CN202404066U - 具有测量增强功能的超声光栅实验平台 - Google Patents

Abstract

具有测量增强功能的超声光栅实验平台属于实验物理领域。本实用新型获得传统实验仪器不能获得的光强分布等物理量，实现了信号的自动化采集和多角度定量分析，并具有较高的精确度。该实验平台包括：一个导轨，在该导轨的一端放置一个激光器，另一端放置衍射光斑接收装置；衍射光斑接收装置由光阑、光传感器及转动传感器通过一个垂直于导轨的线量转化器固连在一起组成，其中光传感器及转动传感器通过数据采集接口与计算机连接；在激光器与衍射光斑接收装置之间的导轨上，放置超声光栅声速仪的液体槽，槽内的压电陶瓷晶片通过两根高频信号线与超声光栅声速仪的超声信号源相连。

Description

具有测量增强功能的超声光栅实验平台

技术领域

本实用新型属于实验物理领域，特别之处在于，依托传统实验仪器，巧妙嵌入传感器及信号接收设备等，能获得传统实验仪器不能获得的光强分布等物理量，实现了信号的自动化采集和多角度定量分析，并具有较高的精确度。

背景技术

具有测量增强功能的超声光栅实验平台中所用到的传感器及数据采集接口可选用PASCO公司的相关实验附件。PASCO公司的实验教学平台是一个较早的将计算机数据采集与分析应用于物理实验的系统，包括一些典型的普通物理实验以及一些综合性实验，如亥姆霍兹实验、混沌实验等。利用这些现成的实验项目，是目前各个学校使用PASCO平台开展实验室工作的主要形式。

但这些实验项目的仪器配件比较昂贵，另一方面，很多典型的普通物理实验项目是很多高校的物理实验室已经开设的，如果全部实验项目重新配备容易产生实验设备冗余。考虑PASCO公司的计算机接口和实验软件对于不同实验项目是通用的，如果配备一套传感器以及必备的零部件之后，通过与现在已有的传统实验设备的合理集成，既最大限度的利用了现有资源，又能实现实验过程和数据采集的自动化管理，这将是一个不错的选择。

实用新型内容

本实用新型基于PASCO实验附件可组装性强的特征，根据实验室已有的硬件条件，在传统的超声光栅实验基础上，设计与搭建新的超声光栅实验装置，通过传感器及数据采集设备的引入，获得了清晰、直观的超声光栅衍射光强分布图。在此基础上，通过测量与计算不同酒精溶液浓度下的超声波声速，提供了一种利用超声波对相关溶液浓度进行快速测量和比较的方法，实现了PASCO实验平台的设计性应用与扩展研究，也为新的仪器设备和仪器手段的更有效利用提出了一种新思路。

本实用新型的目的是通过以下技术方案解决的：

具有测量增强功能的超声光栅实验平台，其特征在于：该实验平台包括：一个导轨，在该导轨的一端放置一个激光器，另一端放置衍射光斑接收装置；衍射光斑接收装置由光阑、光传感器、转动传感器以及一个垂直于导轨的线量转化器共同组成；其中光阑位于光传感器的前方，光传感器位于转动传感器的上方；三者固连在一起，且转动传感器与线量转化器滑动配合；三者固连在一起，并能够沿线量转换器在垂直于导轨的方向上滑动；光传感器及转动传感器通过数据采集接口与计算机连接；

在激光器与衍射光斑接收装置之间的导轨上，放置超声光栅声速仪的液体槽，槽内的压电陶瓷晶片通过两根高频信号线与超声光栅声速仪的超声信号源相连。

本实用新型的优点在于：

1)本实用新型能够获得传统超声光栅实验平台无法获得的清晰、直观的超声光栅衍射光强分布图。

2)本实用新型实现了PASCO实验平台的设计性应用与扩展研究，也为新的仪器设备和仪器手段的更有效利用提出了一种新思路。

3)本实用新型实验过程精确、迅速，能够提供一种利用超声波对相关溶液浓度进行快速测量和比较的方法，具有极大的应用潜力。

附图说明

图1为具有测量增强功能的超声光栅实验平台示意图。

其中1.激光器2.超声光栅声速仪的超声信号源3.计算机4.数据采集接口5.光传感器6.转动传感器7.线量转换器8.光阑9.导轨10.超声光栅声速仪的液体槽。

图2a).质量百分比浓度为20％的酒精的光栅光强分布图；

图2b).质量百分比浓度为100％的酒精的光栅光强分布图。

具体实施方式

该实验平台包括：一个导轨9，在该导轨的一端放置一个激光器1，另一端放置衍射光斑接收装置；衍射光斑接收装置由光阑8、光传感器5及转动传感器6通过一个垂直于导轨的线量转化器7固连在一起组成，其中光传感器及转动传感器通过数据采集接口4与计算机3连接；其中光阑位于光传感器的前方，光传感器位于转动传感器的上方，且转动传感器与线量转化器滑动配合；

在激光器与衍射光斑接收装置之间的导轨上，放置超声光栅声速仪的液体槽10，槽内的压电陶瓷晶片通过两根高频信号线与超声光栅声速仪的超声信号源2相连。

用WSG-I型超声光栅声速仪产生相应的液体光栅，以酒精溶液为测试液体。实验前，首先利用激光对光源和接收光阑准直，并使光路与液槽内的超声波传播方向垂直。实验时，运用量筒和烧杯精确配制相应浓度的酒精溶液(0％～100％，间隔10％)，缓缓倒入液体槽，将锆钛酸铅陶瓷片插入溶液(另一端连接振荡器)，盖上液体槽盖板。打开激光器，开启超声信号源电源，使半导体激光器产生的准直平行光垂直入射到光栅上。透过光栅的衍射光被光阑及光传感器接收，能观测到清晰分立的衍射光斑，通过调节振荡器频率使衍射光斑达到最亮，记录此时的频率，即为共振频率υ。衍射光斑接收装置中光传感器与转动传感器通过垂直于导轨的线量转化器固连在一起，其中转动传感器用来测定位置，光感应传感器测量相应位置的光强，两者通过PASCO数据采集接口与计算机连接。实验时，首先将转动传感器置于线量转换器的一端，打开电脑中的数值采集及处理软件，点击运行后，轻轻转动转动传感器，将同步获得相应溶液的清晰、直观的衍射光强分布图象。转动传感器到达线量转换器另一端的时候，结束一次运行。

Claims (1)

1.具有测量增强功能的超声光栅实验平台，其特征在于：该实验平台包括：一个导轨，在该导轨的一端放置一个激光器，另一端放置衍射光斑接收装置；衍射光斑接收装置由光阑、光传感器、转动传感器以及一个垂直于导轨的线量转化器共同组成；其中光阑位于光传感器的前方，光传感器位于转动传感器的上方；三者固连在一起，且转动传感器与线量转化器滑动配合；光传感器及转动传感器通过数据采集接口与计算机连接；

在激光器与衍射光斑接收装置之间的导轨上，放置超声光栅声速仪的液体槽，槽内的压电陶瓷晶片通过两根高频信号线与超声光栅声速仪的超声信号源相连。

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