CN2802449Y - 智能光探测移动条纹计数仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种智能光探测移动条纹计数仪，它具有一个电子计数器，特别是在电子计数器外接有一组放大电路和整形电路，与放大电路还接有一个光敏二极管，本实用新型克服了现有技术条纹计数不准确的问题，可广泛应用于教学、科研和工业生产中。

Description

智能光探测移动条纹计数仪

(一)技术领域：本实用新型涉及电子测量仪器类，是一种广泛应用于教学、科研和工业生产中的智能光探测移动条纹计数仪。

(二)背景技术：利用干涉条纹的移动测量微小长度的变化是教学、科研和工业生产中常用的基本方法之一。根据干涉原理，产生干涉条纹的两干涉光束的光程差每变化二分之一波长，就有一条纹通过中心视场。以迈克尔逊干涉仪产生的干涉条纹为例，若中心视场有Δn个条纹“涌出”或“陷入”，则反射镜M₁移动的距离为Δl＝Δn×λ/2，因此，只要能准确计数出条纹移动的数目，就能非常准确的测量微小长度的变化。通过物理量之间的关系，我们还可用它来测量其它物理量的变化，如温度、电场等物理量的变化过程。

目前，移动条纹的计数主要采用两种方法：对于变化较慢、变化值较小的物理量变化，主要采用人工计数；而对较快和较大的变化则采用CCD条纹计数仪进行。人工计数一般会带来较大的偶然误差，当条纹移动过快、过多时，人工计数一般无法进行下去。CCD条纹计数仪也存在着严重的缺陷，主要有：

(1)CCD的响应速度受到画面扫描速度的限制。通用型CCD的扫描速度一般为每帧画面20ms，如用CCD记录条纹移动数目，必须要求条纹移动周期不小于20ms，当条纹移动过快时会出现严重的“漏计”现象，这在一定程度上极大地影响了测量精度。

(2)CCD条纹计数仪价格较高，目前市场价格一般在4000-6000元之间。

(三)发明内容：本实用新型的目的是要提供一种计数准确、测量范围大、灵敏度高、抗干扰能力强、性价比高的智能光探测移动条纹计数仪，以解决采用现有计数方法不准确的问题。

本实用新型的具体设计方案是：选用一台电子计数器，特别是：在电子计数器外接有一组放大电路和整形电路，与放大电路还接有一个光敏二极管。

本实用新型中所述的放大电路和整形电路是由四个电阻R1、R2、R3、R4与一个运算放大器D2按图3所示电连接而成。

为使用方便，针对本仪器使用过程的环境及其特殊性，本实用新型的电子计数器，包括有单片机，与单片机配接有键盘、存储器、晶振复位键、数码显示装置及计算机接口。

本实用新型的设计原理是：

参见图1，整个装置由数据采集、信号放大整形和计数三部分组成，其中：

1.用单个光敏二极管采集数据

数据采集由传感元件光敏二极管组成的光探测器完成。本装置采用单个光敏二极管作为探头，主要是考虑到光敏二极管的灵敏度高、响应时间短(通用型约为0.1ms，而PIN型和雪崩型为ns数量级)。将光敏二极管安装在观察屏上，并对准视场中心。干涉明(暗)条纹的光强分布理论上应为正弦波形，由于光源光强分布的不均匀、环境影响以及干涉仪的抖动，实际得到的条纹是干涉条纹、环境杂光以及干涉仪抖动干扰所叠加的光强分布，结果为不规则的正弦波。干涉条纹移动时，光敏二极管输出的电信号也为不规则的正弦波。如果将采集的信号直接输给计数器，正弦波上的干扰波纹可能会触发计数器而产生误动作。

