调节螺丝和望远镜光轴水平调节螺丝改变望远镜光轴的方向。

本实施例的数字化读数系统，由紧固在游标盘（8）的对径方向上的数字式容栅传感器（5）、游标盘（8）以及可以随望远镜（2）一起转动的刻度盘（7）所组成。其中数字式容栅传感器（5）用螺丝（9）紧固在游标盘（8）的对径方向上。数字式容栅传感器（5）包括动栅和定栅，定栅上有屏蔽极，动栅上有发射极和公共接收极，具体的，在动栅上排列多个尺寸相同、宽度为l的发射极片,并有公共接收极,定栅上均匀排列着多个尺寸相同、宽度和间隙各为4l的反射电极片,各电极片之间互相电绝缘。定栅安装在数字式容栅传感器（5）的圆弧内侧正对刻度盘（7）的外沿侧面，动栅安装在刻度盘（7）的外沿侧面。动栅和定栅的电极片面相对,平行安装。当发射电极片分别加以不同的激励电压时,通过电容耦合在反射极片上产生电荷,再通过电容在公共接收极上产生电荷输出。容栅位移传感器是基于变面积工作原理的电容传感器，其电极的排列如同栅状，相当于多个变面积型电容传感器的并联。当测量光线偏转角时，操作人员转动望远镜（2），刻度盘（7）随望远镜（2）一起转动。而数字式容栅传感器（5）紧固在游标盘（8）的对径方向上，与游标盘（8）一起相对于分光计整体稳定不动。刻度盘（7）的动栅相对于定栅移动时，刻度盘（7）的外沿弧长机械位移量转变为电容值的变化，通过转换电路转化得到电信号的相应变化量，通过数字式容栅传感器（5）内部的中央处理器处理，得到刻度盘（7）的外沿弧长机械位移量I.

由弧长公式：I＝nπR/180得到光线的偏转角其中R为刻度盘（7）的半径；

最后将计算得光线偏转角n显示在数字式容栅传感器（5）的显示屏上以便操作者读数。

Claims (2)

1.一种分光计数字化读数装置，包括分光计系统和读数系统(6)，其特征在于：所述分光计系统包括产生平行光的平行光管(3)、接收平行光的望远镜(2)、承载光学元件的载物台(4)和用于提供稳定支撑的底座(1)；所述读数系统6)包括数字式容栅传感器(5)、游标盘(8)以及能够随望远镜(2)一起转动的刻度盘(7)；数字式容栅传感器(5)用于测量光线的偏转角；数字式容栅传感器(5)包括动栅和定栅，定栅安装在数字式容栅传感器(5)的圆弧内侧正对刻度盘(7)的外沿侧面，动栅安装在刻度盘(7)的外沿侧面；定栅上有屏蔽极，动栅上有发射极和公共接收极；动栅上排列多个发射极片,并有公共接收极；定栅上排列多个反射电极片；所述数字式容栅传感器(5)还包括中央处理器、转换电路和显示屏；

当测量光线偏转角时，操作人员转动望远镜(2)，刻度盘(7)随望远镜(2)一起转动；而数字式容栅传感器(5)紧固在游标盘(8)的对径方向上，与游标盘(8)一起相对于分光计整体稳定不动；刻度盘(7)的动栅相对于定栅移动时，刻度盘(7)的外沿弧长机械位移量转变为电容值的变化，通过转换电路转化得到电信号的相应变化量，通过数字式容栅传感器(5)内部的中央处理器处理，得到刻度盘(7)的外沿弧长机械位移量I；由弧长公式：I＝nπR/180得到光线的偏转角其中R为刻度盘(7)的半径。

2.根据权利要求1所述的分光计数字化读数装置，其特征在于：数字式容栅传感器共有两个，分别紧固在游标盘(8)的对径方向上；测量时，读出两个数字式容栅传感器(5)上所显示的角度值，取其平均。