CN207611409U - 一种基于Arduino的迈克尔逊干涉条纹计数器系统 - Google Patents
一种基于Arduino的迈克尔逊干涉条纹计数器系统 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开一种基于Arduino的迈克尔逊干涉条纹计数器系统，为解决大学物理实验中条纹计数的问题，该系统包括光屏、两条光纤、LCD显示屏和主控制箱，所述主控制箱中包括两个光电二极管、两个开关、Arduino控制板和和外接示波器的接口。所述光屏中央垂直插入两条光纤，用于接收光信号，光屏下方设有支撑架；所述两条光纤另一端分别与光电二极管连接，将光信号转换为电信号；所述光电二极管通过导线依次与Arduino控制板连接，进行数据处理；所述开关、LCD显示屏分别与Arduino控制板连接，用于程序初始化和显示条纹数。
Description
技术领域
本实用新型属于物理光学实验领域，涉及用于一种基于Arduino的迈克尔逊干涉条纹计数器系统。
背景技术
在大学物理实验中，迈克尔逊干涉系统广泛应用于测量微小形变、测量激光波长等领域。在迈克尔逊干涉的条纹计数过程中，因需要记录吞吐上百条条纹，传统人工计数不仅实验误差较大，而且对实验员眼睛造成负担。而且如果在实验中考虑其它变量，比如温度压强等，则需要在记录吞吐条纹的同时记录这些变量的变化，实验难度增大。现有条纹计数器大部分只能进行单向计数，抗扰动能力差；或者仅有的能进行双向计数的设备，但是需要使用CCD等仪器，程序复杂，设备昂贵，计数成本较高。
实用新型内容
为解决上述的问题，本实用新型提供了一种基于Arduino的迈克尔逊干涉条纹计数器系统。旨在在进行计数的同时解决条纹吞吐方向的问题。
其采用如下技术方案：
一种基于Arduino的迈克尔逊干涉条纹计数器系统，包括光屏、两条光纤、LCD显示屏和主控制箱，所述主控制箱中包括两只光电二极管、两个开关和Arduino控制板，所述光纤与光电二极管一一对应相连；
所述光电二极管通过导线与Arduino控制板连接，所述光电二极管通过信号输出口与示波器连接；
所述光屏设置于光纤的另一端，所述光纤垂直穿透光屏，所述光屏下方还设有支撑架，所述光屏端作为信号接收端，共从两个点进行观测；
所述LCD显示屏设于主控制箱表面。所述光强观测点有两个，从两个位置观察光强变化，通过程序计算，判断出干涉条纹的内缩或扩张，并在LCD显示屏上显示出来。
作为进一步说明，所述主控制箱表面还设有电脑连接口与示波器接口。
作为进一步说明，所述主控制箱上还设有与Arduino控制板相连通的程序初始化开关和计数清零开关。
本实用新型的有益效果在于：
1.基于Arduino的迈克尔逊干涉条纹计数器系统，利用光电二极管+主控制箱相结合的设计，进行条纹数量的采集，同时利用多点探测的方式判断条纹运动的方向。
2.既可以做到精确计数，也可以判断条纹运动方向；
3.实验精度高，反应时间短，操作方便，成本低；
4.可以基于Arduino进行功能扩展来满足不同实验的需求。
附图说明
图1为本基于Arduino的迈克尔逊干涉条纹计数器系统结构示意图；
图2为本基于Arduino的迈克尔逊干涉条纹计数器系统工作流程示意图；
图3为本计数器系统计数情况与人工计数对比；
图4为本计数器系统进行金属热膨胀系数实验曲线图；
图5为情况一曲线图；
图6为情况二曲线图；
图7为情况三曲线图；
图8为情况四曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步说明。
结合图1所示，
具体投入使用时，接通电源后，使用光屏2投影干涉条纹，光屏2上两个观测点的光强信号通过光纤3传导到光电二极管并转换为电信号，并通过导线传入Arduino板，同时通过示波器接口外接入示波器。通过示波器观察两路信号产生的李萨如图形，判断观测点位置是否合适，而在Arduino板中对信号处理与运算，并将结果在显示器中显示。
如图2，图5-图8所示，
具体计数过程，在具体计数之前首先将系统进行初始化，即通过微扰，如按压实验台或者进行相关预实验，让其吞吐几条条纹，以此来确定两个观测点的光强范围，以确定观测基准，即两观测点光强的中点。之后将每一时刻的光强与基准比较，以此判断系统所处的状态。当发生状态的变化时，所记录条纹数变化，具体为当发生由情况一到情况二或情况二到情况三或情况三到情况四或情况四到情况一的变化时，该过程为吐出条纹过程，条纹数加1/4；当发生由情况四到情况三或情况三到情况二或情况二到情况一或情况一到情况四的变化时，该过程属于吞入条纹过程，条纹数加1/4；其余变化为外界扰动造成，不记录条纹数中。最后结果为得到条纹数的取整。
如图4所示，
通过实验测试数据，就算得知实验金属的热膨胀系数为2.28×10-5K-1，与理论值2.31×10-5K-1的相对误差为1.11％，可见该条纹计数精确度较高。
以上描述了本实用新型的基本原理和主要特征，本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内，实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (3)
1.一种基于Arduino的迈克尔逊干涉条纹计数器系统，其特征在于：包括光屏、两条光纤、LCD显示屏和主控制箱，所述主控制箱中包括两只光电二极管、两个开关和Arduino控制板，所述光纤与光电二极管一一对应相连；
所述光电二极管通过导线与Arduino控制板连接，所述光电二极管通过信号输出口与示波器连接；
所述光屏设置于光纤的另一端，所述光纤垂直穿透光屏，所述光屏下方还设有支撑架，所述光屏端作为信号接收端，共从两个点进行观测；
所述LCD显示屏设于主控制箱表面。
2.根据权利要求1所述一种基于Arduino的迈克尔逊干涉条纹计数器系统，其特征在于：所述主控制箱表面还设有电脑连接口与示波器接口。
3.根据权利要求1所述一种基于Arduino的迈克尔逊干涉条纹计数器系统，其特征在于：所述主控制箱上还设有与Arduino控制板相连通的程序初始化开关和计数清零开关。
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| CN201820024166.0U CN207611409U (zh) | 2018-01-08 | 2018-01-08 | 一种基于Arduino的迈克尔逊干涉条纹计数器系统 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108053020A (zh) * | 2018-01-08 | 2018-05-18 | 于书鹏 | 一种基于Arduino的迈克尔逊干涉条纹计数器系统 |
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2018
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Granted publication date: 20180713 Termination date: 20190108 |
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