CN2630968Y - 一种新型光电等厚干涉实验仪 - Google Patents

Abstract

一种新型光电等厚干涉实验仪，包括等厚干涉条纹产生装置、标尺、光学显微镜、光学接头，其还包括CCD摄像机、监视器和测微器，其中测微器包括机壳和测微电路，测微电路安装在机壳内，测微电路由测量线脉冲产生电路、测量线脉冲输出控制电路、复合网络、计数脉冲产生电路、计数闸门产生电路、计数脉冲输出电路、计数电路、译码电路、数码显示电路、直流工作电源组成，在机壳的面板上开有一个视窗并装有三个调节旋钮，数码显示器位于视窗内。本实用新型不在显微镜目镜中观察干涉条纹图象、不用机械式螺旋测微装置测量干涉条纹的间距，而是在监视器屏幕上对干涉条纹图象进行观察、用电测量方法对干涉条纹间距进行测量，用数码显示器显示测量计数值。

Description

一种新型光电等厚干涉实验仪

                         技术领域

本实用新型涉及一种大学物理实验仪器，特别是一种新型光电等厚干涉实验仪。

                         背景技术

现有技术中等厚干涉实验都是用读数显微镜观测由牛顿环或劈尖装置产生的干涉条纹。其不足之处表现为：①这种方法效率低，费时费力；②每台显微镜只能供一人观看，不便于教师指导实验，更不便于演示实验；③直接在读数显微镜目镜里数等厚干涉条纹级数时，因人眼疲劳，易出现计数错误；

                         发明内容

本实用新型的发明目的是为了克服现有技术的不足之处，而提供一种可直接在监视器屏幕上进行观察、测量的新型光电等厚干涉实验仪。

为了实现上述发明目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种新型光电等厚干涉实验仪，包括等厚干涉条纹产生装置、标尺、光学显微镜、光学接头，其特征是还包括CCD摄像机、监视器和测微器，其中测微器包括机壳和测微电路，测微电路安装在机壳内，所述测微电路由测量线脉冲产生电路、测量线脉冲输出控制电路、复合网络、计数脉冲产生电路、计数闸门产生电路、计数脉冲输出电路、计数电路、译码电路、数码显示电路、直流工作电源组成，在测微器机壳的面板上开有一个视窗，数码显示器位于所述视窗内。在测微器机壳的面板上还装有三个调节旋钮，其中两个用于测量线水平位置调节，一个用于测量线显示稳定调节。

所述标尺为刻有标准长度的透明玻璃薄片。

本实用新型的工作原理如下：等厚干涉条纹产生装置产生的牛顿环、劈尖等干涉条纹经光学显微镜放大、成像于显微镜目镜中，经光学接头与显微镜目镜相连的CCD摄像机将干涉条纹图象的光信号转换为视频电信号，该视频信号由同轴电缆送到测微器中的复合网络，与测量线脉冲复合后由同轴电缆送到监视器，使干涉条纹和测量线同时显示在监视器屏幕上，测量时调节两测量线与干涉条纹的的外延相切，此时计数电路在计数闸门的控制下对计数脉冲计数，经译码后显示与两测量线相对位置对应的计数值。再由当量测量公式计算出干涉条纹的间距。

由于采用了上述的设计方案，本实用新型不在显微镜目镜中观察干涉条纹图象、不用机械式螺旋测微装置测量干涉条纹的间距，而是在监视器屏幕上对干涉条纹图象进行观察、用电测量方法对干涉条纹间距进行测量，用数码显示器显示测量计数值。便于观察、便于测量、便于教师演示，还可使学生接触到新的测量方法，有利于学生素质的提高。

