CN107860355A - 一种光杠杆法测距仪及其测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种新型的距离测量装置，可以用于物理实验教学。该装置利用光杠杆原理，设计了一个由测距装置部分和镜面标尺部分组成的可测量2‑5米距离的实验仪器。该仪器中的测量装置部分包含有激光笔和螺旋测微器，测量时，旋转螺旋测微器使测微器的顶尖向上移动，从而推动与之相接触的激光笔尾部开始绕定轴转动，则激光笔和光线形成光杠杆，通过测量出螺旋测微器顶尖移动的距离，激光笔的臂长，和激光点在镜面标尺上移动的距离，则可测量出镜面标尺到测量仪之间的距离。该装置具有原理简单，测量准确，拆装方便，蕴含实验测量的基本调整技能和长度仪器使用方法的训练内容，非常适合基础实验教学。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量仪器，尤其涉及一种新型的光杠杆法测距仪及其测量方法。
背景技术
长度的测量在生产生活中经常要用到，产品的外形尺寸，人体身高，遥远的星空距离我们有多远，这些都是我们涉及到长度或者说距离测量问题。微小长度的测量可以用读数显微镜、激光干涉仪，较远距离测量可以用卫星定位仪和光学望远镜，而1m到100m之内的，可以用皮尺、钢尺和激光测距仪。
在物理实验教学中，对1米以上的长度常用用皮尺、钢卷尺和激光测距仪测量。皮尺和钢卷尺需要两个人配合完成测量，而激光测距仪虽然精度高测量准，但该仪器为自动测量，不具有教学演示效果。为了让学生更好地理解长度测量的特点，了解不同长度测量如何选择仪器，掌握测量仪器的一些基本调整方法，我们设计了这款便于教学，适用于基础实验测量的光杠杆法测距仪，该仪器不仅可以满足常规实验1米以上长度的测量，且该仪器蕴含了许多物理的知识点和实验基本技能的训练内容，更具有开拓学生思维方式，寓教于乐的演示特点，实验仪器本身具有进一步的完善和拓展空间，所以这款仪器非常适用于开设长度测量实验。
发明内容
本发明提供了一种创新的长度测量方法和测量仪器，即一种光杠杆法测距仪及其测量方法；它具有测距方式新颖，构思巧妙，原理简单，装置组装方便，测量过程蕴含实验基本调整技术和一些长度测量仪器的使用，是训练学生掌握基础实验技能非常全面的实验项目，适用于各类基础实验教学。
为达到上述目的，本发明是通过下述技术方案实现的。
一种光杠杆法测距仪，包括测距装置和镜面标尺（9），测距装置和镜面标尺（9）是各自独立的部分，所述测距装置包括底座（1）、激光笔（2）、螺旋测微器（3）、销钉（4）、绕轴旋转架（5）、固定架（6），套筒（7）和光杆（8），所述光杆（8）通过螺纹连接在底座（1）上，激光笔（2）用弹簧片固定在绕轴旋转架（5）上，绕轴旋转架（5）的一端通过销钉（4）固定在光杆（8）上，螺旋测微器（3）焊接在固定架（6）的一端，固定架（6）的另一端用螺钉固定在套筒（7）上，套筒（7）的高度可沿光杆（8）调整，套筒（7）通过螺钉紧固在光杆（8）上，螺旋测微器（3）的顶尖顶在绕轴旋转架（5）尾部的凹坑中心点处。
进一步地，所述螺旋测微器（3）包括一根精密的测微螺杆（3-1）和套在测微螺杆（3-1）上的螺母套管（3-3），以及紧固在测微螺杆（3-1）上的微分套筒（3-4），螺母套管（3-3）上有两排刻线，毫米刻线和半毫米刻线；螺母套管（3-3）与螺旋测微器架（3-2）靠锁紧装置（3-5）固定；微分套筒（3-4）圆周上刻有50个等分格，当微分套筒（3-4）转过一周时，测微螺杆（3-1）前进或后退0.5毫米，即测微螺杆（3-1）上的顶尖移动了0.5毫米，顶尖移动的距离由螺母套管（3-3）上毫米刻度和微分套筒（3-4）上等分格的刻度读出，测量精度为0.01毫米，螺旋测微器（3）可移动的最大距离为25.00毫米，材质为不锈钢。
