CN104537414A - 基于光纤的光学条纹自动计数装置及计数方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于光纤的光学条纹自动计数装置及计数方法，包括采用标准SMA接头封装的光纤探头，光纤探头通过光纤与光纤连接器相连，光纤连接器与光电探测器相连，光电探测器将采集的明暗信号转换为电信号，经信号采集电路由微处理器采集判断明暗条纹状态，并计数，微处理器将测量结果实时显示于显示单元。本发明采用光纤作为明暗条纹采集探头，由于光纤采光面积可远小于明暗条纹的尺寸，经实施方案验证，可大大提高检测的灵敏度。另外，由于光纤探头可方便移动与操作，使测量更加灵活简便。

Description

基于光纤的光学条纹自动计数装置及计数方法

技术领域

本发明涉及光学检测领域，具体涉及一种基于光纤的光学条纹自动计数装置及计数方法。

背景技术

光学干涉及衍射测量技术在光学检测领域具有重要地位，不仅在实际生产生活中具有广泛应用，在高校光学教学及科研中也具有重要意义，如牛顿环，迈克尔逊干涉，小孔衍射等实验项目。以迈克尔逊干涉实验为例，测量单色光波长的公式为：

$\mathrm{\λ}=2\×\frac{\mathrm{\Δd}}{N}$

其中，N为迈克尔逊干涉仪产生或消失的条纹数，Δd为此时干涉仪读数尺上的刻度差。由此可以计算出测量单色光的波长λ。由此可见，对干涉或衍射实验中，光学明暗条纹的准确计数是单色光波长精确测量的前提。

然而，目前对明暗条纹的计数普遍采用人工手动计数的方法，存在以下问题：

(1)由于计数较多，容易造成计数错误；

(2)手动计数速度慢，严重限制实验进度；

(3)由于条纹亮度较弱，长时间计数易于造成眼睛疲劳。

因此，对干涉条纹进行自动计数具有重要意义。中国专利号为201310745838.9的发明专利申请公开了一种采用光敏二极管及电压比较器的明暗条纹自动计数装置；中国专利号为200910039551.8的发明专利申请公开了一种采用线阵CCD的明暗条纹自动计数装置。分析上述装置，虽然可实现明暗条纹的自动计数，但仍存在以下不足：

(1)采用光敏二极管采集条纹，当条纹较细，特别是条纹尺寸小于光敏二极管采光面积时，难以实现准确计数。

(2)采用线阵CCD虽然计数精度高，但装置复杂其成本较高。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了基于光纤的光学条纹自动计数装置及计数方法，本发明简便、准确、低成本，易于操作。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

基于光纤的光学条纹自动计数装置，包括采用标准SMA接头封装的光纤探头，光纤探头通过光纤与光纤连接器相连，光纤连接器与光电探测器相连，光电探测器将光纤探头采集的明暗信号转换为对应的电信号，经信号采集电路由微处理器采集判断明暗条纹状态，并计数，微处理器将测量结果实时显示于显示单元。

所述信号采集电路包括有两个桥臂组成的桥式电路，一个桥臂由光电探测器与电阻R1相串联组成，另一个桥臂由电阻R2与可调电位器R_ref相串联组成，桥式电路通过放大器与模数转换装置相连，模数转换装置与微处理器相连。

所述光纤芯的直径可选择200um或400um。

所述光电探测器密封于光屏蔽腔内。

所述光纤探头通过光纤夹具固定在光屏前。

基于光纤的光学条纹自动计数装置的计数方法，包括以下步骤：

步骤一：调节光路，在光屏上获得明暗相间的光学条纹；

步骤二：将光纤探头垂直放置于光屏前，光纤探头的位置通过光纤夹具固定；

步骤三：光纤探头对准某条暗条纹，通过可调电位器调节参考电阻，使输出达到最小值，光电探测器将暗信号转换为电信号，经信号采集电路由微处理器处理得到暗条纹的测量值；

步骤四：调节光路，使光纤探头对准某条明条纹，光电探测器将明信号转换为电信号，经信号采集电路由微处理器处理得到明条纹的测量值；

步骤五：微处理器将上述记录的暗条纹和明条纹值求平均值作为阈值，开始自动计数，当测量值大于阈值时，自动计为亮条纹，当测量值低于或等于阈值时，自动计为暗条纹。

本发明的有益效果：

本发明的基于光纤的光学条纹自动计数装置作为一种光学实验仪器，用于光学明暗条纹的自动计数。采用光纤作为传光介质，使装置具有安装简便、小型便携特点；利用光纤采光面积小的特性，使条纹计数准确，背景光干扰小，有效提高计数的准确性和可靠性。

