一种基于激光器的综合光学实验系统技术方案

本实用新型专利技术公开了教学实验技术领域的一种基于激光器的综合光学实验系统，综合光学实验系统包括光学现象产生模块、光强检测模块、传动模块和系统处理模块，所述光学现象产生模块用于产生光学物理图像，光学现象产生模块包括光学导轨、激光器、光学狭缝和光屏，激光器和光学狭缝均置于光学导轨之上，激光器和光学狭缝的相对位置可调整，光强检测模块固定在传动模块之上，激光器和传动模块分别置于光学导轨的两侧，光学狭缝位于两者之间，系统处理模块同时控制光强检测模块和传动模块。本系统能够满足自动、半自动和手动进行光学实验的需求，并能自动进行相关数据采集、记录和分析，实现简单和准确的光学物理实验。简单和准确的光学物理实验。简单和准确的光学物理实验。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光器的综合光学实验系统


[0001]本技术属于教学实验
，具体涉及一种基于激光器的综合光学实验系统。

技术介绍

[0002]光学是一门复杂、有趣、生活随处可见的学科，在我们生活中应用非常的多。很多学生了解知道这些生活中的现象，但是在课堂上总会产生一下将信将疑、无法确定的心理。因此进行光学物理实验教学可以降低学生的理解难度提高教学效果。传统的光学教学主要依赖于老师对书本上知识的解释，学生无法准确理解；并且进行光学实验时由学生手动操作，学生由于动手能力较差导致无法得到满意的实验结果导致教学效果较差。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足，本技术的目的在于提供一种基于激光器的综合光学实验系统，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0004]本技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0005]一种基于激光器的综合光学实验系统，综合光学实验系统包括光学现象产生模块、光强检测模块、传动模块和系统处理模块，所述光学现象产生模块用于产生光学物理图像，光学现象产生模块包括光学导轨、激光器、光学狭缝和光屏，激光器和光学狭缝均置于光学导轨之上，激光器和光学狭缝的相对位置可调整，光强检测模块固定在传动模块之上，激光器和传动模块分别置于光学导轨的两侧，光学狭缝位于两者之间，系统处理模块同时控制光强检测模块和传动模块。
[0006]优选地，所述光学狭缝包括一维的单缝、双峰、多缝和光栅、二维的圆孔、方孔。
[0007]优选地，所述光强检测模块由直接输出光强度、光照度等数字信号的光感应芯片构成，光学现象产生模块产生的光学图形照射在光感应芯片之上。
[0008]优选地，所述系统处理模块包括控制终端和微型计算机，控制终端以单片机为核心，用于控制光强检测模块移动和处理数据。
[0009]优选地，所述微型计算机通过USB线缆或RS232线缆与控制终端相连。
[0010]优选地，所述光学现象产生模块和光强检测模块中，激光器、光学狭缝、光强检测模块固定在光学导轨上，并且其中心位于同一轴线上。
[0011]优选地，所述综合光学实验系统包括自动、半自动和手动模式，自动模式时，根据测量结果自动计算所需的数据，半自动模式时，自动采集数据并人工计算实验参数，手动模式时，通过终端按键单步控制光强采集模块运动，人工记录数据。
[0012]本技术的有益效果：
[0013]1、本技术通过减速直线电机带动齿轮转动从而带动传感器移动，可以根据实验需求设置不同的步进角度从而精准的移动传感器，再此基础上通过算法能够准确计算出传感器每次采集数据的实际距离，为每次传回的光强度数据准确定位，避免了手动操作造
成的不精准，能满足光学衍射实验中实验数据获得的准确性；
[0014]2、本技术通过处理模块对实验数据同时进行记录、分析和显示，通过单片控制减速直线电机可以实现控制的精确性，同时单片机还与光强传感器相连，可以实现实时得到数据；通过计算机软件对数据进行加工，可以实现直观的数据展示，同时还可以根据测得数据计算出衍射光斑暗纹间距离以及缝宽值等；
[0015]3、本技术通过光强传感器所采集到的光强数据为数字信号，相比于传统光学系统采集数据使用光敏电阻等获得模拟信号而言，具有更少的噪声、减少了传输损耗并减少了偶然误差，可以使测得的数据更加准确；
