[實用新型]一種用于物理光學實驗的衍射光強記錄儀

有效

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• 申請日: 2013-05-17
• 公開（公告）號: CN203274915U
• 公開（公告）日: 2013-11-06
• 發(fā)明（設計）人: 劉國超;張朝暉
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G01J1/04
• 分類號: G01J1/04
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11360
• 代理人: 王巖

技術領域

本實用新型涉及激光衍射強度測量技術，具體涉及一種用于物理光學實驗的衍射光強記錄儀。

背景技術

光衍射定量測量實驗是物理光學實驗中的重要實驗，作為各個高等院校的物理專業(yè)本科教學的基礎實驗，每年有大量的學生需要做這個實驗。目前，實驗中用來測量衍射光強的衍射光強記錄儀，采用可調(diào)單縫控制探測元件前的采集窗口大小，探測元件相對儀器縱向位置固定，只能夠做橫向一維運動。實驗時，調(diào)整光路，使衍射光斑適應探測元件位置，儀器逐點地進行掃描，測量光強的橫向定位精度不高，還存在采集掃描速度慢、多次重復采集效率低、軟件強壯性不足以及數(shù)據(jù)容易出錯等問題。而且，儀器的控制器響應上位機命令不及時，經(jīng)常造成上位機死機的現(xiàn)象。

實用新型內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術中存在的問題，本實用新型提出一種自制的衍射光強記錄儀，能夠精確采集光強分布，橫向位移最小定位精度為0.005mm。

本實用新型的目的在于提供一種用于物理光學實驗的衍射光強記錄儀。

本實用新型的用于物理光學實驗的衍射光強記錄儀包括：底座、橫向平移組件、縱向升降組件、探測元件及控制箱；其中，橫向平移組件安裝在底座上，縱向升降組件安裝在橫向平移組件上，探測元件安裝在縱向升降組件上；進一步，探測元件包括固定架、探測器和采集窗口；探測器設置在固定架上，采集窗口為設置在固定架的表面與探測器的位置相對應的正方形的開口。

本實用新型的衍射光強記錄儀設置在衍射光路系統(tǒng)中，衍射光路系統(tǒng)包括：激光器、衍射元件、衍射光強記錄儀、控制箱及計算機；其中，控制箱內(nèi)設置有核心控制板，信號放大器、模數(shù)轉換器和USB通信模塊設置在核心控制板上；衍射光強記錄儀的探測器連接至信號放大器；信號放大器連接至模數(shù)轉換器；模數(shù)轉換器通過USB通信模塊連接至計算機。激光器發(fā)出激光，經(jīng)過衍射元件，衍射光強記錄儀的探測器接收到衍射光信號，進行光電轉換后傳送至信號放大器放大后，傳送給模數(shù)轉換器將模擬信號轉換成數(shù)字信號，傳送至計算機記錄。

橫向平移組件安裝在底座上，橫向平移組件采用絲杠配合導軌形式，在絲杠導軌上設置光柵尺，絲杠導軌的一端設置有手搖柄，另一端通過步進電機連接器與步進電機相連，步進電機固定在底座上，從而控制縱向升降組件在橫向平移組件上做橫向運動。縱向升降組件的橫向位移通過光柵尺精確定位；量程200mm，定位精度5μm。探測元件通過滑塊設置在縱向升降組件上，在縱向升降組件的一端設置有旋鈕，另一端設置有步進電機，滑塊通過步進電機連接器與步進電機相連，從而控制滑塊在縱向升降組件上做升降運動，縱向位移通過步進電機的脈沖定位；量程100mm，定位精度3μm。本實用新型的衍射光強記錄儀的掃描，可以通過手搖柄，實現(xiàn)人工傳動，也可以采用步進電機，實現(xiàn)自動傳動。探測元件設置在縱向升降組件上，縱向升降組件設置在橫向平移組件上，實現(xiàn)了探測元件的二維運動。

進一步，探測元件的正方形的采集窗口包括兩對相對的刀口及相應的控制旋鈕；兩對相對的刀口分別通過相應的控制旋鈕設置在固定架上，通過調(diào)節(jié)相應的控制旋鈕控制刀口的開關，調(diào)節(jié)采集窗口的面積大小，從而實現(xiàn)調(diào)整通光面積。

控制箱內(nèi)設置有核心控制板、步進電機驅動器及電源轉換器，控制箱外殼上設置有液晶顯示板和按鍵控制板；核心控制板上設置有信號放大器、模數(shù)轉換器、USB通信模塊，模數(shù)轉換器通過USB通信模塊連接至計算機。電源轉換器分別連接至核心控制板和步進電機驅動器，為這些儀器提供穩(wěn)定的工作電壓。在控制箱的外殼上設置有液晶顯示面板和按鍵控制板，液晶顯示面板與核心控制板相連，實時顯示位置信息和光強信號及控制菜單。按鍵控制板與核心控制板相連，可脫離上位機控制使用光譜儀。核心控制板與步進電機驅動器相連，為其提供步進電機工作信號。步進電機驅動器分別連接至在橫向平移組件和縱向升降組件上的步進電機。

本實用新型的衍射光強記錄儀對光強數(shù)據(jù)的記錄，可以采用手動記錄模式，數(shù)據(jù)逐點從控制箱的液晶顯示面板上讀取，并手工記錄；也可以采用自動上傳模式，數(shù)據(jù)通過USB上傳到計算機，并顯示采集曲線。

進一步，探測器采用線陣CCD，垂直于光柵尺方向放置。從而一次橫向掃描能夠同時得到縱向2048個點數(shù)據(jù)，如此橫向逐點掃描，實現(xiàn)了面陣CCD的效果，提高采集效率。由于大面積面陣CCD的價格相對昂貴，而實驗中衍射光信號比較穩(wěn)定，不隨時間改變，因此采用線陣CCD，而不采用面陣CCD。

本實用新型的優(yōu)點：