CN104157197B - 一种可调控的双缝装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调控的双缝装置，包括对称设置、且能够形成磁场回路的电磁结构，以及设置在所述电磁结构中心位置的双缝结构。本发明所述可调控的双缝装置，可以克服现有技术在多次实验时需要再次拆装、重新调整照明系统、双缝、观察系统的水平位置、具有拆装难度大和浪费时间等缺陷，以实现具有结构简单、拆装难度小、和节省时间的优点。

Description

一种可调控的双缝装置

技术领域

本发明涉及物理教学仪器技术领域，具体地，涉及一种可调控的双缝装置。

背景技术

双缝干涉实验是高中物理教学中认识光特性的基础实验之一，也是现代光学的基础。其原理主要是通过两条靠得很近的平行狭缝，将一个线光源发出的光分成两束相干光波。当两束相干光波在空间相遇时，会出现互相加强或互相减弱的现象，即在光程差等于零或等于波长整数倍的地方，互相加强形成亮点；在光程差等于半波长奇数倍的地方，互相抵消形成暗点。而影响光程差的主要因素为光的波长、光屏到双缝的距离、双缝的间距。可是，目前的干涉实验装置均采用固定尺寸的双缝，切换不同间距的双缝片时，需要拆卸整个装置，并重新调节整照明系统、双缝、观察系统的水平位置光源以及遮光孔的水平位置，浪费了大量的课堂时间。

磁流变弹性体（Magnetorheological Elastomer，MRE）是通过物理或化学等手段，将磁性颗粒散布于固态或者凝胶状的基体中，在外加磁场或零场环境中固化后形成的高弹性复合材料，具有磁场可控且可逆的变形行为，即磁致伸缩效应，并且响应速度非常快，显示出良好的磁控力学性能，其次具有制备工艺简单、价格低廉的特性。对于特定的磁流变弹性体片材，在一定范围内，随着外加磁场强度的增加，变形量逐渐增加，反之亦然，可应用于各种微驱动装置。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术在多次实验时需要再次拆装、重新调整照明系统、双缝、观察系统的水平位置、具有拆装难度大和浪费时间等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种可调控的双缝装置，以实现结构简单、拆装难度小和节省时间的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种可调控的双缝装置，包括对称设置、且能够形成磁场回路的电磁结构，以及设置在所述电磁结构中心位置的双缝结构。

进一步地，所述电磁结构，包括具有对称设置在左臂和右臂的轭铁，以及竖直对称设置在轭铁的左臂和右臂处的一对线圈。

进一步地，所述电磁结构，还包括竖直对称设置在所述轭铁底部的支座。

进一步地，所述双缝结构，包括套筒，以及竖直设置在所述套筒中的双缝组件。

进一步地，所述双缝组件，包括竖直对称设置的一对铜板，竖直对称设置在所述一对铜板之间的一对磁流变弹性体片材，竖直设置在所述一对磁流变弹性体片材之间的中心位置处的遮光膜；所述遮光膜与一对磁流变弹性体片材之间的空间构成双缝。

进一步地，安装所述双缝结构的套筒中心具有一矩形小孔，小孔内侧安装一玻璃片，起到支撑磁流变弹性体片材与双缝的作用；和/或，

双缝内侧通过较软的遮光膜连接，双缝的外侧粘贴于磁流变弹性体片材上，通过螺栓固定于套筒上的铜板一端固定磁流变弹性体片材，这样磁流变弹性体片材的伸长与收缩能够带动双缝发生微小位移，继而实现双缝间隙的自动调节特性；

和/或，电磁结构的磁极部分的长度大于磁流弹性体片材的长度，使磁流变弹性体片材处于均匀磁场环境中。

进一步地，所述磁流变弹性体片材与双缝以及遮光膜的高度相同，或者遮光膜选择较薄的薄膜材料减少缝移动时的阻力，铜板的高度高于可移动的磁流变弹性体片材的高度与双缝的高度；

起始时双缝之间的距离为所需要的最大值，双缝与外磁场的两极平行，在零场环境中调节双缝干涉仪的整个装置，随后不断调节线圈中的电流，引起磁流变弹性体片材的伸长，继而推动双缝向中心移动，实现双缝间距的磁场可调控特性。

进一步地，所述双缝组件，还包括设置在双缝中的一对玻璃片。

进一步地，所述双缝组件，还包括分别水平设置在一对铜板的上、下对应端部之间的一薄玻璃片与下玻璃片；一薄玻璃片与下玻璃片，起到约束磁流变弹性体与双缝的作用。

本发明各实施例的可调控的双缝装置，由于包括对称设置、且能够形成磁场回路的电磁结构，以及设置在电磁结构中心位置的双缝结构；从而可以克服现有技术在多次实验时需要再次拆装、重新调整照明系统、双缝、观察系统的水平位置、具有拆装难度大和浪费时间的缺陷，以实现结构简单、拆装难度小和节省时间的优点。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明可调控的双缝装置的磁控宽域可调双缝工作原理图；