进一步地，所述绕轴旋转架（5）为半敞开式柱状结构，内圆半径5毫米，壁厚3毫米，总长120毫米；在距绕轴旋转架（5）的一端面10毫米处有一凹坑，坑深2毫米，凹坑用于与螺旋测微器（3）的顶尖配合；距绕轴旋转架（5）的另一端面10毫米处有一孔，孔径为3毫米，此孔与光杆（8）上的孔用销钉（4）配合紧固，绕轴旋转架（5）的材质为钢板。
进一步地，所述固定架（6）为长方体结构，长120毫米，截面宽16毫米、厚3毫米，在距固定架（6）的一端面10毫米处有两孔，孔径为3毫米，该孔用于将固定架（6）固定在套筒（7）上，固定架（6）材质为钢板。
进一步地，所述镜面标尺（9）是在平面镜上用红色丝线做出刻度线，背面用双面胶固定于待测物的表面上，固定镜面标尺（9）时，应将镜面标尺（9）上的第一个刻度线与测距装置上激光笔（2）发出的激光点重合。
一种光杠杆法测距仪的测量方法，包括以下步骤：
步骤1：打开激光笔（2），让光线垂直照射到待测物的表面，将镜面标尺（9）粘贴到待测物上，且让镜面标尺（9）的最高刻度线与激光笔（2）发出的激光点重合；
步骤2：旋转螺旋测微器（3），利用光的反射路径与入射光路径重合，调平绕轴旋转架（5）的高度，并记录此时螺旋测微器（3）的读数n0；
步骤3：继续同向旋转螺旋测微器（3），消除空程差，使激光笔（2）发出的激光在镜面标尺（9）上移动距离D，记录此时螺旋测微器（3）的读数n1；
步骤4：用游标卡尺测量销钉（4）到螺旋测微器（3）顶尖之间的距离l，用刻度尺测量步骤3中的距离D，螺旋测微器（3）顶尖移动的距离为d=n1-n0，将测量数据代入公式d/D=l/L中，计算待测距离L。
进一步地，测量时，旋转螺旋测微器（3）上的微分套筒（3-4），使螺旋测微器（3）的顶尖沿竖直方向移动，推动绕轴旋转架（5）的尾部绕销钉（4）转动，绕轴旋转架（5）的尾部移动的距离由螺旋测微器（3）读出，此时激光笔（2）发出的光线绕销钉（4）形成光杠杆，照在远处镜面标尺（9）上，记下此时激光点在镜面标尺（9）上的位置，则由公式d/D=l/L可计算出测距装置到镜面标尺（9）之间的距离L。
本发明的优点和效果如下：
本发明测量装置具有，组装方便，操作简单，原理清晰，测量的重复性好，准确度高，测量中涉及到零位调整、消除空程差等实验基本调整技术和三种长度测量仪器的使用，非常适合刚刚接触实验内容的学生，训练学生掌握基础实验技能和实验仪器使用方法，该仪器适用于各类基础实验教学。
附图说明
图1为本发明一种光杠杆法测距仪的主视结构示意图。
图2为本发明螺旋测微器的主视结构示意图。
图中：1 为底座；2为激光笔；3为螺旋测微器；4为销钉；5为绕轴旋转架；6为固定架；7为套筒；8为光杆；9为镜面标尺；3-1为测微螺杆；3-2为螺旋测微器架；3-3为螺母套管；3-4为微分套筒；3-5为锁紧装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围不受本施例所限。
实施例
