CN203798313U - 光杠杆激光标线投影实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及教学实验装置，旨在提供一种调整很方便、直观，造价低的用于测量微小位移的光杠杆激光标线投影实验装置，由安装在方向调节架中的激光标线器和平面镜组成，所述激光标线器可在调节架中前后、旋转活动并固定；所述方向调节架可作俯仰、左右和上下调节，使激光标线器射岀的激光光束能射至平面镜上，并由平面镜反射投影到安装于立杆一侧的标尺上，然后可固定住状态。本实用新型可方便精确测量微小位移量，而且让学生调整仪器很方便、快捷和直观。

Description

光杠杆激光标线投影实验装置

技术领域

本实用新型属于教学实验装置，更具体地说，是一种属于大专院校物理力学实验中测量微小位移的光杠杆激光标线投影实验装置。 

背景技术

物理力学实验测定金属丝、弹簧等微小伸长量常用光杠杆放大法，比如采用日光灯照亮标尺，用望远镜观察光杠杆上平面镜中标尺影像随微小位移而改变情况，光杠杆有放大效果，可以测量微小位移。由于望远镜视野较小，找寻光杠杆上平面镜中标尺影像很难，学生往往要化许多时间，且标尺影像也不是很清晰、直观，并且合适的望远镜价格也校高，不适于学校实验中应用；现阶段迫切需要一种成本降低、但又直观方便学校学生采用的新型的实验装置。 

申请号201210107477.0的中国专利曾公开了“一种激光反射替代望远镜测量金属丝杨氏模量”的技术，其方案是：一个半导体激光器发出的激光经过固定在标尺上的一个内径2mm、长度30mm的光阑，激光穿过标尺上的光阑后照射到光杠杆的平面反射镜上，调节平面反射镜的左右方向使反射回来的激光照射到标尺上，调节平面反射镜的俯仰使反射回来的激光在标尺的中间位置附近，记录此时激光所在位置标尺的读数，增加砝码，记录砝码增加后激光所在位置标尺的读数。 

该专利中的“光阑”是一种附加于激光器外的、用于控制光束粗细、强弱的光学器件(有如照相机的光圈)；激光束经过一定距离外的光阑，会使得原来的光束略为减细些、减弱些，因此最后投射到物体上的圆光斑也就会变得小些和暗些。由于实验中标尺的最小刻度一般都为1mm，因此要求显示记录的光点一般小于0.5mm，否则会读不准；但是光点太小，亮度又不够时，会让实验者目测起来很困难； 而且，由于光杠杆的放大作用让光点越小越是难捕捉，因此实验中的光杠杆如果有一点斜偏(上下偏转同时会伴随着左右偏转)，或是一点震动，都很容易地使光点“跑”出了狭长的标尺面，再调回来会很费时间，使得实验过程常常被中断。 

该专利中也没有专门设置一个用于调节激光方向的调节架，因此只能调整光杠杆，让实验装置的初调定位较难也较费时。 

实用新型内容

本实用新型是为了克服现有技术的不足，提供一种很方便、直观，造价低、通用性强的光杠杆激光标线投影物理实验装置。 

本实用新型的技术问题通过以下技术方案予以实现： 

一种光杠杆激光标线投影实验装置，由安装在方向调节架中的激光标线器和平面镜组成，所述激光标线器可在调节架中前后、旋转活动并固定；所述方向调节架可作俯仰、左右和上下调节，使激光标线器射岀的激光光束能射至平面镜上，并由平面镜反射投影到安装于立杆一侧的标尺上，然后可固定住状态。 

作为本实用新型的进一步改进，所述平面镜的方位可由光杠杆所调节。 

本实用新型是由半导体激光标线器，方向调节架，标尺，光杠杆和激光标线器电源所组成光杠杆激光标线投影物理实验装置。其中：激光标线器是一种能把半导体激光芯片发出的圆形截面光束转换成很细且很亮的线形截面光束，由于激光的发散角很小，故这种激光束投影较远处，激光线段粗细也变化不大。本实用新型把激光线段打到光杠杆上平面镜中，平面镜反射至较远位置的标尺上，标尺上可清楚看到激光线段投影在那条刻度线，构成光杠杆激光标线投影装置，可观察并记录该刻度值。 

由于光杠杆上平面镜随微小位移而改变角度，使其反射的激光线段投影在标尺刻度位置发生改变，因此光杠杆具有“放大”作用，微小位移可使激光线段投影在标尺刻度位置发生较大改变，因而可方便 精确测量微小位移量。这种激光线段不需望远镜就可见，因此能很方便、快捷调整激光线段投影在标尺的初始位。 

