CN209343624U - 一种牛顿环曲率半径远程测量实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种牛顿环曲率半径远程测量实验装置，包括钠光灯、读数显微镜、牛顿环、步进电机、步进电机驱动器、光电编码器、支架、图像检测摄像头、中央处理模块、网络通讯模块，图像检测摄像头与读数显微镜目镜相连，步进电机一端与读数显微镜测微鼓轮相连、一端和光电编码器相连，图像检测摄像头、步进电机驱动器输入接口、光电编码器输出接口与中央处理模块相连，支架使步进电机、光电编码器中心与测微鼓轮中心等高。本实用新型能够远距离网络操控牛顿环曲率半径测量实验，能够有效充分利用实验资源，具有结构简单、安装方便、可靠性好、通用性好、测量效果好、实验操作体验高的优点。

Description

一种牛顿环曲率半径远程测量实验装置

技术领域

本发明涉及物联网实验设备，具体涉及一种牛顿环曲率半径远程测量实验装置。

背景技术

传统的实验室教学模式由于受到空间和时间限制，不利于学生自主选择做实验的时间和地点，限制了实验室的全面对外开放。牛顿环曲率半径测量是大学物理实验教学中的基本实验项目，涉及操作、观察、读数等多个环节，而采用远程实验设备实现牛顿环曲率半径测量不仅可以延伸实验的操作和体验范围，能够有效降低牛顿环曲率半径测量实验的经济成本，有利于牛顿环曲率半径测量实验设施的共享与普及。

当前采用的牛顿环曲率半径测量实验方法主要是在实验室现场操作实验仪器，但这种方法在实际应用中存在明显的缺陷和不足：传统实验室操作仪器的实验方式存在实验时间和地点固定、人工测量耗时大、容易因视力疲劳造成较大误差、实验资源利用不充分，实验设施管理以及维护成本高，实验室对外开放程度低。因此，如何实现牛顿环曲率半径远程测量实验的设备及其应用方法以解决上述技术问题，已经成为一项亟待解决的关键技术问题。

发明内容

发明目的

针对现有技术的上述问题，提供一种牛顿环曲率半径远程测量实验装置，本实用新型能够远距离网络操控牛顿环曲率半径测量实验，能够有效充分利用实验资源，具有结构简单、安装方便、可靠性好、通用性好、测量效果好、实验操作体验高等优点。

技术方案

本实用新型是通过如下技术方案实现的：

本发明提供一种牛顿环曲率半径远程测量实验装置，包括钠光灯、读数显微镜、牛顿环、中央处理模块、步进电机、步进电机驱动器、光电编码器、图像检测摄像头、支架组件和网络通讯模块，所述读数显微镜的目镜与图像检测摄像头相连、测微鼓轮与步进电机一端相连，所述步进电机另一端和光电编码器相连，所述图像检测摄像头、光电编码器输出接口和步进电机驱动器输入接口分别与中央处理模块相连，所述支架组件包括可上下伸缩的平台、步进电机支架、光电编码器支架、连接固件和联轴器，所述步进电机、光电编码器相对布置于可上下伸缩的平台上。

优选地，所述支架组件上设有连接固件和联轴器，所述步进电机的一端输出轴通过连接固件与读数显微镜测微鼓轮固定连接，另一端输出轴通过联轴器与光电编码器输入轴固定连接。

优选地，所述支架组件上设有可上下伸缩的平台，所述步进电机输出轴、光电编码器输入轴以及读数显微镜测微鼓轮的中心在一条水平线上。

优选地，所述中央处理模块还连接有实验全局场景监测摄像头，所述钠光灯、读数显微镜、牛顿环、中央处理模块、步进电机、步进电机驱动器、光电编码器、图像检测摄像头、支架组件和网络通讯模块均位于实验全局场景监测摄像头的镜头采集区域内。