2.信号放大和信号整形

由光敏二极管采集到的电信号一般比较小，应前置一放大器对其进行放大处理。放大后的电信号经比较器转变成标准的矩形波。

3.计数器

它既可显示条纹移动数，也可显示长度变化值；同时还可以与计算机直接接口，通过计算机精确显示测量值。

本实用新型计数准确，测量范围大，灵敏度高，抗干扰能力强，性价比高，它与CCD条纹计数仪相比具有显著的优势，主要表现为以下几方面：

(1)本仪器响应速度远远大于CCD的响应速度。CCD的扫描速度一般约为每帧画面20ms，当条纹移动频率高于50HZ(＝1/20ms)时会出现严重的“漏计”现象，计数过程无法进行。单个普通光敏二极管的响应时间为约为0.1ms，它容许条纹移动的频率约为10kHz。若采用PIN型和雪崩型光敏二极管，则容许的条纹移动频率可达到为1000MHz数量级。这种情况下，整个仪器的响应频率由计数模块决定。

(2)测量长度变化值时，本仪器的测量精度与迈克尔逊干涉仪相比，不存在偶然误差。与计算机接口后，其测量范围可以大大地扩展，远远超出人工计数所能承受的范围，长度变化的测量精度与测量值大小由输入波长的精度决定。

(3)与计算机接口后，系统能根据给定的时间间隔自动记录物理量(长度)变化过程值，为精确考察物理量的变化过程提供了数据依据。

(4)本仪器的成本远低于CCD条纹计数仪的成本。仅几百元。

(四)附图说明：

图1是本实用新型的原理图；

图2是本实用新型结构方框图；

图3是本实用新型放大整形电路图；

图4为本实用新型产品外壳的前面板示意图；

图5为本实用新型产品外壳的后面板示意图。

图中：1-光敏二极管，2-信号放大整形电路，3-键盘，4-单片机，5-数码显示装置，6-计算机接口，7-储存器，8-晶振复位键，9-电位调节旋扭，10-阀值调节旋扭，11-幅度指示灯，12-高低指示灯，13-显示屏，14-按键，15-插座，16-计算机接口，17-电源插口，18-电源开关。

(五)具体实施方式：

参见图2，本实用新型是由光敏二极管1、信号放大整形电路2及电子计数器部分组成，在本实施例中的电子计数器是由单片机4、与单片机4连接的键盘3、数码显示装置5、计算机接口6、储存器7、晶振复位键8组成。电子计数器还可直接应用成型的计数产品，如CS-Z型智能数字测时器、SSM-SC型计时-计数-计频仪等。

本实用新型中的信号放大整形电路2其具体结构参见图3，它是由四个电阻R1、R2、R3、R4及一和运算放大器D2按图3电连接而成，其中的电阻值均设计为100KΩ，考虑到不同测量环境条纹的亮度不同以及正弦波上存在干扰波纹，为了便于调节电位和阀值电压，本实用新型中的R1和R4选用可变电阻。其中的运算放大器选用LM324。

在本实用新型的电子计数器中，单片机4选用AT89551，数码显示装置5采用共阴极数码动态扫描显示屏，计算机接口6选用RS232，存储器选用HY62256。

作为一个完整的产品，本实用新型还配有外壳，外壳的前面板参见图4，其上设置有电位调节旋扭9(连接R1)，阀值调节旋扭10(连接R4)，十个幅度指示灯11，两个显示波形高低的高低指示灯12，显示屏13，及十六个按键14。外壳的后面板参见图5，其上设置有光探头插座15(外接光敏二极管1)，计算机接口16，电源插口17，电源开关18。

Claims (3)

1.一种智能光探测移动条纹计数仪，具有电子计数器，其特征是：电子计数器外接有一组放大电路和整形电路，与放大电路还接有一个光敏二极管。

2.根据权利要求1所述的一种智能光探测移动条纹计数仪，其特征是：所述的放大电路和整形电路是由四个电阻R1、R2、R3、R4与一个运算放大器D2电连接而成。

3.根据权利要求1或2所述的一种智能光探测移动条纹计数仪，其特征是：所述的电子计数器，包括有单片机，与单片机配接有键盘、存储器、晶振复位键、数码显示装置及计算机接口。

Images