[0016]4、本综合光学实验系统为开放实验系统，可以根据实验需求工作于自动、半自动和手动模式，当系统处于自动模式下时，可以根据测量结果自动计算所需的数据如：狭缝宽度和衍射角度等，当系统处于半自动模式时，可以自动采集数据并人工计算实验参数如：减速直线电机单步步进距离；当系统处于手动模式时，通过终端按键单步控制光强采集模块运动，人工记录数据，加深学生实验过程中的参与，强化学生理解。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1是本技术综合光学实验系统结构框图；
[0019]图2是本技术中光强检测模块和传动模块相连的结构侧视图；
[0020]图3是本技术中减速直线电机的驱动原理图；
[0021]图4是本技术中单片机控制原理。
具体实施方式
[0022]下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。
[0023]请参阅图1、图2所示，一种基于激光器的综合光学实验系统，综合光学实验系统包括光学现象产生模块、光强检测模块、传动模块和系统处理模块。光强检测模块固定在传动模块之上；系统处理模块可同时控制光强检测模块和传动模块，进行模块移动、数据采集处理等工作。
[0024]如图1所示，光学现象产生模块用于产生光学物理图像，至少包含一个光学导轨、一个激光器、一个光学狭缝和一个光屏；
[0025]实验时，激光器和光学狭缝均置于导轨之上，光强检测模块固定在传动模块之上，激光器和传动模块分别置于导轨的两侧，光学狭缝位于两者之间，选择波长为632.8nm的氦氖激光器，光学狭缝选择单缝，衍射距离为0.7m，该激光器发出光线后通过单缝后得到衍射光斑，光强检测模块由BH1750FVI芯片构成，供电电源为3
‑
5V，光学现象产生模块产生的光学图形恰好照射在光感应芯片之上。
[0026]光学现象产生模块和光强检测模块中，激光器、光学狭缝、光强检测模块通过光具座固定在长度1m的光学导轨上，并且其中心位于同一轴线上，偏离轴线的距离小于5mm。
[0027]光学狭缝包括一维的单缝、双峰、多缝和光栅、二维的圆孔、方孔等，可根据实验需求调整，即当狭缝是单缝时，产生衍射图像，狭缝为双缝时产生干涉图像；激光器与狭缝的相对位置可根据实验需求调整，光屏的作用是调整实验系统时观察光斑使用。
[0028]如图2所示，传动模块由螺母座、Y27
‑
100C减速直线电机103、变速齿轮101和传动丝杠102组成，减速直线电机103的单步移动距离为2.4μm～100μm，光强探测器通过螺母座组装在传动丝杠102上，通过单片机控制减速直线电机103转动，减速直线电机103齿轮带动变速齿轮101转动，变速齿轮101连接传动丝杠102，传动丝杠103上方设有螺纹配合的螺母座，螺母座带动光强检测模块左右移动，光强检测模块移动时同步采集数据并将数据发送到单片机。
[0029]系统处理模块包括STC89C52单片机和便携式笔记本电脑，系统处理模块包括必须的以单片机为核心的控制终本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光器的综合光学实验系统，综合光学实验系统包括光学现象产生模块、光强检测模块、传动模块和系统处理模块，其特征在于，所述光学现象产生模块用于产生光学物理图像，光学现象产生模块包括光学导轨、激光器、光学狭缝和光屏，激光器和光学狭缝均置于光学导轨之上，激光器和光学狭缝的相对位置可调整，光强检测模块固定在传动模块之上，激光器和传动模块分别置于光学导轨的两侧，光学狭缝位于两者之间，系统处理模块同时控制光强检测模块和传动模块。2.根据权利要求1所述的一种基于激光器的综合光学实验系统，其特征在于，所述光学狭缝包括一维的单缝、双缝、多缝和光栅、二维的圆孔、方孔。3.根据权利要求1所述的一种基于激光器的综合光学实验系统，其特征在于，所述光强检测模块由直接输出光强度、光照度等数字信号的光感应芯片构成，光学现象产生模块产生的光学图形照射在光感应芯片之上。4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵见国，王海潮，潘江涌，徐儒，杨旻荟，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：新型
国别省市：