本发明采用光纤作为明暗条纹采集探头，由于光纤采光面积可远小于明暗条纹的尺寸，经实施方案验证，可大大提高检测的灵敏度。另外，由于光纤探头可方便移动与操作，使测量更加灵活简便。

附图说明

图1本发明的结构示意图；

图2本发明的信号采集电路示意图；

图3本发明的测试流程图；

图4本发明的明暗条纹测量波形图；

图中，1、明暗条纹，2、光纤探头，3、光纤夹具，4、光纤，5、光纤连接器，6、光电探测器，7、光屏蔽腔，8、信号采集电路，9、微处理器，10、显示单元。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细说明：

基于光纤的光学条纹自动计数装置设计示意图如附图1所示。

(1)光纤探头2采用SMA905接头设计，光纤4纤芯直径为200um，光纤探头2通过光纤4与光纤连接器5相连，光纤连接器5与光电探测器6相连。

(2)用光纤夹具3将光纤探头2垂直固定于光屏前1mm处。

(3)光纤4长度为50cm，通过标准SMA905接头与光屏蔽腔7连接。

(4)光屏蔽腔7采用铝壳加工并发黑，光电探测器6采用光敏电阻。光电探测器6将光纤探头2采集的明暗信号转换为对应的电信号，经信号采集电路8由微处理器9采集判断明暗条纹状态，并计数，微处理器9将测量结果实时显示于显示单元10。光电探测器可以为光敏电阻、光敏二极管，光敏三极管或光敏电池。

(5)信号采集电路8采用桥式电路，如附图2所示。其中恒压源电压为5V，电阻R1＝R2＝2K欧姆，R_ref为最大阻值500K欧姆的可调电位器，用于手动调整灵敏度，以增加仪器的灵活性。

(6)仪表放大器选取AD623，模数转换芯片选取ADC0809，单片机选择STC89C51，显示器采用4位数码管，最多可显示9999条条纹。

检测算法流程图如附图3所示，具体测量方法为：

(1)调节光路，在光屏上获得明暗相间的光学条纹即明暗条纹1。

(2)将光纤探头2固定于光屏前约1mm处，使其对应暗条纹，调节参考电阻，是输出值达到最小值0，按设置键自动记录当前测量值为暗条纹。

(3)调节迈克尔逊干涉仪，是光纤探头2对准亮条纹，再次按下设置键，自动记录当前测量值为亮条纹。

(4)按下确认键，单片机将上述记录的暗条纹和亮条纹求平均值作为阈值，开始自动计数。当测量值大于阈值时，自动计为亮条纹，当测量值低于等于阈值时，自动计为暗条纹。记录的明暗条纹实时波形如附图4所示。单片机通过记录图中高低电平的数量，实现对明暗条纹的计数。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.基于光纤的光学条纹自动计数装置，其特征是，包括采用标准SMA接头封装的光纤探头，光纤探头通过光纤与光纤连接器相连，光纤连接器与光电探测器相连，光电探测器将光纤探头采集的明暗信号转换为对应的电信号，经信号采集电路由微处理器采集判断明暗条纹状态，并计数，微处理器将测量结果实时显示于显示单元。

2.如权利要求1所述的基于光纤的光学条纹自动计数装置，其特征是，所述信号采集电路包括有两个桥臂组成的桥式电路，一个桥臂由光电探测器与电阻R1相串联组成，另一个桥臂由电阻R2与可调电位器R_ref相串联组成，桥式电路通过放大器与模数转换装置相连，模数转换装置与微处理器相连。

3.如权利要求1所述的基于光纤的光学条纹自动计数装置，其特征是，所述光纤的光纤芯的直径可选择200um或400um。

4.如权利要求1所述的基于光纤的光学条纹自动计数装置，其特征是，所述光电探测器密封于光屏蔽腔内。

5.如权利要求1所述的基于光纤的光学条纹自动计数装置，其特征是，所述光纤探头通过光纤夹具固定在光屏前。

6.应用权利要求1-5任一所述的基于光纤的光学条纹自动计数装置的计数方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤一：调节光路，在光屏上获得明暗相间的光学条纹；

步骤二：将光纤探头垂直放置于光屏前，光纤探头的位置通过光纤夹具固定；

步骤三：光纤探头对准某条暗条纹，调节参考电阻，使输出值达到最小值，光电探测器将暗信号转换为电信号，经信号采集电路由微处理器处理得到暗条纹的测量值；

步骤四：调节光路，使光纤探头对准明条纹，光电探测器将明信号转换为电信号，经信号采集电路由微处理器处理得到明条纹的测量值；

步骤五：微处理器将上述记录的暗条纹和明条纹值求平均值作为阈值，开始自动计数，当测量值大于阈值时，自动计为亮条纹，当测量值低于或等于阈值时，自动计为暗条纹。