                         附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型所述测微电路的原理方框图；

图3是本实用新型所述测微电路的测量线脉冲产生电路、复合网络、测量线脉冲输出控制电路、直流工作电源的电路原理图；

图4是本实用新型所述测微电路的计数闸门产生电路、计数脉冲产生电路、计数脉冲输出电路、计数电路、译码电路的电原理图；

图5是本实用新型所述测微电路的数码显示电路的电原理图。

                       具体实施方式

如附图所示的一种新型光电等厚干涉实验仪，参见图1和图2，包括等厚干涉条纹产生装置1、标尺2、光学显微镜3、光学接头4、CCD摄像机5、监视器6、测微器7，测微器7包括机壳22和测微电路，测微电路安装在机壳22内，测微电路包括中装有测量线脉冲产生电路8、测量线脉冲输出控制电路9、复合网络10、计数闸门产生电路11、计数脉冲产生电路12、计数脉冲输出电路13、计数电路14、译码电路15、数码显示电路16、直流工作电源17。在测微器7机壳22的面板上揩油一个视窗18，数码显示器位于视窗18内。在测微器7机壳22的面板上还装有一个左测量线水平位置调节旋钮19、一个右测量线水平位置调节旋钮20、一个测量线显示稳定调节旋钮21。

如图3所示测量线脉冲产生电路由集成电路U1～U10、电阻R1～R8、电位器W1、W2、电容C1～C8组成。其中电容C1、C5的一端与CCD摄像机5相连；电阻R1的一端接地，另一端与电容C1的另一端和集成电路U1A的1、2、4脚相接；电阻R2一端经电位器W1接地，另一端接集成电路U1B的9、10、12、13脚；电阻R3的一端接地，另一端接集成电路U2B的10、12、13脚；电阻R4的一端接地，另一端接集成电路U3A的1、2、4、5脚，集成电路U1A的输出端6脚经电容C2与集成电路U1B的输入端9、10、12、13脚相连，集成电路U1B的输出端8脚一路直接与集成电路U2A的输入端1、2、4、5脚相连，另一路与集成电路U1A的5脚相连，集成电路U2A的输出端6脚经电容C3与集成电路U2B的输入端10、12、13脚相连，集成电路U2B的输出端8脚经电容C4与集成电路U3A的输入端1、2、4、5脚相连，集成电路U3A的输出端6脚一路直接与集成电路U3B的输入端9、10、12、13脚相连，另一路与集成电路U2B的输入端9脚相连，集成电路U3B的输出端8脚一路与集成电路U4B的输入端9、10、12脚相连，另一路与集成电路U5A的输入端1、2、4、5脚相连，集成电路U4B的输出端8脚与集成电路U4A的输入端1、2、4、5脚相连，集成电路U4A的输出端6脚与二极管D1的正极相连，从而使测量线脉冲进入复合网络，集成电路U5A的输出端6脚与集成电路U5B的输入端9、10、12、13脚相连，集成电路U5B的输出端8脚与图4中的电容C11相连；电阻R5的一端接地，另一端与电容C5的另一端和集成电路U6A的1、2、4脚相接；电阻R6一端经电位器W2接地，另一端接集成电路U6B的9、10、12、13脚；电阻R7的一端接地，另一端接集成电路U7B的10、12、13脚；电阻R8的一端接地，另一端接集成电路U8A的1、2、4、5脚，集成电路U6A的输出端6脚经电容C6与集成电路U6B的输入端9、10、12、13脚相连，集成电路U6B的输出端8脚一路直接与集成电路U7A的输入端1、2、4、5脚相连，另一路与集成电路U6A的5脚相连，集成电路U7A的输出端6脚经电容C7与集成电路U7B的输入端10、12、13脚相连，集成电路U7B的输出端8脚经电容C8与集成电路U8A的输入端1、2、4、5脚相连，集成电路U8A的输出端6脚一路直接与集成电路U8B的输入端9、10、12、13脚相连，另一路与集成电路U7B的输入端9脚相连，集成电路U8B的输出端8脚一路与集成电路U9A的输入端2、4、5脚相连，另一路与集成电路U10A的输入端1、2、4、5脚相连，集成电路U9A的输出端6脚与集成电路U9B的输入端9、10、12、13脚相连，集成电路U9B的输出端8脚与二极管D2的正极相连，从而使测量线脉冲进入复合网络，集成电路U10A的输出端6脚与集成电路U10B的输入端9、10、12、13脚相连，集成电路U10B的输出端8脚与图4的C12相连。D1、D2的型号是4148，集成电路U1～U10的型号均为74LS13。