由于采用了上述技术方案，本实用新型具有如下有益效果： 

1、学生调整仪器很方便、快捷、直观； 

2、用激光标线器取代望远镜和照标尺的日光灯，仪器成本大幅减少。 

3、相比背景技术中的专利，本实用新型中的激光标线器由于发出的是一定长度的水平光线段，光线段不存在“跑”出狭长的竖标尺问题，因此只要粗略调方向调节架，就很容易调水平光线段投影到标尺上。如果光杠杆斜偏(上下偏转同时会伴左右偏转)，使光线段与刻度线产生夹角，也是很容易被发觉并及时纠正；如果发生震动，也只是让光线段上下短暂模糊，不会发生找不到线段的现象。 

4、本实用新型初调定位很容易，只要旋方向调节架上的螺丝即可精准调整，光杠杆只需大致对准标尺就可，左右方向都不需精准调整。但是，如果投影到标尺上的是斜线而激光标线器基本水平，则表明光杠杆是偏差需要更换，这是作为光点不能判断出的。 

5、本实用新型中的光线段不仅亮度不会降低，而且可以调得很细(最细可达0.3mm)，可以轻松地估读每一位读数。 

附图说明

图1是本实用新型的原理图。 

图2是本实用新型的具体实施例图。 

图中：激光标线器1，立杆2，方向调节架3，标尺4，激光束5，光杠杆6，平面镜7，细金属丝8，固定平面9，探测平台10。 

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述： 

图1是光杠杆镜测微小长度变化量的原理图。光杠杆探测支点o处起始位，用方向调节架调节激光标线器J射岀水平横线段至光杠杆 的平面镜M上再反射到标尺z上，读数为n1(以激光水平横线段边缘对标尺刻度)；光杠杆探测支点o随探测对象向下移动，光杠杆变为虚线所示，改变了平面镜M的法线的方向，此时水平横线在标尺的读数变为n2。这样，探测对象的微小位移量ΔL，对应光杠杆平面镜的角度变化量θ，而对应的标尺读数变化则为Δn＝n2-n1。由光路可逆可以知道，Δn对光杠杆平面镜的张角应为2θ。从图1中用几何方法可以得出： 

$\mathrm{tg\θ}\≈\mathrm{\θ}=\frac{\mathrm{\ΔL}}{b}---\left(1\right)$

$\mathrm{tg}2\mathrm{\θ}\≈2\mathrm{\θ}=\frac{|n_2-n_1|}{D}=\frac{\mathrm{\Δn}}{D}---\left(2\right)$

将(1)式和(2)式联立后得： 

$\mathrm{\ΔL}=\frac{b}{2D}\×\mathrm{\Δn}---\left(3\right)$

由于D>>b，所以Δn>>ΔL，从而获得对微小量的线性放大，提高了ΔL的测量精度。 

这种测量方法被称为放大法。由于该方法具有性能稳定、精度高，而且是线性放大等优点，所以在设计各类测试仪器中有着广泛的应用。 

图2是本实用新型应用于拉伸法测金属丝杨氏模量实验的实施例。图中，本实用新型由激光标线器1，立杆2，方向调节架3，标尺4，光杠杆6，平面镜7所组成。 

方向调节架3中的激光标线器1与标尺4分别安装于立杆2二侧，激光光标线器1发岀的激光束5射至光杠杆6上的平面镜7。 

调整方向调节架3使激光光标线器1发岀的激光束5成水平横线段射至光杠杆6上的平面镜7上并使之反射到标尺4的刻度上，而光杠杆6的探测支点置于细金属丝8的探测平台10上，光杠杆6另二个支点放在固定平面9上，细金属丝8被拉伸因而探测平台10向下移动，光杠杆探测支点随之向下移动，平面镜7则向上转向，使得反射的激光束5改变投射到标尺4刻度位置。探测对象较小的位移可使激光束5反射至标尺4上的位置发生较大变化，微小量获线性放大， 提高了ΔL的测量精度。 

由于激光束5可见，因此能很方便、快捷调整激光线段投影在标尺的初始位。 

最后，还要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的一个具体实施例。显然，本实用新型还可以有许多变形，本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。 

Claims (1)

1.一种光杠杆激光标线投影实验装置，由安装在方向调节架(3)中的激光标线器(1)和平面镜(7)组成，其特征在于，所述激光标线器(1)可在调节架中前后、旋转活动并固定；所述方向调节架(3)可作俯仰、左右和上下调节，使激光标线器(1)射岀的激光光束能射至平面镜(7)上，并由平面镜(7)反射投影到安装于立杆(2)一侧的标尺(4)上，然后可固定住状态；所述平面镜(7)的方位可由光杠杆(6)所调节；所述光杠杆(6)的探测支点置于细金属丝(8)的探测平台(10)上，光杠杆(6)另二个支点放在固定平面(9)上；当细金属丝(8)被拉伸因而探测平台(10)向下移动时，光杠杆探测支点随之向下移动，从而平面镜(7)可向上进行转向。