优选地，所述图像检测摄像头安装在读数显微镜目镜上，所述步进电机安装在读数显微镜测微鼓轮上。

有益效果

本实用新型的牛顿环曲率半径远程测量实验装置具有下述优点：

1、本实用新型包括钠光灯、读数显微镜、牛顿环、中央处理模块、步进电机、步进电机驱动器、光电编码器、图像检测摄像头、支架组件和网络通讯模块，通过中央处理模块对图像检测摄像头所采集的牛顿环图像进行处理能够实现对牛顿环曲率半径的测量。

2、本实用新型步进电机、光电编码器相对布置于可上下伸缩的平台上，光电编码器的输出端与中央处理模块相连。通过步进电机能够方便地调节测微鼓轮，以便获得更多的牛顿环图像细节；通过光电编码器能够获得目镜移动距离。本实用新型可以在各种牛顿环上实验，但是调节测微鼓轮是测量牛顿环曲率半径大小的手段，通过测量位移，并代入公式计算得到该牛顿环仪的曲率半径。

3、本实用新型设有实验全局场景监测摄像头，能够方便地远程监测实验运行情况。

综上所述，本实用新型能够远距离网络操控牛顿环曲率半径测量实验，能够有效充分利用实验资源，具有结构简单、安装方便、可靠性好、通用性好、测量效果好、实验操作体验高的优点。与以往的牛顿环曲率半径测量方法相比，本实用新型能更好的利用实验室资源、普及高等教育、能够远距离网络操控牛顿环曲率半径测量实验，适用于所有型号的牛顿环曲率半径测量实验仪器，且可扩展性强，有完整的远程测量实验方案。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图。

图2为本实用新型实施例的应用系统结构示意图。

图例说明：1、钠光灯；2、读数显微镜；3、牛顿环；4、中央处理模块；5、步进电机；6、步进电机驱动器；7、光电编码器；8、图像检测摄像头；9、支架组件；91、平台； 92、步进电机支架；93、光电编码器支架；94、连接固件；95、联轴器；10、网络通讯模块； 11、实验全局场景监测摄像头。

具体实施方式

下面对本发明进一步说明：

如图1所示，本实施例提供一种牛顿环曲率半径远程测量实验装置，包括钠光灯1、读数显微镜2、牛顿环3、中央处理模块4、步进电机5、步进电机驱动器6、光电编码器7、图像检测摄像头8、支架组件9和网络通讯模块10。读数显微镜2的目镜与图像检测摄像头8相连、测微鼓轮与步进电机5相连，步进电机5和光电编码器7相连，图像检测摄像头8、光电编码器7输出接口和步进电机驱动器6输入接口分别与中央处理模块4相连。支架组件9 包括可上下伸缩的平台91、步进电机支架92、光电编码器支架93、连接固件94以及联轴器 95，步进电机5、光电编码器7相对布置于平台91上。本实施例中，中央处理模块5具体采用树莓派嵌入式计算机系统实现，此外也可以根据需要采用其他嵌入式设备。网络通讯模块 10可根据需要采用WiFi或者Internet，此外也可采用其他网络通讯方式。此外，本实施例中具体是将图像检测摄像头8安装在读数显微镜目镜上，此外也可以根据需要将图像检测摄像头8作为附加模块固定在读数显微镜2物镜旁边，使得本地实验和远程实验的转换更方便，其原理与本实施例基本相同，仅仅是简单的摄像头位置的变化，故在此不在赘述。

如图1所示，支架9上设有连接固件94和联轴器95，步进电机5的一端输出轴通过连接固件94与读数显微镜2测微鼓轮固定连接，另一端输出轴通过联轴器95与光电编码器 7输入轴固定连接，操作简单方便。

如图1所示，中央处理模块4还连接有实验全局场景监测摄像头11，钠光灯1、读数显微镜2、牛顿环3、中央处理模块4、步进电机5、步进电机驱动器6、光电编码器7、图像检测摄像头8、支架组件9和网络通讯模块10均位于实验全局场景监测摄像头11的镜头采集区域内，通过实验全局场景监测摄像头11能够方便地实现实验全局场景监测。

