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基本信息
- 項目名稱：
- 基于邁克爾遜干涉儀的波長自動測量裝置的設(shè)計及演示
- 小類：
- 數(shù)理
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 用邁克爾遜干涉儀、光敏電阻、角位移傳感器、電動機(jī)、單片機(jī)和計算機(jī)組裝了一套光波長自動測量裝置。該裝置不僅能夠自動、精確地測量激光波長，還可以演示測量結(jié)果隨測量環(huán)數(shù)的增加而趨于正態(tài)分布的規(guī)律。
- 詳細(xì)介紹：
- 實(shí)驗(yàn)裝置的硬件系統(tǒng)由光電信號轉(zhuǎn)換、手輪驅(qū)動與位移編碼、單片機(jī)控制三部分組成。硬件系統(tǒng)加裝在WSM型邁克爾遜干涉儀上，并由計算機(jī)進(jìn)行控制和顯示輸出，構(gòu)成了實(shí)驗(yàn)所需的全套裝置。
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 邁克爾遜干涉儀是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中常用的一起之一，實(shí)驗(yàn)中一項重要的內(nèi)容就是通過觀測干涉圓環(huán)“冒出”或“縮進(jìn)”，并移動反射鏡的位置來測定單色光的波長。傳統(tǒng)的操作方法是實(shí)驗(yàn)者用手轉(zhuǎn)動干涉儀的微調(diào)手輪，從而改變反射鏡的位置，目測激光圓環(huán)數(shù)目，并讀出動鏡移動的距離，然后根據(jù)所得數(shù)據(jù)計算波長。 本項目的目的在于用光探測器、位移傳感器、單片機(jī)、計算機(jī)搭建集信號探測、采集、數(shù)據(jù)處理、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象演示、實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示與評價于一體的智能化光學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對傳統(tǒng)的邁克爾遜干涉儀進(jìn)行改進(jìn)，能夠達(dá)到縮短實(shí)驗(yàn)時間、提高實(shí)驗(yàn)精度的效果，同時也避免了光源尤其是激光對人眼的直接傷害，提高物理實(shí)驗(yàn)課的效率。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 光電探測技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)比較廣泛，但在基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用不多。本項目的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要用于光學(xué)實(shí)驗(yàn)中的邁克爾遜干涉儀的改進(jìn)，應(yīng)用成功后可在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中普及和推廣。目前已經(jīng)有研究者用光電探測器改進(jìn)邁克爾遜干涉儀的計數(shù)方法，但只是模擬信號的處理，而且是人工計數(shù)。 本項目通過引入光傳感器、驅(qū)動電機(jī)、角位移編碼器、單片機(jī)和計算機(jī)，編寫了數(shù)據(jù)軟件，不僅通過簡單的電路實(shí)現(xiàn)了干涉條紋計數(shù)的自動化，同時還實(shí)現(xiàn)了手輪旋轉(zhuǎn)的機(jī)械化，動鏡移動距離以及波長單次測量值、平均值、不確定度、相對誤差、數(shù)據(jù)分布規(guī)律的實(shí)時顯示。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置不僅有效的減輕了實(shí)驗(yàn)者負(fù)擔(dān)，讓學(xué)生輕松完成實(shí)驗(yàn)，而且提高了實(shí)驗(yàn)精度，同時通過測量值的分布曲線驗(yàn)證了測量精度隨測量次數(shù)提高的變化關(guān)系。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2009～2010年天津城市建設(shè)學(xué)院學(xué)生科研立項A類立項項目，并于2010年11月成功結(jié)題。 2009年天津物理教學(xué)儀器評比 一等獎
作品所處階段
- 生產(chǎn)階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 聯(lián)合開發(fā)
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 使用說明：本系統(tǒng)通過串口與PC段連接后，通過PC端軟件即可自動進(jìn)行測量。 技術(shù)特點(diǎn)：本項目的目的在于用光探測器、位移傳感器、單片機(jī)、計算機(jī)搭建集信號探測、采集、數(shù)據(jù)處理、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象演示、實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示與評價于一體的智能化光學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對傳統(tǒng)的邁克爾遜干涉儀進(jìn)行改進(jìn)，能夠達(dá)到縮短實(shí)驗(yàn)時間、提高實(shí)驗(yàn)精度的效果。 推廣前景：本系統(tǒng)可作為輔助設(shè)備增配到目前各大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室的各型邁克爾遜干涉儀上，實(shí)現(xiàn)低成本的對現(xiàn)有干涉儀進(jìn)行改進(jìn)，減少了資源的浪費(fèi)并能達(dá)到良好的教學(xué)效果。 市場分析：目前尚未成套的包含PC段數(shù)據(jù)軟件邁克爾遜干涉儀改進(jìn)套件銷售
同類課題研究水平概述
- 光電探測技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)比較廣泛，但在基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用不多。本項目的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要用于光學(xué)實(shí)驗(yàn)中的邁克爾遜干涉儀的改進(jìn)，應(yīng)用成功后可在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中普及和推廣。目前已經(jīng)有研究者用光電探測器改進(jìn)邁克爾遜干涉儀的計數(shù)方法，但只是模擬信號的處理，而且是人工計數(shù)；將位移傳感器應(yīng)用于該儀器還未見報道。本項目研究的自動采集信號、處理數(shù)據(jù)、顯示結(jié)果的一體化集成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在國內(nèi)無論從文獻(xiàn)還是產(chǎn)品中均未見報道。 本項目通過引用單片機(jī)、角位移編碼器、驅(qū)動電機(jī)、光敏電阻等對傳統(tǒng)的邁克爾遜干涉儀進(jìn)行了改進(jìn)，并編寫了PC端的數(shù)據(jù)軟件，不僅通過簡單的電路實(shí)現(xiàn)了干涉條紋計數(shù)的自動化，同時還實(shí)現(xiàn)了手輪旋轉(zhuǎn)的機(jī)械化，動鏡移動距離以及波長的單次測量值、平均值、不確定度、相對誤差、數(shù)據(jù)分布規(guī)律的實(shí)時演示。改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置不僅有效的減輕了實(shí)驗(yàn)者的負(fù)擔(dān)，讓學(xué)生能過輕松的完成實(shí)驗(yàn)，而且提高了實(shí)驗(yàn)的精度，同時通過測量值的分布規(guī)律驗(yàn)證了測量精度隨測量次數(shù)提高的變化關(guān)系，提高了實(shí)驗(yàn)課課堂效率，極大減輕了教師的上課負(fù)擔(dān)。本項目儀器能夠方便的對物理實(shí)驗(yàn)室已有的各種類型的邁克爾遜干涉儀進(jìn)行改造，節(jié)約了實(shí)驗(yàn)室資金。