如图1所示，一种光杠杆法测距仪，由测距装置和镜面标尺9两部分构成，其结构如下：激光笔2用弹簧片固定在绕轴旋转架5上、螺旋测微器3焊接在固定架6上，绕轴旋转架5由销钉4固定在与底座1相连的光杆8上，固定架6用螺钉固定在与底座1相连的光杆8上，其所在高度可沿光杆8调整，靠螺丝紧固，螺旋测微器3的顶尖顶在激光笔2的尾部，激光笔2固定在可绕销钉4转动的绕轴旋转架5上，测量时，旋转螺旋测微器3下部的杆体，则螺旋测微器3的顶尖沿竖直方向移动，推动激光笔2绕轴转动，使激光笔2尾部移动的距离可由螺旋测微器3读出，此时激光笔2发出的光线绕销钉4形成光杠杆，照在远处镜面标尺9上，记下此时激光点在镜面标尺9上的位置，则由公式可计算出测距装置到镜面标尺9之间的距离。所述镜面标尺9是在平面镜上用彩色丝线做出刻度线，背面用双面胶固定于待测物的表面上，镜面标尺9上的第一个刻度应与测距装置上激光笔2等高。
该仪器中的测距装置和镜面刻度尺9是各自独立的部分，所述测距装置包括底座1、激光笔2、螺旋测微器3、销钉4、绕轴旋转架5和螺旋测微器固定架6，所述激光笔2用弹簧片固定在绕轴旋转架5上，绕轴旋转架5由销钉4固定在与底座1相连的光杆8上，螺旋测微器3焊接在固定架6上，固定架6用螺钉固定在与底座1相连的光杆8上，其所在高度可沿光杆8调整，靠螺钉紧固，螺旋测微器3的顶尖顶在激光笔2的尾部；光杆8与底座1之间靠螺纹连接，安装时，先将带套筒7的光杆8拧在底座1上，套筒7套在光杆8上，绕轴旋转架5用销钉4固定在光杆8上，再将激光笔2放入绕轴旋转架5的凹槽中；将固定架6用上下两个螺钉固定在套筒7上，套筒7的位置调整到螺旋测微器3的顶尖与绕轴旋转架5的尾部凹坑相接触，且让激光笔2和绕轴旋转架5保持水平，用紧固螺钉固定套筒7的位置。打开激光笔2，让光线垂直照射到待测物的表面，将镜面标尺9粘贴到待测物上，且让镜面标尺9的最高刻度线与激光笔2发出的激光点重合。
该装置利用光杠杆原理，设计了一个由测距装置部分和镜面标尺部分组成的可测量2-5米距离的实验仪器。该仪器中的测距装置部分包含有激光笔和螺旋测微器，测量时，旋转螺旋测微器使测微器的顶尖向上移动，从而推动与之相接触的激光笔尾部开始绕定轴转动，则激光笔和光线形成光杠杆，通过测量出螺旋测微器顶尖移动的距离，激光笔的臂长，和激光点在镜面标尺上移动的距离，则可测量出镜面标尺到测距装置之间的距离。
如图2所示，螺旋测微器3包括一根精密的测微螺杆3-1和套在螺杆3-1上的螺母套管3-3，以及紧固在螺杆3-1上的微分套筒3-4；螺母套管3-3上有两排刻线，毫米刻线和半毫米刻线；螺母套管3-3紧固在螺旋测微器架3-2上；微分套筒3-4圆周上刻有50个等分格，当微分套筒3-4转过一周时，测微螺杆3-1前进或后退0.5毫米，即测微螺杆3-1上的顶尖移动了0.5毫米，测量读数时靠锁紧装置3-5固定螺杆位置，则螺杆上顶尖移动的距离由螺母套管3-3上毫米刻度和微分套筒3-4上等分格的刻度读出，测量精度为0.01毫米，螺旋测微器3可移动的最大距离为25.00毫米，材质为不锈钢；锁紧装置3-5为弹簧垫圈和螺钉。
Claims (7)
1.一种光杠杆法测距仪，包括测距装置和镜面标尺（9），其特征在于：测距装置和镜面标尺（9）是各自独立的部分，所述测距装置包括底座（1）、激光笔（2）、螺旋测微器（3）、销钉（4）、绕轴旋转架（5）、固定架（6），套筒（7）和光杆（8），所述光杆（8）通过螺纹连接在底座（1）上，激光笔（2）用弹簧片固定在绕轴旋转架（5）上，绕轴旋转架（5）的一端通过销钉（4）固定在光杆（8）上，螺旋测微器（3）焊接在固定架（6）的一端，固定架（6）的另一端用螺钉固定在套筒（7）上，套筒（7）的高度可沿光杆（8）调整，套筒（7）通过螺钉紧固在光杆（8）上，螺旋测微器（3）的顶尖顶在绕轴旋转架（5）尾部的凹坑中心点处。
