[發(fā)明專(zhuān)利]薄凹透鏡焦距自動(dòng)測(cè)量裝置及其測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310002152.0
• 申請(qǐng)日: 2013-01-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103076157A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋宏偉;王啟銀;楊春華;郭小龍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 山西省電力公司大同供電分公司;國(guó)家電網(wǎng)公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01M11/02
• 分類(lèi)號(hào): G01M11/02
• 代理公司: 北京天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11386
• 代理人: 胡時(shí)冶;王宇楊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于物理實(shí)驗(yàn)儀器的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種薄凹透鏡焦距自動(dòng)測(cè)量技術(shù)。

背景技術(shù)

在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中，薄透鏡焦距的測(cè)量是最基本的實(shí)驗(yàn)。常用的測(cè)量方法有：自準(zhǔn)法、物距-像距法、共軛法以及透鏡組合法。測(cè)量薄凹透鏡的焦距主要采用透鏡組合法。無(wú)論哪種方法，都需要人眼去判斷成像的清晰程度，進(jìn)而確定像屏位置。由于個(gè)人的視覺(jué)習(xí)慣不同和像差的限制，因此，像屏位置一般很難準(zhǔn)確確定，測(cè)量結(jié)果的精度一般都不高。此外光源、物屏和像屏選取的不同，也會(huì)對(duì)成像清晰程度的判斷帶來(lái)一定的影響。綜上所述，如果這些影響因素疊加，測(cè)量結(jié)果可能會(huì)出現(xiàn)較大誤差。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種薄凹透鏡焦距自動(dòng)測(cè)量技術(shù)，有效地提高薄凹透鏡焦距的測(cè)量精度。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種薄凹透鏡焦距自動(dòng)測(cè)量裝置，所述裝置包括：LED光源、光源濾鏡、黑色帶孔物屏、可滑動(dòng)擋板、凸透鏡、凹透鏡卡槽、光強(qiáng)傳感器、黑色像屏、傳動(dòng)桿、電動(dòng)機(jī)、液晶顯示屏、CPU控制器、啟動(dòng)開(kāi)關(guān)、超聲波測(cè)距傳感器、運(yùn)行底座和支架、裝置外殼和狀態(tài)指示燈，其中，

所述CPU控制器是所述裝置的中央控制器，負(fù)責(zé)所有輸入數(shù)據(jù)的處理和控制信號(hào)的輸出，其實(shí)現(xiàn)為所述裝置中的主控電路板；

所述LED光源在所述CPU控制器的控制下為所述裝置提供光源；

所述光源濾鏡是一凸透鏡，所述LED光源設(shè)置在所述光源濾鏡的焦平面上，以保證射到所述黑色帶孔物屏上的光線(xiàn)為平行光線(xiàn)；

所述黑色帶孔物屏是一帶有1字形孔的黑色面板；

所述可滑動(dòng)擋板用于使所述裝置內(nèi)各光學(xué)器件相對(duì)于外界密封，從而使凹透鏡焦距測(cè)量過(guò)程不會(huì)受到外界光線(xiàn)的影響；

所述凸透鏡用于與待測(cè)凹透鏡形成組合透鏡，從而進(jìn)行凹透鏡焦距的測(cè)量；

所述凹透鏡卡槽是一半圓形卡槽，用于容納待測(cè)凹透鏡；

所述光強(qiáng)傳感器附著在所述黑色像屏上，在所述CPU控制器的控制下進(jìn)行光強(qiáng)度的檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果送至所述CPU控制器進(jìn)行處理；

所述黑色像屏固定在所述傳動(dòng)桿上，可隨所述傳動(dòng)桿移動(dòng)；

所述電動(dòng)機(jī)在所述CPU控制器的控制下驅(qū)動(dòng)所述傳動(dòng)桿的移動(dòng)；

所述傳動(dòng)桿帶有螺紋，在所述電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)固定在其上的所述黑色像屏移動(dòng)；

所述超聲波測(cè)距傳感器固定在所述黑色帶孔物屏的下端，在所述CPU控制器的控制下測(cè)量所述黑色帶孔物屏和所述黑色像屏之間的距離，并將測(cè)量結(jié)果送至所述CPU控制器進(jìn)行處理；

所述運(yùn)行底座和支架支持所述裝置的各光學(xué)器件，并保證各光學(xué)器件的光心均處于同一高度；

所述液晶顯示屏在所述CPU控制器的控制下數(shù)字顯示所測(cè)凹透鏡的焦距；

所述狀態(tài)指示燈在所述CPU控制器的控制下指示所述裝置中各可控部件的運(yùn)行狀態(tài)；

所述啟動(dòng)開(kāi)關(guān)用于接通所述裝置的電源以啟動(dòng)所述裝置；以及

所述裝置外殼為所述裝置內(nèi)的光學(xué)器件和其他部件提供機(jī)械保護(hù)。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供一種薄凹透鏡焦距自動(dòng)測(cè)量方法，所述方法包括如下步驟：

步驟1：將待測(cè)凹透鏡夾在凹透鏡卡槽上；

步驟2：當(dāng)待測(cè)凹透鏡夾穩(wěn)后，滑動(dòng)可滑動(dòng)擋板使各光學(xué)器件相對(duì)于外界密封，從而使測(cè)量過(guò)程不受外界光線(xiàn)影響；

步驟3：CPU控制器觸發(fā)LED光源工作，LED光源所發(fā)出光線(xiàn)經(jīng)光源濾鏡后變?yōu)槠叫泄饩€(xiàn)，再經(jīng)黑色帶孔物屏上的1字形孔均勻射到待測(cè)凸透鏡上，并在黑色像屏上成像；

步驟4：光強(qiáng)傳感器檢測(cè)黑色像屏接收到的光照強(qiáng)度，同時(shí)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)桿上的黑色像屏移動(dòng)，當(dāng)光強(qiáng)傳感器第一次檢測(cè)到光強(qiáng)最大時(shí)，制動(dòng)電動(dòng)機(jī)以停止黑色像屏移動(dòng)，并啟動(dòng)超聲波測(cè)距傳感器測(cè)距，從而得到黑色帶孔物屏到黑色像屏的第一距離b；

步驟5：電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)桿上的黑色像屏繼續(xù)向右移動(dòng)，當(dāng)光強(qiáng)傳感器第二次檢測(cè)到光強(qiáng)最大時(shí)，再次制動(dòng)電動(dòng)機(jī)停止黑色像屏移動(dòng)，并再次啟動(dòng)聲波測(cè)距傳感器測(cè)距，從而得到黑色帶孔物屏到黑色像屏的的第二距離c；以及

步驟6：CPU控制器計(jì)算得到待測(cè)凹透鏡的焦距，

其中，在所述步驟6中，所使用的測(cè)量凹透鏡的焦距的公式為：其中，a是黑色帶孔物屏到凹透鏡卡槽的固定距離，b是在步驟4中所得到的第一距離，c是在步驟5中所得到的第二距離，利用上述公式計(jì)算得到待測(cè)凹透鏡的焦距f。

優(yōu)選地，所述方法還包括步驟7：CPU控制器將計(jì)算得到的凹透鏡焦距在液晶顯示屏上顯示。