测量线脉冲输出控制电路由集成电路U11、电阻R9、R10、电容C9、C10、电位器W3组成，集成电路U11A的输入端1、2脚一路与集成电路U11C的输入端9、10脚相连，另一路与集成电路U11D的输出端11脚相连，集成电路U11A的输出端3脚与集成电路U11B的输入端4、5脚相连，集成电路U11B的输出端6脚经电位器W3与电容C9、电阻R9相连，电阻R9的另一端与集成电路U11D的输入端12、13脚相连，集成电路U11C的输出端8脚经电容C10分别与集成电路U4B的输入端13脚相连，集成电路U9A的输入端1脚、电阻R10的一端相连，电阻R10另一端接地，以控制测量线脉冲的输出。集成电路U11的型号为74LS00。

复合网络由电位器W4、W5、W6、W7和二极管D1、D2组成，二极管D1、D2的负极分别经电位器W4、W6与电位器W7的中心抽头相连；电位器W4的中心抽头一路接监视器6，另一路与电位器W6的中心抽头相连；电位器W5的一端接电位器W4的中心抽头，另一端接电位器W7的一端，电位器W5的中心抽头接CCD摄像机5；电位器W7的另一端接地。干涉条纹视频信号与测量线脉冲在此复合，复合信号从W5的左端与W4、W6的中心抽头连接处送往监视器6显示。

如图4所示的计数闸门产生电路由集成电路U12～U15、晶体管Q1～Q4、电阻R11～R22、电位器W8、W9、电容C11～C15、二极管D3、D4、电感L1组成。电感L1与正12V直流工作电源相连。晶体管Q1的发射极一路经电阻R13接地，另一路与集成电路U12D的12、13脚相连，晶体管Q1的集电极一路直接接+5V工作电源，另一路接电阻R11的一端，电阻R11和电容C11的另一端接晶体管Q1的基极；电阻R12的一端接晶体管Q1的基极，另一端接地。晶体管Q2的发射极一路经电阻R16接地，另一路与集成电路U12A的1、2脚相连。晶体管Q2的集电极一路直接接+5V工作电源，另一路接电阻R14的一端，电阻R14和电容C12的另一端接晶体管Q2的基极；电阻R15的一端接晶体管Q2的基极，另一端接地。集成电路U12D的11脚与集成电路U13A的1脚相连，集成电路U12A的3脚与集成电路U13A的2脚相连。集成电路U13A的3脚与集成电路U14A的1脚相连。集成电路U14A的3脚一路与二极管D4正极相连，另一路与集成电路U14B的9脚相连。集成电路U14A的5脚与集成电路U15A的1、2脚相连，集成电路U14A的6脚与集成电路U15D的12、13脚相连。集成电路U14B的13脚与集成电路U13C的8脚相连。集成电路U15A的3脚与集成电路U13C的9脚相连，集成电路U15D的11脚一路与二极管D3正极相连，另一路与集成电路U16A的4、5脚相连。集成电路U15C的9、10脚一路与电阻R18相连，另一路与集成电路U17、U18、U19、U20的3脚相连。集成电路U15C的8脚经电容C13与集成电路U15B的4、5脚相连。集成电路U15B的4、5脚经电阻R21接地；集成电路U15B的6脚与集成电路U13C的10脚相连。晶体管Q4的集电极与晶体管Q3的发射极相连，晶体管Q3的第二基极经电阻R22接+5V工作电源，晶体管Q3的第一基极经电阻R18、电位器W9接地。二极管D3的负极一路经电阻R19与晶体管Q4的基极相连，另一路与二极管D4的负极相连，二极管D4的负极经电阻R20接地。晶振XTAL1的14脚接+5V直流工作电源，7脚接地，8脚输出计数脉冲到集成电路U16B的9、10、12、13脚；集成电路U16B的8脚与集成电路U16A的1、2脚相连。集成电路U16A的6脚接集成电路U17的14脚。集成电路U12和U15的型号是74LS00，集成电路U13的型号是74LS08，集成电路U14的型号是74LS113。晶体管Q1、Q2、Q4的型号是9013，晶体管Q3的型号是BT35。