图2为本发明可调控的双缝装置的整体组装示意图；

图3为本发明可调控的双缝装置的双缝结构示意图；

图4为本发明可调控的双峰装置的双缝结构局部剖视示意图。

结合附图，本发明实施例中附图标记如下：

1-双缝结构；2-线圈；3-轭铁；4-支座；5-第一玻璃片；6-磁流变弹性体片材；7-遮光膜；8-第二玻璃片；9-铜板；10-套筒；11-双缝。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

传统杨氏教学仪的弊端是每次试验后都需要拆卸并调整里面的镜片。因为每次试验需要的镜片之间的间距都不同。本发明的技术方案，是通过添加磁场来调控镜片间距，免去拆卸的麻烦；本发明的技术方案所要保护的也是这种用磁场来控制间距的方法。

根据本发明实施例，如图1、图2和图3所示，基于一种新型的磁控智能复合材料，提供了一种可调控的双缝装置，具体说是一种通过外加作用可调控缝间距的双缝装置。该可调控的双缝装置，是一种外加磁场可调控的双缝装置，利用磁流变弹性体的磁致伸缩效应，结构简单，无需拆卸即刻实现双缝间距的调节。

本实施例的可调控的双缝装置，包括对称设置、且能够形成磁场回路的电磁结构，以及设置在电磁结构中心位置的双缝结构（如双缝结构1）。

其中，上述电磁结构，包括具有对称设置的左臂和右臂的轭铁（如轭铁3），以及竖直对称设置在轭铁的左臂和右臂处的一对线圈（如线圈2）。电磁结构，还包括竖直对称设置在轭铁底部的支座（如支座4）。

上述双缝结构，包括套筒（如套筒10），以及竖直设置在套筒中的可调双缝组件。双缝组件，包括竖直对称设置的一对铜板（如铜板9），竖直对称设置在一对铜板之间的一对磁流变弹性体片材（如磁流变弹性体片材6），竖直设置在一对磁流变弹性体片材之间的中心位置处的遮光膜（如遮光膜7）；遮光膜与一对磁流变弹性体片材之间的空间构成双缝（如双缝11）。双缝组件，还包括设置在双缝中的一对玻璃片（如玻璃片5）；双缝组件，还包括分别水平设置在一对铜板的上、下对应端部之间的一薄玻璃片与下玻璃片（如第二玻璃片8）；一薄玻璃片与下玻璃片，起到约束磁流变弹性体与双缝的作用。

安装双缝结构的套筒中心具有一矩形小孔，小孔内侧安装一玻璃片，起到支撑磁流变弹性体片材与双缝的作用；和/或，双缝内侧通过较软的遮光膜连接，双缝的外侧粘贴于磁流变弹性体片材上，通过螺栓固定于套筒上的铜板一端固定磁流变弹性体片材，这样磁流变弹性体片材的伸长与收缩能够带动双缝发生微小位移，继而实现双缝间隙的自动调节特性；和/或，电磁结构的磁极部分的长度大于磁流弹性体片材的长度。磁流变弹性体片材与双缝以及遮光膜的高度相同，或者遮光膜选择较薄的薄膜材料减少缝移动时的阻力，铜板的高度高于可移动的磁流变弹性体片材的高度与双缝的高度；起始时双缝之间的距离为所需要的最大值，双缝与外磁场的两极平行，在零场环境中调节双缝干涉仪的整个装置，随后不断调节线圈中的电流，引起磁流变弹性体片材的伸长，继而推动双缝向中心移动，实现双缝间距的磁场可调控特性。

参见图1，本发明的技术方案，采用磁控宽域可调双缝方法，两平行双缝与将由单狭缝透过的光分成两束相干光波。当这两束相干光波在相距双缝为的光屏上时，会出现相互加强或相互减弱的现象。

假设P为屏幕上任意一点，与中心线的距离为，所以从、发出的光到达P点的光程可视为、与点P之间的距离、，其光程差为。根据杨氏双缝实验，屏幕上出现亮条纹的地方是：

；

式中：表示屏幕上点到中心线的距离，为光波波长，为双缝至光屏之间的距离，为双缝间距离，表示波长的整数倍。

屏幕上出现暗条纹的地方是：

；

式中：表示屏幕上点到中心线的距离，为光波波长，为双缝至光屏之间的距离，为双缝间距离，表示波长的整数倍。

由此可知，两条相邻的亮条纹（或暗条纹之间的距离是相等的），都等于

。

式中：表示屏幕上两条相邻的亮条纹或暗条纹之间的距离，为光波波长，为双缝至光屏之间的距离，为双缝间距离。

本发明的技术方案，具有以下特点：

⑴该方法通过外加磁场调控磁流变弹性体片材的伸缩对缝施加作用力F，继而改变缝间距，不需拆卸整个装置的情况下，完成双缝间距的改变；

⑵实现安装好整个测试系统后，在不更换缝的情况下，通过调节外加磁场可以完成同一光源下不同缝间距时的杨氏双缝干涉实验；

⑶磁流变弹性体具有外加磁场作用下的大变形特征，其最大形变达到10%以上，调整好观察位置后，在不更换缝的情况下，通过调节外加磁场大小，可以实现对不同频率的波长进行杨氏双缝实验，实现较宽频率范围内的杨氏双缝干涉实验。

