CN2802449Y - 智能光探测移动条纹计数仪 - Google Patents
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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
(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。
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CN103852005A (zh) * | 2014-02-17 | 2014-06-11 | 浙江海洋学院 | 干涉条纹的识别装置 |
CN104537414A (zh) * | 2015-01-08 | 2015-04-22 | 山东师范大学 | 基于光纤的光学条纹自动计数装置及计数方法 |
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CN104537414B (zh) * | 2015-01-08 | 2017-09-12 | 山东师范大学 | 基于光纤的光学条纹自动计数装置及计数方法 |
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