计数脉冲产生电路由晶振XTAL1组成。

计数脉冲输出电路由集成电路U16组成，该计数脉冲输出电路为现有的计数脉冲输出电路，在此就不作详细描述。由输出端6脚输出的计数脉冲加到计数电路的第一级集成电路U17的14脚，集成电路U16的型号是74LS13。

计数电路由集成电路U17、U18、U19、U20组成，该计数电路为现有的计数电路，在此就不作详细描述。计数脉冲由集成电路U16的6脚加到集成电路U17的14脚。集成电路U17、U18、U19、U20的型号是74LS90。

译码电路由集成电路U21、U22、U23、U24组成，该译码电路为现有的译码电路，在此就不作详细描述。计数电路各位的Q0、Q1、Q2、Q3分别与译码电路各位的A、B、C、D端相连。集成电路U21、U22、U23、U24的型号是74LS48。

直流工作电源电路由集成电路U25、U26，电阻R23～R26、电容C16～C25、电位器W10、W11、整流桥D5、D6组成。它们之间的连接关系对本领域的普通技术人员是熟知的，在此就不做详细描述。

如图5所示数码显示电路由LED1、LED2、LED3、LED4组成，其组成关系对本领域的普通技术人员是熟知的，在此就不做详细描述。

Claims (7)

1、一种新型光电等厚干涉实验仪，包括等厚干涉条纹产生装置(1)、标尺(2)、光学显微镜(3)、光学接头(4)，其特征是还包括CCD摄像机(5)、监视器(6)和测微器(7)，其中测微器(7)包括机壳(22)和测微电路，测微电路安装在机壳(22)内，所述测微电路由测量线脉冲产生电路(8)、测量线脉冲输出控制电路(9)、复合网络(10)、计数脉冲产生电路(11)、计数闸门产生电路(12)、计数脉冲输出电路(13)、计数电路(14)、译码电路(15)、数码显示电路(16)、直流工作电源(17)组成，在测微器机壳(22)的面板上开有一个视窗(18)，数码显示器位于所述视窗(18)内。在测微器机壳(22)的面板上还装有一个左测量线水平位置调节旋钮19、一个右测量线水平位置调节旋钮20、一个测量线显示稳定调节旋钮21。

2、根据权利要求1所述的一种新型光电等厚干涉实验仪，其特征所述标尺(2)为刻有标准长度的透明玻璃薄片。

3、根据权利要求1所述的一种新型光电等厚干涉实验仪，其特征所述测量线脉冲产生电路由集成电路U1～U10、电阻R1～R8、电位器W1、W2、电容C1～C8组成。其中电容C1、C5的一端与CCD摄像机(5)相连；电阻R1的一端接地，另一端与电容C1的另一端和集成电路U1A的1、2、4脚相接；电阻R2一端经电位器W1接地，另一端接集成电路U1B的9、10、12、13脚；电阻R3的一端接地，另一端接集成电路U2B的10、脚经电容C7与集成电路U7B的输入端10、12、13脚相连；集成电路U7B的输出端8脚经电容C8与集成电路U8A的输入端1、2、4、5脚相连；集成电路U8A的输出端6脚一路直接与集成电路U8B的输入端9、10、12、13脚相连，另一路与集成电路U7B的输入端9脚相连；集成电路U8B的输出端8脚一路与集成电路U9A的输入端2、4、5脚相连，另一路与集成电路U10A的输入端1、2、4、5脚相连；集成电路U9A的输出端6脚与集成电路U9B的输入端9、10、12、13脚相连；集成电路U9B的输出端8脚与二极管D2的正极相连；集成电路U10A的输出端6脚与集成电路U10B的输入端9、10、12、13脚相连；