本发明的技术方案，是通过以下技术方案来具体实现：

双缝干涉仪中安装双缝结构的部分位于由线圈以及轭铁组成的磁场回路中，其磁极部分尺寸略大于磁流弹性体的长度。安装双缝结构的套筒中心具有一矩形小孔，小孔内侧安装一玻璃片，起到支撑磁流变弹性体片材与双缝的作用。两个双缝内侧利用较软的遮光膜材料连接，其遮光膜具有低模量，表现出较软的特性，外侧粘贴于磁流变弹性体片材上，通过螺栓固定于套筒上的铜板一端固定磁流变弹性体片材，这样磁流变弹性体片材的伸长与收缩可以带动双缝发生微小位移，继而实现双缝间隙的自动调节特性。其中磁流变弹性体片材与双缝以及遮光材料的高度相同或者遮光材料选择较薄的薄膜材料减少缝移动时的阻力，铜板稍高于可移动的磁流变弹性体片材与双缝的高度，在两个铜板上面安装一薄玻璃片，与下玻璃片起到约束磁流变弹性体与双缝的作用。

具体实施时，起始时双缝之间的距离为所需要的最大值，双缝与外磁场的两极平行，在零场环境中调节双缝干涉仪的整个装置，随后不断调节线圈中的电流，引起磁流变弹性体片材的伸长，继而推动双缝向中心移动，实现双缝间距的磁场可调控特性。减小电流时，通过磁流变弹性体的磁场强度减弱，在超弹性基体的作用下恢复初始位置。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种可调控的双缝装置，其特征在于，包括对称设置、且能够形成磁场回路的电磁结构，以及设置在所述电磁结构中心位置的双缝结构；所述双缝结构，包括套筒，以及竖直设置在所述套筒中的双缝组件；所述双缝组件，包括竖直对称设置的一对铜板，竖直对称设置在所述一对铜板之间的一对磁流变弹性体片材，竖直设置在所述一对磁流变弹性体片材之间的中心位置处的遮光膜；所述遮光膜与一对磁流变弹性体片材之间的空间构成双缝。

2.根据权利要求1所述的可调控的双缝装置，其特征在于，所述电磁结构，包括具有对称设置在左臂和右臂的轭铁，以及竖直对称设置在轭铁的左臂和右臂处的一对线圈。

3.根据权利要求2所述的可调控的双缝装置，其特征在于，所述电磁结构，还包括竖直对称设置在所述轭铁底部的支座。

4.根据权利要求1所述的可调控的双缝装置，其特征在于，安装所述双缝结构的套筒中心具有一矩形小孔，小孔内侧安装一玻璃片，起到支撑磁流变弹性体片材与双缝的作用；和/或，

双缝内侧通过较软的遮光膜连接，双缝的外侧粘贴于磁流变弹性体片材上，通过螺栓固定于套筒上的铜板一端固定磁流变弹性体片材，这样磁流变弹性体片材的伸长与收缩能够带动双缝发生微小位移，继而实现双缝间隙的自动调节特性；

和/或，电磁结构的磁极部分的长度大于磁流弹性体片材的长度，使磁流变弹性体片材处于均匀磁场环境中。

5.根据权利要求4所述的可调控的双缝装置，其特征在于，所述磁流变弹性体片材与双缝以及遮光膜的高度相同，或者遮光膜选择较薄的薄膜材料减少缝移动时的阻力，铜板的高度高于可移动的磁流变弹性体片材的高度与双缝的高度；

起始时双缝之间的距离为所需要的最大值，双缝与外磁场的两极平行，在零场环境中调节双缝干涉仪的整个装置，随后不断调节线圈中的电流，引起磁流变弹性体片材的伸长，继而推动双缝向中心移动，实现双缝间距的磁场可调控特性。

6.根据权利要求1所述的可调控的双缝装置，其特征在于，所述双缝组件，还包括设置在双缝中的一对玻璃片。

7.根据权利要求6所述的可调控的双缝装置，其特征在于，所述双缝组件，还包括分别水平设置在一对铜板的上、下对应端部之间的一薄玻璃片与下玻璃片；一薄玻璃片与下玻璃片，起到约束磁流变弹性体与双缝的作用。