2.根据权利要求1所述的一种光杠杆法测距仪，其特征在于：所述螺旋测微器（3）包括一根精密的测微螺杆（3-1）和套在测微螺杆（3-1）上的螺母套管（3-3），以及紧固在测微螺杆（3-1）上的微分套筒（3-4），螺母套管（3-3）上有两排刻线，毫米刻线和半毫米刻线；螺母套管（3-3）与螺旋测微器架（3-2）靠锁紧装置（3-5）固定；微分套筒（3-4）圆周上刻有50个等分格，当微分套筒（3-4）转过一周时，测微螺杆（3-1）前进或后退0.5毫米，即测微螺杆（3-1）上的顶尖移动了0.5毫米，顶尖移动的距离由螺母套管（3-3）上毫米刻度和微分套筒（3-4）上等分格的刻度读出，测量精度为0.01毫米，螺旋测微器（3）可移动的最大距离为25.00毫米，材质为不锈钢。
3.根据权利要求1所述的一种光杠杆法测距仪，其特征在于：所述绕轴旋转架（5）为半敞开式柱状结构，内圆半径5毫米，壁厚3毫米，总长120毫米；在距绕轴旋转架（5）的一端面10毫米处有一凹坑，坑深2毫米，凹坑用于与螺旋测微器（3）的顶尖配合；距绕轴旋转架（5）的另一端面10毫米处有一孔，孔径为3毫米，此孔与光杆（8）上的孔用销钉（4）配合紧固，绕轴旋转架（5）的材质为钢板。
4.根据权利要求1所述的一种光杠杆法测距仪，其特征在于：所述固定架（6）为长方体结构，长120毫米，截面宽16毫米、厚3毫米，在距固定架（6）的一端面10毫米处有两孔，孔径为3毫米，该孔用于将固定架（6）固定在套筒（7）上，固定架（6）材质为钢板。
5.根据权利要求1所述的一种光杠杆法测距仪，其特征在于：所述镜面标尺（9）是在平面镜上用红色丝线做出刻度线，背面用双面胶固定于待测物的表面上，固定镜面标尺（9）时，应将镜面标尺（9）上的第一个刻度线与测距装置上激光笔（2）发出的激光点重合。
6.一种光杠杆法测距仪的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：打开激光笔（2），让光线垂直照射到待测物的表面，将镜面标尺（9）粘贴到待测物上，且让镜面标尺（9）的最高刻度线与激光笔（2）发出的激光点重合；
步骤2：旋转螺旋测微器（3），利用光的反射路径与入射光路径重合，调平绕轴旋转架（5）的高度，并记录此时螺旋测微器（3）的读数n0；
步骤3：继续同向旋转螺旋测微器（3），消除空程差，使激光笔（2）发出的激光在镜面标尺（9）上移动距离D，记录此时螺旋测微器（3）的读数n1；
步骤4：用游标卡尺测量销钉（4）到螺旋测微器（3）顶尖之间的距离l，用刻度尺测量步骤3中的距离D，螺旋测微器（3）顶尖移动的距离为d=n1-n0，将测量数据代入公式d/D=l/L中，计算待测距离L。
7.根据权利要求6所述的一种光杠杆法测距仪的测量方法，其特征在于：测量时，旋转螺旋测微器（3）上的微分套筒（3-4），使螺旋测微器（3）的顶尖沿竖直方向移动，推动绕轴旋转架（5）的尾部绕销钉（4）转动，绕轴旋转架（5）的尾部移动的距离由螺旋测微器（3）读出，此时激光笔（2）发出的光线绕销钉（4）形成光杠杆，照在远处镜面标尺（9）上，记下此时激光点在镜面标尺（9）上的位置，则由公式d/D=l/L可计算出测距装置到镜面标尺（9）之间的距离L。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180330 |