4、根据权利要求1所述的一种新型光电等厚干涉实验仪，其特征所述测量线脉冲输出控制电路由集成电路U11、电阻R9、R10、电容C9、C10、电位器W3组成；集成电路U11A的输入端1、2脚一路与集成电路U11C的输入端9、10脚相连，另一路与集成电路U11D的输出端11脚相连；集成电路U11A的输出端3脚与集成电路U11B的输入端4、5脚相连；集成电路U11B的输出端6脚经电位器W3与电容C9、电阻R9相连；电阻R9的另一端与集成电路U11D的输入端12、13脚相连；集成电路U11C的输出端8脚经电容C10分别与集成电路U4B的输入端13脚相连，集成电路U9A的输入端1脚、电阻R10的一端相连；电阻R10另一端接地。

5、根据权利要求1所述的一种新型光电等厚干涉实验仪，其特征所述复合网络由电位器W4、W5、W6、W7和二极管D1、D2组成；二极管D1、D2的负极分别经电位器W4、W6与电位器W7的中心抽头相连；电位器W4的中心抽头一路接监视器(6)，另一路与电位器W6的中心抽头相连；电位器W5的一端接电位器W4的中心抽头，另一端接电位器W7的一端；电位器W5的中心抽头接CCD摄像机(5)；电位器W7的另一端接地。

6、根据权利要求1所述的一种新型光电等厚干涉实验仪，其特征所述计数闸门产生电路由集成电路U12～U15、晶体管Q1～Q4、电阻R11～R22、电位器W8、W9、电容C11～C15、二极管D3、D4、电感L1组成；电感L1与正12V直流工作电源相连；晶体管Q1的发射极一路经电阻R13接地，另一路与集成电路U12D的12、13脚相连，晶体管Q1的集电极一路直接接+5V工作电源，另一路接电阻R11的一端，电阻R11和电容C11的另一端接晶体管Q1的基极；电阻R12的一端接晶体管Q1的基极，另一端接地；晶体管Q2的发射极一路经电阻R16接地，另一路与集成电路U12A的1、2脚相连；晶体管Q2的集电极一路直接接+5V工作电源，另一路接电阻R14的一端，电阻R14和电容C12的另一端接晶体管Q2的基极；电阻R15的一端接晶体管Q2的基极，另一端接地；集成电路U12D的11脚与集成电路U13A的1脚相连；集成电路U12A的3脚与集成电路U13A的2脚相连；集成电路U13A的3脚与集成电路U14A的1脚相连；集成电路U14A的3脚一路与二极管D4正极相连，另一路与集成电路U14B的9脚相连；集成电路U14A的5脚与集成电路U15A的1、2脚相连；集成电路U14A的6脚与集成电路U15D的12、13脚相连；集成电路U14B的13脚与集成电路U13C的8脚相连；集成电路U15A的3脚与集成电路U13C的9脚相连；集成电路U15D的11脚一路与二极管D3正极相连，另一路与集成电路U16A的4、5脚相连；集成电路U15C的9、10脚一路与电阻R18相连，另一路与集成电路U17、U18、U19、U20的3脚相连；集成电路U15C的8脚经电容C13与集成电路U15B的4、5脚相连；集成电路U15B的4、5脚经电阻R21接地；集成电路U15B的6脚与集成电路U13C的10脚相连；晶体管Q4的集电极与晶体管Q3的发射极相连，晶体管Q3的第二基极经电阻R22接+5V工作电源，晶体管Q3的第一基极经电阻R18、电位器W9接地。二极管D3的负极一路经电阻R19与晶体管Q4的基极相连，另一路与二极管D4的负极相连，二极管D4的负极经电阻R20接地。晶振XTAL1的14脚接+5V直流工作电源，7脚接地，8脚输出计数脉冲到集成电路U16B的9、10、12、13脚；集成电路U16B的8脚与集成电路U16A的1、2脚相连。

7、根据权利要求1所述的一种新型光电等厚干涉实验仪，其特征所述计数脉冲产生电路由晶振XTAL1组成。

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