如图1所示，本实施例中图像检测摄像头8安装在读数显微镜2的目镜上，能够方便地监测牛顿环图像。

如图2所示，在使用本实施例牛顿环曲率半径远程测量实验装置时，将本实施例牛顿环曲率半径远程测量实验装置的网络通讯模块10接入互联网并与web服务器相连，各个进行远程实验的用户则通过客户端远程实验网页交互界面访问web服务器。在进行实验时，钠光灯1发出的光经读数显微镜2的反光镜反射后照射在牛顿环3上，形成明暗相间的同心圆环，图像检测摄像头8将此同心圆环图像采集，经中央处理模块4处理得到暗纹直径，并通过网络通讯模块10经服务器中转传输给客户端的网页交互界面；同时，中央处理模块4将图像检测摄像头8和实验全局场景监测摄像头11生成两路视频数据流(双通道视频)并经过服务器中转传输给各个客户端，在客户端的网页交互界面显示输出给用户，用户可基于图像检测摄像头8的输出画面，在客户端通过网页交互界面访问web服务端发布命令传输至嵌入式设备控制步进电机5转动以调节读数显微镜2的测微鼓轮，获取更多牛顿环明暗圆环信息。实验过程中，用户可随时通过实验全局场景监测摄像头11观察全局实验状况。

本实施例中，具体的实验步骤如下：步骤1：用户在客户端网页浏览器上打开实验链接；步骤2：获取各实验模块控制权限；步骤3：打开双通道视频，开始采集视频图像；步骤4：控制步进电机5转动测微鼓轮，使得牛顿环图像包含更多圆环信息；步骤5：基于获取的牛顿环图像，根据图像处理方法得到各级暗纹直径，按照“逐差法”计算得到牛顿环的曲率半径数据；步骤6：导出实验数据至本地；步骤7：关闭实验系统并退出。

本实施例牛顿环曲率半径远程测量实验装置与以往的牛顿环曲率半径测量方法相比，能打破时空限制、更好的开放实验室资源，能够远距离网络操控牛顿环曲率半径测量实验，适用于所有型号的牛顿环曲率半径测量实验仪器，且可扩展性强，有完整的远程测量实验方案。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种牛顿环曲率半径远程测量实验装置，其特征在于：包括钠光灯(1)、读数显微镜(2)、牛顿环(3)、中央处理模块(4)、步进电机(5)、步进电机驱动器(6)、光电编码器(7)、图像检测摄像头(8)、支架组件(9)和网络通讯模块(10)；

所述读数显微镜(2)的目镜与图像检测摄像头(8)相连、测微鼓轮与步进电机(5)一端相连，所述步进电机(5)另一端和光电编码器(7)相连，所述图像检测摄像头(8)、光电编码器(7)输出接口和步进电机驱动器(6)输入接口分别与中央处理模块(4)相连，所述支架组件(9)包括可上下伸缩的平台(91)、步进电机支架(92)、光电编码器支架(93)、连接固件(94)以及联轴器(95)，所述步进电机(5)、光电编码器(7)相对布置于平台(91)上。

2.根据权利要求1所述的牛顿环曲率半径远程测量实验装置，其特征在于：

所述步进电机(5)的一端输出轴通过连接固件(94)与读数显微镜(2)测微鼓轮固定连接，另一端输出轴通过联轴器(95)与光电编码器(7)输入轴固定连接，通过可上下伸缩的平台(91)，所述步进电机(5)、光电编码器(7)以及读数显微镜(2)测微鼓轮的中心在一条水平线上。

3.根据权利要求1所述的牛顿环曲率半径远程测量实验装置，其特征在于：

所述中央处理模块(4)还连接有实验全局场景监测摄像头(11)，所述钠光灯(1)、读数显微镜(2)、牛顿环(3)、中央处理模块(4)、步进电机(5)、步进电机驱动器(6)、光电编码器(7)、图像检测摄像头(8)和支架组件(9)均位于实验全局场景监测摄像头(11)的镜头采集区域内。

4.根据权利要求1所述的牛顿环曲率半径远程测量实验装置，其特征在于：

所述图像检测摄像头(8)安装在读数显微镜(2)的目镜上，所述步进电机(5)安装在读数显微镜(2)的测微鼓轮上。